免疫細胞互噬作用在移植免疫中的研究進展

趙陽 周林 賀強

互噬作用是指細胞通過直接接觸發(fā)生的細胞膜片段甚至部分細胞漿內(nèi)容交換的過程，是目前的研究熱點?；ナ勺饔米畛踉谡婧宋⑸镏斜话l(fā)現(xiàn)，微生物利用互噬作用攻擊和殺死其他細胞[1]。隨后在哺乳動物的免疫系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和發(fā)育過程中都發(fā)現(xiàn)了細胞互噬作用的存在，對于細胞互噬作用的機制與功能的認識也在不斷完善。免疫細胞的互噬作用最初用以描述抗原提呈細胞（antigen-presenting cell，APC）和其他細胞之間的物質(zhì)交換，如APC與T細胞之間主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）、共刺激分子等的轉(zhuǎn)移，使T細胞獲得抗原提呈能力，新激活的T細胞再刺激其他T細胞，從而放大免疫反應(yīng)[2]。MHC在免疫耐受的誘導(dǎo)中起到重要作用，深入研究免疫細胞互噬作用對誘導(dǎo)移植免疫耐受具有重要意義。本文就免疫細胞互噬作用研究的起源和發(fā)展、機制及其在移植免疫中的生物學意義進行綜述。

1 細胞互噬作用研究的起源和發(fā)展

1.1 細胞互噬作用研究的起源

細胞互噬作用于20世紀70年代末至80年代中期首次在微生物中被描述，是阿米巴殺死其他真核細胞的一種機制[1,3]。隨后，在多細胞生物體中，首先在哺乳動物免疫細胞間發(fā)現(xiàn)了互噬現(xiàn)象。Cone等[4]于1972年首次觀察到MHC Ⅱ類分子從B細胞轉(zhuǎn)移至T細胞。之后T細胞、B細胞、自然殺傷（natural killer，NK）細胞和樹突狀細胞（dendritic cell，DC）等的互噬作用也相繼被報道，并在體內(nèi)和體外實驗中證實[5-8]?；ナ勺饔冒l(fā)生在兩個活細胞之間形成偶聯(lián)的過程，細胞膜片段動態(tài)轉(zhuǎn)移甚至部分細胞漿內(nèi)容交換，使細胞從結(jié)合細胞中繼承許多不同的分子，直接或間接影響細胞的表型和功能[9]。不同于其他的細胞間交換機制，互噬作用要求活細胞間直接接觸，反應(yīng)快速且可以完整轉(zhuǎn)移蛋白質(zhì)。

1.2 細胞互噬作用研究的發(fā)展

為了描述這種快速的膜和分子攝取現(xiàn)象，Joly等[10]創(chuàng)造了“trogocytosis”一詞，它源自古希臘語“trogo”，意為“啃”，我們稱之為“互噬作用”。Joly等還提出從進化論的角度來看，互噬作用最初可能作為一種共生：白細胞可能以其他類型細胞為“食”，作為承擔機體防御和抵擋病原體的回報。由于脂質(zhì)產(chǎn)生能量最多，淋巴細胞獲得的脂質(zhì)膜碎片可以極大地促進代謝和增殖，其激活也變得更加容易[10]。也有學者將免疫細胞通過互噬作用獲取MHC分子來激活免疫反應(yīng)的現(xiàn)象稱為“cross-dressing”，意為“交叉修飾”，最初由Yewdell等[11]提出。目前尚未明確互噬作用和交叉修飾是否代表同一種現(xiàn)象，兩者都涉及MHC分子的細胞間轉(zhuǎn)移，但交叉修飾一般特指為APC獲取外源MHC分子的現(xiàn)象，被看作抗原提呈的一種模式，而互噬作用則廣泛的表示包括APC在內(nèi)的免疫細胞從活細胞中獲取物質(zhì)的現(xiàn)象[12]。

免疫細胞的互噬作用被認為是一種良性的細胞間相互作用形式，可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)而不涉及細胞死亡[13-14]。近年來，互噬作用的研究范圍不斷擴大，包括神經(jīng)細胞和胚胎細胞[15-16]。其功能也在不斷延伸，包括細胞重塑、細菌傳播以及微生物的免疫逃逸等[15-18]。

