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細(xì)胞和分子免疫學(xué):第一節(jié) TCR/CD3復(fù)合體

TCR/CD3復(fù)合體中的兩個多態(tài)型亞單位(TCRαβ或TCRγδ)主要功能是識別結(jié)合MHC分子的抗原,而胞漿區(qū)非常短;CD3分子的主要功能是參與TCR/CD3復(fù)合體的裝配和穩(wěn)定以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(表8-1)。CD3分子亞單位的胞漿內(nèi)部分含有一個共同的序列,即D/EX2YX2L/IX8YX2L/I,其中含有兩…

TCR/CD3復(fù)合體中的兩個多態(tài)型亞單位(TCRαβ或TCRγδ)主要功能是識別結(jié)合MHC分子的抗原,而胞漿區(qū)非常短;CD3分子的主要功能是參與TCR/CD3復(fù)合體的裝配和穩(wěn)定以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(表8-1)。CD3分子亞單位的胞漿內(nèi)部分含有一個共同的序列,即D/EX2YX2L/IX8YX2L/I,其中含有兩個YXXL/I結(jié)構(gòu)。由于其序列同淋巴細(xì)胞抗原識別后淋巴細(xì)胞的活化及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)系密切,因而把此序列稱為抗原識別活化基序(antigen recognition acivation motifs,ARAMS)其中含有兩個YXXL/I結(jié)構(gòu)。由于其序列同淋巴細(xì)胞抗原識別后淋巴細(xì)胞的活化及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)系密切,因而把此序列稱為抗原識別活化基序(antigen recognition activation motifs,ARAMS)。其中CD3γ、ε、δ各含一個ARAM,η鏈含二個,ζ鏈含三個。此外,在B細(xì)胞受體(b cell receptor ,BCR)α鏈(Igα、CD79a)和β鏈(Igβ、CD79b)、FcγRⅢ以及Fcεr I的γ鏈、FcεR I β鏈等中也含有類似結(jié)構(gòu)的ARAM。經(jīng)突變及嵌合分子等研究證實,ARAM是TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),單獨分離的ARAM能夠轉(zhuǎn)TCR介導(dǎo)的信號。TCR與抗原結(jié)合后可激活一些PTKs,包括TCR相連的p59fyn、ZAP-70(ζassociated protein-70)、CD4/CD8相連的p56lck以及其它src相關(guān)的PTKs(圖8-2),隨后引起多種底物的氨酸磷酸化。

圖8-2 TCR與抗原結(jié)合后導(dǎo)致一些激酶的活化

目前證實TCR激活的PTKs底物有原癌基因產(chǎn)物Vav、42kDa的微管相關(guān)蛋白激酶(Mi-crotubule-associated protein kinase,MAPK)、PLCγ1及CD3ζ鏈(圖8-3)。這些磷酸化的蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用。

TCR/CD3復(fù)合體根據(jù)結(jié)構(gòu)特點可分為三組:(1)兩個多態(tài)型亞單位即TCRβ或TCRγδ,屬免疫球蛋白超家族成員,各含有一個V區(qū)和一個C1區(qū);(2)CD3γ、δ和ε鏈,亦屬免疫球蛋白超家族成員,各含有一個C2區(qū);(3)ζ和η鏈,胞膜外區(qū)很短,不屬于免疫球蛋白超家庭的成員(圖8-4)。

圖8-3 TCR同抗原結(jié)合后所引起的PTKs底物磷酸化

一、TCRαβ和TCRγδ

TCRαβ和TCRγδ中兩個多態(tài)型亞單位具有類似免疫球蛋白可變區(qū)(V)和恒定區(qū)(C)的結(jié)構(gòu)域,其中V區(qū)能同抗原特異地結(jié)合。αβ或γδ鏈通常以異源二聚體形式表達(dá)在T細(xì)胞表面,成熟的T淋巴細(xì)胞根據(jù)其細(xì)胞表面表達(dá)的異源二聚體受體類型不同可分為兩個亞群:TCRαβ亞群,包括大多數(shù)的外周成熟T細(xì)胞;TCRγδ亞群,主要是定居在組織上皮中大多數(shù)淋巴細(xì)胞。

