中性粒细胞跨内皮迁移机制

1、中性粒细胞跨内皮细胞迁移机制摘要：中性粒细胞的募集是感染以及炎症性疾病的免疫反应过程中一个不 可缺少的组成部分。中性粒细胞外渗过程包含一个通过紧密协调血管 壁内皮细胞间的粘附作用的顺序所安排的复杂的多步级联反应。中性 粒细胞和内皮细胞包含的粘附受体和信号分子可调节进入炎症或感 染部位的嗜中性粒细胞的募集。本综述将集中讲述嗜中性粒细胞募集 的最后一步，也就是通过内皮细胞的中性粒细胞的迁移。在血液和固有免疫的第一条防线中，短命的中性粒细胞是最丰富的白 细胞。中性粒细胞可以通过特异性受体检测到细菌组成成分如脂多糖（LPS ）和fMLP ;这些特异性受体包括Toll-样受体和G-蛋白偶联受 体（1）。

2、这个过程导致中性粒细胞迁移活动的上调，使中性粒细胞在 几小时之内积聚到急性炎症部位。除了对细菌和真菌病原体起到防御 作用之外，中性粒细胞也是一种辅助性T型1细胞（Th1细胞）相关（2 ） 炎症浸润的标志。中性粒细胞的释放可能导致组织损伤的部位募集细 胞毒性介质，从而促进自身免疫和慢性炎症。中性粒细胞浸润是类风 湿关节炎，血管炎，炎性肠道疾病和慢性肺疾病的一种特征性标志（3; 4）。因此，中性粒细胞外渗到炎症，血管损伤或感染部位需要有一个 严密的调节过程。中性粒细胞的募集需要一个粘附和迁移的多级级联 反应，这个过程需要三种粘附受体，即选择素，整合素和免疫球蛋白 超家族黏附受体，所介导的。这些步骤

3、是：（一）最初选择素介导的 轧制，（二），趋化因子诱导激活（三）整合素依赖性的稳定的粘附和 随后的跨内皮迁移（5-7）。然而，最近的证据已经促使原来的三步粘 附级联反应的扩展，包括新独立的步骤，如整合素介导的紧随中性粒 细胞逮捕的血管内爬行。此外，跨内皮迁移（也称为血细胞溢出）可 发生在旁细胞和跨细胞活动中（10）。在炎症组织中进一步的内皮下 间质白细胞的迁移主要由B1和B2整合素家族成员介导，B1整合素成 员包括：与问质连接的a101-, a2 01和aS B1-整合素；02整合素成员 包括：纤维蛋白原结合的Mac - 1 （11-13 ）。白细胞相关膜结合蛋白 酶或分泌蛋白酶以及粘多糖降解

4、酶促进这一过程，这些酶帮助中性粒 细胞浸润细胞外基质（11； 14）。在介绍了中性粒细胞内皮的相互作 用的不同步骤之后，本综述将集中在讲述嗜中性粒细胞募集的最后一 步，即跨内皮迁移。中性粒细胞募集的多步过程在轧制过程中，中性粒细胞与内皮细胞表面之间经历了一个短暂 的相互作用，这可使作用慢下来。轧制相互作用的最后一秒是可逆的， 由于它们受弱的选择素结合的介导，如E -, P -或L型选择素以及它 们的碳水化合物配体和P -选择素糖蛋白-1（PSGL-1）,轧制相互作用 的最后一秒是可逆的，（15）。内皮细胞选择素的表达和曝露，如顶 点内皮细胞表面的P-和E -型选择素，是一个紧密调节过程。P -

5、选择素存储在Weibel - Palade小体，而且可以迅速易位到由几种刺激物激活的内皮细胞的细胞腔表面。截然不同的，E -型选择素不是连续表 达的，它是每隔几个小时之后再重新合成的（15）。P -选择素/PSGL-1 相互作用主要参与了最初的共享（16）,而缓慢的和更稳定的轧制由 E -选择素介导（17）。有证据表明，最初的轧制和随后粘附在功能上 至少在两个层面是相互关联的：（一）有证据表明相关抗原-1整合素， 尤其是当它处于低亲和力构象时，参加缓慢轧制粘连。随后相关抗原 -1的活性构象促进轧制状态的逮捕（18, 19）。（二）第二，除了对 于流动中性粒细胞来说的“刹车”功之外，轧制作用允许

