肥大细胞激活的分子机制研究进展

张仲林，钟 玲，郑 砾 综述 臧志和 审校

综述

肥大细胞激活的分子机制研究进展

张仲林1，钟 玲1，郑 砾2综述 臧志和1审校

肥大细胞；活性；分子机制

肥大细胞( mast cells，MCs )含有类胰蛋白酶(tryptase)、肝素(heparin)、组胺(histamine)、慢反应物质(slow reacting substance of anaphylaxis，SRS-A)及嗜酸粒细胞趋化因子(eosinophil chemotactic factor of anaphylaxis，ECF-A)等炎性递质。肥大细胞受到过敏原的刺激后发生脱颗粒作用，其内的各种炎性递质释放进入组织或血液中，将引起变态反应性疾病。笔者综述近年来有关肥大细胞活性研究的文章，总结其激活的不同机制和激活途径，为MCs激活的分子机制研究提供探索思路。

1 IgE依赖的免疫学机制

免疫球蛋白IgE由浆细胞产生的，当过敏原初次接触机体时，单核-巨噬细胞、树突状细胞等抗原提呈细胞将抗原信息呈递给T辅助淋巴细胞，进而在T辅助淋巴细胞分泌的细胞因子的作用下，B淋巴细胞转化为浆细胞，同时分泌大量过敏原特异性IgE抗体，分泌的IgE与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力IgE受体结合；当变应原再次侵入人体时，诱导IgE与其受体发生交联，从而引起肥大细胞内的信号传导，促使肥大细胞脱颗粒并释放出其内预先合成的大量炎性递质[1]，导致过敏反应。

1.1 Syk依赖的激活途径 脾酪氨酸激酶Syk基因对IgE受体导致肥大细胞脱颗粒的信号起着至关重要的作用。Syk基因的串联SH2结构域(tSH2)结合细胞内的免疫受体酪氨酸活化ITAM基序上的FcεRI，从而激活Syk激酶结构域，最终启动细胞脱颗粒[2]。

1.2 Lyn依赖的激活途径 Lyn激酶是一种Src 家族非受体型酪氨酸蛋白激酶，其是FcεRI交联后第一个被激活的激酶[3]。Syk激酶激活后将激活某些接头蛋白，其中的 T细胞的激活链接子(linker for T cell activation，LAT)在激活途径中起到极其重要的作用[4]。LAT在Syk磷酸化后形成一种分子复合物，包括许多接头蛋白，如SLP-76、Grb2、Vav1及PLCγ1/2等。LAT 复合物的聚集条件要求至少四种酪氨酰残基的磷酸化，这对PLCγ1/2 的结合非常重要[5]。接下来PLCγ1/2 磷酸化的复合物PIP2水解三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油 (DAG),由此始动 PLC-IP 级联反应，紧接着胞内钙库的 Ca2+释放，由于IP3引起，同时DAG激活蛋白激酶-C(proteinkinase C，PKC)，肥大细胞脱颗粒依赖细胞内Ca2+浓度和PKC的激活[6]。

1.3 Fyn依赖的激活途径 Fyn激酶也是定位于膜上的Src 家族非受体型酪氨酸蛋白激酶，其在偶联的FcεRI引起肥大细胞脱颗粒过程中是一种关键的物质。由于Fyn 的缺失，即使Syk, FcεRI, LAT和 ERK2 仍然发生磷酸化，也将会导致PIP3 的活动和肥大细胞的脱颗粒受阻[7]。Fyn缺陷肥大细胞无法分泌炎性花生四烯酸产生白三烯B4和C4，细胞因子IL - 6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和趋化因子CCl2自由基(MCP-1)和四氯化碳(MIP-1)[8]。在FcεRI集聚后，Fyn激酶受Shp2调控而引起大鼠腹腔肥大细胞(RBL-2H3)的激活[9]。PI3K和Rac-GTP激酶通过促进细胞支架的重构从而引起肥大细胞的散布和趋化，Fyn激酶作为PI3K和Rac-GTP的独一上游基因扮演中重要作用[10]。

