S1P與T淋巴細(xì)胞在主要免疫器官間遷移的關(guān)系

李怡珂，張偉衛(wèi)，王 鵬，軒小燕，杜 英，張志堅，雷寧靜

1)鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院微生物與免疫學(xué)系 鄭州 450001 2)鄭州大學(xué)附屬鄭州中心醫(yī)院檢驗科 鄭州450007 3)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院心外科 鄭州 450052

免疫應(yīng)答由多種免疫細(xì)胞和免疫分子共同參與，受多種相關(guān)分子和細(xì)胞信號精確調(diào)控[1]。T細(xì)胞通過血液和淋巴循環(huán)在各個免疫器官之間遷移，在維持人體正常生理穩(wěn)態(tài)及疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[2]。T細(xì)胞在發(fā)育分化、成熟定居、活化和發(fā)揮效應(yīng)等過程中，需要經(jīng)歷從骨髓到胸腺，從胸腺到淋巴結(jié)和脾臟等外周免疫器官，以及再循環(huán)等多次遷移。血管和淋巴管是T細(xì)胞遷移的通道[3-4]，其中血管遷移機制已有較多的研究，但淋巴管運輸?shù)南嚓P(guān)研究尚少。在過去幾十年里，一些新興技術(shù)如雙光子顯微技術(shù)和活體顯微成像技術(shù)使我們對淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)和淋巴細(xì)胞遷移有了新的認(rèn)識[5]。Rodriguez等[6]研究發(fā)現(xiàn)淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞可以調(diào)節(jié)黏附分子和趨化因子的表達，以滿足生理穩(wěn)態(tài)和炎癥狀態(tài)下不同亞群細(xì)胞進入的要求。T細(xì)胞的遷移受到多種分子的調(diào)控，鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)及其受體鞘氨醇-1-磷酸受體(S1P receptor，S1PR)備受關(guān)注[7]。本文將討論S1P參與T細(xì)胞進出主要免疫器官如淋巴結(jié)、胸腺、脾臟的機制，為相關(guān)疾病的研究提供參考。

1 S1P與T細(xì)胞遷移

S1P是一種脂質(zhì)生物活性分子，主要來源于血液中的紅細(xì)胞，其次是內(nèi)皮細(xì)胞，如淋巴液中的S1P主要由淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞提供[8]。S1P在細(xì)胞內(nèi)由鞘氨醇激酶1和2合成，可以被S1P裂解酶、S1P磷酸酶1和S1P磷酸酶2降解，也可由S1P轉(zhuǎn)運蛋白2(spinster homolog 2，SPNS2)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外；在細(xì)胞外，S1P由5個G蛋白偶聯(lián)受體S1PR1～5識別，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化等多種生物學(xué)過程，可以被三種磷酸酶降解[7]。生理條件下，受這些酶的精密調(diào)節(jié)，S1P濃度在細(xì)胞內(nèi)液和間質(zhì)液中較低，而在血液和淋巴液中較高，從而產(chǎn)生陡峭的S1P梯度[9]。研究[10]表明，淋巴細(xì)胞表面的S1PR1可引導(dǎo)淋巴細(xì)胞從低濃度S1P環(huán)境(組織)進入到高濃度S1P環(huán)境(血液和淋巴液)。血液和淋巴液中高濃度的S1P可以幫助穩(wěn)定脈管系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并招募淋巴細(xì)胞通過S1P濃度梯度差進行遷移，調(diào)控免疫反應(yīng)。因此，抑制鞘氨醇激酶1/2或S1P裂解酶、破壞 S1P梯度，可影響淋巴細(xì)胞的組織遷出，影響疾病進展[11-12]。

