第八章 淋巴细胞活化过程中信号转导的分子基础
淋巴细胞是免疫系统中重要的免疫活性细胞，其活化过程的信号转导（signal transduction）及其分子基础极为复杂，是目前分子免疫学及免疫生物学中研究的热点。目前对T淋巴细胞活化过程中信号转导及其分子基础的研究较深入，而对B细胞的研究资料还较缺乏。本章着重介绍T淋巴细胞活化过程中信号转导的分子基础。
所谓信号转导是指外部的信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发出诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能改变的应答过程。信号转导的最终结果是活化了某些蛋白分子，活化后的蛋白发生构型变化，具有了转录因子的功能，它们作用于靶基因，使一些基因打开或使一些基因关闭，从而引起细胞功能的改变。T淋巴细胞活化是一个涉及多种细胞表面受体以及一系列相关多肽的复杂过程。T细胞受体（TCR）提供了识别和结合配体的结构，而多种相关分子则是作为信号转导途径中的介体（mediators）。抗原或T细胞受体（TCR）复合体相应抗体的刺激，激活了T细胞多种信号传导途径，它们各自发挥级联（cascade）反应，调节最初的活化步聚，并将信号转导进入细胞核内，触发在遗传上预先确定的若干个途径中的某一个或几个途径，并诱导T细胞的增殖和分化，从而发挥其效应功能。
目前认为T细胞的活化途径除经典的磷脂酰肌醇（phosphatidylimositol）代谢途径之外，还包括蛋白酪酸激酶途径以及T细胞活化旁路途径。磷脂酰肌醇代谢途径可在T细胞及其它多种细胞类型中发挥作用，通过磷脂酰4，5-二磷酸肌醇（PIP2）的水解以及1，4，5-三磷酸股醇（IP3）和1，2-二酰基甘油（diacylglycerol,DAG）第二信使的形成，导致细胞内钙离子的流动，从而活化丝氨酸-苏氨酸特异的蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）(图8-1)。蛋白酪氨酸激酶途径是一种不同于磷脂酰肌醇代谢途径的新的T细胞活化途径，主要是通过蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine dinase,PTK）以及一些调控PTK的酶而活化T细胞的。T细胞活化旁路途径是指由T细胞表面多种分子参与活化信号传递的途径，在小鼠T细胞参与旁路途径活化的表面分子有Ly-6、Thy-1和Qa-2；有人类有CD2、CD5、CD28、CD55、CD59、CD73和VLA-5（CD49e/CD29）等。酪氨酸磷酸化及去磷酸化是T细胞淋巴活化过程中重要的早期事件，并受到多种酶的控制，这些酶通过与T细胞活化过程中的其它分子的密切联系，一起控制淋巴细胞活化过程中的信号转导。
T淋巴细胞活化通常需要克隆型TCR（clonotypic TCR）同抗原提呈细胞（APC）表面主要组织相容性复合体（MHC）分子所提呈抗原多肽相互作用。TCR/CD3复合物中TCR提供特异性结合抗原的结构，CD3分子参与受体的装配及信号传递。目前认为，在TCR/CD3结合抗原后可以导致一个或多个与之相关PTKs的活化，随后发生多种底物酪氨酸磷酸化以及磷酶Cγ1（phospholipase C γ1,PLCγ1)的活化，后者使PIP2水解形成DAG和IP3，这些第二信使可引起细胞内钙离子尝试突然升高，最后导致T细胞的活化增殖。经TCR介导信号传递过程中涉及到许多相关分子，主要包括TCR/CD3复合体、G蛋白、PTKs、蛋白酷氨酸磷酸酯酶（protein tyrosine phosphatase,PTPase）、PLC以及PKC等。
图8-1 磷脂酰肌代谢途径（模式图）
注：抗原与TCR结合后可激活磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C，随后它作用于PIP2，使之产生IP3和DAG。IP3和A23187可使细胞内钙离子浓度升高；DAG和TPA可以激活PKC。
TCR：T cell receptor,T细胞受体
PLC：phospholipase C,磷脂酶C
PI：inositol phospholipids,磷脂酰肌醇
