閆靜靜,張曉燕,
1. 上海市公共衛(wèi)生臨床中心,復(fù)旦大學(xué)附屬公共衛(wèi)生臨床中心,上海 201508; 2. 復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院,上海 200032
樹突細(xì)胞(dendritic cell, DC)作為一種專職抗原呈遞細(xì)胞(antigen-presenting cell, APC),其功能是已知最強(qiáng)大的。DC能將攝取的抗原加工、處理并呈遞給T細(xì)胞,同時(shí)上調(diào)表達(dá)協(xié)同刺激分子,提供T細(xì)胞活化的第二信號,從而啟動和激活T細(xì)胞對蛋白質(zhì)抗原的識別和應(yīng)答。DC是適應(yīng)性免疫應(yīng)答的始動者,是唯一能直接激活初始T細(xì)胞的專職APC。因此,DC是否能夠成功將抗原呈遞給T細(xì)胞并提供給T細(xì)胞足夠的協(xié)同刺激信號,是適應(yīng)性免疫應(yīng)答能否啟動的關(guān)鍵所在。人們對DC的研究不斷發(fā)展,對其在機(jī)體免疫反應(yīng)中的作用也有了更新的認(rèn)識。本文主要綜述DC亞群分類、作用機(jī)制和生物學(xué)功能的研究進(jìn)展,同時(shí)以人類免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1,HIV-1)感染為例,說明DC在激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)的同時(shí),亦存在促進(jìn)感染的負(fù)向作用,為更全面理解DC的生物學(xué)功能、研究機(jī)體的免疫防御和免疫保護(hù)機(jī)制提供線索。
DC位于皮膚、黏膜組織和血液,表達(dá)多種受體和信號分子,及時(shí)有效捕獲病原體,隨后激發(fā)天然和適應(yīng)性免疫應(yīng)答。近年來的研究顯示,人和小鼠主要有2種DC亞類:起源于CD34+骨髓樣前體細(xì)胞的髓樣DC(myeloid DC, mDC)和起源于淋巴前體細(xì)胞的漿細(xì)胞樣DC(plasmacytoid DC, pDC)[1]。目前,人們對小鼠DC研究較多,對其分類也較清楚。在小鼠體內(nèi),mDC高表達(dá)CD11c,分為駐留DC和遷移DC[2]。駐留DC在淋巴器官中發(fā)育,并駐留在淋巴器官中,可分為2種亞群,即CD8α+CD11b-淋巴樣DC和CD8α-CD11b+mDC。這種細(xì)胞亞群只存在于脾臟。遷移DC在外周組織中發(fā)育,然后天然地遷移到淋巴結(jié),其中包括表皮朗格漢斯細(xì)胞(Langerhans cell, LC)和各種不同的上皮DC亞群,如CD103+CD11b-langerin+和CD103-CD11b+langerin-間質(zhì)DC[3,4]等。有關(guān)小鼠pDC的研究較少,甚至小鼠中是否存在pDC都需要進(jìn)一步研究。
此外,雖然對小鼠DC亞群的研究有助于闡明人DC亞群功能,但人DC與小鼠DC還是有一定的差別。因此,進(jìn)一步研究人DC各亞群的功能是很有必要的。人血液中DC亞群是以3種不同的表面分子表達(dá)來區(qū)分的:BDCA-1(CD1c)、BDCA-2(CD303)和BDCA-3(CD141)[5]。BDCA-1和BDCA-3表達(dá)在mDC,分別稱CD1c+DC和CD141+DC。BDCA-2主要表達(dá)在pDC,pDC受抗原刺激激活后可分泌大量Ⅰ型干擾素(type Ⅰ interferon,IFNⅠ),在抗病毒感染中起重要作用。pDC因CD2表達(dá)不同而分為2個(gè)亞群:CD2highpDC和CD2lowpDC[6]。人表皮中DC主要包括表皮LC和表皮間質(zhì)DC。間質(zhì)DC又可細(xì)分為2個(gè)亞群,即CD1a+DC和CD14+DC[7]。各種DC亞群分布于不同部位,且分化程度不盡相同,但它們共同組成DC系統(tǒng),提供強(qiáng)大的抗原呈遞功能。
不僅如此,還有命名為耐受性DC(tolerogenic DC)的一種特殊亞群,該亞群能誘導(dǎo)產(chǎn)生調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell, Treg),從而抑制抗原特異性免疫應(yīng)答[8]。mDC和pDC亞群中都存在耐受性DC,起調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的作用[9]。利用耐受性DC進(jìn)行免疫治療有助于減少自身免疫疾病和移植排斥的發(fā)生[10],提示耐受性DC也許是維持機(jī)體免疫反應(yīng)平衡的重要細(xì)胞;但另一方面也可能造成免疫系統(tǒng)反應(yīng)性降低,使一些病原體逃逸免疫系統(tǒng)的防御,引起相應(yīng)疾病。因此,對耐受性DC進(jìn)一步分析可為病原體逃逸機(jī)體免疫防御機(jī)制提供更為精確的依據(jù)。
