TRAIL与器官移植排斥反应相关性研究进展

【摘要】  TRAIL为近年来发现的能够介导细胞凋亡的信号分子之一. 凋亡信号的传递无论对移植物耐受还是排斥都发挥着极其重要的作用. TRAIL及其受体表达与移植后排斥反应存在相关性. 本文了目前对TRAIL及其受体在移植免疫方面的研究,现有研究结果表明TRAIL在某些器官移植免疫耐受方面有积极作用,它可能成为器官移植排斥反应的新型药物.

【关键词】  TRAIL 器官移植 细胞凋亡

     0引言

TRAIL［1］(TNF related apoptosis inducing ligand，TRAIL)是近年来发现的能够介导细胞凋亡的信号分子之一. TRAIL也称为Apo?2L(apoptosis?2 ligand)，可快速诱导不同种类的转化细胞、肿瘤细胞和病毒感染细胞的凋亡. 众所周知，凋亡常见于发生排斥的器官及组织，某些免疫抑制剂也是通过诱导凋亡而发挥其抗排斥作用. 研究发现，TRAIL及其受体表达与移植后排斥反应存在相关性［2-4］，这就为研究排斥反应发生的机制，进而为寻求防治器官移植后排斥反应的方法提供了新思路. 本文就TRAIL及其受体的结构与功能，TRAIL的表达与器官移植急性排斥反应的相关性作一综述.

    1TRAIL分子

人TRAIL基因定位于3号染色体的3q26，全长1769 bp，含有一个开放读码框，编码281个氨基酸. TRAIL分子量约32.5 kD，为Ⅱ型跨膜糖蛋白，其胞膜外区C末端有一同源三聚体的亚单位结构，在特定蛋白酶作用下水解形成可溶性TRAIL（sTRAIL），sTRAIL缺乏跨膜区和胞浆区，末端无信号肽. TRAIL的末端氨基酸序列保守性较强，与TNF家族其他成员作比较，其同源性分别为FasL 23％，CD40L20.8％，LT?α 20.2％，LT?β 19.6％，TNF 10％，CD30L与CD27L各15.5％，OX40L14.3％，4?1BB13.7％. 与FasL不同，TRAIL广泛表达于多种组织，如外周血淋巴细胞、单核细胞、肺、脾脏、前列腺、卵巢、小肠、结肠和胎盘等，但在脑、肝和睾丸无表达.

    2TRAIL受体的结构和功能到目前为止，已发现5种TRAIL受体：DR4，DR5，DcR1，DcR2和OPG. 前4种受体定位于人第8号染色体的8p22?21，并且它们在染色体上的位置非常靠近，OPG定位于8q24. 受体在功能上分可两类，一类是死亡受体(death receptor, DR）如DR4和DR5；另一类是“诱骗”受体(decoy receptor, DcR)，如DcR1，DcR2和OPG.

    2.1DR4DR4又称TRAIL?R1，属Ⅰ型跨膜受体，含有468个氨基酸，由胞膜外区、跨膜区和胞浆区3个部分组成. 推断N端1～23位氨基酸是信号肽，成熟的蛋白始于第24位氨基酸. 胞膜外区（24～226）有两个富含半胱氨酸的结构域（cysteine?rich domain, CRD），在跨膜结构域(227～245)之后是一个包含70个氨基酸的死亡结构域 (death domain, DD). DR4具有诱导细胞凋亡作用.

    2.2DR5DR5又称TRAIL?R2，属Ⅰ型跨膜蛋白，含有411个氨基酸，也由信号肽(1～51)，胞膜外区(84～179)，跨膜区(184～206)，胞浆区（207～411）4部分组成. 胞膜外区也含有两个CRD，胞浆区有67个氨基酸的死亡结构域，末端是COOH-. DR5在CRD及死亡结构域，与DR4分别有66％和64％的同源性； DR5也具有诱导细胞凋亡作用，而且DR5的过表达可以不依赖配体诱导细胞发生凋亡.