PIP2:phosphatidyl inositol P2,磷脂酰肌醇二磷酸
IP3:inositol P3,肌醇三磷酸
PKC：protien kinase C,蛋白激酶C
DAG:diacylglycerol,二酰基甘油
A23187:钙离子载体
TPA:12-0-tetradecanoyl phordol-13-acetate,乙酸豆寇佛波酯
PI-PIC，磷脂酰肌醇特异性的磷脂酶C
第一节 TCR/CD3复合体
TCR/CD3复合体中的两个多态型亚单位（TCRαβ或TCRγδ）主要功能是识别结合MHC分子的抗原，而胞浆区非常短；CD3分子的主要功能是参与TCR/CD3复合体的装配和稳定以及信号转导（表8-1）。CD3分子亚单位的胞浆内部分含有一个共同的序列，即D/EX2YX2L/IX8YX2L/I，其中含有两个YXXL/I结构。由于其序列同淋巴细胞抗原识别后淋巴细胞的活化及信号转导关系密切，因而把此序列称为抗原识别活化基序（antigen recognition acivation motifs,ARAMS）其中含有两个YXXL/I结构。由于其序列同淋巴细胞抗原识别后淋巴细胞的活化及信号转导关系密切，因而把此序列称为抗原识别活化基序（antigen recognition activation motifs,ARAMS）。其中CD3γ、ε、δ各含一个ARAM，η链含二个，ζ链含三个。此外，在B细胞受体（b cell receptor ,BCR）α链（Igα、CD79a）和β链（Igβ、CD79b）、FcγRⅢ以及Fcεr I的γ链、FcεR I β链等中也含有类似结构的ARAM。经突变及嵌合分子等研究证实，ARAM是TCR信号转导的结构基础，单独分离的ARAM能够转TCR介导的信号。TCR与抗原结合后可激活一些PTKs，包括TCR相连的p59fyn、ZAP-70（ζassociated protein-70)、CD4/CD8相连的p56lck以及其它src相关的PTKs（图8-2），随后引起多种底物的酪氨酸磷酸化。
图8-2 TCR与抗原结合后导致一些激酶的活化
目前证实TCR激活的PTKs底物有原癌基因产物Vav、42kDa的微管相关蛋白激酶（Mi-crotubule-associated protein kinase,MAPK）、PLCγ1及CD3ζ链（图8-3）。这些磷酸化的蛋白在信号转导中具有重要作用。
TCR/CD3复合体根据结构特点可分为三组：（1）两个多态型亚单位即TCRβ或TCRγδ，属免疫球蛋白超家族成员，各含有一个V区和一个C1区；（2）CD3γ、δ和ε链，亦属免疫球蛋白超家族成员，各含有一个C2区；（3）ζ和η链，胞膜外区很短，不属于免疫球蛋白超家庭的成员（图8-4）。
图8-3 TCR同抗原结合后所引起的PTKs底物磷酸化
一、TCRαβ和TCRγδ
TCRαβ和TCRγδ中两个多态型亚单位具有类似免疫球蛋白可变区（V）和恒定区（C）的结构域，其中V区能同抗原特异地结合。αβ或γδ链通常以异源二聚体形式表达在T细胞表面，成熟的T淋巴细胞根据其细胞表面表达的异源二聚体受体类型不同可分为两个亚群：TCRαβ亚群，包括大多数的外周成熟T细胞；TCRγδ亚群，主要是定居在组织上皮中大多数淋巴细胞。
(一)TCRαβ
CD4阳性TCRαβ T细胞可识别非已MHCⅡ类抗原（同种异体抗原）或自身MHCⅡ类抗原与外来抗原复合物。CD8阳性TCRαβT细胞则可识别非已MHC I类抗原或自身MHC I类抗原与外来抗原的复合物。α链分子量44-60kDa，等电点为4.4-4.7；β链40-55kDa，等电点6.0-6.2。α和β链各由一个可变区（V区）和一个恒定区（C区）组成，与Ig的V区和C区大小相似。每个功能区系由二硫键相连的50-60氨基酸残基组成的环肽。此外还有一个穿膜区和一个烄短的含亲水氨基酸的胞浆部分（5个氨基酸残基）。α和β链的连接肽（connecting peptide）处由二硫键连接为双体。在空膜部分各含一个赖氨酸，可能同CD3中γ、ε和δ键穿膜部分的天冬氨酸或谷氨酸形成盐桥，与TCR信号通过CD3传递有关。
（二）TCRγδ
γ链分子量为40-60kDa，δ链为40-60kDa，γ与δ链由非共价键相连。在小鼠和部分人的TCR中，γ和δ也可由二硫键相连接，这种二聚体中γ和δ链分子量分别为36-40kDa和43kDa。