人DC的兩大亞類——mDC和pDC在表型和功能上存在差異。mDC表達(dá)各種Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR),包括TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR6和TLR8,可識別多種細(xì)菌、真菌和病毒的抗原成分;pDC主要表達(dá)TLR7和TLR9,分別識別ssRNA和非甲基化CpGDNA。從mDC和pDC表達(dá)的TLR可以看出,兩者在識別病原體時(shí)有互補(bǔ)作用。mDC是最有效的APC,能激活T細(xì)胞應(yīng)答;而pDC捕獲抗原的能力較mDC弱,但可產(chǎn)生大量IFNⅠ,誘導(dǎo)天然抗菌免疫應(yīng)答[11,12]。
DC以TLR識別病原體共有的保守成分,即病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern, PAMP)。TLR1、TLR2、TLR4和TLR6表達(dá)于細(xì)胞表面,主要識別細(xì)菌特有產(chǎn)物,如脂蛋白、肽聚糖、脂多糖等脂類物質(zhì)。TLR3、TLR7、TLR8和TLR9表達(dá)于細(xì)胞內(nèi)吞噬小體和溶酶體膜,主要識別核酸成分,如dsRNA、ssRNA和非甲基化CpGDNA[13]。TLR為Ⅰ型跨膜糖蛋白,胞外結(jié)構(gòu)域由19~25個(gè)富含亮氨酸的重復(fù)體組成,稱亮氨酸重復(fù)序列,也是配體結(jié)合區(qū)。胞內(nèi)區(qū)為Toll/白細(xì)胞介素1受體(Toll/interleukin 1 receptor,TIR)結(jié)構(gòu)域,可與胞內(nèi)其他帶有相同TIR結(jié)構(gòu)域的分子發(fā)生同型互作,由后者啟動信號傳遞。TLR與配體結(jié)合后,信號途徑下游的不同接頭分子,如MyD88或包含TIR結(jié)構(gòu)域的分子等,首先與TLR胞內(nèi)段的TIR相互作用,并募集其他銜接蛋白或蛋白激酶,進(jìn)一步傳遞信號,最終激活核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)或IFN調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factor,IRF)。NF-κB和MAPK入核,與相應(yīng)順式作用元件結(jié)合,激活炎癥因子基因表達(dá),參與炎癥反應(yīng);IRF主要調(diào)控IFN表達(dá)。與此同時(shí),TLR誘導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)DC吞噬抗原,上調(diào)表達(dá)協(xié)同刺激分子(CD80、CD86和CD40等)、趨化因子受體和分泌細(xì)胞因子,誘導(dǎo)DC成熟[14,15]。
DC在不同分化階段的抗原呈遞能力有所不同。未成熟DC主要分布在外周非淋巴組織,如LC等,低水平表達(dá)主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex,MHC)Ⅰ、Ⅱ類分子,協(xié)同刺激分子(CD80/B7-1、CD86/B7-2、CD40等)及黏附分子,呈遞抗原能力較弱;但高表達(dá)Fc受體(Fc receptor,F(xiàn)cR)、補(bǔ)體受體(complement receptor,CR)、TLR、甘露糖受體等,捕獲、吞噬和加工抗原的能力較強(qiáng)。未成熟DC攝取抗原后,遷移到引流淋巴結(jié);遷移的同時(shí)上調(diào)表達(dá)MHCⅠ、Ⅱ類分子,協(xié)同刺激分子及黏附分子,逐漸變得成熟,稱成熟DC。成熟DC具有強(qiáng)大的抗原呈遞能力,將抗原肽-MHC呈遞給T細(xì)胞,提供T細(xì)胞激活的第一信號;同時(shí),T細(xì)胞表面CD28與B7-1/2配接,提供T細(xì)胞激活的第二信號;DC分泌的細(xì)胞因子最終決定T細(xì)胞的分化方向。DC不僅通過外源抗原呈遞途徑以抗原肽-MHCⅡ類分子形式將抗原呈遞給CD4+T細(xì)胞,還可通過交叉呈遞(cross presentation)途徑以抗原肽-MHCⅠ類分子形式將抗原呈遞給CD8+T細(xì)胞[2]。Klechevsky等[16]發(fā)現(xiàn)LC一方面誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞分化為T輔助細(xì)胞2(T helper cell 2,Th2);另一方面誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞活化,行使細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte,,CTL)殺傷功能。
