活性氧調(diào)控免疫應(yīng)答的作用及機(jī)制,免疫學(xué)論文

活性氧調(diào)控免疫應(yīng)答的作用及機(jī)制,免疫學(xué)論文活性氧〔Reactiveoxygenspecies,ROS〕是一群具有較強(qiáng)氧化能力的分子的總稱(chēng)[1].生物體內(nèi)的ROS包括超氧陰離子〔O2-〕、羥自由基〔OH〕、過(guò)氧化氫〔H2O2〕、單線態(tài)氧〔O2〕.活性氧在免疫系統(tǒng)中主要來(lái)源于細(xì)胞膜的NADPH氧化酶復(fù)合體2〔Nicotinamideadeninedinucleotidephosphateoxi-dase,NOX2〕,并在淋巴細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮宏大作用[2].早在1980年人們就認(rèn)識(shí)到ROS在固有免疫中作為主要武器對(duì)抗病原體的重要作用，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)其在不同濃度的情況下在獲得性免疫中的重要調(diào)節(jié)作用。1ROS的功能之前的觀點(diǎn)以為ROS是一類(lèi)細(xì)胞內(nèi)毒性物質(zhì)，到后來(lái)從被證明能夠激活胞漿內(nèi)的第二信使鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶〔cGMP〕開(kāi)場(chǎng)，ROS在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮的作用越來(lái)越遭到人們的重視。O2-是線粒體產(chǎn)生ROS的前體，其他形式都是由生物體內(nèi)各種酶催化O2-而來(lái)。華而不實(shí)超氧岐化酶〔SOD〕能夠催化O2-轉(zhuǎn)化為H2O2.H2O2是ROS中最穩(wěn)定的形式且擴(kuò)散能力較強(qiáng)，但是據(jù)資料顯示它的穩(wěn)定會(huì)遭到細(xì)胞內(nèi)的pH和氧化復(fù)原平衡影響[3].H2O2的強(qiáng)擴(kuò)散力主要由于它能夠自由進(jìn)出細(xì)胞膜，而近期證據(jù)表示清楚：過(guò)氧化氫可能通過(guò)細(xì)胞水通道蛋白優(yōu)先進(jìn)入特定的細(xì)胞[4].H2O2主要通過(guò)氧化多種蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基〔-SH〕來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。它具有靶向可逆的氧化半胱氨酸的硫化物〔-SH〕為次磺酸〔-SOH〕.帶電的氨基酸能夠使正常的半胱氨酸殘基pKa8.5降低到pKa5下面，這種低pKa半胱氨酸能夠成為H2O2的氧化目的。這個(gè)發(fā)現(xiàn)支持過(guò)氧化氫能夠作為第二信使[13,14].H2O2能夠以模擬配體的方式來(lái)激活多種受體信號(hào)通路。它能夠直接激活部分受體或者激活含有蛋白質(zhì)酪氨酸激酶〔PTKs〕的通路。另一個(gè)通路是抑制蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶〔PTPs〕的激活。PTP主要在受體激活通路的信號(hào)傳遞中起抑制作用并且抑制PTK的活化。一些像染色體的張力蛋白〔PTEN〕和促分裂原活化激酶〔MAPK〕之類(lèi)的磷酸酶可以以被H2O2所抑制[5].2免疫應(yīng)答中ROS的來(lái)源在有氧呼吸經(jīng)過(guò)中，多數(shù)真核細(xì)胞都可產(chǎn)生ROS介入細(xì)胞間的轉(zhuǎn)導(dǎo)。線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈?zhǔn)羌?xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要部位。在線粒體內(nèi)膜呼吸鏈的5個(gè)復(fù)合物中，小部分電子由復(fù)合物Ⅰ、復(fù)合物Ⅲ漏出，使分子氧復(fù)原生成O2-.