吞噬和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)蛋白1在炎性關(guān)節(jié)病的作用

楊惠丹，程浩，溫鴻雁

吞噬和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)蛋白1(engulfment and cell motility 1，ELMO1)是固有免疫的關(guān)鍵蛋白，在免疫細(xì)胞的吞噬、遷移和侵襲中起重要作用。已有研究表明其異常表達(dá)與肝癌、膠質(zhì)瘤、卵巢癌、乳腺癌等腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)，可能成為一種早期診斷和判斷預(yù)后的標(biāo)志物[1]。炎性關(guān)節(jié)病(inflammatory joint disease，IJD)是一組累及關(guān)節(jié)及周圍組織的慢性自身免疫性疾病，主要包括類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)、脊柱關(guān)節(jié)病及相關(guān)的關(guān)節(jié)炎，如強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)、銀屑病關(guān)節(jié)炎(psoriaticarthritis，PsA)和炎性腸病性關(guān)節(jié)炎(inflammatory bowel disease arthritis，IBDA)等，其發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，確切病因尚未闡明。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)ELMO1的異常表達(dá)可以調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞的遷移、吞噬和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性參與骨破壞過程，與多種IJD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文就ELMO1在免疫細(xì)胞功能及炎性關(guān)節(jié)病中的作用進(jìn)行綜述，旨在拓寬相關(guān)疾病的診療思路。

1 ELMO1概述

ELMO主要包括ELMO1、ELMO2、ELMO3三種蛋白質(zhì)，其均能促進(jìn)細(xì)胞吞噬和運(yùn)動(dòng)，但在血管、神經(jīng)調(diào)節(jié)及糖代謝方面有各自獨(dú)特的作用[2]。本文重點(diǎn)關(guān)注ELMO1，其首次被發(fā)現(xiàn)是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中與秀麗隱桿線蟲CED-12基因同源的基因，是吞噬凋亡細(xì)胞和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)所必需的基因[3]，在多種自身免疫病中表達(dá)異常。

1.1 ELMO1結(jié)構(gòu)及表達(dá)

ELMO1包含多個(gè)結(jié)構(gòu)域，N端Ras結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ras binding domain，RBD)和ELMO抑制結(jié)構(gòu)域(ELMO inhibitory domain，EID)與上游調(diào)節(jié)因子如：小GTP酶、腦特異性血管生成抑制劑1(brain-specific angiogenesis inhibitor 1，BAI1)和Gβγ等結(jié)合[4-6]；中間ELMO 結(jié)構(gòu)域，在不同真核生物中高度保守；C端PH 結(jié)構(gòu)域和富含脯氨酸的區(qū)域與DOCK的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合。胞質(zhì)分裂作用因子(dedicator of cytokinesis，DOCK)作為鳥嘌呤核苷酸交換因子(guanine nucleotide exchange factor，GEF)激活Ras相關(guān)的C3肉毒桿菌毒素底物(ras-related C3 botulinum toxin substrate，Rac)，形成ELMO1-DOCK2/5/180-Rac1復(fù)合物發(fā)揮生物學(xué)功能：(1)通過NF-κB、PI3K / AKT、GSK-3β和β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路影響肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)重塑，調(diào)控細(xì)胞趨化、遷移以及吞噬作用[7-10]；(2)產(chǎn)生TNF-α、MCP-1等炎癥因子，啟動(dòng)炎癥反應(yīng)；(3)激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)信號(hào)通路參與核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨破壞(圖1)。ELMO1在中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞以及腸道上皮細(xì)胞中均有表達(dá)，在炎癥組織中表達(dá)明顯上調(diào)。

圖1 ELMO1信號(hào)通路

1.2 ELMO1對(duì)免疫細(xì)胞的影響

ELMO1促進(jìn)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞向炎癥部位遷移、巨噬細(xì)胞吞噬抗原，進(jìn)而產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子啟動(dòng)先天免疫反應(yīng)。同時(shí)，也促進(jìn)原代T和B淋巴細(xì)胞的遷移(圖2)。

