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编号:10240276
膜表面型与可溶型HLA-B27 分子在人C1R细胞内的细胞生物学研究
http://www.100md.com 《军医进修学院学报》 2000年第3期
     作者:张江林 黄烽 余得恩

    单位:张江林 黄烽(解放军总医院风湿科,中国北京 100853);余得恩(UCLA医学院风湿病中心,美国洛杉矶 90095)

    关键词:HLA-B27;分子;可溶型;膜表面型;细胞生物学

    军医进修学院学报000301 [摘要] 目的:了解两型HLA-B27 分子在人细胞系内的合成、组装及转运过程。方法:克隆到真核表达载体RSV.5neo的膜表面型与可溶型B27 (sB27) cDNA以电转法转入人B淋巴母细胞突变细胞系C1R,并使其稳定表达。以免疫沉淀、脉冲追踪及内切糖苷酶H消化实验观察两型B27 分子在C1R细胞系内的细胞生物学特点。结果:sB27 分子与膜表面型B27 分子一样,约需 30 min 完成细胞内的修饰过程,均与Calnexin及BiP这两种分子伴侣相关等,但与膜表面型B27 分子相比,仅部分sB27 分子被转运到细胞表面,相当一部分sB27 分子 4 h 后仍滞留在内质网腔内。结论:sB27 分子在人C1R细胞内的合成、组装与转运过程与膜表面型B27 分子相似,滞留在内质网腔的sB27 分子的酶解片段有可能通过Ⅱ类分子而递呈给CD4+T细胞,这一现象将为研究HLA-Ⅱ类分子与脊柱关节病的相关提供新线索,并为今后探讨B27 及环境因素与脊柱关节病的相关、寻找早期诊断与早期治疗措施提供理论依据。
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    中图号:R593 文献标识码:A

    文章编号:1005-1139(2000)03-0161-04

    Cell biology study of cell surface and soluble HLA-B27 molecules in human lymphoblastoid cell line C1R

    ZHANG Jiang-lin, HUANG Feng, YU De′en

    (Department of Rheumatology, PLA General Hospital, Beijing 100853, China)

    [Abstract] Objective:To study the synthesis, assembly, transportation and expression of cell surface and soluble HLA-B27 molecules in human lymphoblastoid cell line C1R.Methods:B27 and soluble B27 (sB27) cDNA were cloned into eukaryotic expression vector RSV.5neo and transfected into C1R cells through electroporation. Monoclonal antibodies were used in experiments such as immunoprecipitation, pulse-chase and endoglycosidase H digestion to study the cell biology of B27 and sB27 molecules and their association with molecular cheparones Calnexine and BiP.Results:The synthesis, assembly, transpotation and expression of sB27 molecule were completed through the same pathway inside C1R cell line as cell surface B27 molecules although only part of the sB27 molecules finished the whole process. Most of the sB27 molecules were retained inside the endoplasmic reticulum. Conclusion:As a product of alternative splicing of B27 molecules, sB27 molecule which had been released to the supernatant had similar cell biology to its cell surface counterpart. It is speculated that most of the sB27 molecules retained inside endoplasmic reticulum would be degraded and presented to CD4+ T cells. through class Ⅱ molecules. This hypothesis explained the recent findings that B27 related spondyloarthropathies had HLA class Ⅱ antigen association clues such as CD4+ T cell activation.
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    Key words:HLA-B27 molecules; soluble; membrane-bound; cell biology

    HLA-B27(B27)与强直性脊柱炎(AS)之间的关联是所有疾病与HLA相关中最为密切的,多年来一直是风湿病学界研究的热点之一。B27与其它HLA分子一样,主要以膜结合型方式表达于细胞表面,亦可以一种可溶型状态出现在患者血清中[1~5]。尽管发现B27 与疾病的相关已近 30 年,对B27 在人细胞内的合成、组装及转运过程国内外文献均未见报道。本研究分别将克隆得到的膜表面型与可溶型B27 分子(sB27) 转入人C1R细胞系内,并以单克隆抗体、免疫沉淀、脉冲追踪及内切糖苷酶H消化实验观察膜表面型与可溶型B27 分子如何与Calnexin及BiP这两种分子伴侣相关,了解它们在人C1R细胞系内的细胞生物学特点。

    1 材料和方法

, 百拇医药     1.1 基因克隆 B27 基因及真核表达载体RSV.5neo[6]均由美国华盛顿大学Carreno教授惠赠。设计含SalⅠ及BamHⅠ酶切点的PCR引物,以PCR方法得到用于克隆的B27cDNA。sB27 cDNA则通过三轮PCR删除编码跨膜单位的第 5 外显子而得到[7]

