CD98在骨免疫學(xué)的研究進(jìn)展

劉雨陽，李建軍

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，遼寧 沈陽 110004)

CD98是一種異二聚體跨膜糖蛋白，包含一條糖基化重鏈(SLC3A2)和一條非糖基化輕鏈(LAT1、LAT2及xCT等)[1]，有調(diào)節(jié)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)及整合素信號通路這兩種主要功能。CD98在除血小板外的所有細(xì)胞上均有表達(dá)，且在活化和增殖的淋巴細(xì)胞上上調(diào)[2]。在針對骨髓腫瘤微環(huán)境的臨床試驗(yàn)中，CD98單克隆抗體表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性及可控的副作用[3]。近年來對CD98在機(jī)體生理病理過程中承擔(dān)角色的研究多集中于腫瘤學(xué)及細(xì)胞代謝，其輕鏈基因LAT1及人LAT1靶向藥物的研究也成為一個(gè)熱門課題[4]。國內(nèi)外對其在骨免疫學(xué)中的探索還有待深入，但隨著關(guān)于骨質(zhì)疏松癥等骨代謝疾病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等自身免疫疾病的骨免疫學(xué)研究的加深，CD98對免疫多通路多細(xì)胞因子的調(diào)控及在骨髓微環(huán)境中對氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞黏附的影響受到重視，使我們對CD98在骨免疫學(xué)中的探究變得更加迫切，以下就CD98在骨免疫學(xué)中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 免疫細(xì)胞與骨細(xì)胞的相互作用

骨不僅為機(jī)體提供機(jī)械支持和保護(hù)臟器，還是一種免疫器官。免疫細(xì)胞(包括巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞和NK細(xì)胞等)以及骨細(xì)胞(破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞)均由骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)分化而來，兩者共享骨髓微環(huán)境。免疫細(xì)胞及其分泌的多種細(xì)胞因子在破骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞的分化增殖等過程中起調(diào)控作用。Arron等提出骨免疫學(xué)(osteoimmunology)的概念后，骨骼系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)間的相互影響、相互調(diào)控等關(guān)系逐漸成為熱門的研究課題。

由成骨細(xì)胞(osteoblasts，OB)及破骨細(xì)胞(osteoclast，OC)介導(dǎo)的骨形成和骨吸收在骨質(zhì)穩(wěn)態(tài)中處于關(guān)鍵位置。免疫細(xì)胞可通過調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子的表達(dá)調(diào)控骨吸收和骨重建，且免疫系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)相互影響，共享許多細(xì)胞因子及信號通路[5-6]。免疫細(xì)胞創(chuàng)造的微環(huán)境(包括免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子等)對骨代謝的調(diào)節(jié)十分重要。有研究[7]顯示，通過基因敲除建立T細(xì)胞、B細(xì)胞缺失的小鼠模型的膠原沉積和成骨細(xì)胞分布失調(diào)，說明骨折愈合過程中免疫細(xì)胞與骨基質(zhì)形成的直接聯(lián)系。免疫細(xì)胞還參與了前成骨細(xì)胞的募集過程，對成骨分化也具有重要的調(diào)控作用[8]。隨著骨免疫學(xué)的發(fā)展，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展也被證明與免疫系統(tǒng)異常有著直接的關(guān)聯(lián)[9]。而一些自身免疫性疾病，例如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)常合并骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)。徐慧敏等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，在RA患者的血清及滑液中由Th17細(xì)胞產(chǎn)生的標(biāo)志性細(xì)胞因子IL-17水平明顯升高，除此之外IL-1β、IL-6均高于對照組，這些免疫細(xì)胞因子與RA疾病過程中局部及全身的骨量丟失具有高度相關(guān)性，并與RA患者OP風(fēng)險(xiǎn)的增加有關(guān)。而通過對RA患者SLC7A5(CD98)的表達(dá)水平與臨床指標(biāo)如IL-1β水平的研究[11]發(fā)現(xiàn)兩者呈正相關(guān)，提示SLC7A5介導(dǎo)的氨基酸內(nèi)流與RA的炎癥反應(yīng)有關(guān)，且在痛風(fēng)和終末期腎臟疾病患者的外周血單核細(xì)胞中也觀察到了SLC7A5表達(dá)的增強(qiáng)，表明這種誘導(dǎo)是炎性單核細(xì)胞在免疫應(yīng)答期間滿足高代謝需求的一般特征。研究CD98在骨免疫學(xué)的作用可能為自身免疫性疾病的發(fā)病原因、并發(fā)癥機(jī)制等方面提供研究靶點(diǎn)，利用免疫細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞因子研究骨代謝疾病及自身免疫性疾病之間的關(guān)系，在兩種疾病上存在相同治療靶點(diǎn)的可能性。

