P－选择素／P－选择素糖蛋白配体－1与骨髓祖细胞胸腺归巢

张 琳，郝选明，邓树勋，肖 鹏

（华南师范大学a.生命科学学院，b.体育科学学院，广州 510631）

P－选择素／P－选择素糖蛋白配体－1与骨髓祖细胞胸腺归巢

张 琳a，郝选明b，邓树勋b，肖 鹏a

（华南师范大学a.生命科学学院，b.体育科学学院，广州 510631）

骨髓衍生的祖细胞归巢入胸腺是T细胞发育必需的过程，因为胸腺不包含具有自我更新能力的造血干细胞，它需要从血液中添补祖细胞，此过程依赖多级细胞粘附分子和趋化因子的衔接.细胞粘附分子选择素和它的配体PSGL－1在淋巴样祖细胞归巢入胸腺的过程中发挥重要作用.综述了选择素／配体PSGL－1的生物学特征及其相互作用对骨髓祖细胞胸腺归巢及胸腺－骨髓反馈环的影响和作用机制.

P－选择素／P－选择素糖蛋白配体－1；骨髓；祖细胞归巢；胸腺

T细胞在胸腺发育中有着重要作用，然而胸腺不含有长期自我更新的祖细胞，但是T细胞增殖必须依靠骨髓造血祖细胞，因此，祖细胞只有通过血流周期性地输入到胸腺来维持［1，2］.目前对祖细胞进入胸腺的分子基础的理解还不充分.这一过程可能类似于成熟白细胞的归巢，它包括选择素介导对脉管内皮的弱粘附，伴随趋化因子信号，通过整合素的强粘附以及血细胞渗出等［3，4］.一些粘附分子如淋巴细胞功能相关抗原1，α4β1，α5β1，胸腺细胞标志CD44等在胸腺细胞发育的迁移中是必需的化合物［5，6］.P－选择素（P－selectin）是细胞黏附分子选择素家族的重要成员，P－选择素介导的细胞粘附是机体正常防御和生理止血得以存在和维持的重要基础.近年的研究表明，P－选择素及其配体与骨髓祖细胞胸腺归巢的发生发展密切相关.

1 P－选择素的结构与生物学特性

选择素（Selectin）属于细胞粘附分子（Cell adhesion molecule，CAM）家族，介导血循环细胞与细胞之间和细胞与血管内皮之间的粘连反应.Selectin包括3种亚类分子：L－selectin、E－selectin和P－selectin，它们主要在活化的白细胞、血小板和内皮细胞上表达，介导白细胞与血小板、白细胞与内皮细胞和血小板与内皮细胞之间的粘连反应.

P－selectin亦称 GMI－140，CD62P或血小板活化依赖颗粒表面膜蛋白（PADCEM）.P－selectin最早发现在活化的血小板上［7］，后来发现其亦可在活化的内皮细胞合成中表达［8］.P－selectin存在于血小板的α颗粒和内皮细胞棒管状 Weibel－Palade小体内，在凝血酶、组胺、补体C5b9等刺激下，α颗粒和棒状小体膜迅速与细胞膜融合而在细胞膜上表达［9］.P－selectin是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，相对分子质量为1.4×105，由789个氨基酸残基组成，分为5个结构域：N端的C型凝集素结构域（是主要识别和结合配体的位点），表皮生长因子结构域，9个补体调节蛋白重复序列，C端的跨膜结构域，胞浆短尾结构域等.人的P－selectin基因定位于1q21—24.膜上P－selectin主要以寡聚体及二聚体形式存在.P－selectin分2种类型：一种为可溶性P－selectin，不含跨膜区域，呈现为一种血浆可溶解状态；另一种为跨膜P－selectin.跨膜P－selectin表达于血小板和内皮细胞上，与中性粒细胞、单核细胞上的抗原结合，介导白细胞在内皮上粘附、滚动、聚集及活化并释放炎症递质，参与炎症过程；它还参与了淋巴细胞的再循环，促进淋巴细胞归巢.可溶性P－selectin可以竞争性抑制白细胞表面的受体与跨膜P－selectin结合，从而阻止白细胞粘附、活化，是机体重要的反馈机制.可溶性P－selectin反映了内皮细胞和血小板P－selectin的表达，可作为P－selectin上调／下调的标志.由于跨膜P－selectin表达的时间仅数分钟甚至数秒，因而常常通过测定血浆可溶性P－selectin的浓度来判断P－selectin的表达.

