关键词抗原递呈 MHCⅡ类分子 恒蝊链(li)
MHCⅡ类分子主要位于抗原递呈细胞如巨噬细胞、树突状细胞、B淋巴细胞等细胞表面,为α、β两条链组成的二聚体糖蛋白。其主要作用是递呈外源性抗原参与机体的免疫反应,同时也递呈少量内源性抗原。在其递呈抗原的过程中有li、calnexi、Bip、grp94、ERP72等分子参与,其中恒定链(li)最为重要。li是于1978年发现的一种Ⅱ型跨膜蛋白,当时认为它是一种与 mHCⅡ类分子共表达的非多态性蛋白,所以定名为Invatriant chain(简写为li)。其后的研究表明,li参与从 MHCⅡ类分子的合成到 mHCⅡ类分子与抗原肽结合并表达于细胞表面的整个过程。
一、li的结构及其在MHCⅡ类分子递呈抗原中的作用
li在小鼠体内定位于18号染色体,表达产物分为两型,主要为P31,P41仅表达P31的1/10到1/5[2],两者的差别仅在于羧基非跨膜区64个残基组成的富含半胱氨酸的片段[1],而在其胞浆尾部均为30个残基组成的氨基末端。P31几乎存在于所有的抗原递呈细胞中,而P41仅表达于郎格罕细胞和树突状细胞,但两者均能很好的辅助MHCⅡ类分子递呈抗原[2]。li在人体内定位于5号染色体[3],表达产生有多种形式,如P33、P35、P43,其中P33为主要形式,而P35、P43在氨基末端多了16个残基组成的ER滞留信号。最近,在研究牛的li结构时发现,其结构比大鼠、小鼠等啮齿类动物的li与人li同源性更高,可能在将来的研究中取代小鼠[4]。然而,目前对li胞浆尾部信号的研究仍多集中于鼠源性li。
li在MHCⅡ类分子的抗原递呈中发挥了以下作用:①辅助MHCⅡ类分子合成;li在内质网中在calnexin辅助下合成三聚体,然后与α、β链聚合,形成九聚体。此九聚体经过高尔基体加工最终形成MHCⅡli复合体;②作为MHCⅡ类分子胞内转运的信号,调节其分选/内化:形成的MHCⅡ-li复合体通过两种方式进入内质体,直接分选入内质体或表达于细胞表面后快速内化进入内质体[5,6]。早期研究发现,在仅表达MHCⅡ类分子而不表达li的细胞系中,新生的MHCⅡ类分子仍能表达于细胞表面;但不被快速内化[7];而在表达li而不表达MHCⅡ类分子的细胞系中,由于li在内质网中不能与MHCⅡ类分子结合形成复合体而被较长时间滞留于内质网中,但最终仍能在无MHCⅡ类分子存在的情况下进入内质体。这表明li在MHCⅡ类分子分选进入内质体中起到了重要作用。而在研究抗原递呈过程中发现在缺乏li时,不但li依赖性抗原的递呈明显减少,而且li非依赖性抗原的递呈也受到影响。最近的研究进一步证实即使是不依赖li的抗原递呈过程,MHCⅡ类分子分选进入内质体仍是必需的[3]。现已证实这一MHCⅡ-li复合体分选/内化进入内质体的信号存在于li的胞浆尾部。但是,Chervonsky等在对仅表达li而不表达MHCⅡ类分子的细胞系进行研究时发现,li是由内质网直接进入内质体的,这不同于MHCⅡ-li胞浆尾部对MHCⅡ-li复合体的分选/内化作用,Chervonsky对这一理论提出了质疑[9];③阻断MHCⅡ类分子抗原结合位点,保护未成熟的MHCⅡ类分子:在MHCⅡ-li复合体,li以85-101残基(CLIP)与MHCⅡ类分子的抗原结合位点结合,其作用在于保护未成熟的MHCⅡ类分子[10],防止其与骨源性的抗原肽结合。而li进入内质体后,li被逐步降解。这一降解过程是分步完成的,首先是由li胞浆尾部的自身初步降解信号启动,这一步骤开始于Post golgi/TGN中,且不能由半胱氨酸酶阻断[17]。此后MHCⅡ-li复合体稳定定位于内质体中,再由半胱氨酸酶(包括组织蛋白酶D[11]、组织蛋白酶B及L[12]等)参与85位残基以前的降解,产生P25、P23、P10等片段[12]。而其余仍由CLIP结合在MHCⅡ类分子的抗原结合位点上。最后li彻底降解,CLIP也被抗原肽置换下来;④通过抑制蛋白酶来增强抗原递呈:Fineshi等人研究发现鼠li中P41可作为蛋白酶抑制通过抑制与抗原加工相关的细胞器中的蛋白酶来增强抗原递呈功能[13]。
二、MHCⅡ-li胞浆尾部信号调控MHCⅡ-li复合体分选/内化
1.li胞浆尾部分选/内化信号的结构
