CD47-SIRPa信號通路功能機制的研究進展

陳宣辰，張華梁，朱正亞，白 易(綜述)，錢 程※(審校)

(1.中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學研究生管理大隊，上海200433;2.北京協(xié)和醫(yī)學院護理學院，北京100144;3.中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學醫(yī)學免疫學國家重點實驗室，上海200433)

CD47是一種廣泛表達于多個物種和各個組織之間的膜糖蛋白，其與抑制性受體信號調(diào)節(jié)蛋白a(signal regulatory protein a，SIRPa)互為受體和配體，并可以形成CD47-SIRPa信號復(fù)合體，該信號復(fù)合物具有介導(dǎo)雙向信號調(diào)節(jié)并調(diào)控多種免疫反應(yīng)進程的作用。其在免疫系統(tǒng)應(yīng)答、巨噬細胞吞噬、中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育以及定向造血干細胞移植等方面均有至關(guān)重要的作用。隨著對CD47-SIRPa信號通路在免疫和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中作用機制越來越深入的研究，其成果也為自身免疫性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療方面提供了更多新的治療靶點。這就為一些發(fā)病機制尚不明了的疾病提供了治愈的可能。

1 SIRPa與CD47簡介

1.1 SIRPa SIRPa是SIRP家族中一個典型的抑制性免疫受體，其可以選擇性地表達于髓系細胞(包括巨噬細胞、粒細胞和樹突狀細胞)和神經(jīng)細胞膜表面，而在體內(nèi)的其他細胞則表達較少。作為一種跨膜蛋白，其在胞外區(qū)總共存在三種免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域，N氨基酸末端結(jié)構(gòu)域可以與CD47相互作用介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo);SIRPa的胞質(zhì)尾區(qū)同激酶類以及銜接蛋白還存在著相當緊密的聯(lián)系;而其細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有典型的免疫受體酪氨酸抑制性基序，可以被磷酸化，從而發(fā)生積聚反應(yīng)，被與其自身相連的細胞溶質(zhì)性蛋白酪氨酸磷酸酶(Srchomology phosphatases，SHP)激活，而SHP一般可以分為SHP-1和SHP-2。通過近端底物的去磷酸化，SHP-1和 SHP-2可以調(diào)整細胞內(nèi)的信號通路以及它們下游效應(yīng)器的功效［1-3］。SHP-1 主要表達于定向造血干細胞以及其他一些具有負向調(diào)控作用的細胞之中。SIRP介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生時，整合素首先介導(dǎo)細胞黏附到其胞外的蛋白結(jié)構(gòu)域上，并釋放某些生長因子誘導(dǎo)其胞內(nèi)的酪氨酸磷酸化，而酪氨酸的磷酸化又可以進一步激活與其之結(jié)合的SHP-1和SHP-2，從而分別通過SHP-1和SHP-2來對細胞的生長實施調(diào)控［4］。這就意味著在該信號調(diào)節(jié)通路之中，SIRPa作為一種載體蛋白，協(xié)調(diào)了SHP-1與SHP-2及其下游信號通路，使兩者對細胞的生長進行準確地調(diào)控［5］。而通過對大量SIRPa結(jié)構(gòu)域缺失小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，它們并沒有表現(xiàn)出明顯的發(fā)育障礙或者生長遲緩的現(xiàn)象，表明SIRPa雖然參與細胞生長的調(diào)節(jié)，但對于生物體內(nèi)胚胎發(fā)育或是胚后發(fā)育并不起關(guān)鍵作用［6］。

1.2 CD47CD47也是一種跨膜蛋白，相比于SIRPa，其表達范圍更為廣泛，其最初是從人胎盤與整合素αvβ3共純化以及血小板與β3整合素免疫共沉淀當中發(fā)現(xiàn)而為人們所熟知［7］。作為SIRPa的配體，兩者可形成一個緊密的復(fù)合物，并在細胞的遷移及吞噬過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。兩者在哺乳動物的大腦中表達頗多，且在生物體出生之后增加顯著，并且在大腦中的表達形式十分相似，表明兩者在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)很有可能是雙向的［8］。此外，SIRPa幾乎不表達于正常成熟的紅細胞，B細胞以及T細胞之上，而在造血干細胞中卻可以檢測到大量的CD47［9］。提示CD47和SIRPa在造血干細胞以及免疫系統(tǒng)之中是一種單向的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。而CD47在紅細胞的不同時期，表達量也隨之改變，正是通過這種表達水平的差異性介導(dǎo)了巨噬細胞對于衰老紅細胞(CD47幾乎不表達)的吞噬［10］。其所形成的信號通路對免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它不僅在巨噬細胞的吞噬作用過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，同時也對人體的中樞神經(jīng)以及免疫系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用。此外，近年來還發(fā)現(xiàn)，其在胰島素的分泌以及定向造血干細胞移植方面也扮演著重要的角色。