圖2 ELMO1對(duì)免疫細(xì)胞的影響

1.2.1 中性粒細(xì)胞：在炎癥反應(yīng)早期，中性粒細(xì)胞在白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)和趨化因子配體1(CXC-chemokine ligand 1，CXCL1)趨化作用下招募到炎癥部位，分泌趨化因子和炎性細(xì)胞因子放大炎癥反應(yīng)[11]。Arandjelovic等[12]研究發(fā)現(xiàn)ELMO1在早期中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，一方面通過調(diào)節(jié)整合素CD11b、L-選擇素CD62L介導(dǎo)的細(xì)胞黏附，促進(jìn)中性粒細(xì)胞向LTB4和CXCL1等趨化因子的遷移；另一方面調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，如ELMO1缺陷的中性粒細(xì)胞中炎癥信號(hào)抑制基因Tnfaip1顯著上調(diào)，從而抑制炎癥反應(yīng)。Xue等[13]在斑馬魚模型體內(nèi)進(jìn)一步驗(yàn)證了ELMO1是中性粒細(xì)胞趨化所必需的。ELMO1缺陷趨化因子誘導(dǎo)三聚體G蛋白活化并解離為Gα2和Gβγ亞基，兩者均可結(jié)合ELMO1，激活Rac1，磷酸化PI3K/AKT等促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合；細(xì)菌表面LPS或WxxxE基序由胞內(nèi)模式識(shí)別受體BAI1或NOD2識(shí)別，結(jié)合ELMO1，激活Rac1，一方面促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合，另一方面產(chǎn)生TNF-α、MCP-1等炎癥因子，啟動(dòng)炎癥反應(yīng)；此外，ELMO1可以激活MAPKs信號(hào)通路參與RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨破壞；ELMO1：吞噬和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)蛋白1；DOCK：胞質(zhì)分裂作用因子；Rac1：Ras相關(guān)的C3肉毒桿菌毒素底物1；GPCR：G蛋白偶聯(lián)受體；GDP：鳥嘌呤二核苷酸磷酸；GTP：鳥嘌呤三核苷酸磷酸；TLR：Toll樣受體；LPS：細(xì)菌脂多糖；WxxxE：病原菌效應(yīng)子；BAI1：腦特異性血管生成抑制劑1；NOD2：核苷酸寡聚結(jié)構(gòu)域2；NF-κB：核因子激活的B細(xì)胞的κ-輕鏈增強(qiáng)；PI3K：磷脂酰肌醇3-激酶；AKT：絲氨酸/ 蘇氨酸激酶(蛋白激酶B)；TNF-α：腫瘤壞死因子-α；MCP-1：單核細(xì)胞趨化蛋白-1；MAPKs：絲裂原活化蛋白激酶；RANKL：NF-κB受體激活因子配體減少中心粒細(xì)胞趨化，減輕了局部炎癥反應(yīng)，但總的細(xì)胞數(shù)量、血清中趨化因子LTB4和CXCL1受體表達(dá)沒有顯著變化，仍然可以攻擊入侵的細(xì)菌發(fā)揮防御作用。

1.2.2 巨噬細(xì)胞：巨噬細(xì)胞是常見的固有免疫細(xì)胞，有吞噬清除病原體及凋亡細(xì)胞、提呈抗原、產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子等作用，參與炎性關(guān)節(jié)病的發(fā)生發(fā)展過程。van Ham等[14]發(fā)現(xiàn)ELMO1是巨噬細(xì)胞吞噬清除凋亡細(xì)胞所必需的，ELMO1缺陷的巨噬細(xì)胞遷移速度減慢，可以結(jié)合凋亡細(xì)胞，但不能吞噬清除。ELMO1通過結(jié)合上游的BAI1，一種模式識(shí)別受體，激活下游DOCK180/Rac通路吞噬凋亡細(xì)胞以及病原體[5]。一般來說及時(shí)清除細(xì)菌或凋亡細(xì)胞可減輕炎癥及自身免疫。有趣的是，ELMO1并非通過吞噬清除發(fā)揮經(jīng)典抗炎作用，而是促進(jìn)TNF-α、MCP-1等炎癥因子的產(chǎn)生，募集和活化單核細(xì)胞啟動(dòng)促炎細(xì)胞因子風(fēng)暴[15]。目前認(rèn)為可能與吞噬后清除的途徑不同有關(guān)，ELMO1存在于吞噬小體中，增強(qiáng)組織蛋白酶B的活性和自噬相關(guān)蛋白LC3B的積累通過溶酶體介導(dǎo)的自噬清除細(xì)菌以誘導(dǎo)先天免疫[16]。此外，在沙門氏菌感染后的骨髓來源單核巨噬細(xì)胞中ELMO1上調(diào)IL-10和IL-33的表達(dá)[17]；ELMO1在炎癥性腸病固有層巨噬細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，吞噬病原體并產(chǎn)生TNF-α導(dǎo)致腸道炎癥[18]，而在正常的腹腔巨噬細(xì)胞中ELMO1蛋白表達(dá)水平降低。