分选(Sorting)是指细胞内新合成的蛋白产物由高尔基体通过一系列过程转运至特定的细胞器中的过程。而内化(Internalization)是指细胞表面物质通过内吞作用进入内质体的过程。最近的研究已证实MHCⅡ-li复合体的分选/内化进入内质体是由li胞浆尾部两个信号片段第7、8位残基Leu7Ile8,距膜较近的信号片断为提审基末端第15、16、17位残基Pro15、Met16、Leu17[14,15]。
从一级结构来看,li胞浆尾部的两个分选/内化信号均不同于LDL受体和转铁蛋白受体的分选信号,是一种不含有芳香族氨基酸残基的分选信号。而与最近发现的6-磷酸甘露糖受体中所含有的亮氨酸-亮氨酸分选信号具有相同的性质,被称为双亮氨酸或亮氨酸异亮氨酸分选信号[16]。由于这类两类信号的结构不同,使带有不同信号的分子在细胞中分选结果不同,最终的信命运也不同。其中带有双亮氨氨或亮氨酸异亮氨酸分选信号的分子将被分选入内质体和溶酶体。Zhong等人在研究中发现MHCⅡ类分子αβ链的胞浆尾部也存在与li胞浆尾部相似的亮所酸分选信号[18]。这一发现正好能解释在缺少li的细胞系中,仅能延迟MHCⅡ类分子进入内质体,而不以彻底阻断其进入内质体的原因。
从三级结构来看,在pH7.4的环境下,即正常细胞浆的pH环境下,膜远端的分选/内化信号Leu7Ile8位于一个螺旋处,而膜近端的分选/内化信号Met16Leu17在一个转折处。在少量甲醇存在时li胞浆尾部从Glu4到Leu17呈α螺旋状态,其中在Pro15处形成一个扭曲[17]
2.膜远端的分选/内化信号
早期为研究li 胞浆尾部分选/内化信号的定位和功能,Peters和Blkke等人建立了一系列li胞浆尾部不同程度缺陷的li cDNA,分别转入CV1细胞使其表达,并观察其在胞浆小体和细胞膜一的分布情况。结果表明,正常li cDNA转入后10小时,li主要要布在核周一些较小的囊泡中,20-30小时后li了聚集于一些较大的囊胞中,而仅有少量分布于细胞膜上。在对几种缺陷型li:li△1-11、li△21-29、li△12-25、li△12-19和li△1-11LI→AA(去除12-29残基并将Leu7Ile8置换成Ala7Ala8)的观察中发一,除了li△12-29LI→AA外20-30小时后缺陷型li均能聚集于较大的囊泡中,而其中li△12-19li△1-15在20-30小时后仍大量分布于细胞膜上,观察更长时间后两者均能进入较大的管泡中[14]。此后的研究证实这些较大的囊泡为TGN、内吞体及溶酶体。这一结果证实了li的胞浆尾部存在两个分选/内化信号,准确定位了距膜较远的信号为Leu7Ile8,并大致将距膜较近的信号定位于12-29位残基中。同时证实也这一信号决定了li从内质网进入内质体或从细胞表面内化进入内质体的过程。
3.膜近端的分选/内化信号
不久,Odozizzi等人应用转铁蛋白受体与li的嵌合体进一步研究li胞浆尾部的分选/内化信号。将转铁蛋白胞外区及跨膜区与不同程度缺陷的li胞浆尾部嵌合后(liCT)转入细胞,测定其内化程度和细胞摄取铁的能力。结果发现Leu7Ile8以及Leu14Pro15对于嵌合体的内化及细胞摄取铁的能力影响较大。为进一步准确定位,Odozizzi等人采用单个残基置换liCT法检测细胞表面liCT的内化,结果发现除leu7和lie9外,Pro15、Met16和Leu17对liCT的内化率也有较大影响。通过这一实验,他们准确的将距膜较远的分选/内化信号定位于Pro15Met16Leu17。
此后,更多的实验进一步证实验了以上发现,尤其Simonsen等人在对转入了各种缺陷li的MDCK细胞研究中,更有力的证实了这一发现[18]。然而,以上的实验研究均建立在置换或去除li胞浆尾部的氨基酸,即改变其一级结构,从而发现了两个分选/内化信号。但蛋白质的功能均借助于三级结构来实现的,那么这两个片段在li胞浆尾部三级结构中的作用是什么?是提供分选/内化信号,还是仅仅起稳定li胞浆尾部三级结构的作用目前尚不清楚。现已知Pro15对于维持li胞浆部的三级结构相当重要,将Pro15置换Leu或Ala对于li的内化影响均较明显[15]。
三、li胞浆尾部存在自身初步降解信号
与li以CLIP结合于MHCⅡ类分子的抗原结合位点,保护未成熟MHCⅡ类分子一样,li的自身降解暴露MHCⅡ类分子的双抗原结合位点,使之能与抗原肽结合,对于MHCⅡ类分子递呈抗原也十分重要。而li<
