抑制性受体LAIR家族的研究新进展

1、抑制性受体LAIR家族的研究新进展【摘要】 白细胞相关免疫球蛋白样受体(leukocyteassociated immunoglobulin likereceptor, LAIR1)家族是近年来发现的发挥免疫负调节作用的免疫球蛋白超家族成员, 包括膜型LAIR1和分泌型LAIR2两个分子。其基因定位与其他已知的免疫抑制性受体一致且在体内免疫系统广泛表达。胶原为LAIR1和LAIR2的高亲和力配体, 膜型LAIR1与配体之间的相互作用受到可溶型LAIR1(sLAIR1)和分泌型LAIR2的竞争性调节。LAIR1结合配体或用相应抗体交联后使其胞质区ITIMs模体发生磷酸化, 募集SHP1和/或SH

2、P2磷酸酶, 进而发挥调节免疫应答的作用。 【关键词】 LAIR家族; 抑制性受体; 胶原; 功能调节; 信号转导LAIR1分子最初是在1983年由Burns等用纯化的人大颗粒淋巴细胞免疫小鼠, 筛选对NK细胞杀伤有抑制作用的单克隆抗体(mAb)时发现的, 并将此mAb(IgG2b)命名为9.1C31。之后Poggi等和Meyaard等分别发现并命名为P40和LAIR1分子, Poggi等证实二者为同一分子2, 3。Ouyang等则证实9.1C3与LAIR1为同一分子4。Meyyard等还从T细胞来源的cDNA文库中克隆出与LAIR1高度同源的分泌性分子, 命名为LAIR23。在第8届国际人类

3、白细胞分化抗原大会(HLDA8)上, LAIR1和LAIR2分别获准了新的CD编号CD305和CD306。1 LAIR家族的基因定位及分子结构 人LAIR家族基因定位于19号染色体19q13.42被称为白细胞免疫球蛋白样受体复合体(leukocyte Iglike receptor complex, LRC)的区域中, 编码LAIR1和LAIR2两个成员。LAIR1基因含有10个外显子, 编码287个氨基酸的型跨膜蛋白, 胞膜外区49位和101位的一对半胱氨酸形成一个C2型免疫球蛋白(Ig)样结构域, 属于免疫球蛋白超家族(IgSF)成员。胞质区有一VTYAQLx24ITYAAV氨基酸序列,

4、为2个ITIM模体。LAIR1在结构上与LRC中的LIR和KIR家族抑制性IgSF成员有一定同源性, 提示这些分子来源于同一祖先基因3。LAIR1cDNA具有a、 b、 c、 d 4种异型, 可能是由于其在RNA水平的差异剪接而形成。不同异型在细胞上表达水平有差异, 在NK细胞表达者大部分Mr为40 000的LAIR1a, 而表达在Jurkat细胞上者则多为34 000的LAIR1b5。LAIR2分子是由135个氨基酸组成的分泌性蛋白, 与LAIR1胞膜外区有84%的同源性, 也含有一个Ig样结构域, 表明LAIR1与LAIR2起源于同一祖先基因5。LAIR2缺少跨膜区和胞质区, 有a、 b、

5、 c 3种异型6。小鼠LAIR1(murine LAIR1, mLAIR1)基因定位于小鼠7号染色体相当于人LRC的区域中。与人LAIR1基因结构不同的是mLAIR1基因含有8个外显子, 缺失相当于人LAIR1基因中的第4、 5个外显子。mLAIR1分子由263个氨基酸组成, 与人LAIR1有40%同源性。胞质区含2个酪氨酸, 分别位于Y228和Y257残基, 靠近胞膜侧VTYIQL序列符合ITIM模体的保守序列 (I/V/L/SxYxxL/V), 与人LAIR1胞质区第1个ITIM只有1个氨基酸的差别; 而C端STYAAI序列与ITIM模体相似性较低7。从大鼠中克隆的LAIR1同源分子基因定

6、位于大鼠染色体1q12, 氨基酸水平分别与人和小鼠的LAIR1有40%和71%的同源性, 胞内ITIMs模体与小鼠相似。值得注意的是, 人LRC中含有编码LAIR2的基因, 而小鼠和大鼠均缺少此基因8。2 LAIR家族的表达分布及其调节 LAIR1是一个广泛分布的白细胞分化抗原, 在体内主要表达在造血细胞上, 不表达于非造血细胞。人和小鼠的LAIR1均表达在T细胞、 NK细胞、 单核细胞及树突状细胞(DC)上, mLAIR1不表达在外周血来源的B细胞上, 而人LAIR1则在B细胞亚群上也有表达。另外, 人LAIR1还表达于CD34的造血前体细胞4、 胸腺细胞亚群、 嗜酸性粒细胞、 嗜碱性粒细胞

