麻芯茹，徐闖綜述，楊威，張冰冰審校

1.黑龍江八一農(nóng)墾大學 動物科技學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學生命科學技術(shù)學院，黑龍江 大慶 163319

CD4+T淋巴細胞是人體免疫系統(tǒng)中重要的免疫細胞之一，該細胞在清除癌變組織和癌細胞過程中具有重要意義。研究表明，單純輸注CD4+T淋巴細胞可使接種血液或?qū)嶓w腫瘤細胞后的動物免于發(fā)?。辉撗芯烤虲D8+T和CD4+T淋巴細胞對腫瘤細胞的殺傷效果進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CD4+T淋巴細胞具有更強的殺傷效果［1］。另外，CD4+T淋巴細胞還可激活巨噬細胞分泌IFNγ或NK細胞殺傷MHCⅡ類抗原陰性腫瘤細胞［2］。CD4+T淋巴細胞的功能取決于T細胞受體（T cell receptor，TCR），TCR的激活觸發(fā)了鈣從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放，進而影響其細胞周期進展和增殖［3］。

1 CD4+T淋巴細胞的分化及免疫功能

CD4+T淋巴細胞可被不同刺激因子激活，并分化成相應(yīng)的T細胞亞群，根據(jù)產(chǎn)生的細胞因子差異，活化的CD4+T淋巴細胞主要分為Th1、Th2、Th17、濾泡輔助T細胞（T follicular helper cell，Tfh）及調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cells，Tregs）。Th1細胞可增強巨噬細胞介導(dǎo)的胞內(nèi)病原體感染的免疫反應(yīng)，介導(dǎo)細胞免疫應(yīng)答；Th2細胞可刺激肥大細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞的活化，發(fā)揮體液免疫作用，同時介導(dǎo)蠕蟲的免疫反應(yīng)；Th17細胞主要針對細胞外細菌的免疫應(yīng)答，可刺激多種細胞招募中性粒細胞至感染部位；Tfh細胞可刺激生發(fā)中心的B細胞成熟；Treg細胞可抑制免疫反應(yīng)從而維持免疫穩(wěn)態(tài)。免疫細胞的激活取決于鈣信號，細胞內(nèi)Ca2+失衡被認為是炎癥誘導(dǎo)劑［4］。Ca2+在免疫細胞的免疫應(yīng)答反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，參與調(diào)控細胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，因此細胞中的Ca2+濃度對維持免疫細胞的正常功能具有重要意義［5］。