1.2.3 T細(xì)胞：T細(xì)胞在外來抗原的刺激下遷移到外周血或組織中極化為輔助性T細(xì)胞(T helper cells，Th)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cells，Treg)及效應(yīng)性T細(xì)胞，參與免疫應(yīng)答過程，Th17/Treg、Th1/Th2的平衡與免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。Sanui等[19]用RNA印跡技術(shù)檢測到ELMO1在T細(xì)胞中表達(dá)，通過激活DOCK2/Rac1調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重塑。Stevenson等[20]研究表明ELMO1抑制DOCK2的泛素化降解上調(diào)蛋白表達(dá)水平，激活Rac促進(jìn)T細(xì)胞遷移，與野生小鼠相比，ELMO1敲除小鼠脾臟和淋巴結(jié)中總T細(xì)胞(CD3+)數(shù)量及細(xì)胞表面趨化因子受體CCR7和CXCR4的表達(dá)保持不變，向CXCL12的遷移幾乎完全喪失。斑馬魚體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示ELMO1缺失的幼蟲胸腺中單個(gè)T細(xì)胞遷移速度顯著下降[13]。此外，ELMO1缺失的T細(xì)胞可以黏附于細(xì)胞間粘附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)表面，但不能表現(xiàn)出極化表型[20]。ELMO1是否調(diào)節(jié)T細(xì)胞極化導(dǎo)致免疫失衡還需要進(jìn)一步研究。

1.2.4 B細(xì)胞：活化B細(xì)胞的募集以及分化為漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體是自身免疫病發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。既往研究中，有關(guān)ELMO1與B細(xì)胞的研究很少，Sanui等[19]發(fā)現(xiàn)ELMO1在B細(xì)胞中表達(dá)，結(jié)合DOCK2/Rac1調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架。ELMO1敲除小鼠脾臟和淋巴結(jié)中總B細(xì)胞(B220+)數(shù)量不變，向CXCL12的遷移明顯減少[20]。ELMO1是否影響B(tài)細(xì)胞的分化及自身抗體的產(chǎn)生還需要進(jìn)一步去探索。

2 ELMO1在炎性關(guān)節(jié)病中的作用

2.1 ELMO1與RA

RA是一種復(fù)雜的全身性自身免疫病，表現(xiàn)為滑膜炎癥和增生、進(jìn)行性關(guān)節(jié)軟骨和骨破壞，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能喪失、關(guān)節(jié)畸形以及關(guān)節(jié)外器官共病，嚴(yán)重影響人類的生活質(zhì)量[21]。RA早期中性粒細(xì)胞聚集到關(guān)節(jié)局部，產(chǎn)生炎癥因子引發(fā)慢性炎癥。Arandjelovic等[12]發(fā)現(xiàn)在膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎(collagen induced arthritis，CIA)小鼠和K/BxN血清轉(zhuǎn)移關(guān)節(jié)炎小鼠爪子提取物，尤其浸潤的中性粒細(xì)胞中ELMO1、Rac的mRNA及蛋白表達(dá)均增加，凋亡細(xì)胞吞噬受體BAI1等表達(dá)降低；ELMO1敲除小鼠踝關(guān)節(jié)腫脹程度降低、炎性細(xì)胞和促炎因子明顯減少、關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度更低，且沒有性別差異，表明ELMO1促進(jìn)早期關(guān)節(jié)局部中性粒細(xì)胞的招募介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，而不是通過吞噬途徑發(fā)揮抗炎作用。此外，ELMO1在RA成纖維樣滑膜細(xì)胞(fibroblast-like synoviocyte，F(xiàn)LS)中表達(dá)，并通過調(diào)節(jié)Rac1活性促進(jìn)FLS的遷移和侵襲，導(dǎo)致滑膜增生和軟骨破環(huán)[22]。ELMO1/DOCK2復(fù)合物對(duì)激活Rac1信號(hào)通路、促進(jìn)淋巴細(xì)胞遷移至關(guān)重要，抑制ELMO1/DOCK2復(fù)合物形成或相關(guān)蛋白可能是治療RA的潛在靶點(diǎn)[19]。