2 CD98在骨免疫系統(tǒng)中的功能

CD98是一種由Ⅱ型單程跨膜糖蛋白組成的異二聚體，具有依賴于偶聯(lián)輕鏈的兩個(gè)生化功能。當(dāng)與整合素β鏈的細(xì)胞質(zhì)尾部結(jié)合時(shí)，它介導(dǎo)黏附信號，從而控制細(xì)胞增殖、存活、遷移、上皮黏附和極性[12]。此外，CD98通過與包括L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1和2(LAT-1和LAT-2)、xCT等在內(nèi)的6個(gè)滲透型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的結(jié)合而促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)過程，其輕鏈的定位和正常功能運(yùn)轉(zhuǎn)還需依賴于CD98重鏈(CD98 heavy chain，CD98hc)。CD98hc也被命名為“融合調(diào)節(jié)蛋白”(fusion regulatory protein-1，F(xiàn)RP-1)，以反映其在導(dǎo)致包括破骨細(xì)胞在內(nèi)的多核巨細(xì)胞或病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞融合反應(yīng)中的功能。

CD98對機(jī)體能量代謝的主要信號通路之一哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1)信號通路有調(diào)控作用，CD98缺失可導(dǎo)致mTOR信號失調(diào)，造成能量代謝失衡，從而導(dǎo)致細(xì)胞功能失常[13]。通過優(yōu)化亮氨酸的細(xì)胞內(nèi)供應(yīng)，CD98可增加mTORc1哺乳動(dòng)物靶細(xì)胞的活性，協(xié)調(diào)T細(xì)胞代謝和增殖[14]。mTOR信號通路對破骨細(xì)胞的形成和存活具有重要意義[15]，其還是決定破骨細(xì)胞大小的核心位點(diǎn)，mTOR-raptor復(fù)合體控制蛋白質(zhì)合成，負(fù)責(zé)融合獨(dú)立生長；mTOR-rictor介導(dǎo)的Akt信號刺激破骨細(xì)胞融合[16]。

2.1 CD98參與T細(xì)胞對骨細(xì)胞調(diào)控 T細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子雙向調(diào)控骨吸收，一部分促進(jìn)骨吸收，如核因子κB受體活化因子配體(the ligand of receptor activator of nuclear factor-κB，RANKL)、白介素-6(interleukin-6，IL-6)及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等；一部分阻礙骨吸收，如IL-4、干擾素γ(interferon-γ，IFN-γ)及轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等。研究表明[17]，T細(xì)胞可通過釋放IFN-γ阻斷RANKL/RANK信號通路的激活，抑制破骨細(xì)胞的形成。還有研究顯示[18]，TNFα/IL-6復(fù)合體可以在RANK敲除的小鼠骨髓和滑膜培養(yǎng)基中誘導(dǎo)OC的形成，說明這一過程是在非RANK依賴性途徑實(shí)現(xiàn)的，在自身免疫性疾病造成的骨破壞中對于T細(xì)胞的調(diào)控比對單純的RANK/RANKL信號通路調(diào)控效果也許更好。屬于控制自身免疫反應(yīng)性的T細(xì)胞亞群的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory t cells，Tregs)不僅可以通過分泌TGF-β和IL-10以及IL-4細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的發(fā)生，還通過細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原(CTLA-4)在細(xì)胞與細(xì)胞接觸中調(diào)節(jié)OC分化，誘導(dǎo)OC凋亡[19]。Xu等[20]通過實(shí)驗(yàn)推斷Tregs對OC分化的和骨吸收的抑制可能為骨代謝疾病提供新的治療靶點(diǎn)。郭明慧[21]等通過建立了OC-Tregs共培養(yǎng)體系研究免疫系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)之間的相互作用機(jī)制及藥物通過免疫系統(tǒng)對OC分化的影響。