6、中性粒细胞 感觉到趋化因子的作用，与硫酸乙酰肝素蛋白多糖通过内皮细胞的细 胞膜有关。该趋化因子衍生信号对启动强烈的粘附步骤（20）是至关 重要的。在激活步骤中，趋化因子包括白细胞介素-8 ;化学刺激物包括补 体C5a ,白三烯LTB4 ,血小板活化因子和细菌的衍生的甲酰化肽基， 通过转换低亲和力，选择素介导进入高亲和力作用，整合素介导的强 烈的粘附，诱导快速的中性粒细胞粘附（6;20; 21）。中性粒细胞粘 附于血管内皮细胞是由整合素，VLA- 4 （a401）Mac - 1的（加忆）和LFA- 1 （ aL忆）的相互作用介导的，作用于中 性粒细胞的免疫球蛋白超家族成员如细胞ICAM- 1和I

7、CAM-1和 VCAM-1 ,或作用于内皮细胞表面的高级糖基化副产物受体（22）。 这些内皮反受体是组成型表达（细胞ICAM-1和ICAM- 2 , RAGE ）或 进一步上调（ICAM - 1 , RAGE ）,或者被诱导（VCAM - 1 ） （ 22 , 23 ）。中性粒细胞外渗和免疫反应过程中整合素介导的粘附的重要性已由 几个从事小鼠一个或多个白细胞整合素缺陷（24-27 ）,或白细胞粘附 缺陷综合征在男性中缺乏B2整合素研究的研究人员所证明（22 , 28 ）。在外渗过程中，白细胞整合素的活动主要由构象变化和集群调节，然 而白细胞整合素的表达只会受到轻微影响。通过内至外”的信号激活

8、整合素，这个过程主要受趋化因子介导，涉及几条路径，包括小GTP 酶，（29）,以及整合素的胞质尾巴的与肌动蛋白结合蛋白相互作用， 从而诱导整合素构象的改变（30）。小GTP酶Rap1调节调节相关抗原-1亲和力（32-35 ）。鸟喋吟核甘酸交换因子（GEFs）,如CALDAG - GEFI（钙 anddiacylglycerolregulated GEFI ） （ 36 , 37 ） , VAV1 （ 38 ）,激 活Rap1的参与调制白细胞整合亲和力。CALDAG - GEFI缺陷导致在 人类和小鼠体内趋化因子诱导的中性粒细胞的捕捉的减少（36 , 38 ）。 此外，肌动结合蛋白如塔林蛋白（3

9、0; 39 ）或a-辅肌动蛋白（40）以 及14-3-3蛋白（41 ）已显示以B链为目标来激活整合素。塔林蛋白是 一种包含两个功能区，一个球状头部和棒状域的细胞骨架蛋白。塔林 蛋白的头部被认为可诱导相关抗原人和忆细胞质尾巴的分离以及导 致相关抗原-1高亲和力的构象的产生（42 , 43） o中性粒细胞粘附到血管内皮细胞能通过整合素介导由外到内的 信号进一步增强，该信号因整合素聚类和构象改变或因整合素结扎而 发生。在起初的捕捉之后，两个Src样蛋白酪氨酸激酶可以介导相关 抗原-1和Mac - 1诱导粘附稳定性，因为他们的抑制加速了处于流动 条件下壁中性粒细胞（44 ）的 分离。GEFs VAV1