2 IgE非依赖的免疫学机制

2.1 细胞因子对肥大细胞活性的影响 IL-3能够募集、趋化肥大细胞在鼻腔黏膜的浸润和表达，能够反映变应性鼻炎的严重程度[11]。IL-6能够调节肥大细胞表面 PAR的表达,并可能通过这一途径参与过敏性炎性反应。IL-12在过敏性炎性反应中的调节作用可能与IL-12调节肥大细胞蛋白酶激活受体(protease activated receptors,PARs)表达有关[12]。张慧云等[13]研究发现，IL-12可通过激活 ERK信号转导通路刺激肥大细胞 P815分泌IL-13。进一步研究表明，IL-12 还可通过激活蛋白激酶AKT和ERK信号转导通路刺激肥大细胞 P815 分泌IL-4。IL-15可刺激肥大细胞的增殖，抑制其调亡，调节其分泌及募集肥大细胞等作用。IL-15能刺激不表达 IL- 2Rα及β链的肥大细胞增殖[14]。Masuda等[15]报道在鼠肥大细胞中IL-15通过STAT26的传导通路刺激肥大细胞分泌 IL- 4参与Th2细胞的分化成熟。另外，白细胞介素-33与IgE受体协同加强人类肥大细胞和嗜碱性粒细胞的活性[16]。1996年Weide 等研究表明，干扰素α-2b(IFNα-2b)能抑制肥大细胞增生，GM-CSF能够调节肥大细胞 PARs表达 ,二者可能在过敏和炎性反应中存在更加复杂的相互作用。脱颗粒的肥大细胞预先合成或者经诱导后快速合成并分泌 TNF-α,这些TNF-α激活T淋巴细胞,并可通过上调T淋巴细胞粘附分子的表达促进其迁移和聚集[17]。嗜酸粒细胞趋化因子受体3(CCR3)活化支气管上皮细胞也涉及ERK2 和p38 的磷酸化，CCR3 单克隆抗体化合物X能阻断ERK2和p38的磷酸化及减少支气管上皮细胞IL-8 和GM-CSF的产生，从而影响肥大细胞脱颗粒等活性。干细胞因子(stem cell factor， SCF)[又名肥大细胞生长因子(mast cell growth factor,MGF)]和c-kit配体是一种新型多功能细胞因子，SCF是唯一的能单独支持肥大细胞离体生长和分化的生长因子，SCF与MC表面的c-kit 受体结合进而活化MCs，使MCs产生多种炎性递质和细胞因子，参与到免疫、速发型变态反应、寄生虫感染和肿瘤等多种生理和病理过程[18]。

2.2 补体片段对肥大细胞活性的影响 补体系统参与机体的非特异性和特异性的免疫机制，往往出现免疫调节及介导免疫病理的损伤性反应，其中源于补体片段对MCs活性的影响，表现为抗微生物防御反应，是体内一个重要的效应系统和效应放大系统。如C3a、C5a能刺激肥大细胞和血小板释放组织胺等药理活性物质，从而引起血管通透性升高及平滑肌收缩等超敏反应。Hajna等[19]报道，C3a9不仅抑制丝裂原活化蛋白激酶家族的两个成员，细胞外信号调节激酶(ERK)和p38磷酸化；而且还抑制FcεRI刺激骨髓源性肥大细胞后期阶段反应，减少炎性细胞因子IL-6和TNF-α的分泌。花生四烯酸通过产生C3a，从而刺激巨噬细胞，嗜碱性粒细胞，和肥大细胞产生血小板活化因子和组胺，促使休克发生[20]。C3a刺激肥大细胞大量脱颗粒并诱导单核细胞趋化因子趋化蛋白1(MCP-1/CCL2)并使其活性增强。C3a和C5a诱导早期脱颗粒及延迟释放趋化因子涉及到不同的信号途径的活化，包括磷脂信号通路-c(PLC)介导的钙离子动员和PKC以及磷酸肌醇3激酶(PI3K)和细胞外信号调节激酶(ERK)的活化。C5a通过PLC信号途径而不是PI3K的或ERK途径肥大细胞脱颗粒。与此相反，C3a促进细胞因子基因在肥大细胞细胞中的表达是通过PLC，PI3K，ERK信号通路的[21]。

