中性粒细胞发育分化调控机制.pdf

生堡筮生物堂塑鱼瘴堂盘查垫!生!旦筮垫鲞筮!塑堕垫些!望虫丛坠坠里些尘：丛型垫!：!塑：塑，盟!：!中性粒细胞发育分化调控机制胡雪莲赵勇中性粒细胞是固有免疫细胞群，在免疫应答的启动中发挥着重要的作用。它们来源于骨髓造血干细胞，一个原始粒细胞经过增殖发育，最终生成8 3 2 个分叶核粒细胞。在骨髓中发育成熟后，进入血液或组织。粒细胞在组织中可行使防御功能1 2d，衰老的粒细胞主要由单核巨噬细胞吞噬，同时，骨髓释放新生的粒细胞补充外周血以保持白细胞数量相对恒定。正常情况下，每小时进行更新的粒细胞约1 0。中性粒细胞既能起到免疫防御的积极作用，也会在炎症中导致组织损伤且它的发育异常或者功能异常会使机体产生多种疾病，如早幼粒白血病、慢性肉芽肿等。中性粒细胞的发生要经历造血干细胞、原粒细胞、早幼粒细胞、中幼粒细胞、晚幼粒细胞、杆状核粒细胞，最后发育为成熟分叶核粒细胞(图1)。原粒细胞没有蛋白颗粒，到了早幼粒阶段嗜天青颗粒才出现，原粒细胞、早幼及中幼粒细胞等阶段均有合成D N A 的能力，通过有丝分裂而增殖。晚幼粒、杆状核、分叶核粒细胞不能增殖。在中性粒细胞发育不同阶段会有不同的特异性蛋白颗粒表达(图1)，这些蛋白颗粒中包含了特有的蛋白种类来发挥生物学效应(表1)。中性粒细胞在骨髓中的发育和分化是一个涉及多种物质并受到严密调控的复杂过程，下面我们分别就其调控机制进行介绍。一、骨髓微环境对中性粒细胞发育分化的调节表1中性粒细胞蛋白颗粒种类及内含物综述m m l 娜W；刑罡￥划“十研K嘎蜘柱 欹H扑州拄牲蛔毫枉缃臆骼。8 2 M 7 w i p 8 l+2 2 3 _ 1 1 _ _ _ _-I l l _ _ _ l _ _ _ l _ l _ l l I l I I l I l I l I l l l I l l l I l I“川掰，吉盛已鲢 兰皓=二匝噩二二 压王圈甄露匿嚣D 二二二二翌面 二二 匝蔓砸图1中性粒细胞发育分化及蛋白颗粒表达图中性粒细胞生成受到内源因素和外在因素的调节，内源因素取决于细胞本身的变化，而外在因素则主要指骨髓提供的生长环境的影响。造血干细胞小生境由表达巢蛋白的间叶干细胞、成骨细胞、血管周细胞组成J，这些细胞表达维持干细胞生存的基因及此环境中低血流低氧，为干细胞发育提供了充足的条件呤J。中性粒细胞的发育便从这个微妙的小生境中开始。造血干细胞首先表达B 1 整合素，如讲B 1、0 t 6 1 3 1 和a 9 1 3 1，它们与小生境中的成骨细胞及胞外基质细胞表面血管细胞黏附分子l 相互作用以保持其在骨髓中的发育平衡。然后在高浓度G C S F 作用下粒系祖细胞分化为原粒细胞，然后依次发育为早幼粒、中幼粒、晚幼粒、杆状核和分叶核粒细胞。如果骨髓微环境中缺少视黄酸受体1，会造成骨髓中性粒细肜巨噬细胞前体细胞(g r a n u l o c y t e m a c r o p h a g ep r o g e n i t o r s，G M P)和中性粒细胞增多口J。肝脏是胚胎时期造血器官，若肝实质细胞中核因子K B(n u c l e a rf a c t o rK B，N F K B)抑制因子一d(i n h i b i t o r颗粒内容物盘n 妞嘶特髓系过氧化物酶，弹性蛋白酶，防御素，溶菌酶，杀菌渗透增强蛋白，蛋白酶3，天青素，唾液酸酶，B 一葡萄糖醛酸酶，例驭祧氍酸性黏多糖，甘油磷酸酶，胰蛋白酶抑制剂a l，组织蛋白酶，d-甘露糖苷酶，致密体膜蛋白中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白，人抗菌肽蛋白1 8，溶菌酶，黏附分子C D l l b，胶原酶，分泌白细胞蛋白酶抑制剂l，次级颗粒结合珠蛋白，B 2 兹球蛋白，乙酰肝素酶，富含半胱氨酸分泌蛋白，尿激酶型溶菌酶激活因子，乳铁蛋白，组胺酶，明胶酶，分泌泡载膜蛋白，突触相关蛋白：拯嘶蚺明胶酶，溶白血球素，黏附分子C D l l b，基质金属蛋白酶2 5，精氨酸酶-1，B 2 