破骨細(xì)胞在RA骨破壞中起重要作用，RANKL與破骨前體細(xì)胞表面RANK結(jié)合誘導(dǎo)其分化為成熟破骨細(xì)胞，骨保護(hù)素(osteoclastogenesis inhibitory factor，OPG)可競爭性與RANKL結(jié)合，阻止破骨細(xì)胞分化，OPG/RANKL/RANK信號(hào)系統(tǒng)在維持成骨和破骨的平衡中發(fā)揮著重要作用。成熟的破骨細(xì)胞附著在骨表面形成肌動(dòng)蛋白“密封環(huán)”促進(jìn)骨吸收[23]。ELMO1作為一個(gè)信號(hào)樞紐調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化及骨吸收活性，促進(jìn)骨破壞和骨質(zhì)疏松的發(fā)生。Liang等[24]發(fā)現(xiàn)ELMO1通過DOCK5/Rac1通路促進(jìn)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的遷移和粘附，并激活A(yù)KT和MAPKs信號(hào)通路參與RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，ELMO1敲除的RA小鼠骨破壞程度降低。也有研究表明在關(guān)節(jié)炎小鼠模型中ELMO1激活破骨細(xì)胞中DOCK2/Rac1，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重排及骨降解酶定位，增加破骨細(xì)胞活性促進(jìn)骨破壞，降低破骨細(xì)胞的骨吸收活性可能比減少破骨細(xì)胞數(shù)量更有益，一種ELMO1抑制肽靶向其C端α-螺旋抑制信號(hào)傳導(dǎo)，顯著降低了野生型小鼠破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收[25]。

ELMO1與RA遺傳易感性相關(guān)。Whitaker等[22]對(duì)RA FLS全基因DNA序列、轉(zhuǎn)錄組以及表觀基因組綜合分析，發(fā)現(xiàn)ELMO1是一個(gè)重疊的多證據(jù)基因，在FLS中表達(dá)增加。在一項(xiàng)對(duì)RA和乳糜瀉共有基因座的薈萃分析中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)人類ELMO1單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)位點(diǎn)rs11984075[26]；Arandjelovic等證實(shí)了ELMO1SNP rs11984075 突變與RA關(guān)節(jié)炎的發(fā)生相關(guān)，攜帶rs11984075的健康供體外周血中性粒細(xì)胞ELMO1蛋白表達(dá)較正常對(duì)照組升高約20%，向LTB的趨化增加[12]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)ELMO1是非人類白細(xì)胞抗原(non-HLA)區(qū)域中與幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎(juvenile idiopathic arthritis，JIA)發(fā)病相關(guān)性最強(qiáng)的位點(diǎn)之一，而JIA是兒童時(shí)期最常見的一種慢性風(fēng)濕病，臨床表現(xiàn)和易感基因位點(diǎn)與RA有高度重疊[27-28]。