    1.2 基因转染 将克隆到RSV.5neo的B27 与sB27 cDNA以电转法转入无HLA-A,B分子表达的突变细胞系C1R[8](美国斯坦福大学Parham教授提供)。2×107指数期生长的C1R细胞与 2 μg B27 或sB27 cDNA 在 1 ml 体积中共同冰浴 10 min,BioRad基因电转仪 220 V, 960 uFD处理,细胞以含抗生素G418 (Geneticin, 0.5mg/ml,美国Gibco BRL公司产品)的培养液筛选具有抗药性的细胞。以抗HLA-Ⅰ类的单克隆抗体W6/32 与HC10 以及抗B27 的单克隆抗体ME1 作间接免疫荧光染色确定转入B27 cDNA的C1R(B27-C1R)细胞。表达sB27 分子的C1R细胞(sB27-C1R)的鉴定以SangStat Medical公司出售的试剂盒检测sB27-C1R培养上清中sB27分子的水平,简要步骤如下:抗HLA-B27 单克隆抗体包被 96 孔培养板单数孔加入 100 μl 待测样品,含有 80 μl 增强液(排除HLA-B7引起的假阳性反应)的双数孔中则加入 20 μl 待测样品并各分别加入阳性或阴性对照,室温 2 h 后洗 5 次,每孔加入 100 μl 辣根过氧化酶标记的兔抗人β2微球蛋白抗体,室温孵育 90 min 后洗 5 次,加入底物室温 30 min 后 100 μl 1N HCl 终止反应,以分光光度计测定OD值,再根据标准曲线计算sB27 的含量。
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    1.3 免疫沉淀实验 5×106 指数期生长的B27-C1R和sB27-C1R细胞先以缺乏甲硫氨酸-半胱氨酸的RPMI1640 培养液培养 45 min,再以 3.7~7.4 MBq (0.1~0.2 mCi) 的35S-甲硫氨酸-半胱氨酸(美国DuPont NEN 公司产品)标记,以 1% 毛地黄皂苷(Digitonin,日本WAKO公司产品)裂解液裂解细胞 20 min,上清以兔血清及 10% Pansorbin细胞(美国Calbiochem公司产品)吸附过夜后与预先结合了G蛋白-琼脂糖的ME1 做免疫沉淀,沉淀物以 2% SDS洗脱后分别作 10.5% 的SDS-PAGE电泳与放射自显影。

    1.4 脉冲追踪实验 细胞按 1.3 描述的方法以同位素标记 5 min 后立即以 9 倍体积冰冷的、含 4 mmol/L 甲硫氨酸-半胱氨酸培养液中止,再加入 37 ℃ 的RPMI1640 培养液,样品在特定时点取出以冰冷却,再分别以ME1或抗Calnexin(美国哈佛医学院Michael Brenner教授惠赠)或抗BiP单克隆抗体(加拿大StressGen Biotechnologies公司产品)作电泳与放射自显影。
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    1.5 内切糖苷酶H(endo H)消化实验 免疫沉淀物以 1% SDS及 2-巯基乙醇洗脱后煮沸 3 min,每份样品中分别加入 0.15 mol/L 醋酸钠和 100 mmol/L PMSF后均分为 2 份,其中 1 份加 4 mU endo H(美国Genzyme公司产品) 37 ℃ 孵育过夜,以冰冻的 50% 三氯乙酸沉淀后作电泳与放射自显影。凡经过内质网糖化修饰并进入高尔基体的蛋白质,若能耐受endo H消化,说明该蛋白质已受甘露糖苷酶作用,完成在高尔基体的修饰过程;若不能耐受endo H消化,说明该蛋白质已受甘露糖苷酶作用,完成在高尔基体的修饰过程;若不能耐受endo H消化,说明该蛋白质尚未完成在高尔基体内的修饰[3]

