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嗜酸性粒细胞的凋亡

血液中的嗜酸性粒细胞一般在生活6~12小时后就渗出血管,并迁移到组织,然后以一种尚不明了的机制可生存数天,以后的命运不得而知。近年用体外培养的嗜酸性粒细胞对其归宿做了研究。已证实许多因子如内皮细胞衍生的某些介质、IL-3、IL-5、GM-CSF和包被的纤粘蛋白等,均可延长培养的嗜酸性粒细胞的存活时间,而且在合适的条件下嗜酸性粒细胞自身也可产生IL-3、IL-5和GM-CSF以维持自身生存。Mstern(1992)等用体外实验证实,外周血嗜酸性粒细胞在培养72~96小时后约有57%的细胞呈现凋亡,这些细胞具有典型的凋亡细胞的形态学特征:其核酸内切酶被激活、DNA裂解具有典型的“梯状”电泳图形、其凋亡速率在IL-5存在时低于同条件下的中性粒细胞,而且发现老化的或进入凋亡期的细胞很易为巨噬细胞识别、吞噬和消化。在这些过程中具有两个特点:①凋亡的嗜酸性粒细胞仍保持完整形态,没有颗粒内容物的泄漏,即以完整的形体被巨噬细胞吞噬和消化,这样可以避免造成组织损伤,引起炎症反应;②虽然已证实IL-5可延长嗜酸性粒细胞的存活(对中性粒细胞无此作用),但仍不能阻止其凋亡,不能防止其被巨噬细胞吞噬和消化。Beauais(1995)等发现,嗜酸性粒细胞凋亡时细胞体积大大缩减(约减小60%),称之为皱缩(shrinkage),并认为体积皱缩可能是胞内K+经通道外流,引起维持渗透压的水分丢失之故。皱缩的细胞因颗粒内容物被包裹得更严密,可能有助于巨噬细胞的吞噬和消化。

根据这些研究结果表明,进入组织中的嗜酸性粒细胞可能在IL-5等因子维持下继续存活数天,然后可能以类似中性粒细胞凋亡的方式死亡,最终为巨噬细胞吞噬消化掉。这是目前认可的嗜酸性粒细胞进入组织后归宿的一种机制。此中,作为嗜酸性粒细胞分化和激活的IL-5在此过程中具有特殊意义。

白细胞凋亡的始动作用,其机制尚不清楚,但目前的一些结果显示,可能与细胞表面受体有关,特别是其抗体。已发现TCR/CD3或APO-1抗体可直接诱发T细胞凋亡,但许多细节尚未揭晓。

最近,Hans-Uwe Simon对嗜酸性粒细胞的凋亡作了归纳并与中性粒细胞的凋亡作了比较,对这两种细胞凋亡的认识更进一步。

嗜酸性粒细胞和中性粒细胞亚群参与多种慢性炎症反应,粒细胞具有吞噬病原体和分泌毒性介质的性能,对于它们的效应细胞,这两种功能均起核心作用。通常粒细胞以数量持衡的方式从骨髓中产生,占白细胞60%的中性粒细胞产生于骨髓,而嗜酸性粒细胞不到3%。每天有103亿个粒细胞产生,并进入血液,这种成熟的粒细胞是一种终止分化且寿命短促的细胞,在无炎症情况下,1~2天后死亡。因此,量级甚高的粒细胞的产生,需要有效的生理性细胞死亡方式相平衡。就嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的生理性死亡而言即是凋亡,死亡粒细胞的不充分去除,将会导致它们内容物的释放,并造成组织损伤,正常情况下这是不希望发生的事情,这两种粒细胞的调节方式有相同之处也有差异。

炎症部位过量存活因子的产生对粒细胞凋亡的延迟

用具有抗凋亡性能的细胞因子刺激粒细胞能延长粒细胞的短促寿命,已证实IL-3、IL-5和GMCSF在体外可推迟嗜酸性粒细胞的凋亡,IL-5能推迟鼻息肉中嗜酸性粒细胞的凋亡。嗜酸性粒细胞凋亡推迟似对特应性皮炎、支气管哮喘和某些原发性嗜酸性粒细胞增多症中嗜酸性粒细胞的积聚有贡献。

基于IL-5是嗜酸性粒细胞分化、激活和存活的关键性因素,因此,试图用破坏该因子的方法来治疗过敏性疾病。糖皮质激素、环孢素或抗CD4单克隆抗体几乎能通过降低IL-5诱生的T细胞来治疗大多数嗜酸性粒细胞增多症。用IL-10做相似处理,可阻抑活化T细胞IL-5的基因表达。又发现IFN-α则可减少若干哮喘和丘-施综合征(脉管炎)IL-5诱生的T细胞;在炎症反应时,中性粒细胞运行相似的机制,体外实验表明中性粒细胞凋亡可被特定细胞因子推迟,而体内实验表明延长中性粒细胞的存活期要涉及与中性粒细胞相关联的多种炎症反应。抑制中性粒细胞凋亡至少是由于某些因子的过量表达,例如GM-CSF和G-CSF等。因此,似乎是细胞因子微环境的特性和数量决定了多少和哪种效应器细胞积聚到炎性组织中。炎症的消退至少部分原因是由于若干因子基因表达被降调节或粒细胞凋亡的结果。

