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超氧化物歧化酶介导趋化因子受体5的功能

邱磊  
【摘要】: 趋化因子受体5(CC-chemokine receptor 5,CCR5)是有七个跨膜区的促炎作用的β趋化因子受体家族的一员。自从人们发现CCR5是HIV-1感染机体的辅助受体,并在免疫反应中有重要作用,就一直是人们关注的热点。CCR5的功能包括激活和调控记忆性和效应型T淋巴细胞、巨噬细胞,和幼稚型树突细胞。而CCR5的配体----趋化因子Regulated on activation, normal T cell expressed and secreted (RANTES),可活化并增殖T淋巴细胞,促进IL-2表达,并抑制M嗜向性HIV的感染。 趋化因子受体有一个共同特点,它们的活性都可由百日咳敏感性的异源三聚体G蛋白介导,但经典的G蛋白信号通路却不足以解释这类受体的多种生物学功能。简单说来,一是通过G蛋白信号通路激活DG和PKC,激活G蛋白并最终引起胞内Ca2+浓度升高和蛋白激酶C活化,表现为白细胞趋化性和炎症反应等多种功能;二是通过酪氨酸激酶的路径,影响FAK、Pyk2的磷酸化,与靶细胞的撒布和迁移有关;三是通过GTPase Rho的作用,与靶细胞的极化、粘附和运动有关;四是发现还可以激活MAP激酶家族,可能对细胞的增殖和基因表达有关,特别是对肿瘤细胞,如乳腺癌等。通过多个信号分子的放大效应和多分支的信号传导,CCR5会特异性地调控某些基因的表达,对细胞的趋化性、增殖、分化、激活产生影响。 巨噬细胞和白细胞产生的活性氧(ROS)分子,如O2~-、HO~-和NO,在宿主细胞抵御病毒、细胞和肿瘤过程中有非常重要的作用。于是,ROS开始被认为是细胞内、外的信号传导分子。近来,有报道ROS与HIV的感染过程也有关联。 细胞质中的超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD,SOD-1)可将ROS转变成O_2和H_2O_2。SOD-1可能通过影响ROS而介导某些信号传导途径。曾有SOD-1高表达的转基因小鼠实验研究表明,SOD-1活性的改变可影响炎症过程中的免疫反应和病理学症状。SOD-1表达量的上调可增加巨噬细胞的功能,以应对炎症中升高的ROS水平,增强免疫效应。 本课题中,CCR5受RANTES激活后细胞内的变化通过蛋白质组学的方法――二维电泳来分析,企图发现与CCR5功能相关的未见报道的蛋白分子。结果,在RANTES刺激HEK-293的稳定转染细胞蛋白样品中,发现了一个分子量为15.8 kDa,等电点为5.4的蛋白,而在对照细胞蛋白样品中却没发现。通过MOLDI-TOF MS/MS,发现这个15.8/5.4的蛋白与Cu/Zn-SOD有很高的同源性。这个发现提示SOD-1可能与RANTES/CCR5的趋化和激活功能有关。我们的工作提示二维电泳方法可普遍用于研究有重要生理功能的蛋白质的作用机理。 为了进一步说明它们之间的关联,实验中分离了健康人的PMBC,并诱导成为单核细胞来源的巨噬细胞(MDM)。RANTES刺激MDM后,细胞内SOD-1表达水平升高,细胞功能也被激活,表现为TNF-α分泌增加,NO的生产增多,而胞内的ROS也增多。结果显示, RANTES的功能不只局限为细胞的趋化性,还有激活巨噬细胞的作用,这些功能在炎症的发生发展过程中非常重要。 体内的氧自由基(ROS)是正常氧化代谢的副产品。然而,活化细胞的代谢增加,势必产生更多的氧自由基。此外,如巨噬细胞这样的吞噬细胞,在发生吞噬作用或受各种各样的刺激时,会产生并释放ROS。正如我们所知,对细胞内的氧化还原环境进行调控,对维持细胞的正常功能非常重要。从我们的二维电泳实验中发现,SOD-1的表达与CCR5被RANTES激活后的下游功能有关。而发现SOD-1与RANTES/CCR5之间的关联是一个很有意义的话题。SOD-1是机体清除过多超氧化物以抵抗氧自由基危害的关键酶。它的这种酶学功能有其重要的后续效应。SOD-1能保护机体抵御自由基的毒性,对炎症过程中的重要分子的产生进行调节。例如,局部的SOD-1浓度能决定NO的生物学活性,决定H2O2的产生,而NO和H2O2能传递作为信号分子进行信息的传递。 内皮细胞、巨噬细胞和白细胞产生的超氧化物和NO,可以快速发生反应,生成的过亚硝酸盐是一种潜在的ROS。巨噬细胞能产生超氧化物和NO,也可能因此特别容易受氧化剂损伤。曾有实验在过表达SOD-1的RAW264.7小鼠巨噬细胞中发现,SOD-1的高表达能减弱NO的细胞毒毒性。这表明SOD-1活性的变化可影响炎症过程中的免疫效应和炎症病理症状。在炎症过程中,ROS水平的变化能调控后续的效应。较低浓度的ROS可直接或间接地介导转录因子的激活,如NF-κB,最终引导SOD-1等各种致炎因子产生,反过来调节细胞中毒性浓度的ROS。此外,低浓度的ROS也是一种第二信使。但是,高浓度的ROS对宿主细胞有毒,并会被细胞的抗氧化防御机制清除。SOD-1和NF-κB的作用途径不同:SOD-1能清除高浓度的毒性ROS,增强致炎因子的代谢和合成;而NF-κB通路,则是通过低浓度的ROS,尤其是H2O2,诱导致炎因子生成。这两条通路是偶联的。诱导能将超氧自由基歧化生成H2O2的SOD-1生成,可激活NF-κB,再诱导各种致炎因子的生成。这些研究表明在激活的巨噬细胞中,如果抑制SOD-1的活性可减弱炎症反应。换句话说:SOD-1活性的抑制剂提供了一种治疗RANTES/CCR5相关疾病的信息和策略。 总的说来,本课题表明: 1)RANTES/CCR5对细胞有趋化和激活功能; 2)在RANTES/CCR5激活细胞的过程中,SOD-1通过调节ROS的水平参与激活功能,也因此增强炎症效应; 3)提示SOD-1可作为RANTES/CCR5相关疾病的治疗靶点。


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