10、 and VAV3 也有相似 的功能（38 ）。此外，在 Wiskott-Aldrich 综合征蛋白（WASp）缺陷中 的中性粒细胞显示肌动蛋白的缺陷，细胞骨架的缺陷和紧随初始逮捕 的整合素的积聚。只有在流动条件下，WASp-缺陷表型才可见（45）。 被牵连到白细胞后粘附增强过程中的另外一个因素是桩蛋白，它与a 4-整合链的细胞质功能区相互作用（46）。中性粒细胞跨内皮迁移经过强烈的粘附反应之后，中性粒细胞爬过内皮细胞表面到最近 的利用整合素Mac-1和LFA - 1的交界处，这个过程被称为运动（8）。 最近，关于中性粒细胞在体内爬行已提出证据（9）。跨内皮迁移主要 以旁路方式发生，即在胞间交

11、叉点处。特别是，三个细胞交界处，以 及内皮交叉点处的地方基底膜表达较低水平的基质蛋白（48）,已被提 议作为迁移的中性粒细胞在体内的外渗优先领域。此外，最近证据表 明，中性粒细胞和其他的白细胞可能以一跨细胞的方式进入血管外组 织，即通过内皮细胞（ 12, 49 , 50 ）。事实上，当血管内爬行在体内 禁用时，跨细胞通路可能会变得更加突出（9）。体外研究结果指出了 对于中性粒细胞来说，旁路途经占主导地位，然而，5%的中性粒细 胞被发现使用发跨细胞途经（49）。有趣的是，在中性粒细胞的迁移 过程中，长寿命的TNF- a预处理和ICAM - 1的超表达导致跨细胞途经的相对贡献增加（51）对于旁通路

12、，轮回中性粒细胞内皮交界处代表着主要障碍。至少 有两种类型的交界处都参与了轮回：（一）由能促进钙依赖性的，同 种细胞间的接触维生素E -钙粘蛋白形成的粘附交界处（zonula 粘 着）。细胞之间的膜相关VE -钙粘蛋白和肌动蛋白细胞骨架的链接受 细胞内连环的介导。（二）紧密连接（闭锁小带），最重要的交界处， 形成了密切的细胞间黏附和由三种类型的跨膜蛋白组成，occludn claudins 和交界处粘附分子（JAM）,这是与细胞内如闭锁小带-1 （ZO-1）的 细胞骨架信号分子相链接的（52）。（1）维生素E-钙粘蛋白维生素E-钙粘蛋白充当过路白细胞的看门人，在体内，抗体抵抗 维生素E-钙粘蛋

13、白的抗体增加内皮细胞单层通透性和中性粒细胞率 外渗（53 ）,而在体外研究表明，在血球渗出过程中，维生素E-钙粘 蛋白的缺口瞬间形成（54）。不过，目前还不清楚，在中性粒细胞的 迁移位点，维生素E-钙粘蛋白是否从细胞交界处消失对于该过程或结 果是不是一个先决条件的。一个可能的解释是，中性粒细胞粘附血管 内皮细胞导致由维生素E-钙粘蛋白的磷酸化调节的维生素E-钙粘蛋 白介导的粘附部分的减少。维生素E-钙粘蛋白以及丝氨酸665的胞质 尾的酪氨酸658 and 731的磷酸化已表明与维生素E-钙粘蛋白的功能 障碍有关（55;56）。最近，ICAM-1介导中性粒细胞粘附内皮细胞可诱 导维生素E-钙粘蛋

14、白酪氨酸磷酸化进而推进中性粒细胞轮回（57）。 包括可以使伊连环蛋白磷酸化的GTP酶Rac1 ,活性氧，活性氧激活 富含脯氨酸的酪氨酸磷酸化激酶2的其他途经已经被认为是信号传导 介质（58;59 ）。有趣的是，中性粒细胞弹性蛋白酶的产生能够降解细胞外部分的 维生素E-钙粘蛋白。因此，中性粒细胞可能参与这一机制，以便他们 通过内皮细胞间交界处（60 , 61 ）。然而，因为弹性蛋白酶缺陷或MMP- 9缺陷中性粒细胞在无流动跨内皮迁移中没有缺陷，使得中性粒细胞 蛋白酶参与的维生素E-钙粘蛋白的蛋白水解的重要性不是很清楚 （62）0（2） JAMS和相关分子JAMS是免疫球蛋白超家族成员，包括两个细