免疫系統(tǒng)中吞噬細(xì)胞是最早發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生ROS,隨著檢驗(yàn)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，研究者用胞內(nèi)熒光探針如二氯熒光黃雙乙酸鹽〔DCFH-DA〕、二氫乙啶〔DHE〕、雙氫羅丹明〔DHR〕等，通過(guò)流式細(xì)胞分析儀檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞合成的ROS已經(jīng)證明T、B淋巴細(xì)胞也能產(chǎn)生ROS.十分是T細(xì)胞受體TCR活化后的2~4min就有ROS產(chǎn)生，這提示ROS是TCR活化的經(jīng)過(guò)中的潛在作用分子[6].淋巴細(xì)胞主要通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜上NADPH氧化酶復(fù)合體2產(chǎn)生，而NADPH氧化酶復(fù)合體2缺陷的小鼠T細(xì)胞ROS產(chǎn)生減少并且該小鼠獲得慢性肉芽腫性病〔Chronicgranulomatousdisease,CGD〕,充分講明NADPH氧化酶復(fù)合體2是免疫系統(tǒng)產(chǎn)生ROS的重要來(lái)源[7].3活性氧調(diào)控免疫應(yīng)答的作用及機(jī)制3.1活性氧在先天免疫中的作用早在1980s人們就認(rèn)識(shí)到中性粒細(xì)胞在病原體入侵機(jī)體時(shí)能夠產(chǎn)生大量的ROS來(lái)消滅病原體。ROS在先天免疫應(yīng)答中不僅對(duì)病原體有直接殺傷作用，還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)NK細(xì)胞活性來(lái)介入一系列抗菌活動(dòng)。3.1.1活性氧的抗菌作用機(jī)體遭遇病原體入侵時(shí)，中性粒細(xì)胞、吞噬細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生大量的ROS.由此產(chǎn)生的ROS為抵抗病原體的主要武器。缺乏NADPH氧化酶復(fù)合體2的患者先天免疫低下而易患各種感染。固然NADPH氧化酶復(fù)合體2主要產(chǎn)生超氧化物，但由于其相對(duì)于其他形態(tài)ROS的不活潑踴躍性，因而對(duì)超氧化物直接殺傷病原體的能力仍然存在爭(zhēng)議[2].反而由于其本身的不穩(wěn)定性，超氧化物會(huì)轉(zhuǎn)化成其他更穩(wěn)定的形式。在超氧岐化酶的催化下超氧化物歧化成H2O2,而H2O2能夠氧化靶蛋白的半胱氨酸殘基或構(gòu)成二硫化物到達(dá)殺傷病原體的目的。H2O2和氯離子Cl-在髓過(guò)氧化物酶的作用下產(chǎn)生次氯酸〔HOCl〕.HOCl和H2O2能夠在局部聚集一定的濃度產(chǎn)生殺菌作用。然而，近期的研究結(jié)果表示清楚，ROS不僅直接用于殺死病原體，還發(fā)動(dòng)其他抗菌策略。中性粒細(xì)胞是人體最多的免疫細(xì)胞，它是人體免疫的第一道防線，甚至細(xì)胞死亡后能夠構(gòu)成中性粒細(xì)胞胞外網(wǎng)狀陷阱〔NETs〕.NETs包括DNA/組蛋白骨干和抗菌素肽。這些網(wǎng)狀構(gòu)造能夠阻止病菌的擴(kuò)散，而且來(lái)自中性粒細(xì)胞顆粒的抗菌蛋白具有殺菌作用。但是有NADPH氧化酶復(fù)合體2缺陷的病人則不能構(gòu)成這種陷阱講明來(lái)源NADPH氧化酶復(fù)合體2的ROS在這一殺菌機(jī)制中有重要的作用[8].3.1.2活性氧調(diào)節(jié)自然殺傷細(xì)胞的活性不需要與抗原接觸，NK細(xì)胞是先天免疫系統(tǒng)的主要作用細(xì)胞能殺傷惡性細(xì)胞和已感染的細(xì)胞，并且NK細(xì)胞通過(guò)大量的細(xì)胞毒素對(duì)癌癥起到免疫監(jiān)視作用。1980年的研究揭示了NK細(xì)胞碰到癌細(xì)胞早期會(huì)促進(jìn)ROS的產(chǎn)生并且這對(duì)NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞溶解是必需的。