免疫学前沿进展第十八章细胞叠套结构

1、细胞叠套结构研究进展细胞叠套结构研究进展第十八章汇报提纲汇报提纲O第一节 前言O第二节 细胞叠套结构的命运及机制O第三节 细胞叠套结构的生物学意义O第四节 细胞叠套结构的临床意义O第五节 细胞叠套结构在低等生物中的研究O第六节 细胞叠套结构的理论模式第一节第一节 前言前言 一一. .细胞叠套结构的定义细胞叠套结构的定义O细胞叠套结构：细胞叠套结构：cell-in-cell structurecell-in-cell structure（图（图1 1），指一个或多大个细胞主），指一个或多大个细胞主动动“钻入钻入”另一个细胞，形成细胞套细胞的结构，并产生生物效应的过另一个细胞，形成细胞套细胞的结构

2、，并产生生物效应的过程。程。O该结构的特殊之处在于他是一个活细胞进入另外一个活细胞（通常是该结构的特殊之处在于他是一个活细胞进入另外一个活细胞（通常是肿瘤细胞）后形成的结构，不同于以往人们知道的由专职的吞噬细胞肿瘤细胞）后形成的结构，不同于以往人们知道的由专职的吞噬细胞（如巨噬细胞）吞噬死细胞或病原体。（如巨噬细胞）吞噬死细胞或病原体。二二. .细胞叠套结构的分类细胞叠套结构的分类O根据形成叠套结构的细胞种类分类：根据形成叠套结构的细胞种类分类： 同质细胞间结构同质细胞间结构：肿瘤细胞间“互钻” 异质细胞间结构异质细胞间结构：各类不同细胞间，免疫细胞进入肿瘤或其他细胞O根据靶细胞是否有肿瘤细胞

3、参与分类：根据靶细胞是否有肿瘤细胞参与分类： 肿瘤靶细胞肿瘤靶细胞 非肿瘤靶细胞非肿瘤靶细胞O根据胞内细胞的主要死亡方式分类：根据胞内细胞的主要死亡方式分类： 凋亡通路依赖的细胞内死亡凋亡通路依赖的细胞内死亡 凋亡通路非依赖的细胞内死亡凋亡通路非依赖的细胞内死亡第二节第二节 细胞叠套结构的命运及机制细胞叠套结构的命运及机制O一一. .细胞叠套结构内化细胞的命运细胞叠套结构内化细胞的命运由于在细胞叠套结构形成过程中，被内化的细胞是活细胞，由于在细胞叠套结构形成过程中，被内化的细胞是活细胞，因此细胞叠套结构形成以后被内化细胞的生物学转归问题因此细胞叠套结构形成以后被内化细胞的生物学转归问题尤为重要

4、，主要表现为：细胞内细胞分裂、细胞逸出、细尤为重要，主要表现为：细胞内细胞分裂、细胞逸出、细胞内细胞死亡和长时间的滞留。胞内细胞死亡和长时间的滞留。细胞叠套结构中，内化细胞死亡发生的比例高达细胞叠套结构中，内化细胞死亡发生的比例高达80%80%，关于，关于细胞内死亡（细胞内死亡（cell-in-cell deathcell-in-cell death）现象也称为近年研究的热）现象也称为近年研究的热点。点。1.Entosis1.Entosis（叠套死亡）（叠套死亡）在在EntosisEntosis过程中，被内化的细胞需要脱离细胞外基质，然后完成后续步过程中，被内化的细胞需要脱离细胞外基质，然后完

5、成后续步骤。进一步的研究显示，有两个关键因素对骤。进一步的研究显示，有两个关键因素对entosisentosis后续过程中叠套结后续过程中叠套结构的形成是必须的：构的形成是必须的：由Cadherin介导的细胞间粘附连接。使用Ca2+、Mg2+的螯合剂EDTA或EGTA，以及Cadherin的封闭性抗体均可以有效阻断细胞叠套架构的形成。RhoA-ROCK信号通路调节的肌动球蛋白的收缩。该因素提供被卷入细胞进入相邻细胞的驱动力。OFloreyFlorey等研究发现，宿主细胞自噬通路的标志性分子等研究发现，宿主细胞自噬通路的标志性分子LC3LC3能够短暂募能够短暂募集到包裹内化细胞的细胞膜上，随后宿

