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LPS受体CD14的最新研究进展

2022-07-29
来源:求医网
摘要 在革兰氏阴性菌引起的炎症反应过程中,脂多糖受体(LPS受体)起着关键作用。它与细菌的类脂A成分结合后可引起细胞活化、细胞因子的释放等一系列连锁反应,这些炎性介质的失控性释放能引起全身炎症反应综合症(SIRS),进而发展为多器官功能障碍综合征(MODS)和多器官功能衰竭(MOF)。本文主要介绍近年来LPS受体及其作用机制的研究进展。

在由革兰氏阴性(Gram-negative,G-)菌引起的全身炎症反应综合征(Systemic inflammatory response syndrome,SIRS)过程中,G-菌细胞壁成分脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)通过作用于脂多糖受体(LPS受体)使细胞活化并表达多种蛋白编码基因。这些基因表达产物能引起败血症、组织器官损伤甚至感染性休克和死亡。目前认为,CD14和CD11c/CD18是主要的LPS受体。其中以前者研究得最多、了解得最深入,本文主要论述CD14受体的研究进展。

1 分子量与结构

人CD14受体[1]是一种55kDa的糖蛋白,其编码基因位于第五号染色体5q23-5q31区。该基因编码1.5KB的单一转录产物,翻译成蛋白后经加工,添上磷脂酰肌醇基因(phosphatidylinositol,PI)并进行糖基化,最后成为螯和于细胞膜表面的CD14受体。CD14受体蛋白与其它蛋白序列无显著同源性,其主要结构识别特征为N-末端富含亮氨酸的重复单位(repeating leucin-rich motifs/leucine rich repeats)。该种结构在识别LPS中可能起关键作用[2,3]。而且CD14分子上还存在LPS特异识别位点[4]。抗CD14的单克隆抗体可识别CD14分子上3到4个不同的表位,其中MY4单抗所识别表位相当保守,常用于研究巨噬细胞与LPS或LBP的相互作用。

CD14分子有两种存在形式:一种是位于细胞膜上的膜结合型(membrane-boundform cD14,mCD14),另一种是游离于血清和尿液中可溶性CD14(soluble CD14,sCD14)。 sCD14可能是两种分子量的蛋白混合物,一种为49kDa,较mCD14缺少GPI螯和物;另一种为55kDa,较mCD14只少插在细胞膜上的二酰基甘油组分[5,6]。而且,sCD14因其细胞来源不同而有不同的羧基端[1]。sCD14的结构及这些现象发生的原因尚待继续研究。

2 分布与表达

生理条件下[6,7]mCD14主要表达于成熟的单核巨噬细胞(MO/Mψ)上,微弱表达于中性粒细胞、肾小球膜细胞、乳房细胞和B细胞。不同组织中MO/Mψ上的cCD14表达水平不同,其中以腹腔巨噬细胞(peritoneal macrophage,PM)高表达,而枯否细胞(kupffer cell,KC)、肺泡巨噬细胞(Alveolar macrophage,AM)和小神经胶质细胞均呈低表达。早期的髓单核细胞和原单核细胞表面不表达CD14。sCD14主要存在于血清中,微量存在于尿液中[6,8]。其在正常血清中的浓度为2-6μg/ml。

急性感染时sCD14含随mCD14表达增加而升高。mCD14既可在内源性蛋白水解酶或磷脂酶的作用下脱落入血成为sCD14,也可由髓样细胞直接分泌入血、尿液中。最近还有关于sCD14髓外合成的报道[7]。sCD14的生成是否代表了体内的一种生理调节机制尚未搞清。

3 功能

CD14的主要功能是在脂多糖结合蛋白的协助下结合LPS并引起细胞活化。LPS与CD14是结合的分子比并非1:1,通常它以聚合体形式与CD14结合[9]。其发生机制推测与CD14上的亮氨酸重复单位有关。mCD14与sCD14受体可通过不同途径与LPS相互作用[10],并引起细胞活化(见图1)。表达CD14的MO/Mψ等细胞通过mCD14受体与LPS-LBP复合物结合而被活化。一些不表达CD14的细胞,例如内皮细胞(endothelial cells,ECs)、平滑肌细胞(smooth muscle cells SMCs)、星形胶质细胞,在LPS-sCD14复合物的作用下被活化。这些CD14-的细胞是否也有相应的LPS或LPS-sCD14受体至今尚未证实。

图1 LPS与LBP、CD14相互作用引起细胞活化

活化的MO/Mψ等CD14+细胞可释放前炎症反应细胞因子、化学因子、生长因子等导致炎症反应,活化的CEs等CD14-细胞可释放白细胞介素(IL)、生长因子、一氧化氮(NO)并表达粘附分子[11],参与炎症反应导致组织器官损伤。但MO/Mψ较ECs对LPS的敏感性高;而且两条路径间存在着联系:①MO/Mψ所释放的细胞因子如TNF-α、IL-1可间接活化ECs。②sCD14一方面直接活化ECs,另一方面一定浓度的LPS-sCD14复合物在某种程度上能竞争性抑制LPS与mCD14的结合,从而起到拮抗剂的作用。故sCD14有调节MO/Mψ对LPS反应性的作用。