S1P/S1PR信號軸不僅參與多種生理過程，包括細(xì)胞的增殖、存活、侵襲、黏附和遷移[13-14]，也介導(dǎo)多種病理生理過程，在炎癥和癌癥進展中起著重要作用。例如，S1P結(jié)合其受體S1PR1可以激活STAT3磷酸化，促進慢性炎癥的發(fā)生發(fā)展[15]。鞘氨醇激酶1和S1P可誘導(dǎo)慢性炎癥細(xì)胞內(nèi)環(huán)氧化酶2的產(chǎn)生，進而抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，這可能是慢性炎癥發(fā)展為腫瘤的關(guān)鍵因素[16]。在免疫應(yīng)答期間，CCL21-CCR7可拮抗S1P介導(dǎo)的T細(xì)胞遷移，使T細(xì)胞滯留在外周直到炎癥消退[17]。通過構(gòu)建T細(xì)胞穿越小鼠淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞模型，研究者觀察到S1P刺激可以增加淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性，上調(diào)T細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間黏附蛋白的表達，S1P/S1PR信號軸可調(diào)控CD4+T細(xì)胞向初始淋巴管的遷移[18]。因此，靶向S1P/S1PR信號軸可能是一種很有前途的疾病治療方法。美國食品和藥物管理局于2010年就已經(jīng)批準(zhǔn)靶向S1P的藥物 Fingolimod應(yīng)用于多發(fā)性硬化癥的治療，它作用于S1PR1，阻止淋巴細(xì)胞從淋巴結(jié)遷出，導(dǎo)致循環(huán)中自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞減少，進而減緩疾病進展[19]。利用鞘氨醇激酶1的特異性抑制劑 SK1-I可以降低S1P水平，可以阻礙血管和淋巴管生成，減少T細(xì)胞遷移的通道，從而減少乳腺癌模型小鼠原位腫瘤的大小和淋巴轉(zhuǎn)移[20]。S1PR依賴的自身反應(yīng)性免疫細(xì)胞向靶器官轉(zhuǎn)運是許多自身免疫性疾病的共同特征。靶向S1P/S1PR信號軸的藥物也在其他自身免疫性疾病中顯示出療效，如銀屑病、炎癥性腸病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等[21]。

2 S1P與T細(xì)胞在主要免疫器官中的遷移

2.1 S1P與T細(xì)胞的淋巴結(jié)遷移正常淋巴結(jié)中，輸入淋巴管經(jīng)被膜下淋巴竇進入淋巴結(jié)，分支于副皮質(zhì)區(qū)、髓質(zhì)區(qū)淋巴竇內(nèi)，后于淋巴結(jié)門處匯集為輸出淋巴管出淋巴結(jié)[22]。經(jīng)典插管研究[23]表明，正常輸入淋巴管中的主要細(xì)胞群是T細(xì)胞(80%～90%)，且CD4+T細(xì)胞數(shù)量是CD8+T細(xì)胞的6倍,其次是樹突狀細(xì)胞和極少量的B細(xì)胞、粒細(xì)胞。其中，大多數(shù)T細(xì)胞是有過抗原提呈的CD4+CD45RO+效應(yīng)記憶T細(xì)胞，被重新定義為循環(huán)記憶T細(xì)胞，參與同源抗原的免疫監(jiān)視，并在淋巴結(jié)中調(diào)節(jié)免疫記憶反應(yīng)[24]。

T細(xì)胞進入淋巴結(jié)有兩種途徑。一種是通過高內(nèi)皮靜脈(high endothelial venule,HEV)進入，該過程包含多個步驟，涉及多種細(xì)胞因子及整合素相互作用，精確調(diào)節(jié)T細(xì)胞的黏附、滾動、遷移[25-26]。 T細(xì)胞也可以通過輸入淋巴管進入淋巴結(jié)。有研究[27]發(fā)現(xiàn)，將初始T細(xì)胞通過輸入淋巴管注射到小鼠腘窩淋巴結(jié)后，這些細(xì)胞不僅出現(xiàn)在腘窩淋巴結(jié)的T細(xì)胞區(qū)，也在下游淋巴結(jié)如髂內(nèi)側(cè)淋巴結(jié)的T細(xì)胞區(qū)被發(fā)現(xiàn)；說明初始T細(xì)胞可以通過淋巴管從一個淋巴結(jié)遷移到另一個淋巴結(jié)。盡管大多數(shù)初始T細(xì)胞通過HEV進入淋巴結(jié)，但一些初始T細(xì)胞也可能通過輸出淋巴管離開淋巴結(jié)，進入循環(huán)系統(tǒng)后通過輸入淋巴管進入下游淋巴結(jié)。