    2.3DcR1DcR1又称TRAIL?R3，其转录体只存在于外周血淋巴细胞、脾、肺、胎盘、骨骼组织、前列腺、胸腺、睾丸、大肠小肠、卵巢中，在绝大多数肿瘤细胞、转化细胞中只有相当低的表达量. DcRl cDNA编码259个氨基酸，只有胞膜外区和跨膜区，没有明显的胞浆区. 在胞膜外区也有两个CRD，由于没有胞浆区，因而不能诱导细胞发生凋亡. 外源DcR在哺乳动物中表达，能保护细胞不受TRAIL诱导的凋亡作用.

    2.4DcR2DcR2又称TRAIL?R4,与DcR1结构相似，由386个氨基酸构成. 其胞膜外区也含有两个CRD，由于其胞浆区仅含有一个被截短的类似死亡结构域，长度为典型死亡结构域的三分之一，所以DcR2与TRAIL结合亦不能介导凋亡. DcR2在许多组织均有表达，在胎肝组织和成人睾丸组织表达尤为丰富，提示对这些部位可能有保护作用，但在绝大多数肿瘤细胞中不表达.

    2.5OPGOPG［5］(osteoproterin)是一个分泌型TNF受体，目前发现它是TRAIL可溶性的“诱骗”受体，它能通过抑制TRAIL和死亡受体结合来抑制TRAIL诱导细胞凋亡的作用. 它具有抑制破骨细胞，增加骨密度的作用.

    TRAIL与DR4，DR5和DcR1，DcR2都可以结合，与DR4和DR5的结合可以引起细胞凋亡，而DcR1和DcR2与TRAIL结合后，可以保护细胞不发生凋亡. 当在同一细胞膜上既表达DR4，DR5又表达DcR1或DcR2时，这些诱骗受体就可以竞争性地与TRAIL结合，从而干扰TRAIL诱导细胞凋亡的功能. 由于DcR1只表达于正常组织，所以在TRAIL诱导的细胞凋亡中正常细胞将不被损伤，这是TRAIL及其受体有别于TNF/TNFRI和Fas/FasL的作用特点.

    3TRAIL受体表达与移植免疫近年来TRAIL及其受体与移植免疫排斥反应的关系日益引起学者的关注.

    研究发现TRAIL可能在促进免疫细胞凋亡，维持免疫耐受等方面起着一定的作用［6］. 在眼、脑和生殖器官（睾丸和卵巢）这些“免疫特惠”器官中，即使是最轻微的炎症反应对器官的存活亦有着长期的影响，所以在这些组织器官中，免疫应答反应是受到限制的. 例如，在眼组织中，如果炎症细胞一旦通过血?视网膜屏障，凋亡诱导细胞便会积极通过TRAIL等信号途径诱导其凋亡，从而限制炎症细胞的继续侵入［7］. 在器官移植的动物模型研究中，TRAIL的高表达与同种移植免疫耐受密切相关. 郭萍等［8］通过动物实验，采用转基因技术将TRAIL基因导入角膜移植片的角膜内皮细胞内，观察术后角膜免疫排斥反应发生的时间及炎性反应强度，并检测免疫排斥的角膜移植片中CD4+及CD8+ T淋巴细胞的浸润情况. 结果显示，研究组术后发生免疫排斥反应的时间较正常对照组延长，术后早期炎性反应的强度低；可溶性DR5（sDR5）处理组术后发生免疫排斥反应的时间明显较正常对照组提前，炎性反应强度增高. 这些研究表明TRAIL蛋白参与抑制角膜移植术后的免疫排斥反应，延长免疫排斥反应发生时间. Griffith［2］在最近的研究中发现，通过注射凋亡细胞，可诱导CD8+ T细胞转化成无功能CTL细胞(helpless CTL)，并表达TRAIL，进而抑制免疫反应. Mattingly［3］观察到使用Bortezomib，可增加TRAIL受体表达，进而抑制免疫反应，使移植器官获得免疫耐受. 上述研究都说明TRAIL具有抑制排斥反应，诱导并维持免疫耐受的作用.

    TRAIL蛋白发挥免疫抑制作用的途径可能是通过作用于T淋巴细胞的细胞周期，抑制T淋巴细胞的增殖与活化，或者是通过促进活化T淋巴细胞的凋亡［9-10］.