2 細胞互噬作用的機制

目前，雖在眾多細胞間觀察到互噬現(xiàn)象，但其尚未被充分認識，不同細胞間的互噬作用機制仍未明確。

2.1 免疫細胞互噬作用的機制

已證明T細胞的互噬作用與抗原特異性T細胞和APC之間免疫突觸的形成相一致[19-20]。免疫突觸的形成涉及T細胞受體（T cell receptor，TCR）、共刺激分子和黏附分子的空間重排。兩個細胞接觸后TCR和MHC在空間上聚集，形成不同的、空間分離的超分子活化復(fù)合物。與MHC結(jié)合后，TCR向復(fù)合物的中心遷移引起T細胞表面TCR表達下調(diào)，APC表面分子黏附在T細胞表面，然后復(fù)合體被TCR介導(dǎo)的內(nèi)吞作用一同內(nèi)化形成包涵體，與溶酶體融合并被循環(huán)到T細胞表面，或者被泛素化。通過此過程T細胞可獲取MHC Ⅰ類或Ⅱ類分子，APC同樣可在接觸中獲得T細胞表面分子，因此也具有了T細胞的部分特性，這種雙向互換過程即為細胞互噬作用[21]。B細胞和NK細胞的互噬作用也伴隨免疫突觸的形成而發(fā)生[22]。

免疫細胞的互噬作用過程一般需要受體與配體的相互作用以及肌動蛋白和磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphoinositide-3-kinase，PI3K）介導(dǎo)的細胞接觸[23]。在T細胞的互噬作用中，PI3K在膜碎片和MHC的獲取上具有關(guān)鍵作用，但在NK細胞中，PI3K似乎并不重要[21]。此外，已證實TCR的內(nèi)化依賴于TC21蛋白和RhoG蛋白的激活[24]，Src蛋白、脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，SYK）參與T細胞的互噬作用[23]；肌動蛋白、Src蛋白和SYK也參與了MHCⅡ類分子從DC到嗜堿性粒細胞的轉(zhuǎn)移[25]。

2.2 互噬作用與吞噬作用

已知參與哺乳動物吞噬作用的多個蛋白都參與了互噬作用，包括RhoG蛋白、Src蛋白、SYK和肌球蛋白輕鏈激酶（myosin light chain kinase，MLCK）等，因此有學者提出互噬作用的本質(zhì)可能是吞噬作用失敗[23]。吞噬作用在各類型生物和細胞中已得到廣泛研究[26-27]，而互噬作用的潛在機制才初步解開，尚不清楚兩者在多大程度上具有共同機制。一方面兩者都依賴于對磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)化和細胞骨架動力學的精準調(diào)控[21]；另一方面TC21蛋白已被證明在T細胞互噬作用中起重要作用[24]；最近發(fā)現(xiàn)AGC家族激酶-1參與溶組織內(nèi)阿米巴的互噬作用，但不參與吞噬作用[28]。某些情況下，互噬作用是以活細胞為靶標，而吞噬作用則是吞噬死亡細胞[29]。Gong等[30]認為吞噬作用是互噬作用的一種形式。總之，吞噬作用和互噬作用聯(lián)系復(fù)雜，互噬作用不僅僅代表吞噬作用失敗的結(jié)果。

3 免疫細胞互噬作用的生物學意義

免疫細胞的互噬作用以及獲得性分子的呈現(xiàn)具有重要的生物學意義。目前尚未明確互噬作用過程中哪些細胞成分被轉(zhuǎn)移，但已證實可轉(zhuǎn)移成分中既有膜和膜蛋白，又包含細胞內(nèi)物質(zhì)[31]。

