第八章 淋巴細胞活化過程中信號轉導的分子基礎
淋巴細胞是免疫系統中重要的免疫活性細胞，其活化過程的信號轉導（signal transduction）及其分子基礎極為複雜，是目前分子免疫學及免疫生物學中研究的熱點。目前對T淋巴細胞活化過程中信號轉導及其分子基礎的研究較深入，而對B細胞的研究資料還較缺乏。本章著重介紹T淋巴細胞活化過程中信號轉導的分子基礎。
所謂信號轉導是指外部的信號通過細胞膜上的受體蛋白傳到細胞內部，並激發出諸如離子通透性、細胞形狀或其它細胞功能改變的應答過程。信號轉導的最終結果是活化了某些蛋白分子，活化後的蛋白發生構型變化，具有了轉錄因子的功能，它們作用於靶基因，使一些基因打開或使一些基因關閉，從而引起細胞功能的改變。T淋巴細胞活化是一個涉及多種細胞表面受體以及一系列相關多肽的複雜過程。T細胞受體（TCR）提供了識別和結合配體的結構，而多種相關分子則是作為信號轉導途徑中的介體（mediators）。抗原或T細胞受體（TCR）複合體相應抗體的刺激，激活了T細胞多種信號傳導途徑，它們各自發揮級聯（cascade）反應，調節最初的活化步聚，並將信號轉導進入細胞核內，觸發在遺傳上預先確定的若干個途徑中的某一個或幾個途徑，並誘導T細胞的增殖和分化，從而發揮其效應功能。
目前認為T細胞的活化途徑除經典的磷脂醯肌醇（phosphatidylimositol）代謝途徑之外，還包括蛋白酪酸激酶途徑以及T細胞活化旁路途徑。磷脂醯肌醇代謝途徑可在T細胞及其它多種細胞類型中發揮作用，通過磷脂醯4，5-二磷酸肌醇（PIP2）的水解以及1，4，5-三磷酸股醇（IP3）和1，2-二醯基甘油（diacylglycerol,DAG）第二信使的形成，導致細胞內鈣離子的流動，從而活化絲氨酸-蘇氨酸特異的蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）(圖8-1)。蛋白酪氨酸激酶途徑是一種不同於磷脂醯肌醇代謝途徑的新的T細胞活化途徑，主要是通過蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine dinase,PTK）以及一些調控PTK的酶而活化T細胞的。T細胞活化旁路途徑是指由T細胞表面多種分子參與活化信號傳遞的途徑，在小鼠T細胞參與旁路途徑活化的表面分子有Ly-6、Thy-1和Qa-2；有人類有CD2、CD5、CD28、CD55、CD59、CD73和VLA-5（CD49e/CD29）等。酪氨酸磷酸化及去磷酸化是T細胞淋巴活化過程中重要的早期事件，並受到多種酶的控制，這些酶通過與T細胞活化過程中的其它分子的密切聯繫，一起控制淋巴細胞活化過程中的信號轉導。
T淋巴細胞活化通常需要克隆型TCR（clonotypic TCR）同抗原提呈細胞（APC）表面主要組織相容性複合體（MHC）分子所提呈抗原多肽相互作用。TCR/CD3複合物中TCR提供特異性結合抗原的結構，CD3分子參與受體的裝配及信號傳遞。目前認為，在TCR/CD3結合抗原後可以導致一個或多個與之相關PTKs的活化，隨後發生多種底物酪氨酸磷酸化以及磷酶Cγ1（phospholipase C γ1,PLCγ1)的活化，後者使PIP2水解形成DAG和IP3，這些第二信使可引起細胞內鈣離子嘗試突然升高，最後導致T細胞的活化增殖。經TCR介導信號傳遞過程中涉及到許多相關分子，主要包括TCR/CD3複合體、G蛋白、PTKs、蛋白酷氨酸磷酸酯酶（protein tyrosine phosphatase,PTPase）、PLC以及PKC等。
圖8-1 磷脂醯肌代謝途徑（模式圖）
註：抗原與TCR結合後可激活磷脂醯肌醇特異的磷脂酶C，隨後它作用於PIP2，使之產生IP3和DAG。IP3和A23187可使細胞內鈣離子濃度升高；DAG和TPA可以激活PKC。
TCR：T cell receptor,T細胞受體
PLC：phospholipase C,磷脂酶C
PI：inositol phospholipids,磷脂醯肌醇
PIP2:phosphatidyl inositol P2,磷脂醯肌醇二磷酸
IP3:inositol P3,肌醇三磷酸