7、、 肥大细胞, 在中性粒细胞上可诱导表达, 但不表达在血小板和红细胞表面3。而大鼠LAIR1除表达在免疫组织外, 还可表达于非淋巴样组织, 这与人和小鼠LAIR1表达分布有所不同8。人LAIR2的表达普与LAIR1基本相同, 表达于人外周血单个核细胞(PBMC)以及大脑中小胶质细胞, 但不表达于非造血细胞。LAIR1在细胞各个分化阶段的表达有差异。人LAIR1在外周血B细胞上有80%90%的表达。分析成人骨髓、 外周血、 脾脏及扁桃体的B细胞亚群发现, LAIR1从B细胞分化早期阶段开始表达, 但在部分记忆性B细胞、 生发中心B细胞、 浆母细胞及终末分化浆细胞上则不表达。人LAIR1在外周血中

8、性粒细胞上可被诱导表达。表达LAIR1的前髓样细胞系HL60以及体内CD34+的造血前体细胞在向中性粒细胞分化的过程中均伴随LAIR1表达的丢失。体外中性粒细胞的成熟伴随LAIR1表达下调。但在TNF、 GMCSF等的刺激下, LAIR1可重新表达于成熟中性粒细胞上9。在人T细胞的各亚群中, CD8+T细胞较CD4+T细胞表达水平更高, 初始T细胞较记忆性和效应T细胞高表达LAIR110。在体外, 抗CD3和抗CD28抗体刺激可引起T细胞上LAIR1表达下调, 体内T细胞的活化也可下调LAIR1的表达水平10。使用抗CD3 mAb刺激小鼠脾脏T细胞, mLAIR1表达上调; 而用PMA和离子霉

9、素刺激时, mLAIR1表达则发生下调。表明mLAIR1在T细胞上的表达可被不同刺激条件调节。3 LAIR家族的配体 Meyaard研究小组11利用免疫沉淀以及蛋白序列测定, 首次发现胶原是LAIR1的功能性高亲和力配体, 并认为二者之间的相互作用依赖于配体分子中羟脯氨酸的存在。这个发现提示细胞外基质蛋白也可对外周免疫反应起到调节作用。已知胶原分子是由3条链组成的三聚体, 每条链都含有(甘氨酸XY)n重复序列, 其中X常为脯氨酸, 经翻译后修饰, Y常为羟脯氨酸。这种GPO三体存在于所有胶原分子中, 并使其形成稳定的三聚体螺旋结构。LAIR1正是识别胶原分子中的GlyProHyp重复序列而与之

10、相互作用。由于GlyProHyp在胶原分子结构中的广泛存在, 人和小鼠LAIR1分子可与几乎所有型别的胶原相互作用12。实验中首先证实跨膜胶原XV是LAIR1和LAIR2的配体, 但其与人LAIR1和mLAIR1结合的亲和力有所不同。进一步研究发现, LAIR1可与多种胶原配体广泛结合, 还包括跨膜胶原X、 XX, 非跨膜胶原、 、 等。值得注意的是, 在结合胶原众多种类的受体中, LAIR1与活化型胶原受体糖蛋白(GP)最接近, 二者的编码基因均位于LRC内, 与胶原的作用都依赖于GlyProHyp重复序列, 并且当LAIR1与GP共表达时, GP介导的活化信号可被LAIR1的交联所阻断13

11、。由于肿瘤细胞或肿瘤间质细胞常常高表达多种胶原家族的分子, Meyaard等认为, 这可能与免疫细胞表面LAIR1等抑制性受体相互作用, 向免疫细胞内传递抑制性信号, 从而达到免疫逃逸的目的11。LAIR家族的另一个成员LAIR2与LAIR1有着相同的胶原结合位点, 并同样能以高亲和力结合胶原分子, 从而阻断LAIR1与胶原分子间的结合以发挥对LAIR1的调节作用6。4 LAIR1分子介导的信号转导 膜型LAIR1胞质区的2个ITIM模体是其发挥抑制性功能的分子基础。研究表明, LAIR1中酪氨酸残基的磷酸化主要是由Src家族激酶介导的。在Jurkat细胞上, Src家族激酶Lck是LAIR1