静止的内皮细胞不表达或低水平表达P－选择素，当其受到凝血酶、组胺、肿瘤坏死因子等激活后，静息的血小板和内皮细胞很少表达P－选择素，在凝血酶、组胺、肿瘤坏死因子－α（tumor necrosis factor－α，TNF－α）、白 介 素－1β（interferon－1β，IL－1β）、脂多糖（lipopolysacchride，LPS）、氧自由基、补体C5a、高血糖等刺激下，发生脱颗粒反应，颗粒膜与细胞膜迅速融合，可使已储存的P－选择素于数分钟内在细胞表面表达［10］，从而介导白细胞的俘获，并顺血流方向沿内皮细胞表面向损伤部位滚动，这是白细胞牢固黏附和移行外渗的最初亦是最关键的阶段.

2 P－选择素的配体

P－选择素有多种配体，包括P－选择素糖蛋白配体－1（P－selectin glycoprotein ligand 1，PSGL－1 或CD162），LewisX抗原，sialyl－Lew－X，硫酸糖脂和脑硫脂等［11］.P－选择素分子识别的配体都是一些寡糖基团，它们可以存在于多种糖蛋白或糖脂分子上，主要分布于多种细胞表面，具Ca2＋依赖性，介导白细胞和内皮细胞、血小板粘附反应及在血管内皮上的滚动.

PSGL－1是一种Ⅰ型膜结构蛋白，由2个相同的粘蛋白样亚基通过二硫键构成，相对分子质量为2.40×105.PSGL－1属于唾液酸粘蛋白家族，在大多数T淋巴细胞、外周单核细胞以及中性粒细胞上表达［12］.构效研究表明，P－选择素和PSGL－1的高亲和力结合与 PSGL－1结构中SLex（Sialyl Lewisx）O－链接型聚糖及硫酸化酪氨酸（包括 Tyr7，Tyr10的硫酸化）的存在密切相关.P－选择素和PSGL－1的相互作用可以介导白细胞在活化内皮细胞上的滚动及活化血小板在白细胞周围的异型聚集（heterotypic aggregation）［13］.

研究表明，PSGL－1能完成P－选择素所有的生理学意义上的功能，因此PSGL－1是目前发现的最具特征的P－选择素配体.PSGL－1的单克隆抗体PL－1能完成阻断由P－选择素介导的人类中性粒细胞的滚动［14］，它也是P－选择素刺激T细胞的主要配体［15］.体内和体外实验都表明，虽然PSGL－1结构中的SLex在细胞表面的表达不到1%，但它与P－选择素的结合对于中性粒细胞和淋巴细胞的发展是必需的［16］.

3 P－选择素／PSGL－1对骨髓祖T细胞胸腺归巢的作用

P－选择素在胸腺内皮组织和骨髓的淋巴祖细胞中表达，是淋巴样祖细胞归巢入胸腺必需的化合物.血管内多级粘附级联的基本活动首先是借助于毛细血管后微静脉圈合和滚动快速流动的粒细胞.这一步骤最重要的粘附分子是选择素和它们的糖蛋白配体.联体结合、竞争性胸腺重建和短期归巢分析都表明，P－选择素和它的配体PSGL－1是胸腺归巢过程的主要功能性组成部分.与野生型小鼠相比，实验中胸腺缺乏PSGL－1会导致含有较少的早期胸腺祖细胞和增加前胸腺细胞的空位（empty niches），而且，定居胸腺祖细胞的数量控制胸腺表达P－选择素，这提示P－选择素表达的调节由胸腺“位置占有传感器”（niche occupancy sensor）进行，而这可能是祖细胞直接进入胸腺的常规途径［17］.

为确定这些分子的作用，Scimone M L，等［18］用中和单克隆抗体完成了短期过继性转移实验.结果表明，单克隆抗体能够阻断E－或L－选择素但不影响CLP－2归巢入胸腺，但抗P－选择素使从胸腺中回收的hCD25＋细胞减少了67%±3%.结合抑制所有3种选择素没有进一步的影响这一现象，提示P－选择素是胸腺中完成这个过程唯一的选择素.Scimone M L，等［18］还比较了来自 PSGL－1－／－和WT小鼠的lin－BM细胞的胸腺趋向性.发现WT小鼠的lin－BM细胞归巢向胸腺比PSGL－1－／－细胞高2.6±0.6倍.这些结果与上述报导结果一致，确立了P－selectin／PSGL－1通路在淋巴样祖细胞向胸腺归巢中的作用.