2 CD47-SIRPa信號通路作用機制

2.1 CD47-SIRPa信號通路對巨噬細胞吞噬作用的調(diào)節(jié) CD47-SIRPa信號通路在巨噬細胞吞噬過程中所發(fā)揮的作用在體內(nèi)是最具特征性的。該方面研究中，研究人員通過對CD47缺乏以及表達正常的紅細胞的比較，發(fā)現(xiàn)巨噬細胞對于前者的清除速率遠遠高于后者，并且主要由脾紅髓巨噬細胞參與［10］。且在該巨噬細胞上，表達有相當數(shù)量的SIRPa蛋白。研究證實，SIRPa蛋白胞質(zhì)區(qū)表達異常的小鼠，紅細胞對于巨噬細胞高度易感，即表現(xiàn)出體內(nèi)紅細胞清除率的明顯升高［11，12］。綜合該部分研究，表明 CD47和SIRPa均參與了紅細胞吞噬過程的調(diào)節(jié)。進一步探討其機制發(fā)現(xiàn):CD47首先將信號遞呈給宿主靶細胞(如紅細胞或是血小板一類的細胞)，使得巨噬細胞中的 SIRPa與SHP-1形成一個復(fù)合體，并介導(dǎo)SHP-1依賴的抑制性信號進而實現(xiàn)對吞噬作用的調(diào)節(jié)［13］。所以說，一旦體內(nèi)紅細胞表面的 CD47缺乏(如衰老的紅細胞)，即會出現(xiàn)CD47與SIRPa連接的障礙，這就激活了它們之間的信號通路，使得巨噬細胞開始對該紅細胞進行吞噬，而當這兩者的連接處于正常水平的時候，則不能激活巨噬細胞的吞噬作用，這也就是為什么正常紅細胞不會被巨噬細胞所吞噬的原因，也可以認為SIRPa被作為一種先天的感受器去檢測那些無處不在的被宿主細胞所表達出來的自身抗原信號，特別是CD47，從而介導(dǎo)吞噬反應(yīng)，反之也可以將此歸結(jié)為CD47在發(fā)揮一種負向調(diào)控作用［14］。此外又有研究表明，CD47-SIRPa信號通路對巨噬細胞吞噬作用的調(diào)節(jié)已經(jīng)不單單局限于紅細胞，其對血小板以及淋巴細胞，同樣也存在類似的調(diào)節(jié)作用［15］。

