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编号:10228570
Fas及其配体与免疫赦免
http://www.100md.com 《临床血液学杂志》 1999年第2期
     作者:王良利

    单位:同济医科大学附属协和医院血研所

    关键词:Fas;FasL;凋亡;免疫赦免

    临床血液学杂志990222 邹萍审校

    近年来,发现了除TNF(Tumor necrosis factor)外目前唯一 的介导细胞凋亡的蛋白分子-Fas(factor associated suicide)和FasL(Fas ligand),并发 现其对膜蛋白分子在免疫调控、免疫病理中有重要作用。值得注意得是近来发现眼、睾丸等 免疫赦免区及某些恶性肿瘤细胞高表达FasL,提示Fas-FasL参与维持免疫赦免,并且动物 实验使异基因胰岛细胞移植物局部表达FasL,成功地诱导了局部免疫赦免,这表明Fas系统 与免疫赦免有密切关系。这一观点将为临床的器官移植及肿瘤治疗提供新的途径。
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    1 Fas及FasL的分子生物学特点

    人的Fas基因位于10号染色体长臂,cDNA全长2 534 bp,编码含335个氨基酸的糖基化 受体蛋白。Fas蛋白为Ⅰ型跨膜蛋白,属TNF/NGF(nerve growth factor)受体超家族。其胞 浆区约70个氨基酸是Fas和TNF-R1(TNF receptor1)传导凋亡信号所必需的,称“死亡 区”。鼠Fas基因位于19号染色体,cDNA长2-1 kb,编码306个氨基酸。鼠和人的Fas在核苷 酸和氨基酸水平分别有58.5%和49.6%的同源性〔1〕。Fas在激活的成熟胸腺 细胞或HTLV-1、HIV、EB病毒转化的淋巴细胞表面大量表达,也存在于鼠类的肝、心、肺等 器官中〔2,3〕。人与鼠的FasL基因都位于1号染色体,人FasL的cDNA长1 623 kb, 编码的蛋白含279个氨基酸,为Ⅱ型跨膜蛋白,属TNF家族。鼠和人的FasL在氨基酸水平有 26.9%的同源性。除激活的胸腺 细胞表达FasL外,鼠的睾丸有高丰度的FasL。T细胞受DMA(佛波酯)、ConA(刀豆蛋白A)、钙 离子载体ionomycin刺激或T细胞受体交联后表达FasL。
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    2 Fas信号传导机制