3 内源性递质对肥大细胞活性的影响

高纯度的的内毒素ES-62能直接抑制FcεRI诱导人类肥大细胞释放过敏性递质，主要通过选择性阻断关键信号转导，包括磷脂酶D耦合，鞘氨醇激酶介导的钙动员和核因子-kβ激活。ES-62通过与Toll样受体-4形成一个复合物介导这些效应，由此导致蛋白激酶C-α(PKC-α)减少，这将导致囊泡/脂筏介导，蛋白酶独立降解PKC-α，FcεRI耦合对磷脂酶D和肥大细胞活化很重要[22]。杨昌平等[23]用内毒素激活人类肥大细胞株-1获得含有类胰蛋白酶等细胞递质的分泌物，将分泌物与人类结肠上皮细胞株-1共同培养可使上皮细胞的跨细胞电阻降低和辣根过氧化物内流增加，说明ET可通过诱导肥大细胞释放细胞递质损伤肠黏膜屏障。Zane等[24]研究证明，IL-15可通过抑制糜蛋白酶进而抑制肥大细胞依赖性抗菌防御作用，被胰蛋白酶诱导的纵向平滑肌收缩涉及辣椒素敏感神经元和NK-2细胞后激活，这和所涉及的酸诱导肌病收缩和食管缩短途径是相同的，酸诱导肌病收缩可能涉及通过PAR-2辣椒素敏感神经元激活的肥大细胞源性调节因子。PARs的siRNAs能调节PARs表达，PARs与肥大细胞因子产生相关，证明PARs在过敏反应中发挥了作用。类胰蛋白酶和糜蛋白酶抑制剂可以抑制IgE的依赖性和钙离子载体诱导的类胰蛋白酶以集中依赖方式从结肠肥大细胞释放出来。NO通过独特的独立Ca2+涌入途径正向调节Ag+引起的Ca2+内流和肥大细胞活化。一氧化氮合酶独立的NO调节肥大细胞正向活性，是通过一个独特的独立Ca2+涌入途径，在肥大细胞生物学中NO有多种来源和功能[25]。

4 化学物质对肥大细胞活性的影响

Yoshihiro等[26]报道，钙离子结合内质网蛋白(STIM1)对肥大细胞的功能是至关重要的，缺乏STIM1 的肥大细胞在FcεRI刺激后脱颗粒和细胞因子的产生少得多，STIM1 表达变化影响了免疫球蛋白E介导的体内过敏性反应。SH2结构域含有的磷酸酶2蛋白酪氨酸磷酸酶促进FcεRI诱导Fyn激活和Erk途径，导致TNF-α从骨髓源性肥大细胞释放[27]。肥大细胞中，PI3K的p110d亚型遗传或药理灭活导致缺陷的SCF介导体外增殖，黏附和迁移，以及受损过敏原特异性IgE诱导脱粒与细胞因子释放。p110d灭活保护老鼠免遭受过敏反应[28]。Tec被激活后上调FcεRI刺激骨髓源性肥大细胞(BMMC)，在体外和体内缺乏Tec时正常释放组胺，而IL-4产生严重受阻， GM-CSF、TNF-a和IL - 13水平也减少[29]。He等[30]探讨组胺对人结肠肥大细胞释放类胰蛋白酶对的调节和潜在的机制，研究表明组胺是人结肠肥大细胞活性的强激活剂，意味着它是一种新的和关键的自我放大的肥大细胞脱颗粒的机制。谢华等[31]报道，组胺是过敏性疾病与鸡传染性法氏囊病的重要递质，其拮抗剂可发展为一组肥大细胞稳定剂来治疗这些疾病。Terumasa等[32]报道，溶血磷脂酸(LPA)诱导肥大细胞和皮肤碎片释放组胺，而肥大细胞通过分泌ATX/ lysoPLD促进溶血磷脂酸(LPA)的产生，LPA还可以加速肥大细胞的颗粒聚集增并强Kit的表达[33]。有报道证实，CSM抑制IgE介导的细胞脱颗粒及细胞因子释放，但对白三烯释放无影响。CSM诱导ERK1/2在肥大细胞内的磷酸化途径，但脂多糖激活的肥大细胞没有受到CSM的影响。肽聚糖(PGN) 具有诱导上皮细胞功能减退的潜在作用 ,并且在PGN进入粘膜后可能诱发炎性反应。大鼠肠上皮的通透性因心理紧张刺激增加,从而激活肠黏膜肥大细胞。PGN通过 NOD2激活MCs，MCs释放化学递质使得T84单层的屏障功能减退[34]。