來(lái)自慢性肉芽腫性病患者的NK細(xì)胞在缺乏NADPH氧化酶復(fù)合體2的情況下，仍擁有正常的溶解功能，隨后實(shí)驗(yàn)證明可能來(lái)自脂氧合酶途徑[6].有數(shù)據(jù)證明單核細(xì)胞能夠抑制NK細(xì)胞的活化、增殖、IFN-分泌和細(xì)胞毒性。而來(lái)自慢性肉芽腫性病患者的單核細(xì)胞卻不抑制NK細(xì)胞功能，表示清楚NADPH氧化酶復(fù)合體2產(chǎn)生的ROS在這里抑制中的主要作用因子[6].組胺與H2受體結(jié)合可產(chǎn)生解除單核細(xì)胞抑制NK細(xì)胞的作用，而單核細(xì)胞本身能夠抑制組胺的產(chǎn)生。IL-12最初能夠激活NK細(xì)胞，但延長(zhǎng)IL-12的作用會(huì)誘導(dǎo)NK細(xì)胞的凋亡，并降低NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性和IFN-的分泌。數(shù)據(jù)表示清楚延長(zhǎng)IL-12的刺激作用會(huì)導(dǎo)致ROS的聚集，進(jìn)而使細(xì)胞釋放細(xì)胞色素c,而高濃度的ROS會(huì)抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性并且誘導(dǎo)凋亡。3.2活性氧在獲得性免疫中作用ROS不僅僅是先天免疫的主要武器，而且從影響抗原提呈細(xì)胞的成熟分化到調(diào)節(jié)T、B細(xì)胞的活化、增殖、凋亡來(lái)調(diào)節(jié)獲得性免疫。有數(shù)據(jù)顯示提高胸腺細(xì)胞內(nèi)的ROS濃度會(huì)影響正常T細(xì)胞的發(fā)育而損害哺乳動(dòng)物的獲得性免疫系統(tǒng)[15].3.2.1活性氧對(duì)抗原提呈細(xì)胞的作用樹(shù)突狀細(xì)胞〔Dendriticcell,DC〕是體內(nèi)最主要的抗原提呈細(xì)胞，能夠啟動(dòng)一系列免疫反響。在體內(nèi)，當(dāng)遭到外源病原體的刺激時(shí)，DCs捕獲大量的抗原并且把它們提呈給T細(xì)胞去引發(fā)抗原特異性免疫應(yīng)答。當(dāng)獲得功能性成熟型表型DCs將下調(diào)他們抗原捕獲能力而上調(diào)抗原提呈能力和協(xié)同刺激分子的表示出。H2O2能夠上調(diào)DC的HLA-DQ、DR分子和協(xié)同刺激分子CD40和CD86的表示出，同時(shí)下調(diào)CD32和CD1來(lái)誘導(dǎo)DC的表型和功能成熟，降低DC的抗原捕獲能力促進(jìn)抗原呈遞作用[9].有實(shí)驗(yàn)用蛋白水解酶阻斷MG-132預(yù)處理DCs,該物質(zhì)能夠阻斷NF-B活性，結(jié)果H2O2對(duì)處理后的DCs誘導(dǎo)其CD86上調(diào)的作用大大減弱。數(shù)據(jù)表示清楚H2O2能夠通過(guò)NF-B機(jī)制來(lái)誘導(dǎo)DCs的表型和功能的成熟。同時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)H2O2處理后的DCs比正常的DCs更能誘導(dǎo)T細(xì)胞的增殖，該作用可被自由基去除劑N-乙酰半胱氨酸NAC所抑制。相反，有結(jié)果也顯示：膀胱癌患者中的ROS可能下調(diào)DC呈遞腫瘤抗原給CTL進(jìn)而抑制CTL對(duì)膀胱癌T-24的殺傷能力，并且這種抑制作用隨濃度的降低逐步減弱。當(dāng)前以為正常的機(jī)體處于氧化復(fù)原的平衡狀態(tài)，機(jī)體本身有強(qiáng)大的代償作用。當(dāng)機(jī)體產(chǎn)生ROS時(shí)同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)。當(dāng)機(jī)體處于急性或慢性炎癥時(shí)氧化平衡點(diǎn)可能不同而ROS會(huì)顯示不同的作用。3.2.2活性氧對(duì)淋巴細(xì)胞的作用活性氧激活淋巴細(xì)胞如今已明確ROS十分是H2O2能作為第二信使介入淋巴細(xì)胞的活化。