2.2 CD47-SIRPa信號復(fù)合物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機制 CD47和SIRPa在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中均大量存在，特別是在海馬、小腦以及視網(wǎng)膜這些區(qū)域中分布尤為顯著，且在出生后表達量隨之增加［1］。其中CD47較為局限地在神經(jīng)元的樹突中表達，而SIRPa則在整個神經(jīng)元細胞中均有分布。首先，從該信號通路對神經(jīng)細胞生長的調(diào)控說起，神經(jīng)細胞的生長是從一些原始的神經(jīng)細胞開始，逐漸形成早期的樹突棘，隨后出現(xiàn)偽足，之后這些偽足形成為最初的突觸，即原始的軸突，并逐漸分化出球形的頭端，這些逐漸伸長的軸突最終可以發(fā)育為脊髓［16］。在此過程中，CD47和SIRPa信號通路利于其自身神經(jīng)元細胞及其周邊分支的形成，并對該神經(jīng)元偽足和棘突的形成至關(guān)重要［17，18］。有研究發(fā)現(xiàn)，通過免疫組化的方法表明，一旦CD47的表達減少，則相應(yīng)的SIRPa在神經(jīng)元上的定位也會出現(xiàn)問題，由此可見在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，SIRPa的定位是高度地依賴于CD47的，而期間CD47介導(dǎo)的這些效應(yīng)，又與酪氨酸激酶存在著緊密的關(guān)系，因為正是后者介導(dǎo)了其信號通路中最為重要的酪氨酸磷酸化反應(yīng)［19］。但至于其中具體的反應(yīng)機制仍有待于進一步研究。另外，在對神經(jīng)細胞的培養(yǎng)中還發(fā)現(xiàn)，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子以及神經(jīng)生長因子均介導(dǎo)了SIRPa的酪氨酸磷酸化反應(yīng)，這也為神經(jīng)細胞的生長機制提供了一種全新的解釋［2］。此外還有研究發(fā)現(xiàn)，外界的冷熱刺激也同樣會使SIRPa發(fā)生酪氨酸磷酸化反應(yīng)，使得人體下丘腦或視交叉上核作出相應(yīng)的應(yīng)答反應(yīng)［19，20］。另外，通過對小鼠海馬區(qū)中與記憶形成相關(guān)區(qū)域的研究發(fā)現(xiàn)，在這些區(qū)域，細胞中CD47的mRNA都是高水平表達的，而在那些CD47缺乏的小鼠中，其學習與記憶功能較正常小鼠相比甚遠［21］。該發(fā)現(xiàn)高度提示與人體海馬區(qū)的CD47-SIRPa信號通路對于生物記憶的形成至關(guān)重要，但是其具體發(fā)揮作用的機制還有待于進一步的研究和探索。

2.3 CD47-SIRPa信號通路對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用CD47-SIRPa信號通路對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是雙向的，但主要以負向調(diào)控為主。當免疫系統(tǒng)對病原作出免疫應(yīng)答的時候，一個很重要的途徑就是通過樹突狀細胞將相關(guān)的抗原遞呈給幼稚T細胞，而在該環(huán)節(jié)之中，作為功能最強的抗原遞呈細胞以及適應(yīng)性免疫應(yīng)答的始動者，樹突狀細胞發(fā)揮著重要的作用。有研究證實，SIRPa在樹突狀細胞表面的表達極其豐富，并且有助于提升其抗原遞呈能力［22］。這也就說明，單從抗原遞呈的角度來看，該信號通路對于免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是積極的，正向的。但與此相反的是，利用CD47蛋白Fc段中的融合蛋白封閉SIRPa對未成熟的樹突狀細胞表型和功能上的成熟具有抑制作用，此外還可以抑制成熟樹突狀細胞的炎性因子的產(chǎn)生［23］。這就說明了該信號通路對于免疫細胞的發(fā)育存在負向的調(diào)節(jié)作用。

2.4 CD47-SIRPa信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在胰島素的分泌以及定向造血干細胞移植中的影響 有研究表明，SIRPa和CD47在胰島的β細胞中都是高表達的，且有研究表明，在SIRPa基因變異的小鼠體內(nèi)，胰島素的分泌水平明顯降低，并且對于葡萄糖的耐受性同樣降低［24］。這就提示SIRPa的缺乏可能是導(dǎo)致人類糖尿病的發(fā)病原因之一。因此提出假設(shè)，如若糖尿病患者體內(nèi)的SIRPa比正常人來得更低，是否就意味著由SIRPa所介導(dǎo)的巨噬細胞的吞噬作用就會降低，那么對糖尿病患者所進行的細胞或是器官移植的免疫排斥反應(yīng)也會隨之減弱。針對非肥胖型糖尿病聯(lián)合重癥聯(lián)合免疫缺陷綜合征患者，Takenaka制作了相關(guān)小鼠疾病模型，為該假設(shè)的研究提供了一個很好的平臺［25］。研究表明，該小鼠模型較之前所采用的沒有糖尿病遺傳背景的嚴重聯(lián)合免疫缺陷型小鼠模型，其對于人類的定向造血干細胞移植物具有更加優(yōu)良的耐受性［26］。進一步通過定位遺傳的方法探討其機制，讓非肥胖型基因去影響SIRPa所在的基因組區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是CD47對SIRPa V樣免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域產(chǎn)生了影響，誘導(dǎo)了一個相對于CD47有著不同結(jié)合容量的SIRPa的產(chǎn)生，并最終導(dǎo)致其在非肥胖型糖尿病模型中表現(xiàn)出一定的差異性，從而避免了其所在細胞被巨噬細胞吞噬的結(jié)果［26］。由此強有力地證明了SIRPa與CD47之間的相互作用在免疫負相調(diào)控效應(yīng)中的重要性。但該信號通路究竟如何發(fā)揮免疫抑制效應(yīng)還不是十分清楚，但至少已經(jīng)能夠看到其在免疫抑制方面所展露的極大潛力。