2 鈣池引發(fā)的細胞內(nèi)Ca2+進入

細胞內(nèi)Ca2+是最重要的第二信使，對真核細胞的多種生物學過程至關(guān)重要，如參與肌肉收縮、基因表達、突觸傳遞、激素分泌、基因轉(zhuǎn)錄及細胞分裂、代謝和凝血等生理過程。機體缺血時，可通過調(diào)節(jié)Ca2+內(nèi)流來影響神經(jīng)元的凋亡、神經(jīng)電信號傳導(dǎo)、血小板的生物學功能、激活炎癥小體等，因此，細胞內(nèi)Ca2+濃度與細胞功能密切相關(guān)。正常靜息狀態(tài)下，細胞外Ca2+的濃度為10-3mol／L，細胞內(nèi)Ca2+濃度為10-7mol／L，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+濃度為10-3mol／L，在細胞外空間和細胞質(zhì)之間建立了巨大的Ca2+梯度（約20 000倍）。因此，即使在靜止的T細胞中，Ca2+流量的動態(tài)調(diào)節(jié)也會不斷發(fā)生，以維持該梯度。當T細胞被激活，細胞內(nèi)Ca2+濃度持續(xù)增加，這是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+存儲庫的排空引起的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的體積小，Ca2+儲量少，細胞內(nèi)Ca2+減少會導(dǎo)致細胞質(zhì)Ca2+濃度的升高速度降低，特別是在T細胞中，細胞激活后，儲存在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣池中的Ca2+被釋放，該過程為Ca2+釋放激活Ca2+通道（Ca2+release acticated Ca2+，CRAC）產(chǎn)生的，CRAC通道由鈣通道蛋白（calicum release activated calcium channel protein，ORAI）組成，這些ORAI具有較高的Ca2+選擇性，形成通道的Ca2+滲透孔。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的基質(zhì)相互作用分子（stromal interaction molecule，STIM）檢測到TCR刺激后使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+存儲減少，導(dǎo)致其構(gòu)象變化和低聚，使STIM與ORAI通道并置，從而使Ca2+流入細胞，產(chǎn)生的Ca2+涌入稱為鈣庫操作性Ca2+通道（storeoperated Ca2+entry，SOCE）。因此，SOCE是一個基本過程，以確保連續(xù)獲得細胞外來源的Ca2+［2-7］。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)引發(fā)Ca2+通過SOCE調(diào)節(jié)免疫細胞，經(jīng)肌漿／內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶（sarcoplasmic or endoplasmic reticulum Ca-ATPase，SERCAs）將胞漿Ca2+轉(zhuǎn)移回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，內(nèi)腔Ca2+負荷傳遞至存儲SOCE的Ca2+傳感器STIM1上。STIM1通過其氨基末端結(jié)合Ca2+的內(nèi)質(zhì)Hand結(jié)構(gòu)域來檢測Ca2+存儲的消耗，儲存耗竭觸發(fā)了通過EF-SAM區(qū)域在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中STIM1寡聚物的形成［8-9］，隨后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-質(zhì)膜結(jié)合處易位至離散的“點狀”，激活質(zhì)膜內(nèi)的Ca2+釋放，打開位于質(zhì)膜上的ORAI1［10-11］。由于SOCE激活對多種細胞反應(yīng)較重要，必須嚴格控制Ca2+進入方式，防止由于Ca2+大量流入引起的細胞毒性。

STIM蛋白是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的單次跨膜受體（singletransmembrane receptor），在人類中具有2個同源物，即STIM1和STIM2，均有助于維持細胞內(nèi)Ca2+的濃度，STIM2對Ca2+的親和力低于STIM1。ORAI是質(zhì)膜上的Ca2+通道蛋白，包括3種類型（ORAI1～3型），在多種細胞中表達。ORAI1是重要的蛋白質(zhì)之一，其功能喪失突變會導(dǎo)致CRAC通道失活，因此本文主要關(guān)注ORAI1蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)［12］。ORAI1包含4個跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TM），N和C-末端均位于胞質(zhì)溶膠中。STIM1通過感應(yīng)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+的消耗，導(dǎo)致構(gòu)象變化，STIM1蛋白締合為二聚體和高階寡聚物，并轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-質(zhì)膜的連接處以激活ORAI1，該連接處被命名為STIM-ORAI激活區(qū)。研究表明，在人類中發(fā)生的ORAI1或STIM1突變、功能喪失或無效突變會導(dǎo)致免疫細胞（T、B和NK細胞）和非免疫細胞的SOCE功能嚴重受損或喪失［13］，從而導(dǎo)致嚴重的聯(lián)合免疫缺陷樣疾病，并伴有慢性感染、自身免疫、肌張力低下和牙齒發(fā)育的缺陷［14］。STIM1：ORAI1復(fù)合物的形成允許細胞外Ca2+進入，并促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+的再填充；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+濃度的增加通過Ca2+與N-末端的結(jié)合提供了負反饋信號，減少STIM1點和SOCE的失活。