在必需氨基酸(essential amino acid，EAA)存在的情況下，CD98介導(dǎo)的谷氨酰胺交換是激活mTOR信號通路靶點(diǎn)的限速步驟，該靶點(diǎn)的調(diào)節(jié)不僅保證淋巴細(xì)胞的生長和增殖，且對于特別依賴谷氨酰胺的T淋巴細(xì)胞來說也有影響。CD98hc的缺失會抑制細(xì)胞毒性T細(xì)胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)的細(xì)胞毒作用[22]，并能影響效應(yīng)T細(xì)胞的分化過程，是CD4+T細(xì)胞擴(kuò)增和Th1功能分化所必需的。還有研究[23]發(fā)現(xiàn)在免疫激活的CD4+T細(xì)胞中犬尿氨酸(kynurenine)是依賴于L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(SLC7A5)進(jìn)行跨T細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)的，犬尿氨酸可以作為芳烴轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物的配體促進(jìn)效應(yīng)CD4+T細(xì)胞分化控制T細(xì)胞的免疫應(yīng)答，說明CD98可以通過調(diào)節(jié)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)對T細(xì)胞的免疫功能進(jìn)行調(diào)控。

2.2 CD98參與B細(xì)胞對骨細(xì)胞調(diào)控 大部分骨髓來源的骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)由B細(xì)胞產(chǎn)生。在生理?xiàng)l件下，骨細(xì)胞產(chǎn)生的RANKL的細(xì)胞因子受體激活物對破骨細(xì)胞的形成是必需的。在雌激素缺乏時(shí)，B細(xì)胞的作用是作為OC的支持細(xì)胞，B細(xì)胞產(chǎn)生的RANKL是雌激素造成骨丟失所必需的條件[24]。Sun[25]等在研究中發(fā)現(xiàn)，RA患者外周血中分離的B細(xì)胞通過產(chǎn)生一系列的成骨細(xì)胞抑制因子，包括巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1α(macrophage inflammatory protein 1-alpha，MIP-1-α)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)，可直接抑制間充質(zhì)前體細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化，而B細(xì)胞耗竭療法(B-cell depletion therapy，BCDT)可以通過成骨細(xì)胞數(shù)量的增加來減弱TNF轉(zhuǎn)基因小鼠的骨丟失和侵蝕，這說明靶向抑制B細(xì)胞對于RA病人骨組織病變控制是有利的。RANKL與核因子κβ受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κβ，RANK)結(jié)合后可激活RANKL/RANK信號通路，通過RANKL/RANK/OPG反應(yīng)軸直接促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成與分化[26]。在癌癥疾病中，骨骼和免疫系統(tǒng)經(jīng)常受到破壞，其在調(diào)節(jié)腫瘤的生長和進(jìn)展方面可能是至關(guān)重要的。一些旨在減少癌癥病理性骨溶解的治療方法，如雙膦酸鹽和RANKL靶向藥物的受體激活劑，可能與免疫系統(tǒng)相互作用，從而對生存提供潛在的有利影響[27]。

CD98是B細(xì)胞活化的標(biāo)志，控制B細(xì)胞的增殖和隨后向漿細(xì)胞的分化，CD98hc的遺傳缺失會阻斷B細(xì)胞的增殖和漿細(xì)胞的形成，但對于B細(xì)胞的抗原提呈能力而言，CD98hc卻不是必須的[28]。CD98還可以通過整合素信號通路調(diào)控B細(xì)胞的增殖過程?？偟膩碚f，CD98對于B細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制還是不甚清楚，但對于CD98在B細(xì)胞能量代謝調(diào)節(jié)中處于何種地位的研究還是很值得探索的。

