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纤连蛋白在造血过程中的作用

2022-07-29
来源:求医网
纤连蛋白(fibronectin,Fn)是Morrison等在1948年进行血浆的分级分离研究时发现的。Fn是一种高分子量多功能糖蛋白,它广泛存在于脊椎动物的各类细胞表面、细胞外液、结缔组织及大多数基底膜中,是细胞外基质(ECM)中的主要成分之一。近年来的研究认为,Fn通过与细胞表面受体integrin的结合,介导细胞与细胞、细胞与基质之间的相互作用,在细胞与Fn产生粘附的同时可传导特定的信息,使细胞产生特定的生理和病理反应,影响细胞的粘附、迁移、增殖、分化和死亡,从而对生命过程如受精、胚胎发育、肿瘤的发生、转移与侵袭及癌细胞的逆分化等产生影响[1]。最新的研究认为Fn甚至可影响HIV-1的感染力[2]。Fn在血细胞的生成中也有重要作用,从多潜能干细胞的增殖与分化到红细胞的成熟、血小板的凝集,从淋巴细胞的分化到浆细胞的趋化性,乃至骨髓移植中造血细胞的归巢(homing),Fn都参与并在其中发挥其特有的作用。我们主要对Fn在其中某些环节的作用作一综述。

1造血细胞对Fn的粘附

1.1Fn在骨髓中的分布:许多学者认为Fn是造血微环境中的成分之一,对造血过程有重要作用。Reilly等在80年代中期用免疫酶标法得出结论认为,骨髓中Fn仅分布于巨核细胞周围和血管壁表面。最近Velde-Zimmermann等[3]用骨髓活组织切片研究表明,Fn在毛细血管上皮细胞及窦上皮细胞中均有强表达,骨髓组织中的Fn在造血细胞之间形成网状结构,这些Fn可能来自骨髓基质细胞,巨核细胞部分有膜Fn的表达,小动脉和窦细胞外的Fn沉积在结缔组织层,脂肪细胞则表达强的细胞质Fn。Bube等[4]前不久研究了Fn在鸡骨髓中的分布,他们认为Fn有助于血管外造血。

1.2造血干/祖细胞与Fn的粘附:一般认为,祖细胞与基质细胞的粘附是由于基质细胞外基质中的Fn与祖细胞表面Fn受体integrins家族中的某种如VLA-4、VLA-5(very late antigen, VLA)相结合的缘故。Minguell等[5]提出细胞表面的硫酸软骨素也可以与Fn中的肝素结合区相结合介导造血细胞与基质的粘附。他们用FDCP-1细胞(一种鼠的IL-3依赖的双潜能造血祖细胞)的粘附实验证实了他们的假说,并认为Fn中的RGD(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)序列在其中也起了作用。Verfaillie等[6]认为,造血祖细胞对Fn的粘附是多位点的,这些位点包括Fn肝素结合区中的C/HⅠ和C/H Ⅱ以及CS1,这些位点在Fn的空间结构上是相近的,他们也认为硫酸软骨素参与了这一粘附过程,因为去掉硫酸软骨素的集落形成细胞(CFC)对Fn的粘附明显降低。他们发现,骨髓中大约有50%定向BFU-E和CFU-GM粘附于Fn的细胞结合区(RGD区),而50%的定向髓系祖细胞粘附于肝素结合区。定向祖细胞对肝素结合区的粘附是VLA-4和CD44受体共同作用的结果。发育上更早的多潜能干细胞也粘附于Fn,这些粘附有的是与Fn上的细胞结合区结合,有的则是与肝素结合区结合,也有的两者均结合。Minguell等[7]在长期的研究中发现, mA-PG(membrane-associated chondroitin sulphate proteoglycan)能促进多潜能干细胞FDCP-mix(而不是双潜能干细胞FDCP-1)对基质Fn中肝素结合区的粘附,改变MA-PG中的化学基团,如将β-木糖苷变构,造血祖细胞对Fn的粘附就会减弱,而用IL-3处理,则能促进粘附。他们用B6Sut细胞发现,造血祖细胞中VLA-5与Fn的细胞结合位点RGD序列的结合也可因为IL-3的作用而得到加强。Fn与MA-PG的粘附在祖细胞的归巢中也有重要作用[8]

Lévesque等[9]证实,IL-3、GM-CSF、KL(Kit ligand)能激活MO7e细胞、TF1和正常骨髓CD34+祖细胞表达VLA-4和VLA-5的活性,从而增加粘附。细胞因子刺激细胞对Fn的粘附是剂量相关的,且在15~30分钟达最大值,而在2小时后回复正常。

1.3Fn对造血细胞成熟的影响:在骨髓和胸腺中,未成熟的造血细胞能粘附于Fn,而当这些细胞成熟后则失去了这种粘附能力,随后进入外周血循环。有学者认为造血细胞Fn受体数的减少及其对Fn粘附能力的降低是与造血细胞的成熟程度呈负相关的[10]。研究表明,Fn不仅作为CD34阳性的髓系祖细胞以及红系祖细胞的锚定物,而且能引起细胞的伸展与分化。Ustsumi等[11]证实,抑制未成熟胸腺细胞对Fn的粘附,胸腺细胞的分化也被抑制。Patel等[12]证实,Fn对鼠红白血病细胞分化为网织红细胞是必须的,如果没有Fn,则细胞只能停留在晚幼阶段,如果有Fn存在则这些细胞可以进一步脱核并分化成网织红细胞和红细胞。同时,在脱核以后,细胞则失去了与Fn的粘附能力,他们推测可能是由于细胞上Fn受体的减少,从而使成熟红细胞可以进入血流中。

