乙酰硫酸肝素在造血系统及免疫系统中的作用

任红英

(中国医学科学院血液学研究所实验血液学国家重点实验室，天津300020)

乙酰硫酸肝素是一种线性多糖，广泛存在于细胞表面和细胞外基质中，并在此与生长因子、生长因子结合蛋白、细胞外蛋白酶、蛋白酶抑制剂、化学物质和黏附蛋白相互作用。乙酰硫酸肝素在造血系统及免疫系统中的重要作用已引起了学者们的广泛重视［1］，对乙酰硫酸肝素合成调控和功能研究有了很大进展。现将近年来对乙酰硫酸肝素在造血调控以及免疫学方面作用的研究进展综述如下。

1 乙酰硫酸肝素的化学结构

乙酰硫酸肝素是一种线性多糖结构，由葡糖胺、糖醛酸和双糖的重复单元构成，并带有不同的硫化聚合物，长度由50～200个双糖组成。乙酰硫酸肝素的生物合成由木糖黏附到特异的HSPG核心蛋白的丝氨酸残基上引发，随后形成葡糖醛酸—半乳糖—半乳糖—丝氨酸(GlcA-Gal-Gal-Xyl)的链状结构。随着该糖链合成的延长，一系列相关的酶参加了该反应。成熟乙酰硫酸肝素在结构上是高度特异性的，拥有能够结合多种配体结合位点的结构基础，发挥调节多种生物学功能的作用，包括细胞的增殖和分化［2］。最近研究显示，乙酰硫酸肝素生物合成相关的基因敲除小鼠表现出不同的缺陷表型，包括早期发育缺陷(Ext1、Ext2敲除)、新生小鼠死亡(Ndst1敲除)及肝素合成受限(Ndst2敲除)［3］。利用携带Mx启动子调控Cre(Mx-Cre)的转基因小鼠或血管生成素受体2(Tie2)等条件性基因敲除小鼠模型，有助于研究乙酰硫酸肝素合成相关的Ext1、NDST等基因缺失后对骨髓造血和血管发育的影响。

2 乙酰硫酸肝素对骨髓造血微环境的影响

骨髓造血微环境主要由细胞和细胞外基质组成，造血干细胞在骨髓造血微环境中进行自我更新和分化，并接受来自造血微环境中的多种信号调节，维持和调节造血干细胞增殖与分化的平衡。乙酰硫酸肝素作为重要的细胞外基质成份，在几种重要微环境成份包括血管龛、成骨龛以及基质细胞龛中起到桥梁和链接作用。

2.1 乙酰硫酸肝素与成骨龛 与骨发育有密切关系的骨髓成骨龛是骨髓造血微环境的重要组成部分，主要由成骨细胞组成，是造血干细胞存在和自我更新的重要场所。乙酰硫酸肝素蛋白多糖是骨的重要细胞外基质成份，在骨的模式、分化、生长和稳态中起着重要的调节作用。乙酰硫酸肝素缺失可引起成骨龛的破坏，导致骨髓造血异常［4］。

2.2 乙酰硫酸肝素与基质细胞龛 骨髓基质细胞能够合成并表达乙酰硫酸肝素，而且乙酰硫酸肝素能够与许多骨髓基质细胞分泌的相关生长因子相互作用，调节骨髓造血并促进多种造血因子分泌，起到造血支持作用。研究发现乙酰硫酸肝素在造血干细胞自我更新和归巢中有重要作用［5］。乙酰硫酸肝素能够结合与递呈相关的生长因子及信号分子，作用于造血微环境调节骨髓造血。Ext1基因在乙酰硫酸肝素生物合成过程中O-位硫化之前发挥作用，该基因敲除后，乙酰硫酸肝素的硫化模式将受到影响，导致糖链无法正常延长，从而乙酰硫酸肝素失活。研究发现，通过条件性敲除小鼠骨髓中Ext1基因后，乙酰硫酸肝素失活，导致小鼠造血功能障碍。而且胚胎干细胞中EXT1基因缺失后将不能向造血细胞分化，补充可溶性乙酰硫酸肝素将恢复胚胎干细胞向造血细胞分化的能力。说明乙酰硫酸肝素在胚胎时期和成体骨髓造血中均有重要作用［6］。

3 乙酰硫酸肝素对造血干细胞自我更新、分化及归巢的影响

乙酰硫酸肝素在造血干祖细胞黏附到细胞外基质上起着非常重要的作用，其表达变化影响造血干祖细胞同细胞外基质(ECM)结合的特异性，且乙酰硫酸肝素通过其受体与造血干祖细胞表面的黏附分子相作用，调节造血干细胞的归巢和自我更新［7］。乙酰硫酸肝素还能够通过造血相关的生长因子如干细胞因子(SCF)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、碱性成纤维细胞生长因子 (bFGF)及肝细胞生长因子(HGF)等介导造血干祖细胞与骨髓基质的结合，调节造血［8］。乙酰硫酸肝素可能与不同的细胞因子在骨髓微环境中形成了大分子复合物骨架，调节造血干祖细胞的自我更新和多系分化。化学因子CXCL12(基质细胞衍生因子-1)是造血干细胞一个主要的趋化因子［9］，CXCL12的配体趋化因子受体CXCR4在造血干细胞的归巢和自我更新过程中扮演了非常重要的作用。研究发现，骨髓乙酰硫酸肝素失活可能导致SDF-1/CXCR4的表达降低及SCF、bFGF、黏附分子(CAMs)如血管细胞黏附分子1(VCAM-1)和细胞间黏附分子1(ICAM-1)的表达发生变化，进而影响造血干祖细胞的归巢能力。此外，内皮细胞的乙酰硫酸肝素能够向造血干细胞结合和递呈SDF-1，影响造血干细胞归巢。因此，骨髓中乙酰硫酸肝素的缺失，有可能导致骨髓微血管内皮细胞无法向造血干细胞递呈SDF-1，从而影响造血干细胞归巢。