2.3 CD98參與自然殺傷細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對骨細(xì)胞調(diào)控 自然殺傷細(xì)胞(natural killer cells，NK cell)能夠表達(dá)RANKL和巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor，M-CSF)，兩者均為骨代謝過程中關(guān)鍵的細(xì)胞因子，且在如RA等自身免疫疾病中NK細(xì)胞在骨破壞中起到一定作用。NKG2D是一種由NK細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞亞群等免疫細(xì)胞表達(dá)的活化受體，在記憶CD8T細(xì)胞形成中起著重要作用[29]，其通過PI3K和Grb2-Vav途徑促進(jìn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以調(diào)節(jié)NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和細(xì)胞因子產(chǎn)生，且NKG2D信號調(diào)節(jié)效應(yīng)CD8 T細(xì)胞表觀遺傳修飾因子的表達(dá)，這可能會導(dǎo)致DNA甲基化異常。有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[30]，CD98在人類NK細(xì)胞中控制NKG2D反應(yīng)起到關(guān)鍵作用，其通過轉(zhuǎn)運(yùn)體激活mTORc1對IL-2啟動(dòng)的NK細(xì)胞在NKG2D刺激后產(chǎn)生干擾素γ的能力至關(guān)重要，對mTOR下游靶點(diǎn)S6的磷酸化也起到調(diào)整作用。

破骨細(xì)胞是由單核/巨噬細(xì)胞譜系細(xì)胞形成的多核細(xì)胞，在傳統(tǒng)上，破骨細(xì)胞由于其骨髓起源和骨特異性功能，也被認(rèn)為是骨駐留的巨噬細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證明[31]巨噬細(xì)胞可以激活RANK/RANKL信號通路的表達(dá)促進(jìn)骨吸收。而有研究發(fā)現(xiàn)[32]，CD98或CD98和整合素β1復(fù)合物可以通過與半乳糖凝集素-3(Galectin-3)結(jié)合，成為驅(qū)動(dòng)M2型巨噬細(xì)胞活化的反饋回路的一部分，導(dǎo)致PI3K活化，激活M2型巨噬細(xì)胞，觸發(fā)CD8+T細(xì)胞凋亡，并限制T細(xì)胞受體(TCR)聚集，這說明CD98的缺失可以抑制M2型巨噬細(xì)胞活化，對T細(xì)胞的早期激活起到保護(hù)作用。巨噬細(xì)胞活化對于骨代謝十分重要，無論是骨吸收還是骨形成，所以CD98對于巨噬細(xì)胞極化的影響不僅對于免疫細(xì)胞十分重要，對于骨代謝的影響也可以探索。還有研究顯示[33]LAT1和CD98在包括成骨細(xì)胞瘤、軟骨肉瘤和骨肉瘤在內(nèi)的許多骨腫瘤和一些惡性軟組織腫瘤中均有表達(dá)，兩者已成為治療某些骨和軟組織腫瘤的潛在靶點(diǎn)。而Tsumura等[34]利用CD98hc-巨噬細(xì)胞研究了CD98hc在破骨細(xì)胞形成中的作用。與野生型小鼠相比，CD98hc缺陷小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的多核破骨細(xì)胞形成受到嚴(yán)重?fù)p害。在整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中于CD98h缺陷的腹腔巨噬細(xì)胞的觸發(fā)階段，觀察到M-CSF-RANKL誘導(dǎo)的ERK、Akt、JNK和p130Cas磷酸化的抑制。此外，CD98hc缺陷也損害了CD98lc的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)。這些結(jié)果表明CD98通過整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)在破骨細(xì)胞的形成中起著重要作用。