(一)TCRαβ

CD4陽性TCRαβ T細(xì)胞可識別非已MHCⅡ類抗原(同種異體抗原)或自身MHCⅡ類抗原與外來抗原復(fù)合物。CD8陽性TCRαβT細(xì)胞則可識別非已MHC I類抗原或自身MHC I類抗原與外來抗原的復(fù)合物。α鏈分子量44-60kDa,等電點為4.4-4.7;β鏈40-55kDa,等電點6.0-6.2。α和β鏈各由一個可變區(qū)(V區(qū))和一個恒定區(qū)(C區(qū))組成,與Ig的V區(qū)和C區(qū)大小相似。每個功能區(qū)系由二硫鍵相連的50-60氨基酸殘基組成的環(huán)肽。此外還有一個穿膜區(qū)和一個烄短的含親水氨基酸的胞漿部分(5個氨基酸殘基)。α和β鏈的連接肽(connecting peptide)處由二硫鍵連接為雙體。在空膜部分各含一個賴氨酸,可能同CD3中γ、ε和δ鍵穿膜部分的天冬氨酸或谷氨酸形成鹽橋,與TCR信號通過CD3傳遞有關(guān)。

(二)TCRγδ

γ鏈分子量為40-60kDa,δ鏈為40-60kDa,γ與δ鏈由非共價鍵相連。在小鼠和部分人的TCR中,γ和δ也可由二硫鍵相連接,這種二聚體中γ和δ鏈分子量分別為36-40kDa和43kDa。

二、CD3γ、δ和 ε鏈

CD3ε、γ和δ鏈的cDNA序列分析表明,它們都屬于I型跨膜蛋白,都含有一個約有50氨基酸殘基組成的類似免疫球蛋白胞外功能域,編碼這些肽鏈的基因密切連鎖,可能起源于同一祖先基因。在復(fù)合體中,CD3γ、δ和ε以二種非共價鍵形式γε和δε異源二聚體存在。

ε鏈分子量為20-25kDa,從編碼ε cDNA推算出多肽鏈的結(jié)構(gòu),包括氨基端104個親水性氨基酸,穿膜部分為26個氨基酸殘基,胞漿內(nèi)為81個氨基酸殘基。編碼ε基因與δ鏈基因連鎖在一起。研究表明,ε鏈胞漿內(nèi)功能域的缺失不會導(dǎo)致明顯的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙,且缺乏ε鏈的TCDR/CD3復(fù)合體足以產(chǎn)生抗原介導(dǎo)的細(xì)胞活化和IL-2的產(chǎn)生。但通過構(gòu)建嵌合分子進(jìn)行基因轉(zhuǎn)染試驗證實,在缺失ζ鏈的淋巴細(xì)胞中,ε鏈胞漿功能域可以轉(zhuǎn)導(dǎo)淋巴細(xì)胞活化信號。另外,ε和ζ胞漿功能域活化T細(xì)胞可引起不同方式的蛋白磷酸化,提示ε和ζ亞單位可www.med126.com能涉及到兩種不同的獨立的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)生化途徑。目前研究發(fā)現(xiàn),ε鏈主要介導(dǎo)抗原或超抗原(superantigen)的活化信號;ζ鏈除介導(dǎo)抗原的活化信號外,還可介導(dǎo)經(jīng)淋巴細(xì)胞表面分子(如CD2)以及致有絲分裂原(如PHA、PMA)所產(chǎn)生的活化信號。