ROS能激活JNK-1通路進(jìn)而引起IL-2的表示出，而IL-2是作為T(mén)淋巴細(xì)胞活化的第三信號(hào)[6].早期抑制NADPH氧化酶復(fù)合體2來(lái)阻斷該來(lái)源的ROS產(chǎn)生會(huì)抑制淋巴細(xì)胞的活化[20].T細(xì)胞在辨別抗原和活化經(jīng)過(guò)中需要和APC通過(guò)免疫突觸嚴(yán)密接觸。NADPH氧化酶復(fù)合體2是APCs膜的組成成分，并且由脂筏運(yùn)輸?shù)矫庖咄挥|，在免疫突觸這局部微環(huán)境內(nèi)O2-歧化的H2O2能夠聚集足夠的濃度來(lái)氧化半胱氨酸，進(jìn)而激發(fā)T細(xì)胞活化通路[17].蛋白酪氨酸激酶〔PTK〕和蛋白酪氨酸磷酸酶〔PTP〕是淋巴細(xì)胞活化和失活的兩大對(duì)立的含有半胱氨酸的酶系統(tǒng)，也是ROS的主要作用靶點(diǎn)。在抗原和病原體的刺激下，靜息狀態(tài)下的B細(xì)胞活化生成漿細(xì)胞并產(chǎn)生抗體。有實(shí)驗(yàn)證明用過(guò)礬酸鈉〔PTP的抑制劑〕取代抗原與B細(xì)胞孵育，B細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生更多的抗體。Ig和Ig尾端都帶有一個(gè)含有酪氨酸激活基序〔ITAM〕.靜息狀態(tài)下ITAM被活性PTP抑制而在BCR的活化中產(chǎn)生的ROS能夠抑制PTP進(jìn)而解除對(duì)ITAM的抑制[11].有3個(gè)PTK〔Lyn、Syk和Btk〕和一個(gè)PTP〔SHP-1〕介入BCR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。雙磷酸化的ITAM允許帶有SH2氨基末端的Syk和BCR相連，這刺激更多的Syk激活和產(chǎn)生。SHP-1則能夠抑制Syk的活性。更有實(shí)驗(yàn)證明，ROS能夠通過(guò)氧化PTP的半胱氨酸殘基使之失活進(jìn)而解除PTP對(duì)ITAM的抑制，ITAM活化后能夠激活Syk,Syk又能夠刺激更多的ROS產(chǎn)生進(jìn)而放大刺激BCR的活化。而在T細(xì)胞內(nèi)，ROS十分是H2O2抑制PTP能夠促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)MAPK的磷酸化來(lái)促進(jìn)T細(xì)胞的活化[12,14].活性氧與淋巴細(xì)胞分化、增殖和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)表示清楚淋巴細(xì)胞的分化和增殖伴隨著ROS濃度的增加。體外用分裂素刺激B淋巴細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，最初2hROS的濃度僅輕度增加，而24h后則增加明顯，伴隨著抗氧化物質(zhì)的明顯增加[19].ROS能夠直接或間接作用于多種轉(zhuǎn)錄因子如：p53、jun、Akt等介入調(diào)控MAPK和NF-B等信號(hào)通路來(lái)介導(dǎo)淋巴細(xì)胞分化、增殖和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。MAPKs對(duì)氧化復(fù)原十分敏感并且與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡密切相關(guān)。該信號(hào)系統(tǒng)主要包括細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶〔ERK〕、c-JunN端激酶JNK和P38MAPK三條途徑。通常ERK主要接受生長(zhǎng)因子的刺激，活化后激活轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白-1〔AP-1〕來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞增殖和分化。而JNK和P38MAPK激酶介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[11].NF-B是最早發(fā)現(xiàn)的與細(xì)胞氧化復(fù)原狀態(tài)密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。