6、主细胞的溶酶体与吞噬膜融合，集到包裹内化细胞的细胞膜上，随后宿主细胞的溶酶体与吞噬膜融合，释放溶酶体酶，继而内化的细胞发生死亡。释放溶酶体酶，继而内化的细胞发生死亡。OMarjoleineMarjoleine等在体外培养人小细胞肺癌（等在体外培养人小细胞肺癌（SCCLSCCL）细胞系的过程发现，）细胞系的过程发现，一些一些SCCLSCCL细胞系能够形成典型的细胞叠套结构，用带有细胞系能够形成典型的细胞叠套结构，用带有H3H3的胸腺嘧的胸腺嘧啶可以标记内部的细胞，证明这些细胞是活细胞。血清可以诱导肿瘤啶可以标记内部的细胞，证明这些细胞是活细胞。血清可以诱导肿瘤细胞间形成细胞叠套结构。因此，推测血

7、清中存在某种诱导细胞叠套细胞间形成细胞叠套结构。因此，推测血清中存在某种诱导细胞叠套的因子，或许可以抑制肿瘤生长。的因子，或许可以抑制肿瘤生长。O2.Emperitosis(2.Emperitosis(叠套凋亡）叠套凋亡） 免疫细胞进入其他细胞的现象是细胞叠套结构的代表，肿瘤细胞是免疫细胞进入其他细胞的现象是细胞叠套结构的代表，肿瘤细胞是EmperitosisEmperitosis的一个重要靶细胞。的一个重要靶细胞。 多种肿瘤细胞都能内化免疫细胞，如黑色素瘤、胃癌、唾液腺导管癌、多种肿瘤细胞都能内化免疫细胞，如黑色素瘤、胃癌、唾液腺导管癌、乳腺癌和肝癌等；同样多种免疫细胞也能进入肿瘤细胞，如中

8、性粒细乳腺癌和肝癌等；同样多种免疫细胞也能进入肿瘤细胞，如中性粒细胞、胞、NKNK细胞、细胞、T T淋巴细胞、淋巴细胞、B B细胞等。细胞等。 20 20世纪世纪8080年代，王小宁和李文简率先揭示了免疫细胞在肿瘤细胞内死年代，王小宁和李文简率先揭示了免疫细胞在肿瘤细胞内死亡的现象和特征，并提出亡的现象和特征，并提出“肿瘤反杀免疫细胞，实现免疫逃逸肿瘤反杀免疫细胞，实现免疫逃逸”的学的学术观点。术观点。20052005年，王小宁与姚雪彪研究发现，年，王小宁与姚雪彪研究发现，NKNK细胞可以高比例钻细胞可以高比例钻入瘤细胞，主要的命运是在靶细胞内凋亡。入瘤细胞，主要的命运是在靶细胞内凋亡。O王小

9、宁团队将杀伤细胞在靶细胞内由于颗粒酶回吞导致的王小宁团队将杀伤细胞在靶细胞内由于颗粒酶回吞导致的“自杀自杀”过过程命名为的程命名为的EmperitosisEmperitosis，该团队研究的另一个重要意义是，如果阻断，该团队研究的另一个重要意义是，如果阻断瘤细胞囊泡扩张，钻入与的杀伤细胞内部杀伤的效率大幅度提高，产瘤细胞囊泡扩张，钻入与的杀伤细胞内部杀伤的效率大幅度提高，产生生托洛伊木马效应托洛伊木马效应O3. Cannibalism and HoCC(3. Cannibalism and HoCC(细胞互食和同质细胞互细胞互食和同质细胞互食）食）CannibalismCannibalism是

10、指一些肿瘤在某些状态下，如饥饿状态下，会是指一些肿瘤在某些状态下，如饥饿状态下，会“吃掉吃掉”同同伴细胞、甚至免疫细胞的现象，所以与肿瘤恶性化或免疫逃逸机制有伴细胞、甚至免疫细胞的现象，所以与肿瘤恶性化或免疫逃逸机制有关。与叠套凋亡不同的是，在关。与叠套凋亡不同的是，在CanniblismCanniblism时，外侧的靶细胞似乎在细时，外侧的靶细胞似乎在细胞叠套结构的形式过程中起主导作用，有些瘤细胞甚至具有吞噬乳胶胞叠套结构的形式过程中起主导作用，有些瘤细胞甚至具有吞噬乳胶颗粒的能力。颗粒的能力。被吞食的细胞既可以表现为溶酶体样死亡，也可表现为凋亡被吞食的细胞既可以表现为溶酶体样死亡，也可表现