三、CD3ζ和η鏈

從基因水平研究發(fā)現(xiàn),ζ和η鏈?zhǔn)峭换虻膬煞N不同的拼接形式。ζ鏈由前1-8外顯子編碼,而η鏈?zhǔn)乔?-7加上第9外顯子編碼。在遺傳和結(jié)構(gòu)上,與CD3γ、ε和δ三個亞單位不同,ζ和η鏈只有一個短的細(xì)胞外功能域(9個氨基酸殘基)。ζ和η鏈在氨基酸水平的主要差異存在胞漿內(nèi),η鏈比ζ鏈多42個氨基酸殘基,但缺少www.med126.com6個潛在的酪氨酸殘基磷酸化位點中的一個。沁ζ、η和Fcεr Iγ多肽鏈共同表達(dá)于同一個細(xì)胞時,一個ζ亞單位可同ζ、η或Fcεr Iγ三個亞單位中的任何一個通過二硫鍵形成三種不同的二致辭體如ζ-ζ、ζ-η或ζ-Fcεγ(Ige Fc I型受體γ鏈),因此有人將ζ、η和FcεR Iγ鏈稱之為ζ家族(ζfamily)。以TCRαβ多態(tài)型為例,可有TCRαβγεδεζζ或TCRαβγεδεηζ不同組合的TCR/CD3復(fù)合物,并可能共同存在于同一個細(xì)胞表面,把某一抗原與不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑連接起來。

(一)ζ鏈

ζ鏈絕大多數(shù)以同源二聚體即ζ-ζ形式存在,僅有10%以異源二聚體(ζ-η)形式存在。ζ鏈?zhǔn)且环N高度保守的結(jié)構(gòu),分子量為10kDa,從小鼠ζ鏈的cDNA推算出信號肽21個氨基酸殘基,胞膜外區(qū)為9個氨基酸殘基,穿膜區(qū)21個氨基酸殘基,胞漿區(qū)113個氨基酸殘基。目前已知,ζ鏈?zhǔn)且环N受體激活的蛋白酪氨酸激酶底物,當(dāng)受體與配體結(jié)合后,ζ鏈很快發(fā)生酪氨酸磷酸化,參與淋巴細(xì)胞活化信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。用基因轉(zhuǎn)染方法證實,ζ鏈胞漿內(nèi)功能域具有將受體結(jié)合與細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑連接起來的功能。目前發(fā)現(xiàn),ζ鏈并非為TCR/CD3復(fù)合體所特有,它可以不依賴CD3的其它亞單位而存在于NK中,并同F(xiàn)cζγRⅢ(CD16)相連。此外,在TCR觸發(fā)后,ζ鏈可以同一胞漿內(nèi)稱為ζ鏈相關(guān)蛋白70(ZAP-70)相結(jié)合,AP-70為一種胞漿內(nèi)具有PTK活性的信號蛋白,含有兩個SH-2(srchomology region 2,SH-2)結(jié)構(gòu)域以及一個與豬脾中PTK syk相關(guān)的激酶結(jié)構(gòu)域,ZAP-70分子中SH-2與ζ鏈中磷酸化的酪氨酸殘基相結(jié)合,ζ鏈的酷氨酸磷酸化是由p59fyn或p56lck催化所致。

(二)η鏈

小鼠η鏈分子量為21kDa,可與ζ以異源二聚體形式存在。在人體細(xì)胞中至今還缺乏分子水平的證據(jù)來證明η蛋白產(chǎn)物及其在細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄物的存在。采用不同探針在體外進(jìn)行核糖核酸酶保護(hù)試驗證明,人及某些哺乳動物有η樣區(qū)產(chǎn)物表達(dá),對其序列分析表明,η樣區(qū)產(chǎn)物是ζ基因經(jīng)選擇拼接后所產(chǎn)生,但在人類η樣區(qū)表達(dá)水平很低,僅有ζmRNA水平的0.25%.不同物種η樣區(qū)基因在核苷酸水平高度保守,但由于讀框改變使得它們在氨基酸水平無明顯同源性。