    2 结 果

    2.1 两型B27 分子在C1R细胞内的合成、组装与转运 图 1 显示B27-C1R与sB27-C1R细胞中耐受endo H的条带出现的时间,可见与膜表面型B27 分子相比,仅部分sB27 分子完成在高尔基体内的修饰过程,并被转运到细胞表面,脉冲追踪实验出现耐受endo H的条带。从图 2 可看出,大约 30 min 后B27/sB27 分子的细胞溶浆中既有对endo H敏感的条带,也有耐受endo H的条带,说明B27/sB27-C1R细胞在加入培养基后立即开始合成B27/sB27 分子,大约 30 min 后已开始从内质网转运到高尔基体;与膜表面型B27 分子不同的是, 4 h 后仍有部分sB27 分子未完成在高尔基体内的修饰过程,脉冲追踪实验显示为 sB27 分子既有对endo H敏感的条带,也有耐受endo H的条带。从图 2 还可看出大约 30 min 后sB27-C1R细胞培养上清已有相当数量的sB27 分子,并随培养时间延长而增多,脉冲追踪实验显示为仅有一条耐受endo H的sB27 分子条带。
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    图1 B27-C1R与sB27-C1R细胞系在脉冲追踪实验中出现endo H条带的情况

    图2 不同追踪时间endo H消化实验结果

    (endo H +/- 分别代表实验中加或不加endo H)

    A.B27-C1R细胞溶浆;

    B.sB27-C1R细胞溶浆;

    C.sB27-C1R培养上清

    图3 分子伴侣单克隆抗体免疫沉淀实验结果
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    A.B27-C1R细胞溶浆;

    B.sB27-C1R细胞溶浆

    2.2 分子伴侣Calnexin及BiP与sB27分子的相关 从图 3 可以看出,当以抗Calnexin或BiP的单克隆抗体作免疫沉淀实验时,发现sB27 与B27 分子一样,均与Calnexin及BiP分子结合,结合的量随时间的延长而逐渐减少,说明Calnexin及BiP仅与新生态的B27 及sB27 分子结合。

    3 讨 论

    本研究通过分子生物学手段,分别建立了稳定、高效表达膜结合型与可溶型B27 分子的C1R细胞系,以单克隆抗体、免疫沉淀、脉冲追踪及endo H消化实验等方法在国内外首次报道了两型B27 分子在C1R细胞系中的合成、组装及转运过程与分子伴侣Calnexin和BiP与B27、sB27 分子的相关。从本研究结果看来,释放到细胞外(培养上清)的sB27 分子与膜表面型B27 分子在细胞生物学水平上相似,刚刚合成的新生态的sB27 分子的重链亦先与分子伴侣结合,当与轻链β2微球蛋白结合后,分子伴侣便解离,并与另一新生态的重链结合。组装好的重链及轻链再与TAP分子结合,在获得抗原或自身多肽后便从内质网进入高尔基体,经过糖基化而成熟的sB27分子从高尔基体转运到细胞表面,完成细胞内的组装与转运过程。但脉冲追踪实验发现部分sB27分子 4 h 后仍滞留在内质网腔,并未完成细胞内的组装、转运过程而被释放到细胞外。这一现象在国内外文献均未见报道。这些分子是否与B27 分子的致病作用相关?其重要性何在?
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    众所周知,脊柱关节病与HLA-Ⅰ类抗原B27 分子密切相关[9~11],不过新近发现某些HLA-Ⅱ类分子如DR,DQ与脊柱关节病存在相关性[12,13];研究还发现B27 阳性患者病变组织浸润细胞中除CD8+ T细胞外也有CD4+T细胞[14~16]。这些证据都说明HLA-Ⅱ类分子可能也参与脊柱关节病的发病。从理论上讲,滞留在内质网腔的sB27 分子将迅速被酶类降解,其片段有可能被Ⅱ类分子递呈给CD4+T细胞,这一现象将为研究HLA-Ⅱ类分子与脊柱关节病的相关提供新线索。

    总之,本研究方法的建立及初步研究结果为今后进一步研究B27 分子与AS的关联、制备B27 抗血清或单克隆抗体、建立动物模型奠定基础。已有研究发现,强直性脊柱炎患者血清sB27 水平明显高于正常人,而且与病情活动性相关[17]。sB27-C1R细胞系的制备是将来研究环境因素(如细菌感染)及各种细胞因子对B27 分子表达调控、信息传递等的前提,有望为今后探讨B27 及环境因素与脊柱关节病的相关、寻找早期诊断与早期治疗措施提供理论依据。
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    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39770704);国家教委留学回国人员科研启动基金资助(教外司留436号)

    作者简介:张江林(1966-),男,黑龙江省虎林县人,1990 年第三军医大学毕业,1998年军医进修学院博士毕业,解放军总医院风湿科主治医师;发表论文14篇。电话:(010)66936651

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    收稿日期:2000-03-28;修回日期:2000-04-19, 百拇医药