细胞抗原识别后的信号转导

(一)B细胞激活后的信号跨膜转导

1.抗原结合导致受体交联成簇 抗原的结合诱导BCR的构象发生改变,暴露Ig重链Cμ4结构域,其邻近的受体辅助分子通过这些结构域使得受体发生低聚反应,形成抗原抗体复合物簇。B细胞识别抗原后信号转导的启动有如下几种方式:①与T细胞识别抗原方式不同,B细胞可以直接识别完整的、具有多个表位的抗原分子,而不需要MHC分子对抗原降解肽段的呈递,抗原分子通过重复相同的表位与多个BCR结合,使BCR复合物聚合交联成簇,来启动B细胞的跨膜转导。需要注意的是,因结构复杂,大多数的蛋白质抗原通常很少有相同的B细胞表位;②BCR和CD21分子分别通过对抗原-补体复合结构中的抗原和补体成分识别,使BCR复合物(BCR-Igα/Igβ)、共受体复合物(CD21/CD19/CD81)、B细胞表面参与辅助抗原识别及信号转导的跨膜分子如CD45,以及Src PTK等激酶聚集成簇。这一方面促使CD45磷酸酶对PTKSrc分子C端505位p Y的脱磷酸化,解除PTK分子活性抑制状态;另一方面解除抑制状态的Src家族PTK成员彼此接近而发生相互磷酸化,从而被激活。参与B细胞激活后跨膜信号转导的Src家族成员主要包括LYN、FYN、BLK以及LCK。

研究人员分别用α-IgM的Fab片段或F(ab')2片段刺激B细胞,观察B细胞的激活信号,来进一步证明BCR交联对B细胞激活的重要性。实验结果表明,Fab因为是单价,不能使BCR发生交联,故Fab α-IgM无法刺激B细胞活化。而F(ab')2可以交联两个BCR,故F(ab')2α-IgM刺激B细胞出现微弱的激活信号。进一步采用抗F(ab')2抗体,通过结合两个F(ab')2α-IgM,从而使更多的BCR发生交联,故B细胞获得了很强的激活信号。说明BCR的交联对于产生B细胞激活信号是不可或缺的。

另外,B细胞激活信号的有效转导与细胞膜的特化微结构域——脂筏密切相关。当B细胞处于静息状态时,脂筏中的BCR分子很少。一旦B细胞识别抗原并且BCR发生交联时, BCR复合物会大量出现在脂筏中,许多跨膜分子也多聚集于此,并进一步招募一些参与B细胞活化信号转导相关的蛋白激酶如Syk、Lyn、Btk、PLC-γ和接头蛋白BLNK等。故脂筏这一结构在B细胞激活的信号转导过程中发挥重要的作用。

2.启动信号转导 当B细胞接触到抗原,BCR交联成簇并迁移至脂筏。在此,成簇的Src家族PTK,如LYN、FYN、BLK等,相互磷酸化而激活,首先促使Igα/Igβ胞质区的ITAM发生磷酸化。Igα/Igβ磷酸化,募集含有SH2结构域的胞质中的酪氨酸激酶Syk。进而Src PTK作用于招募而来的Syk PTK,使位于Syk活性中心SH1结构域的酪氨酸残基发生磷酸化而激活Syk,从而开启BCR下游的多条信号转导级联反应。

(二)B细胞激活后的胞内信号转导

当抗原交联BCR或抗原-补体片段交联BCR和共受体,ITAM磷酸化,Syk被招募和激活,由此启动下游多条信号通路。Syk能够使衔接蛋白的酪氨酸残基磷酸化,通过作用于衔接蛋白参与调控这些信号通路。SLP-65含有SH2结构域和多个酪氨酸磷酸化位点,分子量为65000,也称为B细胞连接蛋白(BLNK),是B细胞激活信号胞内传递的重要衔接分子。磷酸化的BLNK能够招募结合多种其他接头蛋白、鸟嘌呤核苷酸交换蛋白及蛋白激酶如磷脂酶C(PLCγ2)、Btk和Itk等。这些激酶或蛋白的招募能够促进下游信号分子的激活,启动特定的信号转导通路。目前B细胞胞内信号转导主要有3条途径(图8-2)。

