CD47-SIRPa信号通路功能机制的研究进展

陈宣辰，张华梁，朱正亚，白 易(综述)，钱 程※(审校)

(1.中国人民解放军第二军医大学研究生管理大队，上海200433;2.北京协和医学院护理学院，北京100144;3.中国人民解放军第二军医大学医学免疫学国家重点实验室，上海200433)

CD47是一种广泛表达于多个物种和各个组织之间的膜糖蛋白，其与抑制性受体信号调节蛋白a(signal regulatory protein a，SIRPa)互为受体和配体，并可以形成CD47-SIRPa信号复合体，该信号复合物具有介导双向信号调节并调控多种免疫反应进程的作用。其在免疫系统应答、巨噬细胞吞噬、中枢神经系统发育以及定向造血干细胞移植等方面均有至关重要的作用。随着对CD47-SIRPa信号通路在免疫和中枢神经系统中作用机制越来越深入的研究，其成果也为自身免疫性疾病和神经系统疾病的治疗方面提供了更多新的治疗靶点。这就为一些发病机制尚不明了的疾病提供了治愈的可能。

1 SIRPa与CD47简介

1.1 SIRPa SIRPa是SIRP家族中一个典型的抑制性免疫受体，其可以选择性地表达于髓系细胞(包括巨噬细胞、粒细胞和树突状细胞)和神经细胞膜表面，而在体内的其他细胞则表达较少。作为一种跨膜蛋白，其在胞外区总共存在三种免疫球蛋白样结构域，N氨基酸末端结构域可以与CD47相互作用介导信号转导;SIRPa的胞质尾区同激酶类以及衔接蛋白还存在着相当紧密的联系;而其细胞内结构域具有典型的免疫受体酪氨酸抑制性基序，可以被磷酸化，从而发生积聚反应，被与其自身相连的细胞溶质性蛋白酪氨酸磷酸酶(Srchomology phosphatases，SHP)激活，而SHP一般可以分为SHP-1和SHP-2。通过近端底物的去磷酸化，SHP-1和 SHP-2可以调整细胞内的信号通路以及它们下游效应器的功效［1-3］。SHP-1 主要表达于定向造血干细胞以及其他一些具有负向调控作用的细胞之中。SIRP介导信号转导发生时，整合素首先介导细胞黏附到其胞外的蛋白结构域上，并释放某些生长因子诱导其胞内的酪氨酸磷酸化，而酪氨酸的磷酸化又可以进一步激活与其之结合的SHP-1和SHP-2，从而分别通过SHP-1和SHP-2来对细胞的生长实施调控［4］。这就意味着在该信号调节通路之中，SIRPa作为一种载体蛋白，协调了SHP-1与SHP-2及其下游信号通路，使两者对细胞的生长进行准确地调控［5］。而通过对大量SIRPa结构域缺失小鼠的研究发现，它们并没有表现出明显的发育障碍或者生长迟缓的现象，表明SIRPa虽然参与细胞生长的调节，但对于生物体内胚胎发育或是胚后发育并不起关键作用［6］。

1.2 CD47CD47也是一种跨膜蛋白，相比于SIRPa，其表达范围更为广泛，其最初是从人胎盘与整合素αvβ3共纯化以及血小板与β3整合素免疫共沉淀当中发现而为人们所熟知［7］。作为SIRPa的配体，两者可形成一个紧密的复合物，并在细胞的迁移及吞噬过程中发挥着至关重要的作用。两者在哺乳动物的大脑中表达颇多，且在生物体出生之后增加显著，并且在大脑中的表达形式十分相似，表明两者在中枢神经系统中的信号转导很有可能是双向的［8］。此外，SIRPa几乎不表达于正常成熟的红细胞，B细胞以及T细胞之上，而在造血干细胞中却可以检测到大量的CD47［9］。提示CD47和SIRPa在造血干细胞以及免疫系统之中是一种单向的信号转导作用。而CD47在红细胞的不同时期，表达量也随之改变，正是通过这种表达水平的差异性介导了巨噬细胞对于衰老红细胞(CD47几乎不表达)的吞噬［10］。其所形成的信号通路对免疫反应的调节发挥了至关重要的作用，它不仅在巨噬细胞的吞噬作用过程中发挥着至关重要的作用，同时也对人体的中枢神经以及免疫系统具有调节作用。此外，近年来还发现，其在胰岛素的分泌以及定向造血干细胞移植方面也扮演着重要的角色。