3 小結(jié)與展望

從CD47-SIRPa信號通路發(fā)現(xiàn)至今，已經(jīng)經(jīng)歷了十余年的時間，之間相關(guān)學者對其進行了細致而又深入的研究，并且取得了相當豐碩的成果，基本清楚了其與機體之間的作用機制，特別是在免疫系統(tǒng)以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究成果，已經(jīng)被成功運用到自身免疫性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療之中。但同時也應(yīng)當清醒地認識到，對于CD47-SIRPa信號通路的研究仍存在很大的局限性，許多未知的疑問都急需去解答，尤其是在SIRPa方面。此外，諸如在神經(jīng)系統(tǒng)方面，已知了該信號通路與學習記憶方面的高度相關(guān)性，如果能夠開展更加深入的研究，則可能會給記憶這個抽象的概念建立一套全新的理論基礎(chǔ);此外，該通路與胰島素分泌之間的相關(guān)性，更為深入的研究很有可能會進一步揭示糖尿病的發(fā)病機制，并給該病的治療提供一種更新更具可行性的方案。關(guān)于其在細胞移植免疫方面的研究，也是與臨床息息相關(guān)的，在器官移植開展越來越普遍的大環(huán)境下，如何真正地解決異體移植所引起的免疫排斥而又不損傷正常的免疫系統(tǒng)，已經(jīng)為所越來越向往，而且隨著其研究的深入，將會更多地為免疫排斥反應(yīng)提供臨床解決途徑。此外，還有許多同CD47-SIRPa信號通路相關(guān)的未知領(lǐng)域，都還不曾涉足，這也給科技工作者提出了更多的挑戰(zhàn)，但是，有理由相信在不久的將來會取得更豐碩的成果，并將其有機地應(yīng)用到臨床醫(yī)學中去，從而給疾病的治療提供全新的手段，而真正地使科研實現(xiàn)其原本的初衷，為人類造福。

［1］Mi ZP，Jiang P，Weng WL，et al.Expression of a synapse-associated membrane protein，P84/SHPS-1，and its ligand，IAP/CD47，in mouse retina［J］.J Comp Neurol，2000，416(3):335-344.

［2］Ohnishi H，Yamada M，Kubota M，et al.Tyrosine phosphorylation and association of BIT with SHP-2 induced by neurotrophins［J］.J Neurochem，1999，72(4):1402-1408.

［3］Vandenberg TK，Vanbeek EM，Bühring HJ，et al.A nomenclature for signal regulatory protein family members［J］.J Immunol，2005，175(12):7788-7789.

［4］Neel BG，Gu H，Pao L.The‘Shp’ing news:SH2 domain-containing tyrosine phosphatases in cell signaling［J］.Trends Biochem Sci，2003，28(6):284-293.

［5］Noguchi T，Maotozaki T，F(xiàn)ujioka Y，et al.Characterization of a 115-kDa protein that binds to SH-PTP2，a protein-tyrosine phosphatase with Src homology 2 domains，in Chinese hamster ovary cells［J］.J Biol Chem，1996，271(44):27652-27658.

［6］Inagaki K，Yamao T，Noquchi T，et al.SHPS-1 regulates integrinmediated cytoskeletal reorganization and cell motility［J］.EMBO J，2000，19(24):6721-6731.

［7］Carani L，Sollazzo D，Ricci F，et al.The CD47pathway is deregulated in human immune thrombocytopenia［J］.Exp Hematol，2011，39(4):486-494.

［8］Ohnishi H，Kaneko Y，Okazawa H，et al.Differential localization of Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase substrate-1 and CD47and its molecular mechanisms in cultured hippocampal neurons［J］.JNeurosci，2005，25(10):2702-2711.