S1P/S1PR信號軸參與調(diào)節(jié)T細(xì)胞穿越淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞，遷出淋巴結(jié)的過程[28]。該過程是通過影響T 細(xì)胞與淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，啟動T細(xì)胞的跨淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞遷移(trans-lymphatic endothelial migration,TEM)，而這種遷移并不能被S1PR 拮抗劑所逆轉(zhuǎn)[29]。有報道[30]，T細(xì)胞表面的S1PR1表達上調(diào)將促進CD4+T細(xì)胞的TEM，而S1PR1表達下調(diào)則抑制該過程。也有研究[31]表明，抑制S1PR2可調(diào)節(jié)VCAM-1和VE-cadherin的表達，以及內(nèi)皮細(xì)胞間紐扣連接和拉鏈連接的密度和分布，進而影響CD4+T細(xì)胞的TEM。同時，淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞可以分泌S1P，激活T細(xì)胞表面的S1PR1，引起淋巴結(jié)中T細(xì)胞的遷出[17,28,32]。除此之外，細(xì)胞外基質(zhì)成分tenascin-C可與淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞上的整合素α9β1結(jié)合介導(dǎo)S1P產(chǎn)生，說明整合素α9與S1P介導(dǎo)T細(xì)胞遷移之間存在直接聯(lián)系[33]。使用抗體阻斷整合素α9或tenascin-C缺陷均可導(dǎo)致T細(xì)胞從炎癥淋巴結(jié)的遷出障礙。

T細(xì)胞在淋巴結(jié)中的滯留也受到S1P/S1PR信號軸的影響。例如G蛋白偶聯(lián)受體(尤其是CCR7)可以促進T細(xì)胞的淋巴結(jié)滯留，但是S1P/S1PR信號軸可以拮抗該作用[34]。也有研究[35]表明，作為S1P重要的轉(zhuǎn)運蛋白，當(dāng)SPNS2缺失時，小鼠的T細(xì)胞將不能遷出淋巴結(jié)，導(dǎo)致炎癥部位T細(xì)胞的減少甚至免疫反應(yīng)的缺失。

圖1顯示了S1P影響T細(xì)胞淋巴結(jié)遷移的主要過程。局部炎癥和損傷激活初始淋巴管的內(nèi)皮細(xì)胞，上調(diào)黏附分子ICAM-1及趨化因子CCL21的表達?；罨臉渫粻罴?xì)胞通過上調(diào)CCR7受體與內(nèi)環(huán)境中CCL21的相互作用進入輸入淋巴管，在淋巴結(jié)中激活初始T細(xì)胞，激活免疫反應(yīng)。淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的CCL21和S1P調(diào)控T細(xì)胞的淋巴結(jié)遷移，使其到達炎癥部位，參與免疫反應(yīng)。

2.2 S1P與T細(xì)胞在胸腺的發(fā)育及遷移胸腺是T細(xì)胞發(fā)育成熟的場所，S1P/S1PR信號軸是影響T細(xì)胞胸腺遷移的最主要機制[12,36-37]。來自骨髓的前體細(xì)胞在胸腺皮質(zhì)中經(jīng)歷CD4-CD8-階段，包括DN1-DN4。經(jīng)歷TCR基因重組進一步發(fā)育為CD4+CD8+細(xì)胞，經(jīng)過陽性選擇和陰性選擇發(fā)育為成熟T細(xì)胞。在皮髓交界處，成熟T細(xì)胞在S1P濃度梯度引導(dǎo)下進入血管，遷出胸腺[9,38](圖2)。

研究[7]表明，胸腺微環(huán)境中S1P的生成、降解及去磷酸化，對維持胸腺內(nèi)S1P濃度梯度至關(guān)重要。S1P主要由胸腺周細(xì)胞產(chǎn)生，胸腺周細(xì)胞表達鞘氨醇激酶1/2，催化ATP依賴的鞘氨醇磷酸化生成S1P。胸腺周細(xì)胞鞘氨醇激酶的條件性缺失將使S1P合成受阻，導(dǎo)致胸腺微環(huán)境中S1P濃度梯度被破壞，成熟胸腺細(xì)胞遷出受阻從而滯留于胸腺，同時外周T細(xì)胞減少[39]。其他胸腺基質(zhì)細(xì)胞，例如胸腺內(nèi)皮細(xì)胞，通過表達SPNS2調(diào)節(jié)S1P水平，SPNS2的缺失也將導(dǎo)致成熟T細(xì)胞遷出障礙[40]。內(nèi)皮細(xì)胞也表達S1P裂解酶，以維持胸腺內(nèi)較低水平的S1P[41]。S1P裂解酶的藥理學(xué)抑制或遺傳破壞將導(dǎo)致胸腺組織中S1P水平升高約1 000倍，破壞T細(xì)胞遷出胸腺部位S1P的濃度梯度，進而阻礙T細(xì)胞遷出胸腺[42]。胸腺上皮細(xì)胞表達3種磷酸酯酶(lipid phosphate phosphatases，LPP)，可通過去磷酸化降解S1P,維持胸腺出口處低水平的S1P，從而促進T細(xì)胞的遷出[43]，而編碼LPP3的Ppa2b基因缺失會導(dǎo)致成熟T細(xì)胞胸腺遷出障礙[43]。其他影響S1P合成或分解的酶也會影響T細(xì)胞的胸腺遷出。神經(jīng)酰胺合酶2[44]被報道可調(diào)節(jié)鞘氨醇表達水平，神經(jīng)酰胺合酶2全身缺陷小鼠胸腺內(nèi)成熟T細(xì)胞積聚，而血液和脾臟中CD4+和CD8+T細(xì)胞減少。

