天然免疫如何通过树突状细胞调节获得性免疫

Toll样受体(TLRs)作为一种重要的模式识别受体(PRRs)，主要表达于巨噬细胞和树突状细胞(DCs)表面。选择性识别病原体相关分子模式(PAMPs)构成了免疫系统抵抗病原体入侵的第一道屏障。TLR是多种生物中高度保守的I型跨膜蛋白，在哺乳动物中已发现并克隆了12种。一旦确定了病原体的特定分子结构，TLR就会激活其下游的一系列信号通路，并激活天然免疫细胞产生炎症细胞因子和ⅰ型干扰素。TLR不仅启动天然免疫反应并控制炎症反应的性质、强度和持续时间，还通过上调DC表面的MHCⅱⅱ类分子和* * *刺激分子促进DC的成熟 引导抗原特异性免疫应答特别是Th1应答的产生，调节获得性免疫应答的强度和类型，从而成为连接初始免疫应答和获得性免疫应答的桥梁。 TLR信号的过度激活或激活不足将导致身体功能异常和疾病。许多其他信号通路参与TLR信号的严格调节。因此，深入研究TLR信号转导调控具有重要的理论意义和应用价值。作为细胞内第二信使之一，Ca2+调节许多重要的生理过程。钙/钙调素依赖性蛋白激酶ⅱ(CaMKII)是一种位于钙信号下游的多功能丝/苏氨酸蛋白激酶，广泛分布于大多数重要器官和组织中。它由四个独立的基因α、β、γ和δ编码，有不同的剪切，从而产生多达24种不同的亚型。CaMKII有许多底物，如转录因子CREB、ATF等信号分子p56Ick、SHP-2、STAT1等。CaMKII可以调节机体的许多重要生理功能，如突触信号传递、记忆、物质代谢、肌肉收缩、基因表达和细胞周期调节等。最近的研究表明，CaMKII在免疫系统中起着重要的调节作用，如T细胞活化和记忆、DC成熟和抗原呈递。已证实LPS(TLR4配体)刺激小鼠巨噬细胞胞质内的钙流，这在LPS诱导的TNF-α的产生中起重要作用。一些研究还表明，CaMKII可以增强由血小板活化因子(PAF)预刺激的THP-1细胞中由LPS诱导的TNF-α的产生。这些研究表明，Ca2+和CaMKII可能参与了TLR4信号。然而，钙和CaMKII在TLR配体诱导的炎症细胞因子和I型干扰素产生中的作用，以及Ca2+/CaMKII信号通路和TLR信号通路的相互作用及其相关机制仍不清楚(问题1)。MicroRNAs(miRNAs)是一种大量的内源性非编码小RNA，参与许多生理和病理过程。MiRNAs在免疫系统功能的调节中起着重要的作用，包括调节巨噬细胞对外来病原体的初始免疫反应、淋巴细胞的发育、分化和功能等。然而，关于miRNA调控DC成熟和功能的报道很少。由于CaMKII已被证实在DC的成熟和功能中起重要作用，而关于miRNA和CaMKII的研究目前尚未见报道，我们想探索是否存在miRNA，哪些miRNA能在DC的成熟和激活中起调节作用，并通过直接作用于CaMKII刺激T细胞的增殖(问题2)。以往的研究表明，抗原刺激可以诱导DC胞质内钙电流的增加，钙和CaMKII都可以调节DC MHCⅱ类分子的表达，说明Ca2+/CaMKII与MHCⅱ类分子之间存在相互调节作用。但MHCⅱⅱ分子被抗原以外的分子交联后是否能诱导CaMKII的活化尚不清楚(问题3)。MHCⅱⅱ类分子主要表达在DC、单核巨噬细胞、B淋巴细胞等专业抗原呈递细胞上，这些细胞是对外来病原体成分等危险信号的主要感知细胞。有研究表明，MHCⅱⅱ类分子可以介导逆向信号，影响和调节免疫细胞的许多生理过程。基于此，尚不清楚MHCⅱⅱ类分子是否能诱导危险信号或调节危险信号触发的免疫反应(问题4)。我们对上述四个科学问题及其可能的内在联系进行了系统研究，并从四个方面探讨了CaMKII、靶向CaMKII的miRNA和MHCⅱ类分子的相互作用，以及TLR引发的巨噬细胞和树突状细胞之间自然免疫反应的调控和机制。1.钙/钙调素依赖性蛋白激酶ⅱ对TLR引发的巨噬细胞天然免疫反应的调节及机制研究。在硕士论文的研究中，我们发现LPS、CpG ODN和Poly (I: C)(分别为TLR4、TLR9和TLR3配体)能显著诱导CaMKlI的活化，表现为CaMKII(T286)磷酸化的增加和激酶活性的提高。