在这两条活化途径中,脂多糖结合蛋白(lipopolysaccharide binding protein,LBP)起了重要作用[12-14]。LBP为一58-60-kDa糖蛋白,主要在肝脏中合成。生理情况下含量为4-10μg/ml,病理状态下作为急性期反应蛋白浓度升高。在LPS激活细胞过程中,LBP能将LPS迅速传递给CD14而起到提高活化效率的作用。总之,CD14与LBP所构成的LBP/CD14系统能显著提高靶细胞对内毒素的敏感性,在SIRS发病中起关键作用。

CD14除作为LPS受体参与细胞活化之外,还有其它功能。如:CD14可非特异性中和、清除LPS从而减轻前炎症反应:结合了LBP的整个细菌甚至可通过与mCD14的结合被细胞吞噬[15,16],或者sCD14-LBP-LPS复合物通过与CD14-细胞的某种受体结合而被清除[17]。CD14也是格兰氏阳性菌细胞壁成分肽聚糖(peptidoglycan,PGN)、分枝杆菌上的脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan)及多种病原体的受体[10];它可促进单核细胞与活化的上皮细胞粘附;能与活化的淋巴细胞表面的CD14配体相互作用,抑制T细胞增殖和B细胞产生Ig[1]

4 作用模式

CD14对LPS-LBP复合物极敏感,10-12摩尔LPS在LBP存在条件下就可激活细胞。CD14至少有两个独立的功能结构域:一个是LPS结合区,另一个是介导LPS-CD14与信号传导分子相互作用的区域。前者能18E12封闭后者则不能,鉴于CD14并不具有跨膜区,它是通过GPI螯和物锚定在细胞膜上的,所以当它识别并结合了LPS后,是如何将信号传入胞内的一直是人们关注的焦点。目前认为,MO/Mψ上的CD14受体是一种多蛋白复合物(multi-peotein complex)或称复合受体(multimeric receptor)。它主要由mCD14分子和有信号传导功能的跨膜蛋白分子共同构成(见图2)[18]。mCD14结合配体,由该跨膜分子将信号传入胞内。尽管至今仍未分离、纯化出这种有信号传导功能的跨膜蛋白分子,但推测其存在的证据是:①CD14-的70Z/3细胞系能被LPS活化[19];②CD14表达量很低的MO在无

血清情况下,不但能对LPS起反应而且不能被抗-CD14单抗阻断[20]。这种复合受体中的跨膜分子还被推测为CD14-细胞上的LPS-sCD14受体。但最新研究表明[21],抗CD14的特异单克隆抗体biG2和X8能抑制LPS-sCD14对ECs的活化,却不能抑制LPS对MO的活化。所以,这两种分子可能并不完全相同或者只是有某些共同点而已。

LPS活化MO/Mψ可导致多种免疫调节蛋白或因子的编码基因活化及表达。NF-kB在该过程中很可能起核心调控作用[22,23]。NF-kB的活化至少与十种因子的基因表达有关:粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、单核细胞集落刺激因子(GM-CSF)、TNF、IL-1、IL-6、IL-2受体α链、MCP-1/JE及NO合成等。这些因子在SIRS中起重要作用。

5 调节CD14表达的因素及作用机制

CD14在不同组织或部位Mψ上的表达与组织特异的染色质结构(chromatin structure)、甲基化状态(methylations tatus)以及核因子(nuclear factors)密切相关[6]。此外,CD14的表达还受细胞因子的影响[24,25]。重组高密度脂蛋白(reconstituted high-density lipoprotein,rHDL)能在G-菌感染时中和LPS并下调MO CD14的表达水平[26]

应用Western blot和Northern bolt技术证明CD14的表达水平与LPS注射剂量和时间密切相关[7]。经LPS处理的小鼠(BLAB/c×C57B16),基sCD14在8-16小时达最高水平,各种组织中髓样细胞CD14mRNA也有不同程度的升高。其中以肾和肝升高最显著,其次为肺和心。LPS刺激后24小时组织CD14mRNA回落至正常水平。雄性大白鼠(male wistar rat)肝枯否细胞的CD14表达情况与小鼠相似[27,28]。此外也有人认为LPS可下调CD14[29],估计这与不同的细胞系,尤其是不同的LPS浓度有关。笔者认为,单一地认定LPS,上调或下调CD14可能欠妥。LPS在体内对CD14的调节可能随LPS的浓度、细胞因子等因素影响而有所不同。所以,CD14表达量可能与内毒素血症病情轻重、病程长短有密切关系。但还需体内实验进一步证实。

关于CD14表达变化机制研究,目前主要集中在如下两方面:①mCD14从细胞表面脱落(shedding)[8]。一些生理刺激因素如IFN-γ,抗CD14抗体等均能下调MO mCD14表达水平。表现为mCD14脱落、释放入血清中,脱落的CD14大小与正常人血清的sCD14大小相同。目前认为,mCD14的脱落与单核巨噬细胞膜上的某种蛋白水解酶有关。刺激因素与mCD14结合<