微球蛋白，富含半胱氨酸分泌蛋白，2 敬积氍乙酰转移酶，补体受体，甘油二脂酶D O I：1 0 3 7 6 0 c m a j i s s n 0 2 5 4-5 1 0 1 2 0 1 3 0 5 0 1 7基金项目：科技部重大研究计划项目(2 0 1 0 C B 9 4 5 3 0 1，2 0 1 l C B 7 1 0 9 0 3)；基金委重点及面上项目(c 8 1 1 3 0 0 5 5，C 3 1 1 7 1 4 0 7)作者单位：1 0 0 1 0 1 北京，中国科学院动物研究所生物膜与膜生物工程国家重点实验室通信作者：赵勇，E m a i l：z h a o y i o z c n，电话：0 1 0-6 4 8 0 7 3 0 2万方数据生垡筮生塑堂塑筮壅堂苤查垫!生!旦复塑鲞筮i 翅曼垫i!坠适坚塑垡!里型翌!：塑坚垫!：!：!j：三o fn u c l e a rf a c t o rK B 一仪，I K B a)缺失，新生小鼠骨髓中髓系前体细胞增多，粒细胞生成也增多1。间充质细胞也参与干细胞微环境的调控，问充质成骨细胞中缺失核糖核酸酶内切酶d i c e r l，会造成造血干细胞发育分化紊乱，形成白血病呤1。骨髓基质细胞缺失眼癌蛋白，也会造成髓系细胞增殖紊乱旧j。二、细胞因子对中性粒细胞发育分化的调节细胞因子在中性粒细胞发育的开始阶段就起到重要作用，它们不仅通过调控微环境的适度来影响中性粒细胞发育分化，还可以直接作用于中性粒细胞来调节其发育方向。生长因子如G C S F、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(g r a n u l o c y t e m a c r o p h a g e c o l o n ys t i m u l a t i n gf a c t o r，G M C S F)，白细胞介素6(I L-6)、I L 一1 7 等都在发育不同阶段通过不同的信号通路发挥调节功能。1 G C S FG C S F 早在1 9 8 0 年就被发现可以体外诱导小鼠髓系细胞向粒细胞分化。后来G C S F 和G C S F受体(G C S Fr e c e p t o r，G C S F R)基因敲除的小鼠出现进一步证明G C S F 可以通过促进造血干细胞增殖增加粒细胞生成，也调控着粒细胞向血液中迁移【7J。G C S F 对粒细胞发育分化的作用主要通过J A K 3(J a n u sk i n a s e3)一S T A T 3 S P L t s】信号通路进行，还可以通过信号转导及转录激活因3(s i g n a lt r a n s d u c e r sa n da c t i v a t o r so ft r a n s c r i p t i O n3，S T A T 3)来促进成熟粒细胞表达趋化因子M I P-2 以促进粒细胞迁移9 1。G C S F 与细胞表面G C S F 受体结合后，使受体形成同源二聚体，继而磷酸化受体胞内段的4 个酪氨酸残基，从而活化E R K l 2、J U N P 3 8 以及E R K S B i g M A P K l 途径，受体突变后可大大减少对M A P K的激活，这说明M A P K 的活化是G C S F R 信号通路的环节0 1。G C S F 受体是同源二聚体，需要胞质内的P T K s(p r o t e i nt y r o s i n ek i n a s e s)来传递信号，至少两种P T K 参与其中，J A K 2(J a n u s 家族成员)和L y n(S r c 家族成员)1 1 1。J A K 2 主要招募S T A T 家族的成员，L y n 主要是磷酸化一些衔接蛋白，把G C S F R 与P 1 3 K 和E r k 途径连接起来。