同时，CaMKII特异性抑制剂KN62对CaMKII活性的抑制，可显著减少TLR4、9、3配体诱导的炎症细胞因子IL-6、TNF-α、IFN-β的产生，其下游信号机制是通过抑制MAPK、NF-κB、IRF3介导的。综上所述，TLR配体可以诱导巨噬细胞释放胞内钙，激活CaMKII。激活的CaMKII可以直接结合、磷酸化和激活TLR信号中重要的信号分子TAK1和IRF3，从而增强下游信号通路的激活，从而增强TLR配体诱导的炎症细胞因子IL-6、TNF-α和I型干扰素的产生，表明Ca2+/CaMKII信号通路和TLR。这部分研究发现了CaMKII及其靶分子新的免疫调节功能，也丰富了TLR信号转导调控的研究内容，有助于进一步了解机体抵抗外来病原体时的免疫反应及其精细调控机制。第二，靶向CaMKII的miR-148/152对树突状细胞成熟和功能的影响。DC的成熟和激活是初始免疫反应和获得性免疫反应的重要基础，许多调节因子参与维持DC的稳态。先前的研究表明，CaMKII也是DC成熟和功能的重要调节者。抑制CaMKII活化可以下调DC表面MHCⅱⅱ类分子的表达、IL-12和IFN-γ的分泌以及CD4+T细胞的增殖。我们以前的研究表明，CaMKII可以增强TLR配体诱导的炎性细胞因子IL-6、TNF-α和I型干扰素的产生。既然DC也表达了CaMKII，DC的TLR信号也应该受到CaMKII的积极调控。综上所述，miR-148/152通过作用于靶分子CaMKII-α，负性调节TLR配体触发的DC的初始免疫反应和抗原提呈功能。MiR-148/152是一种新的DC成熟和功能的负性调节因子，为免疫反应的调节提供了另一种新途径。三、Ca2+/CaMKII与MHCⅱⅱ分子的相互调节以前的研究表明，抗原刺激可以诱导DC细胞质内钙流的增加，上调的钙信号是DC成熟和发挥功能所需要的重要因素。CaMKII可以调节DC MHC ⅱ分子的表达，抑制CaMKII的激活不仅可以增加MHCⅱ分子的溶酶体转运和降解，还可以抑制MHCⅱmRNA的转录和稳定性。但是，MHCⅱⅱ类分子被抗原以外的分子交联引起的胞质钙流和CaMKII的激活，目前还不清楚。我们发现，通过siRNA降低DC CaMKII的表达，可以显著抑制LPS诱导的DC表面MHCⅱ类分子的上调，而将DC表面MHCⅱ类分子与抗体交联，可以增强LPS诱导和未诱导的CaMKII的激活。第四，MHCⅱ类分子的反向信号促进TLR触发巨噬细胞和树突状细胞之间的天然免疫反应及其机制。目前，对MHCⅱ类分子非经典功能的研究很少。既然MHCⅱ类分子和TLR主要在专业抗原提呈细胞中表达，那么我们能否想象MHCⅱ类分子是否可以诱导或辅助感知危险信号，或者对危险信号刺激的免疫反应有调节作用？我们利用基因敲除小鼠和RNA干扰技术研究了这个问题。与野生型小鼠(MHCⅱ+/+/+)相比，MHCⅱ-/-缺陷型小鼠腹腔巨噬细胞和骨髓来源的DC经LPS、CpG ODN和Poly (I: C)刺激后，显著降低IL-6、TNF-α、IL-12和IFN-β。在干扰巨噬细胞和DC中MHCⅱ类分子的表达后，TLR配体诱导的上述细胞因子的分泌也明显减少。总之，我们研究了CaMKII、miR-148/152靶向CAMKIIα和MHC ⅱ分子的相互作用，及其对TLR信号转导的调控和相关机制，证明cam kii和MHC ⅱ分子是抗原提呈细胞-巨噬细胞和DC TLR信号充分激活所必需的。同时，我们发现了一个新的能够调节DC成熟和功能的miRNA(miR-148/152)，揭示了CaMKII和MHCⅱⅱ这两个重要分子在两个主要的抗原提呈细胞——巨噬细胞和DC中可以相互调节，从而* * *参与维持免疫系统的平衡和稳定。该研究结果拓宽了人们对MHCⅱⅱ类分子性质和功能的认识，丰富了TLR免疫识别及其调控机制的研究内容，有望为免疫相关疾病的发病机制和治疗研究提供新的启示。