11、为凋亡。O 法国马赛的一个研究组在研究组中发现，法国马赛的一个研究组在研究组中发现，Nupr1Nupr1分子在胰腺癌细胞的分子在胰腺癌细胞的互食作用中发挥重要作用。互食作用中发挥重要作用。Nupr1Nupr1是一个染色质结合小分子量蛋白，是一个染色质结合小分子量蛋白，仅仅8Kd8Kd，又名，又名p8p8。该分子是控制细胞互食的一个关键分子，胰腺癌细。该分子是控制细胞互食的一个关键分子，胰腺癌细胞系中胞系中Nur1Nur1的表达水平与其细胞叠套的形成能力成负相关；鉴于该过的表达水平与其细胞叠套的形成能力成负相关；鉴于该过程中互食的细胞为同类细胞，研究者们将其命名为同质细胞互食程中互食的细胞为同类

12、细胞，研究者们将其命名为同质细胞互食（homotypic cell cannibalismhomotypic cell cannibalism，HoCCHoCC）。在异质细胞叠套结构的形）。在异质细胞叠套结构的形成中，成中，Nupr1Nupr1并不起作用。并不起作用。O 在对在对HoCCHoCC过程中的关键调控分子研究的过程中，发现过程中的关键调控分子研究的过程中，发现CD68CD68、CDC24CDC24、CCR1CCR1、CXCL1CXCL1和和CXCL6CXCL6等是调控等是调控HoCCHoCC的关键分子。的关键分子。Nupr1Nupr1可能是通过调控这些分子的转录来参与可能是通过调控这

13、些分子的转录来参与HoCCHoCC的控制，因为的控制，因为Nurp1Nurp1能够能够结合到结合到CDC42CDC42和和CXCL1CXCL1的启动子区域，并抑制这两个分子的表达。的启动子区域，并抑制这两个分子的表达。O二、叠套结构中死亡细胞的清除二、叠套结构中死亡细胞的清除动态追踪显示，内化的细胞死亡后会在宿主细胞中逐渐被溶酶体消化吸动态追踪显示，内化的细胞死亡后会在宿主细胞中逐渐被溶酶体消化吸收，该过程与大部分的吞噬过程十分相似。收，该过程与大部分的吞噬过程十分相似。包裹死亡细胞的囊泡是一个大溶酶体包裹死亡细胞的囊泡是一个大溶酶体 缩小巨型溶酶体缩小巨型溶酶体 小溶酶体网络小溶酶体网络 囊

14、泡出芽囊泡出芽该过程与自噬溶酶体的重构（该过程与自噬溶酶体的重构（ALRALR）不同的是：）不同的是：ALRALR依赖依赖mTORmTOR复合物的复合物的活性和管状微观结构完整；而活性和管状微观结构完整；而entosisentosis和吞噬产生的巨型囊泡重构缩小和吞噬产生的巨型囊泡重构缩小的过程中，管状囊泡的产生不是必需的。的过程中，管状囊泡的产生不是必需的。融合形成第三节第三节 细胞叠套结构的生物学意义细胞叠套结构的生物学意义O一、同质细胞叠套结构的生物学意义一、同质细胞叠套结构的生物学意义目前关于同质细胞叠套结构在肿瘤中的生物学功能存在两种相反观点：目前关于同质细胞叠套结构在肿瘤中的生物学

15、功能存在两种相反观点：（1 1）细胞叠套结构的形成是一种抑瘤机制）细胞叠套结构的形成是一种抑瘤机制（2 2）细胞叠套结构的形成促进肿瘤的细胞学机制）细胞叠套结构的形成促进肿瘤的细胞学机制我们的研究显示肿瘤细胞间细胞叠套结构形成可能作为一种细胞间竞争我们的研究显示肿瘤细胞间细胞叠套结构形成可能作为一种细胞间竞争的机制，以肿瘤生长为代价促进肿瘤的恶性进化。的机制，以肿瘤生长为代价促进肿瘤的恶性进化。O1 1、肿瘤抑制功能、肿瘤抑制功能O细胞叠套结构的形成被认为是一种细胞死亡机制，可清除脱离细胞外细胞叠套结构的形成被认为是一种细胞死亡机制，可清除脱离细胞外基质的细胞，也可清楚对脱落凋亡有抵抗的恶性转