4 胸腺对骨髓祖T细胞胸腺归巢的反馈与P－选择素的表达

如前所述，由于胸腺不包含长期自我更新的祖细胞，为维持T细胞在胸腺的发育和增殖，骨髓造血祖细胞必须依靠血液流动归巢入胸腺，但是目前还不清楚骨髓祖T细胞的归巢及胸腺细胞的再增殖过程是连续的或者是间断的.Foss D L，等［19］应用2种方法证实了如下结果：即前胸腺细胞在成体中的输入是一个门控的、不连续的现象.首先，用未照射的Ly 5同类系小鼠，通过定量的胸腺内注射和静脉注射的骨髓过继性移植分析，对胸腺嵌合现象年龄依赖的接纳能力进行研究.其次，通过联体生活小鼠的同步分离来研究血液来源的胸腺祖细胞的输入动力学.结果显示，在胸腺内注射BM细胞后，大于60%的3～18周龄的小鼠发生了胸腺嵌合现象，而且嵌合现象的水平（范围：5%～90%供者来源的细胞）呈周期性的变化（周期：3～5周）.而静脉内注射受者成为嵌合体的只有11%～14%，而且嵌合现象的发生也是间歇性的（感应周期大约为1周；不应期大约为3周）.对于静脉注射的小鼠，嵌合现象在胸腺两页中同时发生；只有大多数胸腺祖细胞在胸腺内位置排空后闸门才打开；接下来的胸腺细胞产生波发生在两门控间歇期.

在Foss D L等证实了成年小鼠前胸腺细胞的输入胸腺是门控的、间歇的、胸腺细胞的产生过程也是不连续的、有波动的（虽然有重叠）之后，Donskoy E，等［20］进一步证实了成体小鼠胸腺门控输入与骨髓动员周期是协调一致的.实验在正常的、未放射的和联体生活的小鼠中进行研究，在两种正常状态和再生的骨髓中，胸腺祖细胞的蓄积是周期性的（3－5周），接下来释放到血液中大约是1周，而且是在胸腺内门控开放之前.这个结果表明，周期性的供者来源的胸腺细胞前体能在内源性前胸腺细胞动员之前，暂时地（大约1周）在骨髓建立高水平的嵌合现象，由此推断可能是占据己经排空的胸腺微环境中的位置.因此，他们推断在胸腺和骨髓之间可能有一个反馈环的存在，即：胸腺－骨髓反馈环（thymus－bone marrow feedback loop）.在这个反馈环中，每个胸腺的感应期由可扩散的细胞因子在胸腺产生和／或骨髓前胸腺细胞释放的原始环节进行调节.Goldschneider I［21］也认为，胸腺祖细胞从骨髓中迁入是一个周期性的过程，与胸腺接纳能力（开闸）的暂时周期性相一致，而且这些事件与胸腺－骨髓反馈环一致.在这个环中，三阴性（CD3－CD4－CD8－）胸腺细胞发育的波动性与在胸腺皮质分层区域中的基质细胞相互作用，从而诱导可扩散的细胞因子调节胸腺细胞的产生、迁移和募集胸腺祖细胞.

Gossens K，等［22］进一步研究表明，胸腺祖T细胞（Thymic T cell progenitor，TCP）输入的周期性与门控依赖于P－选择素及配体在TCP上的表达.胸腺内TCP位置的占据被认为是调节TCP输入起负性调节作用，而这是胸腺内环境对祖T细胞归巢的负反馈机制之一.研究表明，P－选择素在胸腺上是周期性表达的，是保持胸腺门控机制的重要组成部分.胸腺TCP接纳能力（receptivity）的周期性和最早期的胸腺内TCP池的容量依赖于功能性的P－选择素配体在TCP上的出现.而且，周期性血淋巴细胞的数量直接影响胸腺P－选择素表达和TCP接纳能力.Cyster J G［23］也认为，胸腺前体细胞在胸腺归巢的需要量与P－选择素有关.当已有祖T细胞移走时，对骨髓祖细胞的归巢是有利的.胸腺中祖T细胞位置空缺与胸腺P－选择素的表达呈正相关.影响胸腺P－选择素表达的机制还不明确，对1－磷酸－鞘氨醇（sphingosine－1－phosphate，S1P）的研究发现，S1P作为一个反馈信号，具有能介导外周淋巴池对胸腺TCP接纳能力的作用.因此胸腺TCP输入受输入早期胸腺空位占有率（niche occupancy）和外周淋巴池的双重控制，而这一控制过程是通过S1P介导的.这就提供了S1P介导从反馈外周到胸腺P－选择素表达的证据.

