Nature文章揭示淋巴内皮细胞在适应性免疫中的作用

原创 2017-06-04 医药加 免疫细胞研究bioworld

编者按：

大家知道适应性免疫需要循环系统中存在大量的初始T细胞，以便快速识别外来病原体并作出免疫反应。循环系统中初始T细胞（包括初始CD4和CD8 T细胞）可以存活长达数年，具体的存活机制并不清楚。最近Nature杂志发表的纽约大学医学院Susan Schwab博士实验室最新研究成果，发现淋巴内皮细胞分泌的脂质小分子S1P意想不到的功能，S1P可以维持初始T细胞中线粒体的数量和正常功能，促进初始T细胞的长期存活（1）。

S1P是在细胞内由鞘氨醇激酶（sphingosine kinase）磷酸化鞘氨醇生成，经位于细胞膜上的转运蛋白运送到细胞外。在血液循环中S1P浓度约为1 µM，在淋巴液中浓度约为0.1 µM，而在组织间液中浓度不足1 nM。循环系统与淋巴器官间的S1P浓度梯度引导淋巴细胞从脾脏进入血液循环，从淋巴结进入淋巴循环（2）。S1P是否存在其它的功能呢？Susan Schwab博士实验室的研究给出了肯定的回答。

该实验室以前的研究发现，血管内皮细胞缺失S1P转运蛋白编码基因（Spns2）（Tie2-Cre敲除血管内皮细胞的Spns2基因），小鼠淋巴液中S1P显著减少，无法诱导淋巴细胞从淋巴结进入淋巴循环，导致淋巴细胞在淋巴结中驻留导致淋巴细胞重新分布，外周循环和淋巴器官脾脏中T淋巴细胞减少。在新的研究中，在淋巴内皮细胞中敲除Spns2基因（Lyve1-Cre敲除淋巴内皮细胞的Spns2基因，Spns2Δ），发现与之前相同的表型，也是初始T细胞在淋巴结中驻留，在血液循环，淋巴循环和脾脏中减少（图1）。

那么淋巴内皮细胞S1P转运缺陷是怎么样导致外周初始T细胞数量减少呢？首先考虑胸腺中T细胞的发育，研究发现敲除小鼠Spns2Δ T细胞的发育和进入血液循环没有问题。没有观察到明显的T细胞活化和非淋巴组织和器官中初始T细胞数量的增加。最后发现淋巴结中初始T细胞的凋亡有两倍增加（图1）。野生小鼠骨髓移植Spns2Δ小鼠后外周循环中初始T细胞并不能恢复正常；而Spns2Δ小鼠骨髓移植野生小鼠并不产生Spns2Δ小鼠的表型。骨髓置换实验排除了其它骨髓来源细胞（如巨噬细胞和其它造血干细胞）的作用，说明是Spns2Δ小鼠淋巴内皮分泌S1P减少导致初始T细胞的凋亡。

为了进一步明确T细胞的凋亡是导致外周初始T细胞数目减少的主要原因，研究人员用过表达抗凋亡蛋白BCL2的转基因小鼠骨髓移植Spns2Δ小鼠，发现抑制T细胞凋亡不能改变Spns2Δ小鼠脾脏中初始T细胞减少现象，但是确实增加Spns2Δ小鼠淋巴结中初始T细胞数量。抑制细胞凋亡并不能改变Spns2Δ小鼠外周初始T细胞减少的表型，因为抑制细胞凋亡并不能帮助Spns2Δ小鼠恢复淋巴结与淋巴液间S1P的浓度梯度（图1）。由此也说明S1P信号诱导的T细胞从淋巴结进入淋巴循环和S1P信号对T细胞存活的促进作用是两个独立事件。

转运蛋白SPNS2具有包括S1P在内的多个底物，那初始T细胞凋亡是否与淋巴液中S1P减少有关呢？为此，研究人员使用了一个S1P降解酶抑制剂DOP（4-deoxypyridoxine），DOP提高Spns2Δ小鼠淋巴结中S1P浓度，阻止淋巴结中T细胞凋亡。与过表达抗凋亡蛋白一样，DOP处理同样不能恢复诱导淋巴结T细胞进入淋巴循环所需要的S1P浓度梯度。

为了进一步明确T细胞S1P受体介导的信号发挥抗凋亡作用，研究引入S1P受体基因敲除（S1pr1Δ）小鼠。与预想一致，S1pr1Δ小鼠表现出与Spns2Δ小鼠相同的表型，淋巴结T细胞凋亡增加，外周初始T细胞数量减少（图3）。这个结果有力的证明了淋巴内皮细胞分泌的S1P通过初始T细胞表面的S1P₁R促进细胞的存活。

S1P受体信号促进T细胞存活的机制上，首先排除了S1P/S1P₁R信号对经典的T细胞存活信号的影响（包括IL-7，MHC和CCL19-CCR7）。然后发现S1pr1敲除小鼠的线粒体有明显的缺陷，表现为线粒体蛋白表达减少，细胞内线粒体染色降低，细胞的氧消耗下降。S1pr1Δ小鼠的T细胞活化后在半乳糖条件（只影响氧化磷酸化，而不影响葡萄糖酵解）下增殖减弱。与线粒体功能下降相关的PINK1的表达升高，泛素免疫荧光染色结果表明T细胞S1P/S1P₁R信号减弱导致细胞发生线粒体自噬（图4）。因此初始T细胞需要通过S1P/S1P₁R信号维持线粒体的正常数量与氧化磷酸化功能。

本研究阐述了淋巴内皮细胞分泌的S1P发挥两方面的功能，一是形成淋巴结与淋巴液中S1P浓度梯度，促进初始T细胞从淋巴结进入淋巴循环；二是维持初始T细胞中线粒体的正常功能，保护细胞存活。这两方面的功能都通过S1P受体实现，但相对独立。在血管生成中，血管内皮细胞和血细胞都是从中胚层细胞分化成的hemangioblasts前体细胞进一步分化而来，而淋巴系统的发育起源于静脉内皮细胞，因此血管内皮（包括淋巴内皮细胞）和血细胞（包括T细胞）在发育上共同起源。本研究结果说明了淋巴内皮细胞参与机体的适应性免疫。

本研究用了多个基因修饰的小鼠，淋巴内皮条件性敲除SPNS2，诱导敲除S1P₁R以及过表达BCL2的转基因小鼠，加上以前发表的血管内皮条件性敲除SPNS2小鼠，在动物水平系统的研究了T细胞S1P/S1P₁R信号的作用和内皮与T细胞间的相互作用。与本研究有关的两个问题值得思考，S1P/S1P₁R信号与线粒体自噬之间的分子联系以及Spns2Δ小鼠T细胞凋亡中淋巴结微环境的作用。