16、化的细胞，因此，基质的细胞，也可清楚对脱落凋亡有抵抗的恶性转化的细胞，因此，有学者认为与细胞脱落凋亡类似，肿瘤细胞间细胞叠套结构有利于杀有学者认为与细胞脱落凋亡类似，肿瘤细胞间细胞叠套结构有利于杀死肿瘤细胞。死肿瘤细胞。O研究显示，阻断研究显示，阻断MCF7MCF7细胞的叠套形成过程能够显著增加细胞转化生细胞的叠套形成过程能够显著增加细胞转化生长能力；我们的研究表明在肿瘤细胞中诱导长能力；我们的研究表明在肿瘤细胞中诱导entosisentosis能一直能一直80%80%以上的以上的肿瘤生长能力。肿瘤生长能力。O虽然叠套结构多出现在恶性程度较高的肿瘤组织，但是该现象在大部虽然叠套结构多出现在恶性

17、程度较高的肿瘤组织，但是该现象在大部分肿瘤组织中很少见，叠套结构基本处于被关闭的状态，表明肿瘤细分肿瘤组织中很少见，叠套结构基本处于被关闭的状态，表明肿瘤细胞可能选择性的关闭了细胞叠套结构的形成以促进自身的生长。胞可能选择性的关闭了细胞叠套结构的形成以促进自身的生长。O2 2、肿肿瘤瘤促促进进功功能能O有有研研究究表表明，明， 细细胞胞叠叠套套结结构构在在包包括括乳乳腺腺癌癌在在内内的的多多种种肿肿瘤瘤中中与与肿肿瘤瘤的的恶恶性性程程度度呈呈正正相相关。关。此此外，外，研研究究显显示示细细胞胞叠叠套套结结构构的的形形成成至至少少可可通通过过以以下下两两种种不不同同的的机机制制促促进进肿肿瘤瘤细

18、细胞胞获获得得生生长长优优势势和和恶恶性性表表现：现：（1 1）肿肿瘤瘤细细胞胞可可以以通通过过消消化化被被内内化化的的细细胞胞获获得得其其营营养养物物质，质，进进而而在在营营养养物物质质有有限限的的环环境境中中获获得得相相对对的的生生存存优优势。势。（2 2）细细胞胞叠叠套套结结构构的的形形成成可可以以通通过过干干扰扰宿宿主主细细胞胞的的胞胞质质分分裂裂诱诱导导非非整整倍倍体体细细胞胞的的产产生。生。而而非非整整倍倍体体被被认认为为是是促促进进肿肿瘤瘤发发生、生、发发展展的的重重要要因因素。素。O3 3、细胞间竞争、细胞间竞争 在以叠套死亡为模型研究时，发现不同种类的肿瘤细胞间能够形在以叠套

19、死亡为模型研究时，发现不同种类的肿瘤细胞间能够形成叠套结构，但是并非是随机产生的，一些肿瘤细胞似乎倾向于成叠套结构，但是并非是随机产生的，一些肿瘤细胞似乎倾向于内化另一种肿瘤细胞。内化另一种肿瘤细胞。 最终表明，细胞刚性是细胞身份决定的关键因素，相对较最终表明，细胞刚性是细胞身份决定的关键因素，相对较 硬的细硬的细胞会进入相对较软的细胞。胞会进入相对较软的细胞。Rho GTPaseRho GTPase活性是调控细胞刚性的重活性是调控细胞刚性的重要因素，要因素，Rho GTPaseRho GTPase较高的细胞最终会被内化。较高的细胞最终会被内化。 O 内化的细胞和外侧细胞命运完全不同，存在明显

20、竞争，被内化的细内化的细胞和外侧细胞命运完全不同，存在明显竞争，被内化的细胞最终被杀死，外侧细胞存活成为混合细胞群中的优势克隆；外侧细胞最终被杀死，外侧细胞存活成为混合细胞群中的优势克隆；外侧细胞会通过胞质分裂失败的机制形成双核，继而成为非整倍体细胞而突胞会通过胞质分裂失败的机制形成双核，继而成为非整倍体细胞而突变。因此，肿瘤细胞可以通过细胞叠套进行克隆筛选和进化。变。因此，肿瘤细胞可以通过细胞叠套进行克隆筛选和进化。O在小鼠备胎研究中已经证实哺乳动物细胞中存在细胞竞争行为，但是在小鼠备胎研究中已经证实哺乳动物细胞中存在细胞竞争行为，但是仍缺乏细胞竞争参与人肿瘤发生的有力证据。仍缺乏细胞竞争参