但Gui J，等［24］提出了不同的研究结果，它们认为，衰老与所有T细胞亚群数量减少相关联，包括早期祖T细胞.然而，还不清楚是否是由于募集的淋巴样血祖细胞（lymphohematopoietic progenitor cells，LPCs）不足而导致胸腺的衰老，或者是由于T细胞在胸腺中的发育异常所致.他们发现，来自幼年小鼠的LPCs的募集与老年小鼠的LPCs的募集数量没有任何差异.然而，将来自幼年小鼠的胸腺基质细胞（thymic stromal cells，TSCs）表达相似水平的P－选择素，补充到老年小鼠的胸腺时，老年小鼠胸腺细胞的数量两周后明显地减少，表明在老龄胸腺中T细胞发育或增殖存在缺陷.他们还发现来自老年和幼年小鼠的LPCs在胎儿胸腺移植中，有相似的定居胎儿胸腺的能力.与幼年小鼠相比，老年小鼠的胸腺上皮（hymic epithelial cells，TECs）细胞增殖能力较低，而凋亡率上升.而且用抗体进行免疫荧光染色发现老年小鼠的皮质和髓质TECs呈现出衰老胸腺基质的特征：结构紊乱，与青年小鼠相比，髓质的细胞构成减少，髓质微环境中凋亡的胸腺细胞亚群增加.他们推断，衰老并没有损伤胸腺LPCs的募集，但胸腺上皮结构的异常，特别是髓质TEC功能的紊乱可能是由于LPCs的胸腺发育提供支持不足造成的.

5 问题与展望

如上所述，P－选择素和它的配体PSGL－1对淋巴样祖细胞归巢入胸腺是必需的，并在其间发挥重要的作用.骨髓祖T细胞胸腺归巢与否直接影响到T细胞的发生、发育、增殖及其分化，从而对细胞免疫乃至整个免疫系统将会产生深远的影响.因此，从骨髓祖细胞胸腺归巢探讨T细胞的发育规律及其调控因素可以从源头上解释免疫抑制的发生、发展规律及其调控因素，从而为提高机体免疫能力提供新的思路和方法.那么，在机体内外环境改变等应激情况，如运动，特别是大强度运动形成机体免疫抑制的过程中，是否造成对祖T细胞胸腺归巢规律的改变，骨髓—胸腺反馈环的变化规律又如何？其中包括哪些调控机制，哪种／哪些因素起主要作用？P－选择素／PSGL－1在其中是否发挥作用，其作用程度如何，与哪些因素的关联最为密切等问题仍待求解.另外，众所周知，P－选择素及其配体参与炎症、凝血反应等，广泛作用于多种生理病理的发生发展过程中，那么，P－选择素的这种生理病理作用与其影响祖T细胞归巢之间的效应对整个生命体的机能产生影响的关系何在？不同运动的形式、运动的强度以及运动的类型是否影响这种关系，其调节机制如何等等都是在今后研究中值得关注的问题.

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P－selectin／PSGL－1and homing of bone marrow－derived progenitors to thymus

ZHANGLina，HAOXuanmingb，DENGShuxunb，XIAOPenga
（a.College of Life Science，b.School of Sports Science，South China Normal University，Guangzhou 510631，China）

Homing of bone marrow（BM）－derived progenitors to the thymus is essential for T cell development，because the thymus does not contain hematopoietic stem cells（HSC）with unlimited self－renewing capacity，it needs to recruit progenitors from the blood.The process is considered to depend on the multistep engagement of adhesion molecules and chemoattractants.This cascade involves selectin and its ligand interactions，signaling of chemokine through its receptor，and activation－induced binding of the integrins to their respective ligands.P－selectin／PSGL－1 play a significant role.The biological characterization of P－selectin／PSGL－1and the effects on homing of bone marrow－derived progenitors to the thymus and thymus－bone marrow feedback loop of P－selectin／PSGL－1interaction are summarized.

P－selectin／PSGL－1；bone marrow；progenitor cell homing；thymus

R392.1

A

1671－1114（2011）02－0077－05

2010－10－16

广东省自然科学基金资助项目（9151063101000059）

张 琳（1971—），女，在站博士后，主要研究方向为运动免疫学.

郝选明（1954—），男，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为运动免疫学.

（责任编校 纪翠荣

）