2.2 ELMO1與AS

AS是一種病因不明的、以中軸關(guān)節(jié)慢性炎癥及異位骨化為主的自身免疫病，好發(fā)于中青年男性。與其他系統(tǒng)性自身免疫病不同之處在于先天免疫系統(tǒng)促進(jìn)疾病的發(fā)生，適應(yīng)性免疫負(fù)責(zé)維持炎癥過程。Xie等[29]發(fā)現(xiàn)TNF-α處理的AS間充質(zhì)干細(xì)胞(AS mesenchymal stem cells，AS-MSC)中甲基轉(zhuǎn)移酶14(methyltransferase-like protein 14，METTL14)介導(dǎo)的ELMO1 N-6甲基腺苷(N6-methyladenosine，m6A)修飾下調(diào)，mRNA降解減慢，導(dǎo)致ELMO1表達(dá)增加，促進(jìn)MSC從骨髓定向遷移到炎癥部位，分化為成骨細(xì)胞并分泌大量的CCL2，誘導(dǎo)單核/巨噬細(xì)胞極化為促炎表型，產(chǎn)生TNF-α，加重關(guān)節(jié)炎癥及附著點(diǎn)骨贅形成，更重要的是TNF-α與MSC形成惡性循環(huán)。進(jìn)一步體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)拮抗ELMO1后，AS模型小鼠發(fā)病時(shí)間延遲、疾病活動(dòng)度明顯降低，局部組織中MSC和巨噬細(xì)胞數(shù)量減少、TNF-α水平降低。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)趨化因子CXCL2通過ELMO1/Rac1信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移以及成脂分化，導(dǎo)致脂肪沉積[30]。破骨細(xì)胞是單核/巨噬細(xì)胞的一部分，是否ELMO1通過影響巨噬細(xì)胞功能參與AS骨侵蝕需要進(jìn)一步研究。TNF-α拮抗劑如阿達(dá)木單抗，是目前常用的生物制劑，但有些患者對(duì)其療效較差甚至無效，可能與ELMO1的表達(dá)水平相關(guān)。一種DOCK小分子抑制劑，CPYPP可以拮抗ELMO1/DOCK/Rac活性，有很強(qiáng)的抗炎能力[31]；mi-RNA也可以靶向ELMO1，減少ELMO1的表達(dá)，抑制細(xì)胞吞噬[32]。以ELMO1/DOCK/Rac為靶點(diǎn)的抑制劑在AS中可能有很大的應(yīng)用潛力。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，ELMO1在RA-FLS、AS-MSC以及炎性免疫細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，是趨化因子和炎癥因子信號(hào)通路的中心環(huán)節(jié)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和骨破壞過程，與TNF-α、MCP-1表達(dá)、關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度和疾病活動(dòng)度相關(guān)，檢測這些細(xì)胞中ELMO1表達(dá)水平可以作為早期炎癥的替代診斷指標(biāo)。此外，ELMO1 SNPs如SNP rs11984075在功能和遺傳水平上與人類關(guān)節(jié)炎相關(guān)，篩選這些SNPs可能是評(píng)估關(guān)節(jié)炎易感性的潛在生物標(biāo)志物。迄今為止，大多數(shù)與自身免疫病相關(guān)的研究和治療仍然集中在調(diào)節(jié)T、B細(xì)胞分化和中和TNF-α等細(xì)胞因子上，然而有些患者對(duì)其療效較差甚至無效。ELMO1是更上游的調(diào)節(jié)分子，主要影響先天免疫系統(tǒng)，在自身免疫病早期發(fā)揮作用，靶向ELMO1/DOCK/Rac信號(hào)復(fù)合物可以從源頭上抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生，提高應(yīng)答率和持續(xù)緩解率。ELMO1可能是潛在的治療靶點(diǎn)，但既往大多數(shù)研究基于關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型，暫無靶向ELMO1的藥物報(bào)道。目前很多機(jī)制尚未完全闡明：首先，ELMO1促進(jìn)炎性免疫細(xì)胞向發(fā)炎關(guān)節(jié)的遷移，在啟動(dòng)炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。異常的DNA或RNA甲基化修飾參與RA和AS等炎性關(guān)節(jié)病的發(fā)生發(fā)展，ELMO1位點(diǎn)的甲基化水平可能調(diào)節(jié)其表達(dá)水平，進(jìn)而參與炎性關(guān)節(jié)病的發(fā)生發(fā)展。其次，ELMO1可能調(diào)節(jié)NF-κB、PI3K/AKT、MAPK、RANKL等活性促進(jìn)關(guān)節(jié)炎以及骨質(zhì)疏松的發(fā)生。最后，ELMO1在T、B淋巴細(xì)胞主導(dǎo)的適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)和免疫平衡中的作用需要進(jìn)一步研究。深入探討ELMO1在炎性關(guān)節(jié)病發(fā)病機(jī)制中的重要作用，可能為相關(guān)疾病的診治提供新思路。