15、胞外免疫球蛋白样功 能区域（63, 64）,由于最后竣基端的二类PDZ结构域结合基序，他 们在内皮细胞和上皮细胞紧密连接处被发现，这使他们与交界处相关 的PDZ-功能区相连的分子预先发生相互作用（63 , 64 ）。包括血小板， 中性粒细胞，单核细胞和淋巴细胞（65）在内的不同的循环血细胞中 发现JAM-A ,而JAM-B 和JAM-C的表达方式更多的限制表达在血小 板和B细胞亚群上的JAM-C （ 66-69 ）。除了通过细胞膜末端区域的保 守序列使他们的倾向在同种交互方式中相互作用（70-72 ）, JAM-A也 担任白细胞整合素的反受体：特别是，连接LFA-1的JAM-A （73;74）

16、,与VLA-4相 关的 JAM-B(75) 和与Mac-1相互作用 的 JAM-C (68)在中性粒细胞溢出过程中，JAM-A假设性作用的第一证据来源于 实验,该实验证明脑膜炎JAM-A的抗体抑制中性粒细胞募集（76）。 在腹膜炎实验模型中，JAM-A 缺陷的小鼠表现出中性粒细胞募集能 力的下降。但是，在这种模型中，骨髓细胞/中性粒细胞上专一的 JAM-A 在迁移过程中是必不可少的，而发现并不需要血管内皮细胞 上的JAM-A （77; 78）。截然不同的是，在灌注损伤模型肝模型中， 内皮细胞JAM-A介导中性粒细胞的外渗（78 ）。JAM-C 与 Mac-1的异嗜连接被发现可介导，特别是在低转

17、换速 率的，强烈的血小板-中性粒细胞的相互作用（68 ）。此外，可溶性的 JAM-C阻断中性粒细胞穿过内皮细胞和上皮细胞（79-81 ）0在一肺部 炎症模型中中性粒细胞聚集受到针对JAM-C的阻断抗体的抑制，内皮 细胞特异性超表达的JAM-C可使积聚增加（81）。然而，这些JAM-C 的功能可以和JAM- C的缺陷小鼠证实仍存在争议（82; 83）。除了结 合到Mac -1, JAM- B的有效结合JAM- B型（84）,以及在血管内皮 细胞间接触过程中针Xt JAM-C的游离的JAM-C/JAM-B 异性抗体，从 而将易接近的JAM-C呈递给整合素Mac - 1 （ 85 ）。最近，我们展示

18、了 JAM- C的功能是可以调解意想不到的内皮细胞渗透性的增加。JAM- C的敲除可增加small GTPase RAP1 在血管内皮细胞的活性，促进维 生素E-钙粘蛋白介导的内皮细胞之间的连接，提呈内皮细胞中紧密交 界处于粘附交界处最初的功能的相互影响（72,86 ）。与此相反，JAM-A 能促进上皮细胞RAP1的活性（87）。总之，在中性粒细胞轮回中JAM-C 作用的潜在机制是相当的复杂。这还有待确定在体内中性粒细胞外渗 中过程中起到介导JAM- C的作用的其他途径。JAM-A 相关的内皮选择粘附分子（ESAM）与JAMs不同，她有一 个较长的以I型PDZ结构域结合基序（63）结束的胞质尾

19、。在最近 的一次研究中，ESAM缺陷小鼠显示中性粒细胞减少，在硫乙醇酸盐 引起腹膜炎中延迟中性粒细胞的积聚，以及对月中瘤坏死因子-口或IL -1 B的刺激（88 ）。一个可能的解释是ESAM 表达调节RhoA GTPase 的活性，她参与调节内皮屏障和中性粒细胞轮回（ 89, 90 ）。这是耐 人寻味的，据推测，JAMs和相关的分子如ESAM调节内皮细胞内小 GTPases 的活性，从而参与中性粒细胞的轮回。然而，基础机制的细节尚 未定义和值得进一步研究。血小板内皮细胞粘附分子-1 （PECAM- 1 ）和CD99PECAM-1是含有六个Ig功能区的免疫球蛋白超家族成员，在血 管内皮细胞间的边

