乙酰硫酸肝素在造血系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)中的作用

任紅英

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)血液學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300020)

乙酰硫酸肝素是一種線性多糖，廣泛存在于細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)中，并在此與生長(zhǎng)因子、生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白、細(xì)胞外蛋白酶、蛋白酶抑制劑、化學(xué)物質(zhì)和黏附蛋白相互作用。乙酰硫酸肝素在造血系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)中的重要作用已引起了學(xué)者們的廣泛重視［1］，對(duì)乙酰硫酸肝素合成調(diào)控和功能研究有了很大進(jìn)展?，F(xiàn)將近年來(lái)對(duì)乙酰硫酸肝素在造血調(diào)控以及免疫學(xué)方面作用的研究進(jìn)展綜述如下。

1 乙酰硫酸肝素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

乙酰硫酸肝素是一種線性多糖結(jié)構(gòu)，由葡糖胺、糖醛酸和雙糖的重復(fù)單元構(gòu)成，并帶有不同的硫化聚合物，長(zhǎng)度由50～200個(gè)雙糖組成。乙酰硫酸肝素的生物合成由木糖黏附到特異的HSPG核心蛋白的絲氨酸殘基上引發(fā)，隨后形成葡糖醛酸—半乳糖—半乳糖—絲氨酸(GlcA-Gal-Gal-Xyl)的鏈狀結(jié)構(gòu)。隨著該糖鏈合成的延長(zhǎng)，一系列相關(guān)的酶參加了該反應(yīng)。成熟乙酰硫酸肝素在結(jié)構(gòu)上是高度特異性的，擁有能夠結(jié)合多種配體結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，發(fā)揮調(diào)節(jié)多種生物學(xué)功能的作用，包括細(xì)胞的增殖和分化［2］。最近研究顯示，乙酰硫酸肝素生物合成相關(guān)的基因敲除小鼠表現(xiàn)出不同的缺陷表型，包括早期發(fā)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］。利用攜帶Mx啟動(dòng)子調(diào)控Cre(Mx-Cre)的轉(zhuǎn)基因小鼠或血管生成素受體2(Tie2)等條件性基因敲除小鼠模型，有助于研究乙酰硫酸肝素合成相關(guān)的Ext1、NDST等基因缺失后對(duì)骨髓造血和血管發(fā)育的影響。

2 乙酰硫酸肝素對(duì)骨髓造血微環(huán)境的影響

骨髓造血微環(huán)境主要由細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成，造血干細(xì)胞在骨髓造血微環(huán)境中進(jìn)行自我更新和分化，并接受來(lái)自造血微環(huán)境中的多種信號(hào)調(diào)節(jié)，維持和調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞增殖與分化的平衡。乙酰硫酸肝素作為重要的細(xì)胞外基質(zhì)成份，在幾種重要微環(huán)境成份包括血管龕、成骨龕以及基質(zhì)細(xì)胞龕中起到橋梁和鏈接作用。

2.1 乙酰硫酸肝素與成骨龕 與骨發(fā)育有密切關(guān)系的骨髓成骨龕是骨髓造血微環(huán)境的重要組成部分，主要由成骨細(xì)胞組成，是造血干細(xì)胞存在和自我更新的重要場(chǎng)所。乙酰硫酸肝素蛋白多糖是骨的重要細(xì)胞外基質(zhì)成份，在骨的模式、分化、生長(zhǎng)和穩(wěn)態(tài)中起著重要的調(diào)節(jié)作用。乙酰硫酸肝素缺失可引起成骨龕的破壞，導(dǎo)致骨髓造血異常［4］。

2.2 乙酰硫酸肝素與基質(zhì)細(xì)胞龕 骨髓基質(zhì)細(xì)胞能夠合成并表達(dá)乙酰硫酸肝素，而且乙酰硫酸肝素能夠與許多骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌的相關(guān)生長(zhǎng)因子相互作用，調(diào)節(jié)骨髓造血并促進(jìn)多種造血因子分泌，起到造血支持作用。研究發(fā)現(xiàn)乙酰硫酸肝素在造血干細(xì)胞自我更新和歸巢中有重要作用［5］。乙酰硫酸肝素能夠結(jié)合與遞呈相關(guān)的生長(zhǎng)因子及信號(hào)分子，作用于造血微環(huán)境調(diào)節(jié)骨髓造血。Ext1基因在乙酰硫酸肝素生物合成過(guò)程中O-位硫化之前發(fā)揮作用，該基因敲除后，乙酰硫酸肝素的硫化模式將受到影響，導(dǎo)致糖鏈無(wú)法正常延長(zhǎng)，從而乙酰硫酸肝素失活。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)條件性敲除小鼠骨髓中Ext1基因后，乙酰硫酸肝素失活，導(dǎo)致小鼠造血功能障礙。而且胚胎干細(xì)胞中EXT1基因缺失后將不能向造血細(xì)胞分化，補(bǔ)充可溶性乙酰硫酸肝素將恢復(fù)胚胎干細(xì)胞向造血細(xì)胞分化的能力。說(shuō)明乙酰硫酸肝素在胚胎時(shí)期和成體骨髓造血中均有重要作用［6］。