DC在誘導(dǎo)T細(xì)胞中樞耐受和外周耐受中起重要作用。DC誘導(dǎo)中樞耐受的作用主要發(fā)生在T細(xì)胞的分化、成熟過程中[17],在此不再贅述。近年來關(guān)于DC誘導(dǎo)T細(xì)胞外周耐受的研究較多。未成熟mDC低水平表達(dá)MHCⅠ、Ⅱ類分子及協(xié)同刺激分子(CD80、CD86和ICOSL),因此不能有效激活T細(xì)胞應(yīng)答,產(chǎn)生異體抗原特異性免疫耐受[10]。另外,有報(bào)道顯示未成熟DC能誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T1細(xì)胞(type 1 regulatory T cell,Tr1)分化[18]。Tr1可分泌IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)等抑制性細(xì)胞因子,參與抑制效應(yīng)T細(xì)胞應(yīng)答,從而產(chǎn)生耐受。然而,一種表達(dá)CD11clowCD45RBhigh的DC亞群是分化成熟的耐受性DC,同樣能誘導(dǎo)Tr1細(xì)胞分化[19]。DC捕獲死亡相關(guān)的抗原和成分,經(jīng)交叉呈遞途徑呈遞給CD8+T細(xì)胞。雖能短暫誘導(dǎo)大量CD8+T細(xì)胞激活并增殖,但很快被清除,最終導(dǎo)致抗原特異性免疫耐受[20]。此途徑同樣可清除記憶性CD8+T細(xì)胞,從而降低對自身抗原的反應(yīng)性[21]。pDC在捕獲抗原而被激活后能分泌大量IFNⅠ,在抗病毒應(yīng)答中起重要作用;另一方面,能通過多種機(jī)制誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生,或直接抑制T細(xì)胞應(yīng)答而誘導(dǎo)免疫耐受[22]。
DC在天然免疫應(yīng)答中作為效應(yīng)細(xì)胞直接發(fā)揮清除病原體的作用;DC是已知功能最強(qiáng)大的APC,加工、呈遞抗原以激活初始T細(xì)胞,是適應(yīng)性免疫應(yīng)答的始動者。因此,DC是連接天然免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁。在HIV-1感染過程中,DC表達(dá)一系列模式識別受體,參與抗HIV感染;但HIV-1能減弱這些受體的下游信號或利用其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以促進(jìn)自身的感染和傳播[23]。
在HIV-1黏膜感染中,DC可能是最先感染的靶細(xì)胞[24]。Shen等分離健康女性生殖道黏膜的單核細(xì)胞,包括DC、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞,利用含綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)標(biāo)簽的病毒顆粒感染單核細(xì)胞懸液,證明DC可能是HIV-1黏膜感染最早的靶細(xì)胞[25]。不過,HIV-1最先感染的靶細(xì)胞特征還不能確定,更加詳細(xì)的HIV-1感染早期事件的解析將會進(jìn)一步揭示首感靶細(xì)胞的特征。
上皮中DC表達(dá)的C型凝集素受體是識別結(jié)合HIV-1膜蛋白gp120的受體之一,包括表達(dá)在CD14+間質(zhì)DC的DC特異性細(xì)胞間黏附分子3結(jié)合非整合素因子(DC-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin, DC-SIGN)、表達(dá)在CD1ahigh和CD14+間質(zhì)DC的甘露糖受體及表達(dá)在LC的LC特異蛋白langerin[26]。DC-SIGN識別結(jié)合HIV-1膜蛋白gp120后,內(nèi)吞完整的HIV-1,形成一個(gè)低pH值環(huán)境的吞噬體,吞噬體內(nèi)的HIV-1顆粒感染性能保持?jǐn)?shù)天[27],因此,DC在遷移至引流淋巴結(jié)的同時(shí),也協(xié)助感染性HIV-1傳播到淋巴結(jié)。值得注意的是,經(jīng)DC-SIGN介導(dǎo)內(nèi)吞的HIV-1很少在DC中復(fù)制[28];而攜帶HIV-1顆粒的DC遷移至引流淋巴結(jié),與淋巴結(jié)內(nèi)的CD4+T細(xì)胞相互作用,形成相互作用的微環(huán)境,即感染性突觸[29],最終將HIV-1傳遞給CD4+T細(xì)胞,HIV-1在CD4+T細(xì)胞中大量復(fù)制,導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞裂解而死亡。