NF-B由P50、P65和抑制亞基I-B組成。I-B的磷酸化后被蛋白綴合酶降解，NF-B活化入核進(jìn)而發(fā)揮其作用。ROS通過(guò)加強(qiáng)蛋白綴合酶的活性來(lái)促進(jìn)I-B的降解進(jìn)而加強(qiáng)NF-B的活化?；钚匝跖c淋巴細(xì)胞凋亡ROS不僅能夠促進(jìn)淋巴細(xì)胞的活化和增殖，還能夠調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的凋亡。在免疫應(yīng)答晚期，僅小部分的T細(xì)胞轉(zhuǎn)變成記憶細(xì)胞而存活，大部分的T細(xì)胞發(fā)生凋亡來(lái)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。淋巴細(xì)胞的凋亡可分為活化誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡〔AICD〕,及活化T細(xì)胞的自發(fā)死亡〔ACAD〕.ROS主要通過(guò)調(diào)控Fas〔CD95〕的表示出來(lái)調(diào)節(jié)AICD.當(dāng)T細(xì)胞處于靜息狀態(tài)CD95處于低水平，當(dāng)T細(xì)胞活化后ROS通過(guò)調(diào)控NF-AT、NF-B轉(zhuǎn)錄因子來(lái)上調(diào)CD95的表示出[7].當(dāng)Fas與相應(yīng)配體FasL〔CD95L〕結(jié)合后，F(xiàn)as受體三聚化而活化，激活的受體與FADD結(jié)合，與Caspase-8互相作用使后者激活，構(gòu)成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物，再激活一系列的Caspase-1,3,7等，促進(jìn)Fas蛋白所在細(xì)胞的凋亡發(fā)生[11].ACAD又稱(chēng)受體饑餓性細(xì)胞凋亡或者線粒體途徑凋亡。華而不實(shí)Bcl-2家族是ACAD的主要作用因子。華而不實(shí)抗細(xì)胞凋亡的Bcl-2家族成員的表示出水平對(duì)細(xì)胞存活起決定性作用[18].ROS通過(guò)下調(diào)抗細(xì)胞凋亡的Bcl-2〔BH-3only〕分子來(lái)增加線粒體膜的通透性，增加線粒體通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔道〔MPTP〕開(kāi)放。ROS可氧化通透性轉(zhuǎn)換蛋白來(lái)影響線粒體的陰離子通道。當(dāng)線粒體暴露于H2O2,線粒體膜電位下降，細(xì)胞色素C釋放。而細(xì)胞色素C的釋放又會(huì)導(dǎo)致更多的ROS產(chǎn)生，這樣的正反應(yīng)放大經(jīng)過(guò)加速細(xì)胞的凋亡。ASK1是JNK的上游激酶，生理情況下ASK1處于相對(duì)復(fù)原的狀態(tài)。ROS的增加能夠使ASK1得酶活性恢復(fù)，激活下游的JNK途徑[4],并且ROS能夠直接通過(guò)抑制GSTp的磷酸化使其與JNK分離來(lái)恢復(fù)JNK的活性促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。不難發(fā)現(xiàn)ROS調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞作用存在濃度差異，低濃度的增高產(chǎn)生正性信號(hào)有助于淋巴細(xì)胞的活化、增殖、分化；而高濃度的增高則產(chǎn)生負(fù)性信號(hào)，促進(jìn)淋巴細(xì)胞的凋亡。4結(jié)束語(yǔ)隨著我們對(duì)ROS了解的不斷深切進(jìn)入，ROS從無(wú)足輕重的氧化呼吸副產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要成分。甚至在機(jī)體免疫中也發(fā)揮著不可忽視的作用，在先天免疫中不僅僅是主要?dú)≡w的武器還能夠調(diào)節(jié)自