3 乙酰硫酸肝素對(duì)造血干細(xì)胞自我更新、分化及歸巢的影響

乙酰硫酸肝素在造血干祖細(xì)胞黏附到細(xì)胞外基質(zhì)上起著非常重要的作用，其表達(dá)變化影響造血干祖細(xì)胞同細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)結(jié)合的特異性，且乙酰硫酸肝素通過(guò)其受體與造血干祖細(xì)胞表面的黏附分子相作用，調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的歸巢和自我更新［7］。乙酰硫酸肝素還能夠通過(guò)造血相關(guān)的生長(zhǎng)因子如干細(xì)胞因子(SCF)、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 (bFGF)及肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)等介導(dǎo)造血干祖細(xì)胞與骨髓基質(zhì)的結(jié)合，調(diào)節(jié)造血［8］。乙酰硫酸肝素可能與不同的細(xì)胞因子在骨髓微環(huán)境中形成了大分子復(fù)合物骨架，調(diào)節(jié)造血干祖細(xì)胞的自我更新和多系分化?；瘜W(xué)因子CXCL12(基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1)是造血干細(xì)胞一個(gè)主要的趨化因子［9］，CXCL12的配體趨化因子受體CXCR4在造血干細(xì)胞的歸巢和自我更新過(guò)程中扮演了非常重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，骨髓乙酰硫酸肝素失活可能導(dǎo)致SDF-1/CXCR4的表達(dá)降低及SCF、bFGF、黏附分子(CAMs)如血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)和細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)的表達(dá)發(fā)生變化，進(jìn)而影響造血干祖細(xì)胞的歸巢能力。此外，內(nèi)皮細(xì)胞的乙酰硫酸肝素能夠向造血干細(xì)胞結(jié)合和遞呈SDF-1，影響造血干細(xì)胞歸巢。因此，骨髓中乙酰硫酸肝素的缺失，有可能導(dǎo)致骨髓微血管內(nèi)皮細(xì)胞無(wú)法向造血干細(xì)胞遞呈SDF-1，從而影響造血干細(xì)胞歸巢。

4 乙酰硫酸肝素對(duì)B淋巴細(xì)胞發(fā)育和功能的影響

以往研究顯示，許多與淋巴細(xì)胞增殖、分化和抗原遞呈相關(guān)的生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和化學(xué)趨化物質(zhì)都包含乙酰硫酸肝素結(jié)構(gòu)域，提示乙酰硫酸肝素在淋巴細(xì)胞功能方面具有重要作用。例如，IL-3、IL-8、GM-CSF、HGF均有乙酰硫酸肝素結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，可以與HSPG相互作用，調(diào)節(jié)造血和淋巴細(xì)胞增殖與分化［10］。T淋巴細(xì)胞表面有硫酸類肝素蛋白多糖-2和4(Syndecan-2和4)的表達(dá)，而且Syndecan-4具有明顯的T淋巴細(xì)胞抑制效應(yīng)。包含乙酰硫酸肝素結(jié)構(gòu)域的 Syndecan-1、Syndecan-4、CD44-HS以及集聚蛋白(Agrin)等在B淋巴細(xì)胞發(fā)育和功能方面有重要作用［11］。Syndecan在B淋巴細(xì)胞的不同分化階段表達(dá)，而且Syndecan-4對(duì)B淋巴細(xì)胞與骨髓基質(zhì)細(xì)胞的黏附有顯著影響。由于Glce基因能夠控制乙酰硫酸肝素糖鏈的柔韌度，從而該基因缺失影響乙酰硫酸肝素同配體的結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，葡糖醛酸C5表異構(gòu)酶(Glce)缺陷可導(dǎo)致B淋巴細(xì)胞成熟障礙，血中漿細(xì)胞對(duì)增殖誘導(dǎo)配體介導(dǎo)的增殖信號(hào)反應(yīng)降低，進(jìn)一步引起外周血中漿細(xì)胞數(shù)量減低以及免疫球蛋白水平下降。研究發(fā)現(xiàn)，前B細(xì)胞受體(Pre-BCR)和IL-7相互作用能夠調(diào)節(jié)早期B細(xì)胞發(fā)育，而乙酰硫酸肝素能夠同二者相互作用，有可能發(fā)揮調(diào)節(jié)骨髓早期B細(xì)胞發(fā)育的功能［12］。因此，通過(guò)敲除乙酰硫酸肝素相關(guān)的基因，有可能在抗體制備和細(xì)胞治療以及免疫療法方面發(fā)現(xiàn)新的突破點(diǎn)，產(chǎn)生新的治療方法。