HIV-1感染DC后,調(diào)節(jié)DC的免疫功能,致使DC不但不能激活強(qiáng)有力的機(jī)體免疫應(yīng)答,而且可能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生HIV-1特異性免疫耐受。借此,HIV-1能逃避免疫防御系統(tǒng)的攻擊,并加快疾病進(jìn)展。
DC攝取抗原后,經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)上調(diào)表達(dá)協(xié)同刺激分子(CD80、CD86、CD40等),逐漸成熟,從而更有效激活T細(xì)胞。然而,在HIV-1急性感染階段,DC-SIGN+DC不能上調(diào)表達(dá)CD80和CD86,導(dǎo)致HIV-1特異性CD4+T細(xì)胞應(yīng)答受阻;同時(shí),缺乏Th細(xì)胞輔助,CD8+T細(xì)胞也不能有效激活,從而不能殺傷HIV-1感染的細(xì)胞[30]。由協(xié)同刺激信號提供的第二信號對T細(xì)胞的激活至關(guān)重要。HIV-1感染使DC不能提供足夠的協(xié)同刺激信號,導(dǎo)致HIV-1特異性T細(xì)胞無法激活,HIV-1就可逃脫宿主免疫系統(tǒng)的防御。不僅如此,Shankar等在體外利用HIV脈沖感染的DC來激活初始T細(xì)胞,可看到T細(xì)胞在增殖的同時(shí)表達(dá)一系列抑制性共刺激分子,包括淋巴細(xì)胞活化基因3(lymphocyte-activation gene 3,LAG-3)、CD160、CTL相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4,CTLA-4)、T細(xì)胞免疫球蛋白域黏蛋白域蛋白3(T cell immunoglobulin mucin 3,TIM-3)、程序性死亡分子1(programmed death 1,PD-1)、腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL),導(dǎo)致T細(xì)胞不能激活,無法清除HIV-1[31]。這些研究提示,HIV-1干擾DC呈遞抗原的功能,使其不能激活特異性T細(xì)胞應(yīng)答。因此,深入探索HIV-1介導(dǎo)的DC功能改變可為尋找拮抗HIV-1利用DC進(jìn)行傳播的靶點(diǎn)提供線索。
人pDC又稱IFNⅠ產(chǎn)生細(xì)胞,經(jīng)抗原刺激后能產(chǎn)生大量IFNⅠ,在天然免疫抗感染中起重要作用。不僅如此,pDC能以MHCⅠ和Ⅱ類分子呈遞抗原,激活CD8+T細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞,但對pDC能否進(jìn)行交叉呈遞還有爭議[32]。HIV-1感染者體內(nèi)pDC表達(dá)的大量吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)。IDO是色氨酸代謝途徑中的一種酶,能將色氨酸降解為尿氨酸,使活化T細(xì)胞因色氨酸饑餓而凋亡,從而抑制CD4+T細(xì)胞增殖[33]。另有研究顯示,IDO能誘導(dǎo)初始CD4+T細(xì)胞分化為Treg,限制抗HIV免疫應(yīng)答[34]。可見,HIV-1感染使pDC激活CD4+T細(xì)胞功能出現(xiàn)問題,導(dǎo)致pDC對HIV-1產(chǎn)生一定程度耐受。值得注意的是,pDC表達(dá)的IDO只抑制CD4+T細(xì)胞而不能或輕微抑制CD8+T細(xì)胞增殖[33]。因此,pDC在HIV-1感染中的作用還需深入研究。掌握pDC激活CD8+T細(xì)胞的機(jī)制,可為利用pDC增強(qiáng)抗 HIV-1感染提供依據(jù)。
DC是連接天然免疫和適應(yīng)性免疫的紐帶,在機(jī)體免疫防御系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。目前,關(guān)于DC的研究較多,雖然現(xiàn)在DC亞群的分類方法多種多樣,沒有明確的分類標(biāo)準(zhǔn),但可看出不同DC亞群在病原體感染的不同階段發(fā)揮各自功能,有助于機(jī)體及時(shí)識別并清除病原體。DC在免疫反應(yīng)中的雙重作用使其成為免疫學(xué)的熱點(diǎn)。人們不僅要掌握DC促進(jìn)適應(yīng)性免疫應(yīng)答的機(jī)制,為機(jī)體啟動強(qiáng)有力的免疫應(yīng)答、抵抗病原體的入侵提供線索;還應(yīng)深入探索DC產(chǎn)生耐受性的機(jī)制,尋找拮抗病原體利用DC進(jìn)行傳播的靶點(diǎn),以便設(shè)計(jì)合理的生物預(yù)防策略。同時(shí),還可利用耐受性DC對自身免疫病和移植排斥進(jìn)行免疫治療。
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