1.磷脂酰肌醇途径 在B细胞中,磷脂酶C(PLC)的主要亚型为γ2,而在T细胞多表现为γ1亚型。当B细胞被活化后,BLNK通过其SH2结构域结合到Igα的非ITAM磷酸化酪氨酸位点204,PLCγ2与BLNK结合,在蛋白激酶Syk和Btk作用下发生磷酸化而被激活。激活的PLCγ2酶解胞膜脂质磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2),产生可溶性三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DAG)。IP3通过促进内质网钙池中的Ca2+释放,使胞质内Ca2+浓度升高;同时通过增加胞外Ca2+内流,以补充内质网钙储存,进一步提高胞质内Ca2+浓度,从而能够激活钙调磷酸酶,最终激活转录因子NFAT。DAG和Ca2+能够激活蛋白激酶C(PKC)。PKC能够进一步磷酸化下游蛋白上的丝氨酸/苏氨酸残基,最终激活转录因子NF-κB。另外,其中还涉及胞质中无活性的NFAT-p的脱磷酸化和NF-κB的i抑制组分IκB因磷酸化和泛素化而降解等机制。总之,PLC-γ2在BCR诱导的信号转导过程中被激活,同时也进一步加强了下游信号的转导。

2.PI3K激活PKC途径 对抗原和补体片段复合体的识别,使CD21/CD19/CD81共受体复合物与BCR复合物等分子聚集在脂筏中,在Src PTK作用下,CD19胞内段酪氨酸残基发生磷酸化。BCAP是在B细胞特异性表达的衔接蛋白,包含多个酪氨酸,通过SYK和BTK被磷酸化。当B细胞被活化后,PI3K被招募到CD19和BCAP近旁并被激活。PI3K将胞膜脂质PIP2磷酸化为PIP3,位于胞膜内层的PIP3与PLCγ2和BTK结合,使PLCγ2和BTK完全活化。CD19磷酸化还募集和激活LYN。因此,共受体的活化起到放大抗原刺激BCR信号的作用。激活的PI3K也参与对PKC的活化,从而激活NF-κB。NF-κB属于异质二聚体的转录因子家族,在静息的细胞中,NF-κB异二聚体在细胞质中与NF-κB的抑制蛋白IκB结合而存在。细胞一旦被激活,即诱导IκB激酶(IKK),使得IκB被磷酸化。磷酸化的IκB蛋白被蛋白酶所降解,从而释放NF-κB进入核内,结合一系列与免疫功能相关的基因启动子。NF-κB对于许多参与调节固有免疫及适应性免疫功能的蛋白的转录调控是至关重要的。

图8-2 BCR信号转导通路

抗原介导的BCR发生交联成簇后,进入细胞膜的脂筏中,导致Igα/Igβ和CD19、衔接分子BLNK和BCAP以及酪氨酸激酶SYK的磷酸化。BCAP和CD19招募PI3K至细胞膜,继而产生PIP3,通过调节钙流,促进信号转导。PLCγ2与衔接分子BLNK结合,被SYK磷酸化,激活PKC,导致钙流增加,继而通过激活转录因子NFAT和NF-κB,调节B细胞的活化。Grb2与BLNK结合,激活Ras,同时通过GEF蛋白VAV的激活,活化Rac,共同参与激活MAPK通路

3.Ras-MAPK途径 鸟苷酸结合蛋白(简称G蛋白)是Ras-MAP相关信号通路中的重要分子。在B细胞激活中发挥重要作用的小G蛋白主要有Ras和Rac。小G蛋白存在两种状态。如Ras,鸟苷酸置换因子(GEF)能够使与二磷酸鸟苷结合的无活性Ras-GDP转化为与三磷酸鸟苷结合的有活性Ras-GTP。在B细胞,参与小G蛋白Ras活化的主要GEF家族成员是VAV。VAV通过与衔接蛋白Grb-2结合被招募至BLNK,激活Ras,启动ERK和JNK/MAPK通路,在胞核中汇集Fos和Jun,组成转录因子AP-1。Ras-MAP信号途径中GEF的激活主要有3条途径:第一条途径是依赖BLNK募集衔接蛋白SLP-65,两者以复合物的形式再通过VAV来激活Rac。第二条途径是通过GEF家族中的Ras鸟苷释放蛋白(Ras guanyl-releasing protein,Ras-GRP)来使Ras活化。第三条途径是通过CD19介导激活VAV,VAV活化Rac。

(三)信号入核启动转录因子与基因的表达

BCR活化信号传递的终末即激活一系列转录因子,进而转位进入细胞核。转录因子在细胞核内与其调控基因启动子区域中的顺式作用元件或DNA框结合,转录表达相应的基因产物,产生功能效应。如在Ras和ERK的激活下,表达转录因子FOS;在Rac和JNK的激活下,表达转录因子Jun B;在BTK、PLCγ2和PKC-β的激活下,表达NF-κB转录因子等。