3 整合素在骨骼免疫機(jī)制的作用

整合素(Integrin)是一種黏附分子，功能是增強(qiáng)細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)間的黏附結(jié)合。作為破骨細(xì)胞的相關(guān)基因之一，整合素的相關(guān)基因也被當(dāng)做骨代謝疾病的靶基因。CD98重要的功能之一就是參與調(diào)節(jié)整合素(包括整合素β1和整合素β3)信號通路的調(diào)控。有研究[35]表明，整合素是調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝的關(guān)鍵控制器以及效應(yīng)中間體。在整合素信號通路中的CD98擴(kuò)增對于適應(yīng)性免疫中的淋巴細(xì)胞快速克隆擴(kuò)增十分重要，代謝信號是整合素表達(dá)和降解的關(guān)鍵點(diǎn)，且整合素會通過多種機(jī)制控制代謝轉(zhuǎn)運(yùn)，這就提示CD98對于代謝的影響與其對于整合素信號通路的調(diào)節(jié)是交叉的、相互的[36]。Jong等[37]利用中藥石斛對骨質(zhì)疏松模型小鼠進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)石斛直接下調(diào)活化T細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子胞質(zhì)1(nuclear factor of activated T cells c1，NFATc1)的轉(zhuǎn)錄及翻譯，使整合素β3形成受到抑制，影響肌動(dòng)蛋白的整合，出現(xiàn)破骨細(xì)胞骨吸收能力下降，這說明整合素在骨骼免疫機(jī)制中對破骨細(xì)胞整合黏附于骨襯細(xì)胞這一過程的重要性，也是我們可以通過調(diào)節(jié)CD98對整合素的影響，調(diào)控破骨細(xì)胞的骨吸收作用的理論基礎(chǔ)之一。整合素還在骨轉(zhuǎn)移瘤發(fā)生過程中承擔(dān)著腫瘤細(xì)胞定植的作用，整合素與骨橋蛋白和骨涎蛋白等結(jié)合促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的錨定，這種細(xì)胞黏附過程就說明CD98在其中也有著不能忽視的作用，甚至骨轉(zhuǎn)移瘤的病理過程中，CD98對于氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)的影響也參與其中，扮演著不可或缺的角色[38]。有學(xué)者研究[39]僅保證CD98的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能是不能完成白血病進(jìn)程的，但當(dāng)CD98的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能及調(diào)節(jié)整合素信號傳導(dǎo)功能同時(shí)完整時(shí)對于白血病的進(jìn)程效果是最好的，而利用CD98單克隆抗體IGN523可以顯著影響白血病細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，CD98的整合素結(jié)合和氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)活性的聯(lián)合抑制可能是完全解決人體疾病進(jìn)展所必需的，因此靶向CD98可能比單獨(dú)靶向上游黏附信號更有效。

綜上所述，CD98的研究在骨免疫學(xué)及相關(guān)疾病的研究中有著很好的前景。雖然目前看來，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)和整合素功能如何巧妙地結(jié)合在一種蛋白質(zhì)中仍然是個(gè)謎，CD98通過對免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子的作用影響骨代謝的機(jī)制也仍未得出結(jié)論，而且還有很多相關(guān)細(xì)胞因子在骨代謝過程中的作用仍存在疑問，但相信隨著研究的不斷深入以及CD981單克隆抗體在臨床試驗(yàn)中的積極進(jìn)展，對骨免疫學(xué)相關(guān)機(jī)制的認(rèn)識將不斷完善，通過靶向CD98藥物來恢復(fù)免疫系統(tǒng)及微環(huán)境代謝的異常可能會成為骨科疾病治療的新靶點(diǎn)及新途徑。代謝途徑及代謝相關(guān)基因?qū)W研究在免疫學(xué)中的重要性越來越清晰[40]，CD98就是紛繁復(fù)雜的代謝環(huán)境中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，也許探索它的機(jī)制就是打開代謝對于骨免疫學(xué)的一把鑰匙。CD98在骨骼免疫機(jī)制中的研究可以為探索骨組織細(xì)胞如何影響免疫細(xì)胞的作用機(jī)制提供新的研究方向，為在生理或病理環(huán)境下免疫細(xì)胞怎樣調(diào)節(jié)骨代謝平衡提供新的思路。因此，今后有必要對其展開深入具體的研究，以進(jìn)一步了解CD98在骨組織疾病發(fā)展過程中的作用，為其臨床應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。