20、界处还有血小板，中性粒细胞，单核细胞和某些T 细胞（91 , 92 ）上 表示。PECAM-1的Ig功能区的两个氨基末端参与 了同种抗原的相互作用，该作用被认为在中性粒细胞跨内皮迁移过程 中发生。阻塞PECAM-1的同种抗原相互作用抑制体内和体外的中性 粒细胞的跨内皮细胞迁移（ 93-97 ）,并在PECAM 1 -依赖的步骤， 阻断白细胞仍然附着在血管内皮细胞的顶面。内皮细胞PECAM 1在 细胞质膜的交界处于亚交界处之间循环，以活性白细胞轮回（97）区 域为目标。在小鼠品系C57BL / 6中PECAM-1敲除小鼠中性粒细胞 的募集量没有减少（98）,但是，养殖成不同的品系小鼠出现在腹膜

21、发炎部位募集的中性粒细胞数量的减少现象（99）。有趣的是，我们 发现PECAM-1缺陷影响IL-1 B,但对月中瘤坏死因子-a诱导的炎症无影 响（100 ）。除了阳离子独立免疫球蛋白域1和2依赖同种约束力的粘附分子 1 ,由免疫球蛋白域6的分子介导的阳离子依赖粘附分子-1异嗜性相互 作用已被指出参加中性粒细胞外渗的最后一步，即通过基底膜的迁移 （94） o在这个方面，我们最近发现了 Ly-6家族的一员，CD177,作为 一种新的异型合子PECAM-1的结合的合作伙伴。CD177是长度为58 -64 kDa的糖基磷脂酰肌醇（GPI）的锚定糖蛋白，它在中性粒细胞 上专一性表达，但在其他血细胞上不表

22、达。与此相反的同种PECAM-1 的相互作用，CD177和PECAM-1之间的异嗜性相互作用能被抗 PECAM-1的Ig区域的抗体阻断。此外，我们证明了中性粒细胞跨内 皮细胞迁移过程中的异噬性相互作用功能（101）。另一个有趣的发现是，PECAM-1同种连接导致迁移中的中性粒细 胞的层粘连蛋白受体 叼%-整合素的上调从而增强了的中性粒细胞基 底膜随后渗透性。因此，应对抗a6 B1-整合素抗体的中性粒细胞被困 在内皮细胞和基底层之间（102 ）。这些调查结果还指出一个事实就是PECAM-1作为一种信号受体。PECAM-1包含两个免疫受体酪氨酸抑制碱基序列，这些序列参与含有磷酸酶的Src-同源-2

23、介导的信号，如SHP-1 和 SHP-2 （103-105）。此外，PECAM-1 的抗体交联已显示可上调中性粒细胞和其他白细胞中B1-和 B2-整合素的活性 （106 , 107 ）。CD99是一种在中性粒细胞和其他白细胞和内皮细胞间交界处表 达的高度O型糖化分子，它以同种方式进行调解中性粒细胞的轮回 （108 ）。它控制血细胞外渗的一个步骤，该步骤有别于和朝向 PECAM-1介导的步骤，阻断在CD99相关步骤的细胞在穿越内皮细胞 交界的中途被捕捉（108; 109）。最近，克隆出小鼠CD99和抗小鼠 CD99的抗体抑制抗原特异性T细胞的募集到皮肤的炎症部位和水月中 的形成（110）。此外，我们发现内皮细胞CD99蛋白参与体内中性粒 细胞的外渗（110 ）。CD99L2是最近确定表达在白细胞和含有32 %氨 基酸的VD99蛋白的内皮细胞的分子。在体内CD99L2特异性参与中