3.1 免疫細胞互噬作用在抗原提呈中的意義

免疫細胞互噬作用可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，被認為是免疫細胞間的一種良性細胞通訊。T細胞通過互噬作用獲得功能性APC衍生分子，如共刺激分子、MHC及黏附分子等，使其存在于細胞表面的重要位置，保持完整功能[22]。許多獲得性分子不由T細胞內(nèi)源性表達，但它們對T細胞的生物學作用有著顯著影響。從APC獲得CD80和人類白細胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）-DR后，T細胞以抗原特異性的方式刺激靜止的T細胞，行使APC的功能，使能夠提呈抗原的細胞數(shù)量增加，提高免疫系統(tǒng)的抗原提呈或刺激能力[2]。CD4+T細胞從APC獲得的MHC Ⅱ類分子和CD80后可調(diào)節(jié)T細胞的增殖，且在沒有APC的情況下引導(dǎo)持續(xù)的自主激活[5]。輔助性T細胞（helper T cell，Th）通過互噬作用可驅(qū)動初始CD4+T細胞的激活；調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）通過互噬作用獲得HLA-G，可增強免疫抑制能力[32-33]。Reed等[19]提出CD4+T細胞的互噬作用與Th2表型有關(guān)，獲得膜蛋白可能是Th2免疫反應(yīng)的驅(qū)動因素。也有研究報道，嗜堿性粒細胞通過互噬作用獲得MHC Ⅱ類分子，并與內(nèi)源性CD86一起刺激肽特異性CD4+T細胞增殖和產(chǎn)生白細胞介素（interleukin，IL）-4，表明嗜堿性粒細胞也可作為Th2導(dǎo)向的APC發(fā)揮作用[25,34]。

3.2 免疫細胞互噬作用在腫瘤免疫中的意義

互噬作用在腫瘤抗體治療方面的作用與細胞殺傷有關(guān)?？贵w治療是指抗體結(jié)合于腫瘤細胞表面直接下調(diào)生長因子，或通過細胞介導(dǎo)的細胞毒性、補體依賴的細胞毒性或吞噬作用等機制殺傷腫瘤細胞[35]。通過互噬作用可有效地從腫瘤細胞表面移除目標受體，在抗體如利妥昔單抗存在時，NK細胞和巨噬細胞的腫瘤殺傷作用得到改善[36]。但是，互噬作用也存在消極影響，其可以從腫瘤細胞表面去除抗原和治療性抗體（如抗CD20抗體），從而導(dǎo)致腫瘤細胞發(fā)生免疫逃逸[37]。因此，對互噬作用的深入研究可能為優(yōu)化腫瘤抗體治療創(chuàng)造更多機會[31]。

體內(nèi)腫瘤細胞普遍表達HLA-G1，其在腫瘤細胞上的表達具有抗殺傷作用。已證實NK細胞可通過互噬作用獲得HLA-G1，獲得HLA-G1的NK細胞停止增殖，不再有細胞毒性作用，并且能夠抑制其他NK細胞的細胞毒性作用，從而削弱了NK細胞的腫瘤殺傷能力，并可能允許腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[38]。此外，HLA-G可以與表達在各種免疫細胞（如NK細胞、T細胞、B細胞、DC、中性粒細胞）上的免疫球蛋白樣轉(zhuǎn)錄物（immunoglobulin-like transcript，ILT）2和（或）ILT4等抑制性受體結(jié)合，抑制其功能[39]。因此，病理情況下監(jiān)測HLA-G的表達以及阻斷HLA-G對腫瘤免疫治療十分重要。明確細胞互噬作用的分子機制和功能有助于臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

3.3 免疫細胞互噬作用在移植免疫中的意義

移植手術(shù)成功的主要障礙是受者免疫系統(tǒng)對供者MHC分子的識別。在無免疫抑制的情況下，同種異體移植物很快會被受者B細胞和T細胞識別為異體并攻擊。B細胞通過識別供者完整MHC分子表面的多態(tài)結(jié)構(gòu)域；T細胞則通過兩種不同機制檢測供體抗原：供者APC將完整的供者MHC-肽復(fù)合物提呈給受者T細胞的“直接途徑”和受者T細胞識別受者APC呈現(xiàn)在受者MHC分子內(nèi)的同種異體MHC分子或非MHC蛋白多態(tài)區(qū)域的供者衍生肽（次要組織相容性抗原）的“間接途徑”[12]。