12、发生磷酸化所必须14。ITIMs中的酪氨酸残基被磷酸化后, 募集胞质中的磷酸酶SHP1、 SHP2等作为效应分子, 从而向胞内传递信号3。 LAIR1分子胞质区2个ITIM的功能也存在差别。Verbrugge等14发现, 包含任何一个功能性ITIM的LAIR1分子突变体均可对RBL2H3大鼠嗜碱性细胞株白血病细胞株的功能发挥部分抑制作用, 但N端ITIM则是发挥抑制NK细胞细胞毒性功能所必须的。表明在不同实验系统中, 2个ITIM对LAIR1抑制功能的发挥贡献有所不同。另外, 在YT.2C2细胞实验模型中, 仅有N端ITIM就可以募集SHP2, 但只有当2个ITIM同时存在才能募集SHP1,

13、表明2个ITIM同时存在是募集磷酸酶和完全发挥抑制功能所必须的, 并且N端ITIM在LAIR1的信号转导中发挥主导作用。小鼠中mLAIR1胞质区在过矾酸钠刺激下发生磷酸化并募集磷酸酶SHP2, 但不结合SHP17, 可能与其胞质区C端STYAAI不符合ITIM相关。鉴于大鼠LAIR1与mLAIR1中ITIM序列的相似性, 大鼠LAIR1很可能也只能结合SHP28。在B细胞慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia, CLL)细胞中, sIgM诱导的p38和JNK的磷酸化能被CLL细胞上表达的LAIR1所抑制, LAIR1通过阻止Akt和NFB的活化来抑制CLL

14、细胞的分裂15。在急性髓样细胞白血病(acute myeloid leukemia, AML)母细胞中, LAIR1通过影响PI3K下调Akt1/PKB的活化, 抑制AML母细胞的增殖16。在人髓样白血病细胞系中, LAIR1的参与阻止NFB p65亚单位向核内的转位以及IB的磷酸化17。上述结果表明, LAIR1募集的磷酸酶可对下游信号通路分子去磷酸化, 从而发挥抑制性调节功能。5 LAIR家族的功能及其调节 由于LAIR1分子胞质区ITIMs基序的存在, 目前为止在人和小鼠体内的研究均发现LAIR1发挥免疫抑制的作用。LAIR1最初的发现证实在体外LAIR1具有强烈抑制NK细胞杀伤的功能1

15、。进一步的研究表明, LAIR1不仅可抑制静止NK细胞, 也可抑制活化的NK细胞对靶细胞的杀伤, 但不影响效应细胞与靶细胞的结合2, 3。但这些功能的发挥是以胞膜外区LAIR1能够发生交联为前提的3。LAIR1的交联同样可抑制CD28-T细胞克隆的细胞毒作用以及效应T细胞的溶细胞活性5, 并可以抑制T细胞产生IFN10。另外, 同时交联B细胞表面的BCR和LAIR1, 可减少BCR介导的钙离子的动员以及Ig和细胞因子的产生18。在小鼠, mLAIR1的交联可抑制RBL2H3细胞的脱颗粒和NK细胞的细胞毒活性7。体外实验证实配体胶原直接交联LAIR1同样可以抑制RBL2H3细胞脱颗粒11。加入不

16、同的细胞因子可不同程度的促进造血细胞克隆形成的增加19。交联LAIR1阻断CD4+CD34+细胞向CD83+DC的分化, 并抑制GMCSF诱导的胞内钙离子的动员。另外, LAIR1也参与细胞增殖和细胞周期的调节。在CLL细胞中, LAIR1的表达与疾病所处的不同阶段和进展密切相关, LAIR1在B细胞上表达的缺失可能造成B细胞增殖和活化的失控15。在AML母细胞上, 交联LAIR1可抑制GMCSF诱导的AML母细胞的增殖, 使细胞周期被阻滞在G0/G1期, 继而发生凋亡16。1 LAIR分子及其配体在体内的广泛表达, 可能存在某些机制调节二者之间的相互作用, 以维持免疫应答的平衡。这种调节机制

17、主要包括: 免疫细胞活化或分化不同阶段LAIR1表达水平的调节: 如前所述, 在T细胞、 B细胞、 中性粒细胞等的分化过程中, LAIR1在各阶段的表达水平不尽相同, 以适应不同阶段细胞功能的发挥。体外T细胞的活化过程伴随LAIR1表达水平的下调, 同时在胞质内检出LAIR1水平的上升, 表明LAIR1的表达在此过程中由胞膜表面逐渐转位至胞质内10。高水平表达LAIR1的初始T细胞可阻止对自身抗原的应答, 从而极大程度的避免了自身免疫性疾病的发生; 记忆性T细胞低水平表达LAIR1, 使其活化阈值降低而易活化增殖。可溶性sLAIR1分子的调节: Ouyang等20利用夹心ELISA方法检测LA