2对造血细胞增殖与分化的影响

2.1Fn对造血细胞增殖的促进作用:研究表明,在骨髓长期培养中,粘附于基质的祖细胞其增殖明显低于未粘附的祖细胞。不少学者认为,Fn作为造血微环境中的主要成分之一,也具有造血因子样的作用。Weinstein等[13]证实,在无血清培养条件下,Fn能够使BFU-E、CFU-E和CFU-GEMM的增殖能力增强2倍,并且这种增强作用与Fn的浓度呈正相关关系(在Fn浓度不超过100μg/ml时),然而CFU-GM的增殖并不受Fn的影响。用RGDS(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-色氨酸)可以抑制Fn的这一作用,说明Fn的这一作用是通过Fn上的细胞结合位点RGD与受体VLA-5作用的结果。Symington[14]则证实,在有血清的条件下Fn同样有促进造血细胞增殖的能力。他选用K562细胞和FA-K562细胞做集落形成实验,FA-K562细胞是由K562细胞中分选出来的细胞,这两种细胞的区别是FA-K562细胞表达的Fn受体比K562细胞高出5倍,K562细胞可以很好地在软琼脂上生长(集落形成率在95%以上),而FA-K562细胞则难于在软琼脂上生长(集落形成率低于10%)。当用人工短肽GRGDS(10μg/ml)处理后,FA-K562的集落形成率达98%,对照组(用GRES处理)则为3%。他们还证实,GRGDS能刺激周期蛋白p34/cdc2活化,促进DNA的合成,从而影响细胞在周期(G1/S期)的过程,最终促进细胞的增殖,调节细胞的生长。

2.2Fn对造血细胞增殖的抑制:然而,同样也有实验证实,在有血清或无血清的条件下Fn均能抑制造血祖细胞的增殖。Hurley等[15]从DR+细胞中诱导出CFC,在CFC的培养过程中(含血清),加入含Fn c-端肝素结合区的肽段,用[3 H]胸苷自杀实验,他们发现CFC的增殖被明显抑制,利用单抗证实这种抑制作用是Fn中的肝素结合区与细胞膜表面受体VLA-4作用的结果。提示Fn在与细胞的粘附过程中产生了抑制细胞生长的信号。最近Sugahara等[16]的实验进一步证实了Fn对造血细胞增殖的抑制作用。他们选用髓系白血病细胞系MO7e细胞[依赖于GM-CSF或干细胞因子(SCF)],采用无血清培养基ASF-102添加胰岛素、转铁蛋白和牛血清白蛋白的培养方法。他们证实,当Fn的含量为50μg/ml时(处理24小时以上)即可显著抑制MO7e的增殖,而且与剂量相关。单从这一实验结果看,可以认为Fn的抑制作用是由于对GM-CSF或SCF的信号阻断引起的。但是他们同时还发现一个有趣的现象,即Fn可以诱导细胞凋亡,50μg/ml的Fn处理24小时以上即可发现MO7e细胞凋亡。而且,他们还发现Fn能诱导大量其它的造血细胞发生细胞凋亡,如髓系的HL-60、KG1、THP1、KU812F,红系的K562、HEL,T细胞中的CCRF-CEM、MOLT-3,正常白细胞中的PBL等,而这些细胞是非因子依赖的,在实验中并不添加其它因子。这些结果显然证明了Fn对细胞增殖的抑制是单独起作用的,而且是通过诱导细胞的凋亡而抑制增殖。尽管无法确定Fn诱导细胞凋亡时作用的具体位置,但可以肯定的是,Fn并未阻断因子与受体的结合及其信号传递的起始过程。Sugahara等还进一步证实,Fn的这些作用主要是通过与受体VLA-5结合而产生的。显然,Fn对造血祖细胞的增殖是促进作用或是抑制作用因不同的细胞而异,且与细胞的发育阶段有关,Fn在这方面的作用及其机制还需要进一步深入研究。

3Fn的其它作用

3.1Fn在血小板粘附中的作用:血小板粘附到受伤血管的内皮下是伤口止血过程的第一步,这一过程中需要多种蛋白,如vWF(von willebrand factor)、纤维蛋白、层粘连蛋白(Ln)、凝血酶致敏蛋白、各种胶原以及Fn等。研究认为,Fn能促进血小板的凝集,在静态条件下,Fn能促进血小板的粘附与伸展[17]。近来Beumer等[18]发现在液流中,低剪切力下Fn能启动血小板粘附于其它表面,并能促进血小板粘附到诸如Ⅰ型、Ⅲ型非纤维胶原、培养的内皮细胞的ECM或血管壁内皮下。他们认为,在液流中,Fn通过与血小板膜表面的VLA-5及GPⅡb/Ⅲa这两种受体结合,从而粘附血小板。而vWF能介导血小板与Fn的粘附。

3.2Fn影响细胞的迁移和趋化性:Everitt等[19]证实,Fn通过与细胞膜上VLA-5的作用可明显促进中性粒细胞的迁移,而ECM中的其它分子如玻粘蛋白(Vn)则无此作用。Higashimoto等[20]的研究则认为,Fn能调节粘附的嗜酸粒细胞的死亡。Shibayama等[21]对浆细胞来源的FR4ds细胞系和OPM-1ds细胞系的研究表明,Fn能启动浆细胞的趋化活性,并证实FR4ds和OPM-1ds有对Fn和Ln的趋化活性。由于VLA-4表达于骨髓瘤、浆细胞瘤、浆细胞白血病患者的恶性细胞表面,而VLA-5则仅在少数骨髓瘤患者的恶性细胞有表达[22]。他们认为,OPM-1ds对Fn的趋化完全依赖于VLA-4,而VLA-5与Fn中的RGD结合并不诱导趋化。认为integrin中的β1亚基不仅能与ECM结合,而且在与ECM结合之前能协助浆细胞向ECM迁移<