3 Ca2+信號對CD4+T淋巴細胞活化及增殖的調(diào)控作用

T細胞活化是指原始T細胞在接觸抗原后轉(zhuǎn)化為效應(yīng)T細胞的過程。第1個關(guān)鍵步驟是通過抗原提呈細胞（antigen presenting cell，APC）處理抗原，使抗原-MHC復(fù)合物在細胞表面表達，這些復(fù)合物與TCR的結(jié)合啟動了復(fù)雜的活化過程，使幼稚T細胞轉(zhuǎn)化為針對特定抗原的活化T細胞。STIM1是T細胞激活的關(guān)鍵早期效應(yīng)蛋白，通過影響Ca2+的水平來調(diào)節(jié)免疫細胞的活化［15］。幼稚CD4+T淋巴細胞表達ORAI1、2和3，效應(yīng)子淋巴細胞則主要表達ORAI1，研究顯示，敲除小鼠T細胞或人T細胞中的ORAI1基因會減弱細胞中的Ca2+內(nèi)流，并嚴重阻礙小鼠或人的適應(yīng)性免疫應(yīng)答［16］。在T細胞的陽性選擇期間，細胞內(nèi)Ca2+濃度有較大變化［17］，在T細胞陰性選擇時，細胞內(nèi)會有大量Ca2+流入，若抑制細胞外Ca2+的內(nèi)流則T細胞陰性選擇受阻［18］。有研究顯示，CRAC通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流可調(diào)控T細胞內(nèi)炎癥因子和趨化因子的表達［19］。

在CD4+T淋巴細胞中，抗原通過識別TCR誘導(dǎo)許多信號級聯(lián)反應(yīng)和T細胞內(nèi)的分子重新排列共同控制免疫反應(yīng)，CRAC通道在TCR反應(yīng)后被激活，從而激活磷脂酶C，磷脂酶C再介導(dǎo)肌醇1，4，5-三磷酸（InsP3）的生成。InsP3在胞質(zhì)內(nèi)迅速擴散，并與位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的InsP3受體結(jié)合，該受體作為Ca2+通道，允許存儲在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的Ca2+耗盡。從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中排空的Ca2+通過緩慢激活存儲操作的Ca2+通道，觸發(fā)外部Ca2+進入細胞。否則內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+的釋放不足以維持細胞內(nèi)Ca2+的水平、細胞因子的產(chǎn)生及T細胞的活化［20］。TCR誘導(dǎo)的Ca2+升高激活了鈣調(diào)磷酸酶，磷酸酶將磷酸化轉(zhuǎn)錄因子NFAT磷酸化，進入細胞核內(nèi)，使其發(fā)生易位與其靶基因結(jié)合。ORAI1或STIM1無效突變患者T細胞缺乏SOCE和IL-2的產(chǎn)生。IL-2為T細胞自分泌和旁分泌生長因子，可促進T細胞分化為明確的效應(yīng)T細胞亞群［21］。

另外，鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)還參與SOCE控制T細胞增殖和細胞周期，SOCE和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶通過代謝重編控制TCR誘導(dǎo)T細胞增殖。Ca2+和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶通過控制IL-2的產(chǎn)生或促進細胞周期的進展來調(diào)節(jié)T細胞增殖。

4 Ca2+信號對Th17／Treg細胞免疫功能的調(diào)控作用

近年研究證實，炎癥與人類肥胖、高血壓、血脂紊亂等多種代謝綜合征密切相關(guān)，其中Th17／Treg細胞及其相關(guān)細胞因子在代謝綜合征所致炎癥中作用機制成為研究熱點。Th17和Treg細胞在炎性疾病發(fā)展中有相反作用，兩者的平衡對免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。在分化方面，IL-6與TGF-β可協(xié)同誘導(dǎo)Th17／Treg細胞的分化［22］，正常情況下TGF-β誘導(dǎo)初始CD4+T細胞叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3（forkhead transcription factor p 3，F(xiàn)oxp3）表達，進而分化為Treg細胞；IL-6則抑制Foxp3表達，介導(dǎo)信號傳導(dǎo)與活化轉(zhuǎn)錄因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）磷酸化，進而誘導(dǎo)維甲酸相關(guān)孤核受體γt（retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt）的表達和Th17分化，從而誘導(dǎo)以Th17為主的慢性炎性應(yīng)答。另外，IL-21也可抑制TGF-β誘導(dǎo)Foxp3的表達，并與TGF-β共同在初始CD4+T細胞誘導(dǎo)分化Th17中發(fā)揮重要作用?；罨腡h17細胞通過STAT3信號分泌促炎因子IL-17、IL-6、IL-21及TNF-α等，可促進中性粒細胞、樹突狀細胞的增殖、成熟及趨化過程，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)及自身免疫性疾病發(fā)生。Th17細胞還具有屏障保護作用，尤其在腸道中，Th17細胞可調(diào)節(jié)宿主對微生物群的反應(yīng)并維持腸道穩(wěn)態(tài)［23］。Th17細胞參與了多種炎性疾病，如多發(fā)性硬化癥、炎性腸病、類風濕性關(guān)節(jié)炎和牛皮癬的致病機制［24］。過量的Th17細胞會引發(fā)嚴重的自體免疫疾病，鈣信號傳導(dǎo)通過調(diào)節(jié)線粒體功能來控制致病性Th17細胞介導(dǎo)的炎癥［25］。Treg可產(chǎn)生TGF-β和表達轉(zhuǎn)錄因子Foxp3，Treg細胞通過與細胞接觸和分泌抑制細胞因子如IL-10、TGF-β，IL-10與TGF-β 抑制炎癥因子的合成與釋放，從而起到抗炎的作用，表現(xiàn)出免疫抑制和自身免疫耐受功能［26］，在維持機體免疫平衡和自身耐受中發(fā)揮重要作用。Treg細胞負責調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，保持對自身抗原的耐受性，預(yù)防自身免疫性疾病，Treg細胞可通過多種機制抑制效應(yīng)T細胞增殖和細胞因子的產(chǎn)生，從而在限制免疫介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用［27］。Treg細胞參與了自身或非自身抗原引起的免疫反應(yīng)負調(diào)控，如腫瘤免疫、器官移植、過敏和微生物免疫等［28］。