圖1 炎癥狀態(tài)下S1P影響T細(xì)胞淋巴結(jié)遷移的主要過程

圖2 S1P調(diào)控T細(xì)胞在胸腺的發(fā)育及遷出

2.3 S1P與T細(xì)胞經(jīng)脾臟的遷移脾臟是人體最大的外周免疫器官，主要包含在小動脈周圍形成的富含淋巴細(xì)胞的白髓，以及富含巨噬細(xì)胞和紅細(xì)胞的紅髓。脾臟白髓解剖結(jié)構(gòu)與淋巴結(jié)相似，中央T區(qū)富含T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，邊緣濾泡富含B細(xì)胞。濾泡表面大部分被邊緣竇的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所覆蓋，但也有T區(qū)在濾泡之間延伸，并與紅髓直接接觸，稱為邊緣區(qū)[45]。T細(xì)胞從末梢小動脈釋放后，以G偶聯(lián)蛋白受體依賴的方式遷移到脾白髓，在邊緣竇釋放后，通過富含CCL21的成纖維網(wǎng)狀細(xì)胞進入T區(qū)[46]。脾臟的主要功能是凈化血液，因此細(xì)胞進入和離開脾臟的主要通道是血流。盡管如此，S1P對于T細(xì)胞在脾臟中的遷移也具有重要作用，特別是其促進淋巴細(xì)胞從白髓到紅髓的遷出及再循環(huán)已被廣泛研究[47](圖3)。T細(xì)胞在脾臟內(nèi)的遷移受S1P/S1PR信號軸調(diào)控。脾臟內(nèi)的初始T細(xì)胞高表達S1PR1，紅髓和白髓中S1P濃度較邊緣區(qū)更低。有研究[48]表明，在S1P及CXCL12的誘導(dǎo)趨化下，表達S1PR1及CXCR4的T細(xì)胞隨血液向紅髓遷移；而經(jīng)過免疫調(diào)節(jié)劑FTY720治療后，將抑制這一過程，使T細(xì)胞阻滯于脾臟白髓中，并導(dǎo)致脾臟T細(xì)胞遷出減少。同時，T細(xì)胞從脾臟遷出的過程也受S1P濃度梯度的影響。有研究[49]表明，給鞘氨醇激酶缺陷小鼠靜脈注射野生型紅細(xì)胞可以恢復(fù)血液中S1P水平，但淋巴液中仍缺乏S1P，這將導(dǎo)致脾臟中的T細(xì)胞數(shù)量低于淋巴結(jié)，可能由于T細(xì)胞受血液中S1P調(diào)控遷出脾臟，但淋巴液中S1P的缺乏會阻礙其從淋巴結(jié)的遷出過程。

圖3 S1P及CXCL12的誘導(dǎo)趨化影響脾臟T細(xì)胞向紅髓的遷移

3 展望

T細(xì)胞在不同免疫器官中的遷移受到多種因子的調(diào)節(jié)，其中S1P的影響尤為重要。T細(xì)胞的遷移可能與某些疾病進展有關(guān)，對S1P合成分解關(guān)鍵酶的調(diào)控可能成為治療的靶點。例如，S1PR4缺陷抑制CD8+T細(xì)胞的增殖和遷移，可以抑制乳腺癌和結(jié)腸癌患者腫瘤生長及化療耐藥[50]；動物實驗中，使用S1PR調(diào)節(jié)劑可以調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞遷移，改善潰瘍性結(jié)腸炎[51]。研究炎癥條件與腫瘤微環(huán)境中T細(xì)胞遷移及調(diào)控的機制具有重要意義，值得進一步探討。