死亡因子对粒细胞凋亡的调节

凋亡可通过粒细胞表面的称作“死亡受体(death receptor)”的TNF和NGF受体超家族被特异性配体或应激刺激反应所诱导,例如体外系统表明,无论是嗜酸性粒细胞还是中性粒细胞均表达有功能性Fas受体(CD95和APO-1)。自分泌型和旁分泌型Fas配体/Fas受体间的相互作用,也被确定是激活诱导T细胞死亡的关键,是降调节免疫应答的重要机制。根据这种模式,有人认为是相同的机制启动粒细胞的凋亡和这些细胞短寿命的控制环节。虽然嗜酸性粒细胞和中性粒细胞都表达有Fas受体和Fas配体,但最近用拮抗Fas受体的单克隆抗体及破坏可溶性Fas受体分子的实验结果,并不支持上述粒细胞凋亡是自分泌或旁分泌Fas配体/受体相互作用的结果,而且若增加纯化粒细胞的浓度以提高分子间相互作用的几率可导致凋亡延迟而不是增加凋亡。从Fas受体或Fas配体缺陷的小鼠中观察到其凋亡是正常的。因此,有关Fas配体/受体相互作用的假设仍是一个争论的问题,但这些资料并不排除TNF/NGF受体超家族的其他成员参与自分泌或旁分泌启动粒细胞死亡的可能性。

嗜酸性粒细胞或中性粒细胞表面Fas配体后一步的功能是什么?炎症反应中会出现细胞因子产生的特异性T细胞抗原扩增,如上所述,激活的T细胞数不只会启动自身死亡的分子如Fas受体和Fas配体,然而由Fas配体/受体分子相互作用的T细胞死亡可以被细胞因子如IL-2、IL-4和IL-15等防止。因此,只要炎症存在,这些活化的T细胞就不会凋亡,而且其他的抗炎机制必须存在,直到炎症消退。Diagle(2000)等观察到单核细胞和巨噬细胞Fas受体激活可导致这些细胞产生大量的IL-10。带有Fas配体的细胞如粒细胞通过刺激单核/巨噬细胞产生的IL-10降低炎性趋化因子水平,从而促使炎症消除,当炎症部位的细胞因子水平降低至一定阈值时,T细胞凋亡可能就出现,使炎症反应进一步降低或在炎症消退过程中恢复体内平衡。

bcl-2家族成员对粒细胞凋亡的调节

已有若干报告揭示bcl-2家族的某些成员与调节粒细胞凋亡有关。已在嗜酸性粒细胞和中性粒细胞中发现有促凋亡的Bax分子高水平表达。凋亡机制的激活与胞质Bax转位到线粒体外膜有关,在该处形成微孔,使促凋亡因子细胞色素C得以释放,虽然Bax的高表达对凋亡的贡献是确定无疑的,但并非是与粒细胞短寿命相关的唯一因素。因为在存活细胞因子还不足以激活的状态下,仍能探测到诱导Bax转位到线粒体的近似机制,进而发现降低Bax的表达与细胞因子介导的阻止中性粒细胞凋亡相关联,然而Bax-/ -小鼠却有正常的中性粒细胞数,提示可能存在另一种重要机制来延迟炎症期间的凋亡作用。与中性粒细胞不同的是嗜酸性粒细胞中细胞因子介导的抗凋亡作用似不引起Bax水平的降低。

除了促凋亡Bax分子外,粒细胞还表达有bcl-2家族中的其他抗凋亡成员。中性粒细胞表达有Mcl-1、A1和Bcl-XL,尤其是A1,因为从A1-/ -小鼠中分离的中性粒细胞具有速率加快的自发性凋亡,虽然某些报告的结果不尽相同,但bcl-2的延迟凋亡作用在嗜酸性粒细胞和中性粒细胞中是较为一致的。相反,IL-5和GM-CSF可升调节这些细胞的bcl-XL水平。由于bcl-XL拮抗Bax的激活作用,因而提高bcl-XL/Bax的比例,可以延迟过敏性和其他嗜酸性粒细胞性疾病中嗜酸性粒细胞的凋亡。这些结果提示嗜酸性粒细胞与中性粒细胞的存活因子阻止凋亡的机制至少有部分是不同的。