5 乙酰硫酸肝素對(duì)樹(shù)突細(xì)胞生物學(xué)特性和功能的影響

乙酰硫酸肝素能夠調(diào)節(jié)樹(shù)突細(xì)胞分化、成熟和凋亡，并且在樹(shù)突細(xì)胞抗原遞呈功能方面也有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，乙酰硫酸肝素糖鏈能夠促進(jìn)未成熟小鼠樹(shù)突細(xì)胞表達(dá) I-A、CD40、CD54、ICAM-1、CD80(B7-1)、CD86(B7-2)等成熟樹(shù)突細(xì)胞的表型，并具備分泌腫瘤壞死因子-a(TNF-a)、IL-1b和IL-6的功能，從而促進(jìn)樹(shù)突細(xì)胞表型和功能成熟［13］。值得注意的是，攜帶有HSPG結(jié)合域的許多蛋白同IgG抗體的Fc段融合后能夠引起免疫抑制效應(yīng)，誘導(dǎo)樹(shù)突細(xì)胞DC凋亡。You等的研究結(jié)果表明，樹(shù)突細(xì)胞受體3(DcR3)結(jié)合到樹(shù)突細(xì)胞的蛋白聚糖上能夠促進(jìn)樹(shù)突細(xì)胞凋亡，認(rèn)為HSPG通過(guò) Fc段受體(FcR)促進(jìn)樹(shù)突細(xì)胞凋亡和抑制免疫。而且，樹(shù)突細(xì)胞相關(guān)的乙酰硫酸肝素整合素配體(DC-HIL)和Syndecan-4相互作用抑制了T細(xì)胞的活化［14］。但是，HSPG能夠協(xié)助抗原遞呈細(xì)胞主要組織相容性復(fù)合體-Ⅱ(MHC-Ⅱ)類分子相關(guān)的抗原遞呈作用。目前關(guān)于乙酰硫酸肝素對(duì)免疫系統(tǒng)的抑制還是促進(jìn)作用不太確切，可能同HSPG的種類和乙酰硫酸肝素的空間結(jié)構(gòu)相關(guān)。由于樹(shù)突細(xì)胞同腫瘤中治療有密切關(guān)系，從而乙酰硫酸肝素在腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移過(guò)程也扮演了重要角色［15］。

6 乙酰硫酸肝素對(duì)腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移特性的影響

乙酰硫酸肝素作為基底膜的重要組成部分，在腫瘤浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移過(guò)程有重要作用［16］。而且乙酰硫酸肝素與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、HGF、血小板衍生的生長(zhǎng)因子、表皮樣細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、胎盤(pán)生長(zhǎng)因子2以及轉(zhuǎn)換生長(zhǎng)因子等多種因子結(jié)合后能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)，從而在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移方面有重要作用［17］。但是HSPG對(duì)機(jī)體的腫瘤免疫功能是促進(jìn)還是抑制，尚存在爭(zhēng)議。有研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌、肺癌、前列腺癌中往往伴隨乙酰硫酸肝素總量下降，存活率降低的頭頸部鱗癌、惡性間質(zhì)瘤、肝癌患者往往出現(xiàn)黏結(jié)蛋白聚糖S1表達(dá)的丟失［18］。體外實(shí)驗(yàn)證明S1能夠增強(qiáng)wnt-1誘發(fā)小鼠乳腺癌作用，在胰腺癌和多數(shù)卵巢癌浸潤(rùn)細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)S1高表達(dá)［19］。另一方面，S1有抑制腫瘤生長(zhǎng)的作用，其過(guò)度表達(dá)可完全抑制bFGF的細(xì)胞增殖反應(yīng)，骨肉瘤細(xì)胞釋放的S1可以誘導(dǎo)同種異體移植的骨肉瘤的SCID小鼠腫瘤細(xì)胞的凋亡［20］。

綜上所述，乙酰硫酸肝素在造血調(diào)控以及免疫學(xué)方面具有重要作用，其將為臨床免疫治療方法提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

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