18、IR1是否可以释放入血清, 发现sLAIR1存在于PMA、 PHA或CD3 mAb刺激后体外淋巴细胞培养上清中。临床实验发现, 正常人和器官移植功能正常的患者, 其血清中可检测到较低水平的sLAIR1, 表明正常状态下人血清中存在着天然的sLAIR1, 而在肾综合征出血热病人及肾脏移植发生急性或慢性排斥反应的患者中, 血清sLAIR1水平明显升高, 提示膜型LAIR1可在细胞活化后从细胞表面脱落下来, 并可能阻止跨膜受体与胶原的结合, 导致体内淋巴细胞的过度活化。分泌性LAIR2分子的调节: Lebbink等6在孕妇尿中检测到高水平的LAIR2表达, 表明分泌性LAIR2可在体内产生并可从尿中

19、排出。另外, LAIR2水平在类风湿患者滑膜液中明显升高, 提示LAIR2可能通过降低LAIR1的抑制作用而充当促炎性介质的角色。进一步的研究证实了LAIR2在体内是胶原与LAIR1结合的竞争者, 参与阻止胶原对LAIR1分子的交联。 6 结语 LAIR家族作为发挥免疫负调节作用的受体, 在维持机体免疫应答的平衡中发挥着重要作用。其功能的正常发挥有赖于胞内信号通路的转导。目前为止, 已发现小鼠和人LAIR1胞浆磷酸化后募集的磷酸酶有所不同, 但是否在其他细胞系统中也存在相同的情况, 是否还可能通过募集其他磷酸酶或分子调节下游传递信号, 还需进一步深入探讨。另外, sLAIR和分泌性LAIR2分

20、子对LAIR1分子功能发挥的调节作用十分重要, 但是否还存在其他机制来参与调节LAIR家族的功能发挥, 这些都有待于深入研究。但LAIR1作为一个新发现的免疫抑制性受体, 其基本功能已经得到证实, 在维持机体免疫系统介导的免疫应答的平衡中, 发挥着重要调节作用。随着对其配体及信号通路研究的进一步完善, 其对机体的免疫调节功能会得到更深入的了解, 临床相关疾病的发病机制必将进一步得到阐明。【】 1 Burns GF, Triglia T, Bartlett PF, et al. Human natural killer cells, activated lymphocyte killer cel

21、ls, and monocytes possess similar cytotoxic mechanismsJ. Proc Natl Acad Sci USA, 1983, 80(24): 7606-7610.2 Poggi A, Pella N, Morelli L, et al. p40, a novel surface molecule involved in the regulation of the nonmajor histocompatibility complexrestricted cytolytic activity in humansJ. Eur J Immunol, 1

22、995, 25(2): 369-376.3 Meyaard L, Adema GJ, Chang C, et al. LAIR1, a novel inhibitory receptor expressed on human mononuclear leukocytesJ. Immunity, 1997, 7(2): 283-290.4 Ouyang W, Ma D, Lin D, et al. 9.1C3 is identical to LAIR1, which is expressed on hematopoietic progenitorsJ. Biochem Biophys Res C

23、ommun, 2003, 310(4): 1236-1240.5 Meyaard L, Hurenkamp J, Clevers H, et al. Leukocyteassociated Iglike receptor1 functions as an inhibitory receptor on cytotoxic T cellsJ. J Immunol, 1999, 162(10): 5800-5804.6 Lebbink RJ, van den Berg MC, de Ruiter T, et al. The soluble leukocyteassociated Iglike rec

24、eptor (LAIR)2 antagonizes the collagen/LAIR1 inhibitory immune interactionJ. J Immunol, 2008, 180(3): 1662-1669.7 Lebbink RJ, de Ruiter T, Verbrugge A, et al. The mouse homologue of the leukocyteassociated Iglike receptor1 is an inhibitory receptor that recruits Src homology region 2containing protein tyrosine phosphatase (SHP)2, but not SHP1J. J Immunol, 2004, 172(9): 5535-5543.8 Lebbink RJ, de Ruiter T, Kaptijn GJ, et al. Identification and chara