胱天蛋白酶(caspases)在调节粒细胞凋亡中的作用

虽然有效的调节刺激是形形色色的,但细胞最终的变化是相似的,而且众多的信号传递事件似集中在一共同机制上,即总是与胱天蛋白酶(半胱氨酸-门冬氨酸特异蛋白酶)的激活相关联,胱天蛋白酶是一种含有半胱氨酸的蛋白酶,能沿着门冬氨酸降解靶蛋白。迄今已知胱天蛋白酶是包括14个成员的家族的一部分,它们以钝化的酶原形式存在于细胞中,须被降解才能产生游离的催化亚基,并形成活化的异四聚体。根据功能,胱天蛋白酶能分为两个亚群:始动亚群(initiator caspases)和执行亚群(executioner caspases)。胱天蛋白酶酶原以自激活作用、反式激活作用或被其他蛋白酶作用而激活,胱天蛋白酶形成一个扩增的瀑布系统,在该系统中执行胱天蛋白酶可被始动胱天蛋白酶激活,许多凋亡应答均由激活起始胱天蛋白酶8或9始动,执行胱天蛋白酶需特异的酶原激活机制,例如,胱天蛋白酶随着募集和在多组分凋亡信号传递复合体上聚簇而激活。这种聚簇是由于细胞表面TNF/NGF受体家族绑结的结果,可能是因循一种诱导接近的模式,酶原可自行加工。胱天蛋白酶9的激活是在ATP存在下随着细胞色素C从线粒体释放,其被募集到APO-1而实现。这些胱天蛋白酶中的任一种被激活都能导致执行胱天蛋白酶激活,如胱天蛋白酶3激活,最终导致细胞凋亡。

进一步研究表明胱天蛋白酶3在中性粒细胞的自发性凋亡或是由Fas受体介导的凋亡中均起关键作用。此外,对中性粒细胞胱天蛋白酶8的激活作用也受到关注,当用特异性胱天蛋白酶抑制剂(ZIETD-fmK)抑制该蛋白酶时,会导致细胞凋亡的抑制;钝化胱天蛋白酶9同样可导致破坏中性粒细胞的凋亡,鉴于嗜酸性粒细胞的凋亡也受胱天蛋白酶9的调节,故表明胱天蛋白酶3和8在这些细胞自发性凋亡和Fas受体介导的凋亡中均起作用,例如胱天蛋白酶3和8的抑制剂在嗜酸性粒细胞中仅显微弱抑制凋亡性能,虽然两类胱天蛋白酶均存在,但它们在嗜酸性粒细胞中的蛋白溶解作用却受到限制。这可能是由于它们的前体物加工不充分之故,如胱天蛋白酶3加工的片段的主体部分与所期望的活化胱天蛋白酶的大小(17kD)不一致,而是20kD,而且是由17kD与3kD的前体物连在一起。

上述胱天蛋白酶9的抑制剂可破坏嗜酸性粒细胞的凋亡,广泛性胱天蛋白酶抑制剂同样能破坏嗜酸性粒细胞的凋亡。这些资料表明胱天蛋白酶也是嗜酸性粒细胞死亡机制中的关键因素,可是至少这些细胞中的效应器胱天蛋白酶与中性粒细胞和其他型别细胞相比是不同的。如涉及的胱天蛋白酶9和两种细胞型别中凋亡受bcl-2家族调节的事实,均表明线粒体在嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的凋亡途径中起重要作用。这多么令人惊讶,因为粒细胞是被描写为线粒体功能很有限的细胞,却在粒细胞凋亡中担当重要角色,但在这些终末分化的细胞中触发线粒体释放细胞色素C的事实仍需进一步确定。

凋亡是粒细胞的生理性死亡,越来越多的证据表明体内粒细胞数量受到的调节并不仅仅只是由骨髓产生,也受到凋亡的影响。炎症部位粒细胞的凋亡,若因邻近细胞或因这些细胞的自分泌作用而产生存活因子则凋亡会延迟。粒细胞凋亡的调节,也许还通过TNF/NGF受体超家族的死亡受体进行。虽然嗜酸性粒细胞和中性粒细胞证明是自发性凋亡,但一些存活因子则可抑制凋亡,而死亡因子则可加速凋亡,两种细胞调节凋亡的机制是有差异的,这种差异也许能解释了糖皮质激素对两种粒细胞凋亡调节有差异的原因,这些结果也许打开了特定诱导炎症疾病中嗜酸和中性粒细胞凋亡而向治疗接近的可能性,以药物诱导凋亡代表了一种有效的非炎症性的、从炎症部位去除粒细胞的途径。

虽然对粒细胞的凋亡有了进一步的认识,但尚需更多深入研究,需更多的积累。(法祥光)

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