表8-1 T細(xì)胞抗原受體復(fù)合體中的蛋白多肽

名稱功能分子量(kDa)多聚體形成特點
TCRα作為MHC-Ag復(fù)合體識別受體的肽鏈45~6044~55α βIGSF成號;基因重排;CD4+或CD8+T細(xì)胞
TCRβ作為MHC-Ag復(fù)合體識別受體的肽鏈40~5040~55α βIGSF成員;基因重排;CD4+或CD8+T細(xì)胞
TCRγ作為MHC-Ag復(fù)合體識別受體的肽鏈45~6045~60γδ或γγIGSF成員;基因重排;為CD4-CD8-T細(xì)胞
TCRδ作為MHC-Ag復(fù)合體識別受體的肽鏈40~6040~60γ δIGSF成員;基因重排;主要為CD4-CD8-T細(xì)胞
TCRγ作為αβ和γδTCDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子25~2821 IGSF成員;絲氨酸殘基磷酸化
TCRδ作為αβ和γδTCDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子2028 IGSF成員;絲氨酸殘基磷酸化
TCRε作為αβ和γδTCDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子2025 IGSF成員;絲氨酸殘基磷酸化
TCRζ作為αβ和γδTCDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子1616ζζ或ζη酪氨酸殘基磷酸化
TCRη作為αβ和γδTCDR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子?21ζη 
TCRψ參與胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)2828 不表達(dá)在細(xì)胞表面
(或TRAP)CD3分子的裝配   TCR/CD3復(fù)合體中

注:TRAP:T cell receptor-associated protein,T細(xì)胞受體相關(guān)蛋白

IGSF:immunoglobulin superfamily,免疫球蛋白超家族

在T細(xì)胞成熟過程中,TCR/CD3復(fù)合體中任何一個亞單位缺陷,可能導(dǎo)致細(xì)胞功能低下,甚至引起臨床癥狀。TCR/CD3復(fù)合體形成過程通常是按以下順序進(jìn)行的;首先CD3γ、δ和ε三種肽鏈通過形成γ-ε和δ-ε兩種異源二聚體成為穩(wěn)定的復(fù)合物核心,TCRαβ(或TCRγδ)與之結(jié)合,隨后ζ-ζ或ζ-η二聚體同TCRαβ(或γδ)/CD3γεδε復(fù)合物結(jié)合,最后轉(zhuǎn)移到T細(xì)胞表面。CD3γ和δ的缺陷可能影響TCR/CD3復(fù)合物的裝配和表達(dá)。γ-TCRID(TCr immunodeficiencies)患者的TCR/CD3復(fù)合物在外周血T細(xì)胞膜中的表達(dá)較正常人低兩倍,可發(fā)生腹瀉和致命性病毒性肺炎。ε-TCRID患者的TCR/CD3復(fù)合物在外周血T細(xì)胞膜中表達(dá)較正常人低10倍,但這些患者的臨床癥狀較輕微,提示患者T細(xì)胞表達(dá)的TCR/CD3的功能基本是正常的。

組成TCR/CD3復(fù)合體的分子以及這些分子在一系列生化事件中將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)核內(nèi)方面的研究也取得很大進(jìn)展。TCR通過兩種或更多不同的獨立的途徑中某一途徑傳遞信號,取決于被選擇的TCR/CD3和/或TCR/CD3相關(guān)分子的活化,這些分子在某個途徑起作用,并決定著細(xì)胞所獲得的效應(yīng)功能的轉(zhuǎn)歸。TCRαβ或γδ克隆型異源二聚體,能同CD4或CD8復(fù)合體分子相連,并可具有CD3中ζ-ζ、ζ-η甚至ζ-γ二聚體蛋白,在同一個T細(xì)胞中可以表達(dá)一種類型以上TCR分子。不同TCR以及它們相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑反映了:(1)存著許多功能上不同的T細(xì)胞亞群;(2)分化的T細(xì)胞對在不同途徑中的所需要的條件取決于它們分化的不同階段。例如:抗原刺激可以誘導(dǎo)某個分化階段T細(xì)胞發(fā)生增殖,對另外一群T細(xì)胞可能誘導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡,而在T細(xì)胞第三亞群中可能誘導(dǎo)免疫無反應(yīng)性。另外,單獨一個成熟T細(xì)胞在免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮輔助功能或細(xì)胞毒作用,可能同選擇與相應(yīng)受體相連幾種信號傳遞途徑的不同有關(guān)。

由于分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的應(yīng)用,TCR/CD3中新成員以及它們相關(guān)分子方面的研究獲得了相當(dāng)大的進(jìn)展。但是,還不能回答關(guān)于抗原刺激如何選擇幾種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的某一種,以及它們在每個途徑中起何作用,因此,涉及到經(jīng)TCR途徑信號轉(zhuǎn)

導(dǎo)的新分子及其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步鑒定和闡明。

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