总之，肥大细胞颗粒中含有多种生物活性物质，如组胺，5-羟色胺、肝素及类胰蛋白酶等炎性递质，其被激活的分子机制复杂，被激活后释放出活性递质引起过敏反应或炎性反应。既往多从肥大细胞的分布、迁徙、募集等环节入手探讨其激活的分子机制，涉及诸多上游基因、下游基因、靶基因和相关信号通路。通过肥大细胞激活的分子机制探讨，对变态反应性疾病的发病机制、治疗机制和相关靶点新药研发将有重要意义。

[1] Tumer H,Kinet J P.Signaling through the high-affinity IgE receptor FcεRI [J].Nature,1999,402(1): 24-30.

[2] Kuil J, Wandelen L T, de Mol N J,etal. Switching between low and high affinity for the Syk tandem SH2 domain by irradiation of azobenzene containing ITAM peptidomimetics[J]. J Pept Sci, 2009, 15(10):685-691.

[3] Beavitt S J, Harder K W, Kemp J M,etal. Lyn-deficient mice develop severe, persi stent asthma: Lyn is a critical negative regulator of Th2 immunity [J]. J Immunol, 2005, 175(3): 1867-1875.

[4] Woolhiser M R, Okayama Y, Gilfillan A M,etal. IgG-dependent activation of human mast cells following up-regulation of FcgammaRI by IFN-gamma [J].Eur J Immunol, 2001, 31(11): 3298-3307.

[5] Saitoh S, Arudchandran R, Manetz T S,etal. LAT is essential for Fcepsilon RI-mediated mast cell activation [J]. Immunity, 2010, 12(5):525-535.

[6] Kim Y J, Sekiya F, Poulin B,etal. Mechanism of B-cell receptor-induced phosphorylation and activation of phospholipase C-gamma2 [J].Mol Cell Biol, 2004, 24(22): 9986-9999.

[7] Parravicini V, Gadina M, Kovarowa M,etal. Fyn kinase initiates complementary signals required for IgE-dependent mast cell degranulation [J]. Nat Immunol, 2012, 3 (8): 741-748.

[8] Gregorio G, Claudia G E,Sandra O,etal. Impaired FcεRI-Dependent Gene Expression and Defective Eicosanoid and Cytokine Production as a Consequence of Fyn De?ciency in Mast Cells [J]. The Journal of Immunology, 2005, 175(11): 7602-7610.

[9] Xiaoyun F,Yongjiang L,Yuxiong W,etal.Shp2 Activates Fyn and Ras to Regulate RBL-2H3 Mast Cell Activation following FcεRI Aggregation[J].PLoS ONE, 2012,7(7):1-11.

[10] Samayawardhena L A, Kapur R, Craig A W. Involvement of Fyn kinase in Kit and integrin-mediated Rac activation, cytoskeletal reorganization, and chemotaxis of mast cells [J]. Blood, 2007,109 (9): 3679-3686.

[11] 滕 磊，忻耀杰，张珺珺. 白细胞介素-3在变应性鼻炎体质模型鼻腔黏膜中的表达及意义[J].河北中医，2009,9(31):1366-1368.

[12] 林丽艳,林 青,杨海伟，等. IL-6对肥大细胞蛋白酶激活受体表达的影响[J].山东医药，2009，16(49)：18-20.

[13] 张慧云，林丽艳，林 青，等.IL-12 刺激肥大细胞分泌 IL-4 与 ER K和A KT 信号转导通路有关[J].江苏医药，2008，12(34)：1262-1264.

[14] Tagaya Y,Burton JD,Miyamoto Y,etal. I dentification of a novel receptor / signal transduction pathway for IL-15 /T in mast cells[J].EMBO J, 1996, 15 (18) : 4928-4939.

[15] Masuda A, Matsuguchi T, Yamaki K,etal. I nterleukin2 15 induces rapid tyrosine phos phorylation of STAT6 and the exp ressi on of interleukin-4 in mouse mast cells[J]. Biol Chem, 2010, 275 (38):29331-29371.

[16] Silver M R, Margulis A, Wood N,etal. IL-33 synergizes with IgE-dependent and IgE-independent agents to promote mast cell and basophil activation [J]. Inflamm Res, 2010, 3 (59):207-218.