    抗Fas抗体、细胞膜表面FasL或纯化的FasL均可结合细胞表面Fas,向细胞内传递死亡 信号。Fas和FasL结合后数小时,细胞呈典型的凋亡样形态学改变包括胞膜起泡、染色体浓 聚、边集及细胞皱缩,在凋亡的最后阶段细胞DNA断裂成不同倍数于180 bp的片段,电泳后呈现特征性梯形图谱。由于凋亡早期核的突出变化,有人认为Fas介 导的凋亡是依赖核的信号传递及核酸内切酶的激活〔3〕。但Klaus等〔4〕人 将鼠纤维母细胞瘤细胞系转染编码人Fas蛋白的表达质粒后用细胞松弛素B处理,高速离心去 核后,加入抗Fas或维生素K3后,胞浆出现明显的凋亡样胞浆改变。并且SuSan等人利用有 丝分裂的鸡肝癌细胞的抽提液设计的无细胞系,使加入的游离的细胞核出现染色体浓聚和DN A降解等典型凋亡时核的改变,提示胞浆提取物对游离核有诱导凋亡能力,即APA(apoptosis promoting activity)。以上事实说明在调亡过程中胞浆变化早于并重于核改变〔5〕 。但对于APA的了解不多,可能是凋亡所需的特异性核酸内切酶和蛋白酶。上述表明Fas介 导的凋亡不需特异的基因转录,Fas可能直接激活存在胞浆中的固有的死亡程序。在某些情 况下,RNA和蛋白质合成可能是合成某些激活或抑制已存在的某些死亡程序的物质。最近克隆出三种Fas/TN FR1胞浆功能区结合蛋白基因TRADD(TNF-R associated protein with death domain)、F ADD(Fas associated protein with death domain )和RIP(receptor interactive protein )。这三种基因在细胞中瞬时过量表达可引起细胞凋亡。推测这是由于激活的Fas分子通过其 死亡结构域与细胞由上述基因表达产物结合,后者进而与蛋白酶FLICE(FADD like interleu kin-1β converting enzyme,Caspase 8)和Mch4(Caspase 4)结合。这些蛋白酶一经蛋白水 解而激活,则可使细胞进入凋亡〔6〕。现已发现某些细胞虽高表达Fas,但对Fas介 导的凋亡有抗性,提示可能Fas胞内信号传导通路障碍或细胞内有抑制凋亡的分子。Fas相关 酪氨酸激酶-1(FAP-1)是最近发现的Fas抑制因子。FAP-1高表达的细胞对Fas介导的凋亡 有抗性,低或无表达的细胞则敏感。FAP-1的作用位点在Fas细胞内区C端15个氨基酸处。实 验选择性去除此段氨基酸,则细胞对凋亡的敏感性增高〔7〕。哺乳动物半胱氨酸蛋 白酶家族包括ICE、Ned d-2/Ich-1(Caspase 2)和CPP32(caspase 3)。其结构与线 虫的Ced-3编码的蛋白相似。其中ICE(Interleukin-1β converting enzyme)可催化前尖 性细胞因子IL-1β由无活性的前体变为有活性的成熟形式。ICE作用于底物的位于在Asp-x (x代表任何一种氨基酸)处,这种情况仅见于另一种真核蛋白酶,即细胞毒性细胞蛋白酶1。 Fas和FasL结合后迅速激活ICE的蛋白水解作用,诱导细胞凋亡。这种可通过ICE的抑制剂牛 痘病毒CrmA基因编码的蛋白,反义ICE cDNA及抑制ICE活性的四肽(Tyr-Val-Ala-Asp), 都能特异性阻断凋亡信号的传导而证实。Ced-3是线虫发育过程中所有细胞凋亡所必须的, 称为“死亡蛋白”。虽然线虫和哺乳动物亲缘关系较远,但Ced-3的蛋白产物与ICE有28%的 高度同源性,提示ICE在哺乳动物中可能同样有广泛作用〔8〕。近来对神经酰胺介导 Fas信号传递的研究发展较快。神经酰胺是细胞膜或细胞器膜的鞘磷脂被鞘脂酶水解后产生 的。各种Fas+的细胞与抗-Fas作用5 min后即可检测到酸性鞘磷酯酶的活性,并且有部分 鞘磷脂水解、神经酰胺含量增加等变化。为证实神经酰胺参与Fas介导的凋亡,有人将具膜 通透性人工合成的神经酰胺类似物(N-octanoylsphingosine)加入培养基中,可诱导Fas敏 感株的凋亡,外源性加入神经酰胺或鞘磷酸酶导致细胞DNA断裂及凋亡样形态改变〔9〕 。神经酰胺作为第2信使至少可激活2种激酶(即膜结合型和胞浆内的丝/苏氨酶蛋白激酶) 。这两种激酶可通过激活IP3(肌醇1,4,5-三磷酸)和DAG(磷酸甘油二酯)使胞内Ca2 +升高〔10〕。另外,Fas和FasL结合后1 min即发生酪氨酸磷酸化,并且酪氨酸激 酶抑制剂以浓度依赖的方式抑制DNA的裂解,可见酪氨酸激酶激活并由此导致酪氨酸磷化是 凋亡早期所需的反应。此外Oshimi利用细胞内、外钙螯合剂证明Fas与其抗体结合后引起细 胞外Ca2+内流及细胞内Ca2+贮库的释放,使胞内Ca2+浓度升高,激活Ca 2+/Mg2+依赖性核酸内切酶,导致DNA断裂和染色体浓缩〔11〕
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    3 Fas及其配体与免疫赦免