RORγt及FoxP3分別為Th17和Treg細胞的特異性轉(zhuǎn)錄因子，高濃度的TGF-β在幼稚CD4+T細胞中可誘導(dǎo)FoxP3表達，促使其分化為Treg細胞［16］。相反，TGF-β和IL-6增加STAT3-RORγt的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而促進Th17細胞分化［29］。STAT3對Th17的發(fā)育具有重要作用，已證明其可抑制Foxp3的表達，而Foxp3能夠結(jié)合Th17細胞中重要轉(zhuǎn)錄因子R ORγt，并抑制其轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制初始T淋巴細胞向Th17細胞方向分化［30］。具有促炎作用的Th17細胞和具有免疫抑制作用的Treg細胞在功能上相互制約并存在動態(tài)平衡［31］，該平衡與肝炎、肺炎、腫瘤、移植等密切相關(guān)［32-35］。Ca2+內(nèi)流導(dǎo)致腫瘤來源的外來體（tumor derived exosome，TEXE）選擇性激活人Treg細胞［36］，SOCE可激活多種Ca2+依賴性酶和轉(zhuǎn)錄因子，包括磷酸酶鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶活化T細胞的核因子（nuclear factor of the activated T cell，NFAT），NFAT可調(diào)節(jié)許多細胞因子基因的轉(zhuǎn)錄，包括IL-17A、IL-21、IL-22和IFNg［37］。通過抑制STIM1減弱Th17細胞內(nèi)Ca2+流入可顯著降低活化Th17細胞的STAT3表達，從而顯著降低其致炎性，但NFAT和STAT3在Th17細胞中的直接調(diào)控機制尚未明確。另外，抑制STIM1可導(dǎo)致Th17細胞中線粒體功能受損、降低氧化磷酸化相關(guān)基因的表達［38］及提高細胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen stke，ROS）水平，表明Ca2+內(nèi)流是Th17細胞介導(dǎo)的多器官炎癥中線粒體功能和氧化應(yīng)激的關(guān)鍵調(diào)節(jié) 劑［39-40］。有報道指出，SOCE介導(dǎo)的細胞內(nèi)Ca2+升高還可活化NADPH氧化酶，促進線粒體脂肪酸氧化［41-42］。

5 小結(jié)

Ca2+作為細胞內(nèi)重要的第二信使，在細胞的各種生理及病理活動中發(fā)揮著重要作用，與CD4+T細胞活化、增殖和免疫功能密切相關(guān)。目前已明確CD4+T淋巴細胞與脂肪肝、肝脂沉積、肝炎、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，深入研究細胞內(nèi)Ca2+對CD4+T免疫功能調(diào)控機制，將對多項臨床疾病新治療方案的深入研究起到關(guān)鍵作用。