4 乙酰硫酸肝素对B淋巴细胞发育和功能的影响

以往研究显示，许多与淋巴细胞增殖、分化和抗原递呈相关的生长因子、细胞因子和化学趋化物质都包含乙酰硫酸肝素结构域，提示乙酰硫酸肝素在淋巴细胞功能方面具有重要作用。例如，IL-3、IL-8、GM-CSF、HGF均有乙酰硫酸肝素结合的结构域，可以与HSPG相互作用，调节造血和淋巴细胞增殖与分化［10］。T淋巴细胞表面有硫酸类肝素蛋白多糖-2和4(Syndecan-2和4)的表达，而且Syndecan-4具有明显的T淋巴细胞抑制效应。包含乙酰硫酸肝素结构域的 Syndecan-1、Syndecan-4、CD44-HS以及集聚蛋白(Agrin)等在B淋巴细胞发育和功能方面有重要作用［11］。Syndecan在B淋巴细胞的不同分化阶段表达，而且Syndecan-4对B淋巴细胞与骨髓基质细胞的黏附有显著影响。由于Glce基因能够控制乙酰硫酸肝素糖链的柔韧度，从而该基因缺失影响乙酰硫酸肝素同配体的结合。研究发现，葡糖醛酸C5表异构酶(Glce)缺陷可导致B淋巴细胞成熟障碍，血中浆细胞对增殖诱导配体介导的增殖信号反应降低，进一步引起外周血中浆细胞数量减低以及免疫球蛋白水平下降。研究发现，前B细胞受体(Pre-BCR)和IL-7相互作用能够调节早期B细胞发育，而乙酰硫酸肝素能够同二者相互作用，有可能发挥调节骨髓早期B细胞发育的功能［12］。因此，通过敲除乙酰硫酸肝素相关的基因，有可能在抗体制备和细胞治疗以及免疫疗法方面发现新的突破点，产生新的治疗方法。

5 乙酰硫酸肝素对树突细胞生物学特性和功能的影响

乙酰硫酸肝素能够调节树突细胞分化、成熟和凋亡，并且在树突细胞抗原递呈功能方面也有重要作用。研究发现，乙酰硫酸肝素糖链能够促进未成熟小鼠树突细胞表达 I-A、CD40、CD54、ICAM-1、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)等成熟树突细胞的表型，并具备分泌肿瘤坏死因子-a(TNF-a)、IL-1b和IL-6的功能，从而促进树突细胞表型和功能成熟［13］。值得注意的是，携带有HSPG结合域的许多蛋白同IgG抗体的Fc段融合后能够引起免疫抑制效应，诱导树突细胞DC凋亡。You等的研究结果表明，树突细胞受体3(DcR3)结合到树突细胞的蛋白聚糖上能够促进树突细胞凋亡，认为HSPG通过 Fc段受体(FcR)促进树突细胞凋亡和抑制免疫。而且，树突细胞相关的乙酰硫酸肝素整合素配体(DC-HIL)和Syndecan-4相互作用抑制了T细胞的活化［14］。但是，HSPG能够协助抗原递呈细胞主要组织相容性复合体-Ⅱ(MHC-Ⅱ)类分子相关的抗原递呈作用。目前关于乙酰硫酸肝素对免疫系统的抑制还是促进作用不太确切，可能同HSPG的种类和乙酰硫酸肝素的空间结构相关。由于树突细胞同肿瘤中治疗有密切关系，从而乙酰硫酸肝素在肿瘤发生和转移过程也扮演了重要角色［15］。

6 乙酰硫酸肝素对肿瘤细胞浸润与转移特性的影响

乙酰硫酸肝素作为基底膜的重要组成部分，在肿瘤浸润和转移过程有重要作用［16］。而且乙酰硫酸肝素与成纤维细胞生长因子、HGF、血小板衍生的生长因子、表皮样细胞生长因子、血管内皮生长因子、胎盘生长因子2以及转换生长因子等多种因子结合后能够调节细胞生长，从而在肿瘤生长和转移方面有重要作用［17］。但是HSPG对机体的肿瘤免疫功能是促进还是抑制，尚存在争议。有研究发现，在乳腺癌、肺癌、前列腺癌中往往伴随乙酰硫酸肝素总量下降，存活率降低的头颈部鳞癌、恶性间质瘤、肝癌患者往往出现黏结蛋白聚糖S1表达的丢失［18］。体外实验证明S1能够增强wnt-1诱发小鼠乳腺癌作用，在胰腺癌和多数卵巢癌浸润细胞中也发现S1高表达［19］。另一方面，S1有抑制肿瘤生长的作用，其过度表达可完全抑制bFGF的细胞增殖反应，骨肉瘤细胞释放的S1可以诱导同种异体移植的骨肉瘤的SCID小鼠肿瘤细胞的凋亡［20］。

综上所述，乙酰硫酸肝素在造血调控以及免疫学方面具有重要作用，其将为临床免疫治疗方法提供理论和实践基础。

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