[17] 张连霞，何韶衡.GM-CSF对肥大细胞 P815蛋白酶激活受体表达的影响[J].临床和实验医学杂志，2008，4(7):31-34.

[18] Tanaka A, Wakita U, Kambe N,etal. An autocrine function of nerve growt h factor for cell cycle regulation of vascular endot helial cells [J].Biochem Biophys Res Commun ,2004 , 313 (4) :1009-1014.

[19] Hajna P,Gabor T, Israel P，etal. C3a-derived peptide binds to the type I FcεR and inhibits proximal-coupling signal processes and cytokine secretion by mast cells [J]. The Japanese Society for Immunology, 2008, 10(20): 1239-1245.

[20] Marat K,Richard S,Tatyana O,etal. Peanuts can contribute to anaphylactic shock by activating complement [J]. Allergy Clin Immunol, 2009, 123 (2):342-351.

[21] Hydar A. Regulation of human mast cell and basophil function by anaphylatoxins C3a and C5a [J]. Immunology Letters, 2010, 128(1):36-45.

[22] Alirio J M, Margaret M H, Peter N P,etal.Inhibition of FcεRI-mediated mast cell responses by ES-62, a product of parasitic larial nematodes[J].Nature Medicine,2007,11(13):1375-1381.

[23] Yang P C, Zhang P Y, Wang C S. Lipopolysaccharide activates human mast cell to induce intestinal epithdial barrier dysfunction [J].Int J Gastroenterol，2005, 4 (1):112-114．

[24] Orinska Z, Maurer M, Mirghomizadeh F,etal. IL-15 constrains mast cell-dependent antibacterial defenses by suppressing chymase activities [J].Nat Med, 2012, 13(8):927-934.

[25] Inoue T, Suzuki Y, Yoshimaru T,etal. Nitric oxide positively regulates Ag (I)-induced Ca2+ influx and mast cell activation: role of a nitric oxide synthase-independent pathway [J].J Leukocyte Biology, 2009, 86(6):1365-1375.

[26] Yoshihiro B, Keigo N, Yoko F,etal. Essential function for the calcium sensor STIM1in mast cell activation and anaphylactic responses[J]. Nature Immunology, 2008, 9 (1):81-88.

[27] McPherson V A, Sharma N, Everingham S,etal. SH2 domain-containing phosphatase-2 protein-tyrosine phosphatase promotes Fc(epsilon)RI-induced activation of Fyn and Erk pathways leading to TNF(alpha) release from bone marrow-derived mast cells [J]. J Immunol, 2009, 183 (8):4940-4947.

[28] Khaled A, Antonio B, Matthew T,etal. Essential role for the p110δ phosphoinositide 3-kinase in the allergic response [J].letters to nature, 2004, 431 (21):1007-1011.

[29] Uwe S, Anastasia A, Nicole B,etal. The protein tyrosine kinase Tec regulates mast cell function [J]. Eur J Immunol, 2009, 39(11): 3228-3238.

[30] He S H, Xie H. Modulation of tryptase secretion from human colon mast cells by Histamine [J]. World J Gastroenterol, 2004, 10(3):323-326.

[31] Xie H, He S H. Roles of histamine and its receptors in allergic and inflammatorybowel diseases [J]. World J Gastroenterol, 2005, 11(19):2851-2857.

[32] Terumasa H, Hisayuki O, Kazutaka M,etal. Lysophosphatidic Acid Induces Histamine Release from Mast Cells and Skin Fragments[J]. Pharmacology, 2005, 75(12):13-20.

[33] Savita B, Kursteen S P, Debby A,etal. Lysophosphatidic acid accelerates the development of human mast cells [J]. Blood, 2004, 104(13):4080-4087.

[34] Mortazw E, Folkerts G, Engels F,etal. Cigarette smoke suppresses in vitro allergic activation of mouse mast cells [J]. Clinical & Experimental Allergy, 2009, 39 (5):679-687.

(2013-12-25收稿 2014-04-20修回)

(责任编辑 郭 青)

四川省科技厅项目(No.2014JY0019)；四川省人力资源及社会保障厅项目(No.13Z033)

张仲林，博士，副教授，E-mail：zhlzhang2007@163.com

1 .610083，成都医学院药理学教研室； 2.610084成都，成都军区总医院信息科

臧志和，E-mail：zhihezang@yahoo.com.cn

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