［9］Duqas V，Beauchamp C，Chabot-Roy G，et al.Implication of the CD47pathway in autoimmune diabetes［J］.J Autoimmun，2001，35(1):23-32.

［10］Olsson M，Oldenborg PA.CD47on experimentally senescent murine RBCs inhibits phagocytosis following Fcgamma receptor-mediated but not scavenger receptor-mediated recognition by macrophages［J］.Blood，2008，112(10):4259-4267.

［11］Tsai RK，Discher DE.Inhibition of"self"engulfment through deactivation of myosin-Ⅱat the phagocytic synapse between human cells［J］.J Cell Biol，2008，180(5):989-1003.

［12］Ishikawa-Sekigami T，Kaneko Y，Okazawa H，et al.SHPS-1 promotes the survival of circulating erythrocytes through inhibition of phagocytosis by splenic macrophages［J］.Blood，2006，107(1):341-348.

［13］Oldenborg PA，Gresham HD，Lindberg HP.CD47-signal regulatory protein a(SIRPa)regulates Fcg and complement receptor-mediated phagocytosis［J］.J Exp Med，2001，193(7):855-862.

［14］Ishikawa-Sekigami T，Kaneko Y，Saito Y，et al.Enhanced phagocytosis of CD47-deficient red blood cells by splenic macrophages requires SHPS-1［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，343(4):1197-1200.

［15］Blazar BR，Lindberg FP，Ingulli E，et al.CD47(integrin-associated protein)engagement of dendritic cell and macrophage counterreceptors is required to prevent the clearance of donor lymphohematopoietic cells［J］.J Exp Med，2001，194(4):541-549.

［16］Ohnishi H，Kaneko Y，Okazawa H，et al.Differential localization of Src homology 2domain-containing protein tyrosine phosphatase substrate-1 and CD47and its molecular mechanisms in cultured hippocampal neurons［J］.J Neurosci，2005，25(10):2702-2711.

［17］Mozafari S，Sherafat MA，Javan M，et al.Visual evoked potentials and MBP gene expression imply endogenous myelin repair in adult rat optic nerve and chiasm following local lysolecithin induced demyelination［J］.Brain Res，2010，39(10):50-56.

［18］Murata T，Ohnish H，Okazawa H，et al.CD47promotes neuronal development through Src-and FRG/Vav2-mediated activation of Rac and Cdc42［J］.J Neurosci，2006，26(48):12397-12407.

［19］Miyashita M，Ohnish H，Okazawa H，et al.Promotion of neurite and filopodium formation by CD47:roles of integrins，Rac，and Cdc42［J］.Mol Biol Cell，2004，15(8):3950-3963.

［20］Nakahata Y，Okaumura N，Shima T，et al.Light-induced tyrosine phosphorylation of BIT in the rat suprachiasmatic nucleus［J］.J Neurochem，2000，74(6):2436-2444.

［21］Taniguchi H，Okumura N，Hamada J，et al.Cold exposure induces tyrosine phosphorylation of BIT through NMDA receptors in the rat hypothalamus［J］.Biochem Biophys Res Commun，2004，319(1):178-184.

［22］Hagnerud S，Manna PP，Cella M，et al.Deficit of CD47results in a defect of marginal zone dendritic cells，blunted immune response to particulate antigen and impairment of skin dendritic cell migration［J］.J Immunol，2006，176(1):5772-5778.

［23］Latour S，Manana PP，Cella M，et al.Bidirectional negative regulation of human T and dendritic cells by CD47and its cognate receptor signal-regulator protein-a:down-regulation of IL-12 responsiveness and inhibition of dendritic cell activation［J］.J Immunol，2001，176(10):2547-2554.

［24］Kobayashi M，Ohnishi H，Okazawa H，et al.Expression of SHPS-1 in pancreatic b cells and its role in promotion of insulin secretion and protection against diabetes［J］.Endocrinology，2008，149(11):5662-5669.

［25］Takenaka K，Prasolava TK，Wang JC，et al.Polymorphism in Sirpa modulates engraftment of human hematopoietic stem cells［J］.Nat Immunol，2007，8(12):1313-1323.

［26］Nakaishi A，Hirose M，Yoshimura M，et al.Structural insight into the specific interaction between murine SHPS-1/SIRPa and its ligand CD47［J］.J Mol Biol，2008，375(3):650-660.