2 CD47-SIRPa信号通路作用机制

2.1 CD47-SIRPa信号通路对巨噬细胞吞噬作用的调节 CD47-SIRPa信号通路在巨噬细胞吞噬过程中所发挥的作用在体内是最具特征性的。该方面研究中，研究人员通过对CD47缺乏以及表达正常的红细胞的比较，发现巨噬细胞对于前者的清除速率远远高于后者，并且主要由脾红髓巨噬细胞参与［10］。且在该巨噬细胞上，表达有相当数量的SIRPa蛋白。研究证实，SIRPa蛋白胞质区表达异常的小鼠，红细胞对于巨噬细胞高度易感，即表现出体内红细胞清除率的明显升高［11，12］。综合该部分研究，表明 CD47和SIRPa均参与了红细胞吞噬过程的调节。进一步探讨其机制发现:CD47首先将信号递呈给宿主靶细胞(如红细胞或是血小板一类的细胞)，使得巨噬细胞中的 SIRPa与SHP-1形成一个复合体，并介导SHP-1依赖的抑制性信号进而实现对吞噬作用的调节［13］。所以说，一旦体内红细胞表面的 CD47缺乏(如衰老的红细胞)，即会出现CD47与SIRPa连接的障碍，这就激活了它们之间的信号通路，使得巨噬细胞开始对该红细胞进行吞噬，而当这两者的连接处于正常水平的时候，则不能激活巨噬细胞的吞噬作用，这也就是为什么正常红细胞不会被巨噬细胞所吞噬的原因，也可以认为SIRPa被作为一种先天的感受器去检测那些无处不在的被宿主细胞所表达出来的自身抗原信号，特别是CD47，从而介导吞噬反应，反之也可以将此归结为CD47在发挥一种负向调控作用［14］。此外又有研究表明，CD47-SIRPa信号通路对巨噬细胞吞噬作用的调节已经不单单局限于红细胞，其对血小板以及淋巴细胞，同样也存在类似的调节作用［15］。

2.2 CD47-SIRPa信号复合物对中枢神经系统的调节机制 CD47和SIRPa在中枢神经系统中均大量存在，特别是在海马、小脑以及视网膜这些区域中分布尤为显著，且在出生后表达量随之增加［1］。其中CD47较为局限地在神经元的树突中表达，而SIRPa则在整个神经元细胞中均有分布。首先，从该信号通路对神经细胞生长的调控说起，神经细胞的生长是从一些原始的神经细胞开始，逐渐形成早期的树突棘，随后出现伪足，之后这些伪足形成为最初的突触，即原始的轴突，并逐渐分化出球形的头端，这些逐渐伸长的轴突最终可以发育为脊髓［16］。在此过程中，CD47和SIRPa信号通路利于其自身神经元细胞及其周边分支的形成，并对该神经元伪足和棘突的形成至关重要［17，18］。有研究发现，通过免疫组化的方法表明，一旦CD47的表达减少，则相应的SIRPa在神经元上的定位也会出现问题，由此可见在中枢神经系统中，SIRPa的定位是高度地依赖于CD47的，而期间CD47介导的这些效应，又与酪氨酸激酶存在着紧密的关系，因为正是后者介导了其信号通路中最为重要的酪氨酸磷酸化反应［19］。但至于其中具体的反应机制仍有待于进一步研究。另外，在对神经细胞的培养中还发现，脑源性神经营养因子以及神经生长因子均介导了SIRPa的酪氨酸磷酸化反应，这也为神经细胞的生长机制提供了一种全新的解释［2］。此外还有研究发现，外界的冷热刺激也同样会使SIRPa发生酪氨酸磷酸化反应，使得人体下丘脑或视交叉上核作出相应的应答反应［19，20］。另外，通过对小鼠海马区中与记忆形成相关区域的研究发现，在这些区域，细胞中CD47的mRNA都是高水平表达的，而在那些CD47缺乏的小鼠中，其学习与记忆功能较正常小鼠相比甚远［21］。该发现高度提示与人体海马区的CD47-SIRPa信号通路对于生物记忆的形成至关重要，但是其具体发挥作用的机制还有待于进一步的研究和探索。