在G C S F R 没有与G C S F 结合以前，G A B 2(t h es c a f f o l d i n gp r o t e i nG r b 2 一a s s o c i a t e db i n d i n gp r o t e i n-2)与衔接蛋白G R B 2 组成复合体，同时通过自身的聚脯氨酸结构与L y n 的C H 3 结构域结合，S H P 2 游离于胞质。当与G C S F 结合后，酪氨酸激酶如J A K 2可以磷酸化受体上的，1 1 I l r 7 6 4，此时G R B 的S H 2 结构域与磷酸化T h r 7 6 4 结合从而使整个G R B 2 一G A B 2 一L y n 复合物结合在受体上，此时的G A B 2 可以通过S H 2 结构域来招募S H P 2，S H P 2 可以使L y n 中T y r 5 0 7 去磷酸化，从而激活L y n 使其发生自身T y r 3 9 6 并向下游传递信号厶1 3J。J A N U S 激酶化学抑制剂可以抑制G C S G 激活的G A B 2 的磷酸化，突变J A K 2 后仍然可以抑制G C S F 对G A B 2 的活化。体外，J A K 2 可以直接磷酸化G A B 2 的特异6 4 3 位酪氨酸残基，此位点突变则导致G C S F 不激活E R K l 2 途径，还会导致G A B 2 介导的G C S G 对细胞增殖的调控受到抑制。G C S F 通过不同机制调节中性粒细胞的产生。基质细胞来源的G C S F 会促进粒细胞释放基质金属蛋白水解酶9，这种水解酶可以动员更多的前体细胞发育成为中性粒细胞。G C S F 还可以直接作用于前体细胞，使其更易增殖分化为中性粒细胞引。G C S F 处理骨髓干细胞可以诱导大量的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m a m m a l i a nt a r g e to fr a p a m y c i n，m T O R)的活化，而利用m T O R 的抑制剂雷帕霉素后，由G C S G 诱导来的中性粒细胞明显减少，接下来敲除m T O R C l(m T O Rc o m p l C X1)的重要组成部分r a p t o r 会大大降低G r 1 的表达，证明是m T O R C l 而不是m T O R C 2 在这个过程中发挥作用。因此，m r o R 在G C S F 信号传递中起到重要的作用引。尼克酰胺磷酸核糖转移酶(n i c o t i n a m i d ep h o s p h o r i b o s y l t r a n s f e r a s e。N a m p t)在G C S F 诱导的粒细胞生成中起着重要的作用，它可以激活N A D 依赖的去乙酰化酶l，继而上调C E B P a 和C E B P B，最终激活G C S F 信号通路，而G C S F 反过来会促进尼克酰胺磷酸核糖转移酶的表达引。2 G M C S FG M C S F 在调节中性粒细胞的稳态和生成中也有着重要的作用。G M C S F 信号通过S T A T S A B 来传递，从而控制粒细胞的发生。在先天性中性粒细胞减少症患者中，用G C S F 可以诱导中性粒细胞的生成，但是G M C S F 却达不到理想的治疗效果。进一步研究证明，在患者粒细胞前体细胞中转录因子淋巴细胞增强结合蛋白1(1 y m p h o i de n h a n c e r b i n d i n gf a c t o r1，L E F 1)及其靶基因C E B P aom s 表达很低，G C S F 可以通过诱导C E B P 3 的表达从而促进中性粒细胞生成，而G M C S F 不能诱导C E B P J 3的表达，它只能通过L E F 一1 进而诱导C E B P e t 起作用，因此在L E F l 表达很低的情况下，G M C S F 对中性粒细胞生成不起作用9|。万方数据生堡邀生堑堂塑鱼蕉堂苤查!Q!生!旦筮!鲞筮!翅堡堕!丛堡!虫趔!坐坐!塑!：丛!Q!：!尘：翌：!一般认为，中性粒细胞成熟后是一种终末分化细胞，细胞