PKC：protien kinase C,蛋白激酶C
DAG:diacylglycerol,二醯基甘油
A23187:鈣離子載體
TPA:12-0-tetradecanoyl phordol-13-acetate,乙酸豆寇佛波酯
PI-PIC，磷脂醯肌醇特異性的磷脂酶C
第一節 TCR/CD3複合體
TCR/CD3複合體中的兩個多態型亞單位（TCRαβ或TCRγδ）主要功能是識別結合MHC分子的抗原，而胞漿區非常短；CD3分子的主要功能是參與TCR/CD3複合體的裝配和穩定以及信號轉導（表8-1）。CD3分子亞單位的胞漿內部分含有一個共同的序列，即D/EX2YX2L/IX8YX2L/I，其中含有兩個YXXL/I結構。由於其序列同淋巴細胞抗原識別後淋巴細胞的活化及信號轉導關係密切，因而把此序列稱為抗原識別活化基序（antigen recognition acivation motifs,ARAMS）其中含有兩個YXXL/I結構。由於其序列同淋巴細胞抗原識別後淋巴細胞的活化及信號轉導關係密切，因而把此序列稱為抗原識別活化基序（antigen recognition activation motifs,ARAMS）。其中CD3γ、ε、δ各含一個ARAM，η鏈含二個，ζ鏈含三個。此外，在B細胞受體（b cell receptor ,BCR）α鏈（Igα、CD79a）和β鏈（Igβ、CD79b）、FcγRⅢ以及Fcεr I的γ鏈、FcεR I β鏈等中也含有類似結構的ARAM。經突變及嵌合分子等研究證實，ARAM是TCR信號轉導的結構基礎，單獨分離的ARAM能夠轉TCR介導的信號。TCR與抗原結合後可激活一些PTKs，包括TCR相連的p59fyn、ZAP-70（ζassociated protein-70)、CD4/CD8相連的p56lck以及其它src相關的PTKs（圖8-2），隨後引起多種底物的酪氨酸磷酸化。
圖8-2 TCR與抗原結合後導致一些激酶的活化
目前證實TCR激活的PTKs底物有原癌基因產物Vav、42kDa的微管相關蛋白激酶（Mi-crotubule-associated protein kinase,MAPK）、PLCγ1及CD3ζ鏈（圖8-3）。這些磷酸化的蛋白在信號轉導中具有重要作用。
TCR/CD3複合體根據結構特點可分為三組：（1）兩個多態型亞單位即TCRβ或TCRγδ，屬免疫球蛋白超家族成員，各含有一個V區和一個C1區；（2）CD3γ、δ和ε鏈，亦屬免疫球蛋白超家族成員，各含有一個C2區；（3）ζ和η鏈，胞膜外區很短，不屬於免疫球蛋白超家庭的成員（圖8-4）。
圖8-3 TCR同抗原結合後所引起的PTKs底物磷酸化
一、TCRαβ和TCRγδ
TCRαβ和TCRγδ中兩個多態型亞單位具有類似免疫球蛋白可變區（V）和恆定區（C）的結構域，其中V區能同抗原特異地結合。αβ或γδ鏈通常以異源二聚體形式表達在T細胞表面，成熟的T淋巴細胞根據其細胞表面表達的異源二聚體受體類型不同可分為兩個亞群：TCRαβ亞群，包括大多數的外周成熟T細胞；TCRγδ亞群，主要是定居在組織上皮中大多數淋巴細胞。
(一)TCRαβ
CD4陽性TCRαβ T細胞可識別非已MHCⅡ類抗原（同種異體抗原）或自身MHCⅡ類抗原與外來抗原複合物。CD8陽性TCRαβT細胞則可識別非已MHC I類抗原或自身MHC I類抗原與外來抗原的複合物。α鏈分子量44-60kDa，等電點為4.4-4.7；β鏈40-55kDa，等電點6.0-6.2。α和β鏈各由一個可變區（V區）和一個恆定區（C區）組成，與Ig的V區和C區大小相似。每個功能區系由二硫鍵相連的50-60胺基酸殘基組成的環肽。此外還有一個穿膜區和一個烄短的含親水胺基酸的胞漿部分（5個胺基酸殘基）。α和β鏈的連接肽（connecting peptide）處由二硫鍵連接為雙體。在空膜部分各含一個賴氨酸，可能同CD3中γ、ε和δ鍵穿膜部分的天冬氨酸或穀氨酸形成鹽橋，與TCR信號通過CD3傳遞有關。
（二）TCRγδ
γ鏈分子量為40-60kDa，δ鏈為40-60kDa，γ與δ鏈由非共價鍵相連。在小鼠和部分人的TCR中，γ和δ也可由二硫鍵相連接，這種二聚體中γ和δ鏈分子量分別為36-40kDa和43kDa。