21、与人肿瘤发生的有力证据。O最终整合了关于细胞叠套抑癌和促癌的观点：最终整合了关于细胞叠套抑癌和促癌的观点：细胞叠套的形成可通细胞叠套的形成可通过清除部分肿瘤细胞抑制肿瘤生长，过清除部分肿瘤细胞抑制肿瘤生长，细胞叠套过程中恶性细胞克隆细胞叠套过程中恶性细胞克隆得以筛选，长期来看促进肿瘤恶性发展。得以筛选，长期来看促进肿瘤恶性发展。O一、一、异异质质性性细细胞胞叠叠套套结结构构的的生生物物学学意意义义免免疫疫细细胞胞进进入入正正常常细细胞胞的的现现象象被被报报道道以以来，来，存存在在不不同同假假说，说，归归纳纳如如下：下： 给给宿宿主主提提高高营营养。养。（与与肿肿瘤瘤细细胞胞中中的的叠叠套套研研

22、究究类类似）似） 为为免免疫疫细细胞胞提提供供合合适适的的生生长长空空间。间。 意意外外钻钻入。入。免免疫疫细细胞胞可可能能在在追追踪踪病病原原体体过过程程中中意意外外钻钻入入宿宿主主细细胞。胞。 参参与与免免疫疫系系统统发发育育 维维持持免免疫疫自自稳稳O1 1、免疫细胞分化成熟的保育作用、免疫细胞分化成熟的保育作用O胸腺哺育细胞是动物胸腺中的上皮细胞，特性是能够内化包裹多达胸腺哺育细胞是动物胸腺中的上皮细胞，特性是能够内化包裹多达200200个以上的个以上的T T细胞，这种细胞叠套结构在细胞，这种细胞叠套结构在T T细胞成熟过程中发挥保育细胞成熟过程中发挥保育作用。作用。O2 2、免疫自稳

23、机制、免疫自稳机制OVolkerVolker等将能引起自身免疫疾病的自身反应性等将能引起自身免疫疾病的自身反应性T T细胞（细胞（Des CD8+ T Des CD8+ T cellcell）注射到老鼠体内，未发现有任何免疫性病理反应。继而利用透）注射到老鼠体内，未发现有任何免疫性病理反应。继而利用透射电镜和工具组显微镜发现，肝细胞内包裹了射电镜和工具组显微镜发现，肝细胞内包裹了Des CD8+TDes CD8+T细胞形成典细胞形成典型细胞叠套结构，并随时间推移而减少，证明被清除了。这也是胸腺型细胞叠套结构，并随时间推移而减少，证明被清除了。这也是胸腺外外T T细胞自稳维持的新机制。细胞自稳维

24、持的新机制。第四节第四节 细胞叠套结构的临床意义细胞叠套结构的临床意义O（1 1）与与肿肿瘤瘤临临床床转转归归的的关关系系 细细胞胞叠叠套套结结构构的的出出现现比比例例与与一一些些肿肿瘤瘤的的恶恶性性分分级级存存在在正正相相关。关。提提示示了了细细胞胞叠叠套套结结构构与与肿肿瘤瘤的的发发生、生、发发展展有有关。关。 乳乳腺腺肿肿瘤瘤是是最最常常见见的的报报道道有有细细胞胞叠叠套套的的肿肿瘤瘤之之一。一。NNg g对对1 15 5例例乳乳腺腺标标本本研研究究发发现，现，5 5例例恶恶性性标标本本全全部部有有细细胞胞叠叠套套结结构，构，剩剩下下的的1 10 0例例良良性性标标本本没没有。有。 （2

25、 2）在在炎炎症症中中的的作作用用（异异倍倍体体形形成）成） 在在对对各各种种炎炎症症组组织织进进行行分分析析后后发发现，现，细细胞胞叠叠套套结结构构几几乎乎出出现现在在所所有有筛筛查查的的炎炎性性组组织织中。中。第五节第五节 细胞叠套结构在低等生物中的研究细胞叠套结构在低等生物中的研究O一、一、阿阿米米巴巴生生殖殖循循环环中中的的细细胞胞叠叠套套结结构构阿阿米米巴巴原原虫虫属属于于黏黏菌菌门，门，其其生生活活史史有有一一段段是是动动物物性性的，的，有有一一段段是是植植物物性性的，的，因因此此被被认认为为是是介介于于动动植植物物之之间间的的一一类类生生物。物。盘盘基基网网柄柄菌菌是是阿阿米米巴巴原原虫虫中中的的一一支，支，由由于于独独特特的的细细胞胞生生物物学学特特性，性，被被认认为为是是一一类类模模式式生生物。物。在在该该生生物物中中发发现现有有细细胞胞叠叠套套结结构构的的形形成