2.3 CD47-SIRPa信号通路对免疫系统的调节作用CD47-SIRPa信号通路对免疫系统的调节作用是双向的，但主要以负向调控为主。当免疫系统对病原作出免疫应答的时候，一个很重要的途径就是通过树突状细胞将相关的抗原递呈给幼稚T细胞，而在该环节之中，作为功能最强的抗原递呈细胞以及适应性免疫应答的始动者，树突状细胞发挥着重要的作用。有研究证实，SIRPa在树突状细胞表面的表达极其丰富，并且有助于提升其抗原递呈能力［22］。这也就说明，单从抗原递呈的角度来看，该信号通路对于免疫系统的调节是积极的，正向的。但与此相反的是，利用CD47蛋白Fc段中的融合蛋白封闭SIRPa对未成熟的树突状细胞表型和功能上的成熟具有抑制作用，此外还可以抑制成熟树突状细胞的炎性因子的产生［23］。这就说明了该信号通路对于免疫细胞的发育存在负向的调节作用。

2.4 CD47-SIRPa信号转导通路在胰岛素的分泌以及定向造血干细胞移植中的影响 有研究表明，SIRPa和CD47在胰岛的β细胞中都是高表达的，且有研究表明，在SIRPa基因变异的小鼠体内，胰岛素的分泌水平明显降低，并且对于葡萄糖的耐受性同样降低［24］。这就提示SIRPa的缺乏可能是导致人类糖尿病的发病原因之一。因此提出假设，如若糖尿病患者体内的SIRPa比正常人来得更低，是否就意味着由SIRPa所介导的巨噬细胞的吞噬作用就会降低，那么对糖尿病患者所进行的细胞或是器官移植的免疫排斥反应也会随之减弱。针对非肥胖型糖尿病联合重症联合免疫缺陷综合征患者，Takenaka制作了相关小鼠疾病模型，为该假设的研究提供了一个很好的平台［25］。研究表明，该小鼠模型较之前所采用的没有糖尿病遗传背景的严重联合免疫缺陷型小鼠模型，其对于人类的定向造血干细胞移植物具有更加优良的耐受性［26］。进一步通过定位遗传的方法探讨其机制，让非肥胖型基因去影响SIRPa所在的基因组区域，结果发现是CD47对SIRPa V样免疫球蛋白结构域产生了影响，诱导了一个相对于CD47有着不同结合容量的SIRPa的产生，并最终导致其在非肥胖型糖尿病模型中表现出一定的差异性，从而避免了其所在细胞被巨噬细胞吞噬的结果［26］。由此强有力地证明了SIRPa与CD47之间的相互作用在免疫负相调控效应中的重要性。但该信号通路究竟如何发挥免疫抑制效应还不是十分清楚，但至少已经能够看到其在免疫抑制方面所展露的极大潜力。

3 小结与展望

从CD47-SIRPa信号通路发现至今，已经经历了十余年的时间，之间相关学者对其进行了细致而又深入的研究，并且取得了相当丰硕的成果，基本清楚了其与机体之间的作用机制，特别是在免疫系统以及中枢神经系统方面的研究成果，已经被成功运用到自身免疫性疾病和神经系统疾病的治疗之中。但同时也应当清醒地认识到，对于CD47-SIRPa信号通路的研究仍存在很大的局限性，许多未知的疑问都急需去解答，尤其是在SIRPa方面。此外，诸如在神经系统方面，已知了该信号通路与学习记忆方面的高度相关性，如果能够开展更加深入的研究，则可能会给记忆这个抽象的概念建立一套全新的理论基础;此外，该通路与胰岛素分泌之间的相关性，更为深入的研究很有可能会进一步揭示糖尿病的发病机制，并给该病的治疗提供一种更新更具可行性的方案。关于其在细胞移植免疫方面的研究，也是与临床息息相关的，在器官移植开展越来越普遍的大环境下，如何真正地解决异体移植所引起的免疫排斥而又不损伤正常的免疫系统，已经为所越来越向往，而且随着其研究的深入，将会更多地为免疫排斥反应提供临床解决途径。此外，还有许多同CD47-SIRPa信号通路相关的未知领域，都还不曾涉足，这也给科技工作者提出了更多的挑战，但是，有理由相信在不久的将来会取得更丰硕的成果，并将其有机地应用到临床医学中去，从而给疾病的治疗提供全新的手段，而真正地使科研实现其原本的初衷，为人类造福。

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