    但也有学者观察到TRAIL蛋白在移植免疫中起着不同的作用. 袁伟等［11］通过实验推论：TRAIL及其受体的表达参与了同种异体大鼠角膜移植免疫排斥反应的发生，IL?1RA可通过下调其表达抑制角膜移植免疫排斥反应. 李辉［12］对正常人及发生肾移植后急性排斥反应的患者外周血单核细胞(PBMC)表面TRAIL分布状况进行对比研究，对正常人肾脏和急性排斥坏死肾脏病理切片DR4和DR5进行分析，发现正常人PBMC几乎不表达TRAIL，急性肾脏排斥患者PBMC高表达TRAIL. 受排斥肾脏的近曲和远曲小管细胞DR5的表达明显上调，从而判定TRAIL和DR4/DR5之间的作用参与了急性肾脏移植排斥反应. Thomas［13］在恒河猴的胰岛移植中发现，抑制TRAIL诱导的调亡途径可改善胰岛的存活率，减少功能性胰岛的丢失，也说明TRAIL参与移植排斥反应的发生. 近年来证实，CD4+ CD25+调节性T细胞（CD4+ CD25+ regulatory T cells, Treg）具有免疫抑制作用［14］. 经过TCR活化后,能够抑制CD4+ T细胞、CD8+T细胞、DC等免疫细胞的免疫应答. 在某些动物实验模型中,CD4+ CD25+ Treg细胞在移植免疫应答及耐受中发挥重要作用,能够防止宿主抗移植物反应和移植物抗宿主反应(GVHD). 将移植免疫耐受小鼠的CD4+ CD25+ Treg细胞过继转移给同基因的受者,可以诱导后者产生对供者皮肤或胰岛移植物的特异免疫耐受. 任学芳［4］等通过实验发现，体外加入TRAIL中和抗体可明显抑制CD4+ CD25+ Treg的凋亡，由此我们推断TRAIL蛋白参加了器官移植排斥反应的发生. 如果在器官移植时能够通过中和TRAIL，减少CD4+ CD25+ Treg细胞凋亡,将提高受者免疫耐受的敏感性,有利于提高器官的存活时间及移植免疫耐受的建立.

    再灌注损伤与细胞凋亡有着密切的关系，近年来有人观察到TRAIL从中起着重要作用. Cao［15］等通过肝细胞模型模拟移植肝脏的再灌注损伤，发现缺血/缺氧5 h后再灌注，肝细胞内DR5 mRNA高表达，而且从再灌注开始全程高表达，再灌注后2 h达到高峰. 此外，TRAIL介导的细胞凋亡和缺氧有着浓度依赖性，TRAIL途径可能在缺血再灌注引起肝细胞凋亡中起着重要作用. Hirotaka Tashiro［16］的实验也证明了TRAIL的表达是和活体肝移植的缺血再灌注相关的. 再灌注损伤是器官移植不可回避的，如何抑制死亡受体的表达，减轻再灌注损伤，有待于进一步的研究.

    4展望

免疫抑制剂虽然能够有效地减轻急性排斥反应的发生，并可显著降低移植器官衰竭所引起的死亡率，但其所具有的细胞毒性作用却不容忽视，再者，目前的诸多方案均不能防治移植器官的慢性功能丧失. TRAIL仅诱导转化或活化细胞、病毒感染细胞或肿瘤细胞发生凋亡，而不引起正常细胞的凋亡. TRAIL及其受体在清除活化的T细胞、NK细胞及引起巨噬细胞凋亡中起重要作用，而这些细胞恰恰在同种异体移植排斥反应中发挥重要作用［17］，若利用TRAIL及其受体诱导凋亡来削弱活化T细胞和NK细胞对移植物的攻击，达到免疫耐受效果，在移植免疫治疗中将比单独应用免疫抑制剂更具吸引力. 国内外就TRAIL及其受体与移植免疫关系的相关研究为数不多，关于TRAIL在各个器官的研究还没有进一步深入，某些机制尚未明了，TRAIL在各个器官中的作用也不尽相同，且有些器官移植与TRAIL的相关研究还未见报道. 但从当前研究的结果可以推论，凋亡信号的传递无论对移植物耐受还是排斥都发挥着及其重要的作用［18］. TRAIL及其受体在移植免疫中的表达及调控特点、作用机制、与临床预后的关系等问题，需要在后续研究中进一步阐明.

【】
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