    早在120多年前,人们就发现身体某些部位的器官移植后,同种异体甚至异种移 植物比身体其它部位的移植物存活时间长。当时对这种现象解释为:①有特殊的屏障,如血 -角膜屏障等;②无淋巴引流,如角膜;③抗原沉积在该区。因此,抗原性物质不能离开此 区,免疫活性细胞不能进入该区,免疫系统对这种部位“视而不见”,故称这些部位为“免 疫系统无能区”。这些特殊部位包括眼、睾丸、胸腺、脾等。然而现在的观点认为抗原不仅 能与免疫系统接触,而且激活的免疫细胞也能进入这些部位,但这些部位不会发生破坏性免 疫反应。故而将这些部位称为“免疫赦免区”。所谓免疫赦免是指某些特定的同种异体器官 (包括感染性病原体和肿瘤)植入后,可不被排斥,长期存活,表现为受者对移植物选择性耐 受。现在对于免疫赦免机制的研究有了突破性进展,并认为FasL诱导的细胞凋亡是免疫赦免 的机制之一。Donald等〔12〕人以鼠睾丸为实验对象证实了这一观点。他们将B6鼠 睾丸及经酶消化分离出的基质细胞移植到MHC不相容的BAIB/C鼠腹腔中,21天后移植物仍存 在于鼠体内,与同基因移植物无明显区别,且无任何排斥反应的迹象。相及,同样地把B6 -gld(generadized lymphoproliferative disease)(缺乏功能性FasL)鼠组织移植到BAIB/C 鼠时立即发生排斥反应,说明FasL是移植排斥反应发生与否的关键因素。进一步对睾丸组织 用northern blot、RT-PCR等分析证实基质细胞的结构性表达FasL的mRNA,因此可认为基质 细胞表达的FasL与受者激活的淋巴细胞表面Fas结合诱导淋巴细胞凋亡,阻断排斥反应,从 而使移植物获得免疫赦免〔12〕。在探讨眼的免疫赦免机制的研究中,Griffith等 人将HSV1注射到正常的C57 BL/6鼠眼前房引起炎性细胞浸润,这些炎性细胞在感染24小时后 发生广泛的凋亡,并且细胞局限在眼前段,很少进入后房;而FasL缺陷的gld鼠感染HSV-1 10天后,炎性细胞已侵入眼后房,并附在或侵入视网膜、视神经,且不伴有凋亡的发生。这 表明FasL与眼的炎症反应的发展有关。该实验还排除了gld鼠眼中发生的炎症扩散是由炎性 细胞对眼产生毒性作用而致的可能性。上述说明FasL在防止眼中发生破坏性炎症中发挥重要 作用。Griffith进一步将分离的眼前段(无淋巴细胞浸润)与Fas+和Fas-的肿瘤细胞共培 养,发现仅Fas+的细胞发生凋亡,这说明眼组织内的环境在无炎性细胞浸润情况下诱导依 赖FasL的细胞凋亡。并且RT-PCR、免疫组化等方法也证实了眼的角膜上皮、内皮、虹膜、 睫状体等表达FasL〔13〕。以上事实表明Fas-FasL的相互作用诱导调亡是维持眼免 疫赦免的一个重要机制。由此看来免疫赦免的机制除了生理性屏障的被动过程外,还包括利 用Fas-FasL相互作用诱导有潜在危险性浸润的炎性细胞凋亡的重要主动过程。这一发现提 示FasL可用于“创造”用于移植的免疫赦免组织。最近,Lau等〔14〕人将转染FasL 的肌细胞和异基因的胰岛细胞混合移植物移植到受者,由于局部FasL的保护作用,胰岛细胞 得以长期存活,获得局部特异性免疫赦免。这一实验的成功进一步证实了Fas-FasL与免疫 赦免的关系,并且为将来异体间器官移植开创了新纪元。另外,许多肿瘤细胞表面表达FasL ,为恶性黑色素瘤。正常的黑色素细胞不表达FasL,当其恶变时FasL表达大量增加,表明可 能在肿瘤发生过程中发生FasL表达上调。在恶性黑色素瘤细胞中,部分表达膜结合型FasL, 部分表达膜结合型和可溶性两种FasL,在某些肿瘤有转移的患者的转移灶中也检测到FasL, 并且这些肿瘤细胞可诱导Fas敏感的免疫细胞凋亡。此外这些黑色素瘤细胞不表达或微量表 达Fas,并且对重组FasL诱导的凋亡具抗性。这表明黑色素瘤可能通过FasL诱导肿瘤激活的F as+的免疫细胞凋亡,从而逃避机体的免疫监视。为证实这一点,有人将FasL+的黑色素 瘤细胞皮下注射到lpr(lymphoproliferation)鼠。因lpr鼠缺乏Fas,对FasL依赖的凋亡的敏 感性较差。移植肿瘤的生长比对照的野生型鼠慢得多。相反,当肿瘤移植到gld鼠中时,肿 瘤长得很快。这说明Fas系统在肿瘤排斥过程中起关键作用。因此,可利用化学制剂使肿瘤 灶内浸润的免疫细胞对FasL诱导的凋亡敏感性降低,从而打破无免疫反应状态,为恶性肿瘤 的治疗提供一个新的途径〔15〕
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    总之,Fas和FasL与免疫赦免关系的明确为疾病的临床治疗提供了新思维。对于器官移植, 可以诱导局部特异性免疫赦免;对于肿瘤,可破坏其免疫赦免状态。当然,由于对Fas-Fas L信号传递机制及Fas与其它的与凋亡有关基因的关系不甚明确,Fas-FasL在临床的成功应 用将有一段很长的摸索期。

    邮政编码:武汉市,430022

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    (1998-04-01 收稿 1998-09-01 修回), http://www.100md.com