此外，Smyth等[40]提出“半直接途徑”，即受者DC通過互噬作用獲取供者MHC Ⅰ類分子，該過程發(fā)生在移植的整個周期中，導(dǎo)致直接途徑中受者T細胞持續(xù)性激活。而移除獲得供者MHC Ⅰ類分子的受者DC可顯著延長移植物存活時間。Liu等[41]證實在小鼠心臟移植中，通過互噬作用獲得供體完整MHC的受體DC耗竭可直接抑制同種異體反應(yīng)性T細胞的激活，并延緩?fù)N異體移植排斥反應(yīng)。Ono等[42]發(fā)現(xiàn)在小鼠肝移植術(shù)后早期，同種異體移植物內(nèi)大量DC表面均勻表達受體MHC Ⅰ類分子，而局部點狀表達供體MHC Ⅰ類分子，表明這些DC為受體來源的DC，并通過互噬作用獲取了供體MHC Ⅰ類分子。同時，發(fā)生互噬作用的DC表面高表達程序性細胞死亡受體配體（programmed cell death protein-ligand，PD-L）-1和IL-10，可抑制抗供體的受體T細胞增殖，并促進同種異體反應(yīng)性T細胞死亡。

介導(dǎo)同種異體移植排斥反應(yīng)的受體T細胞活化一般需要兩步，第1步發(fā)生在次級淋巴器官中，T細胞接受受體DC提呈的同種異體抗原，并分化為效應(yīng)性T細胞；第2步發(fā)生在移植物中，效應(yīng)性T細胞在誘導(dǎo)排斥反應(yīng)之前與受體DC重新接觸。Hughes等[43]通過小鼠胰島移植和腎移植兩種模型，發(fā)現(xiàn)受體DC與供體MHC-肽復(fù)合物的交叉修飾是驅(qū)動同種異體移植物內(nèi)效應(yīng)性T細胞反應(yīng)的主要抗原提呈途徑。此發(fā)現(xiàn)具有重要的臨床意義，它將次級淋巴器官中的同種抗原識別與移植物中的同種抗原識別聯(lián)系起來，交叉修飾后的受體DC在次級淋巴器官中誘導(dǎo)產(chǎn)生同種異體反應(yīng)效應(yīng)性T細胞，后者識別移植物中發(fā)生相似交叉修飾后受體DC上的同種抗原，在誘導(dǎo)維持急、慢性排斥反應(yīng)中發(fā)揮主要作用。由此可見，靶向作用于受體DC與供體MHC-肽復(fù)合物的交叉修飾途徑，有望阻止或阻斷由進入移植物的效應(yīng)性T細胞或記憶性T細胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)。

3.4 免疫細胞互噬作用的其他生物學意義

雖然免疫細胞的互噬作用一直被認為是細胞間的一種良性作用形式，但它也具有細胞殺傷作用。研究顯示，中性粒細胞可以通過互噬作用殺死陰道毛滴蟲[29]。免疫系統(tǒng)之外，細胞互噬作用的功能也在不斷延伸。在神經(jīng)系統(tǒng)中，小膠質(zhì)細胞可通過細胞互噬作用形成和修剪神經(jīng)細胞[15]，星形膠質(zhì)細胞可通過細胞互噬作用重塑神經(jīng)元的大小和細胞器的組成[44]。

4 小 結(jié)

免疫細胞互噬作用是一個廣泛的、快速發(fā)展的主題，它加深了我們對免疫細胞間相互作用的理解。但目前仍有許多問題待解決，如免疫細胞互噬作用的潛在機制是什么？機體在什么狀態(tài)下啟動免疫細胞互噬作用，如何選擇轉(zhuǎn)移成分？是否所有細胞成分都可通過互噬作用進行轉(zhuǎn)移并表達？只有解開這些謎題，才能掌握有效誘導(dǎo)免疫互噬的方法，在移植免疫領(lǐng)域開辟新的道路。