第四节 免疫细胞中的凋谢
生存和死亡是存在于所有生物的一对矛盾，它们维持着生物界的平衡，机体的免疫系统亦不例外，免疫细胞的增殖和死亡是免疫系统得以保持自身平衡的重要条件。
细胞的死亡是人们很早就注意到的现象。1972年Kerr首先提出了有别于一般死亡意义的一种新的概念，称之为凋谢（apoptosis）。对凋谢的研究近年来进展很快，引起了多学科的广泛重视，为肿瘤和自身免疫性疾病的防治等研究方面提供了新的思路。
一、凋谢的生物学特征
（一）凋谢的概念
细胞的死亡有两种方式，第一种是细胞在受到严重的操作后发和的死亡，通常表现为细胞的突然死亡。在死亡过程的最早期，线粒体的功能和形态即发生变人经，继之，细胞失去自身平衡，细胞膜的操作导致渗透压平衡的失调，细胞出现肿胀，最后胞膜破裂，胞浆内容物外泄，引起组织器官的炎症反应，这种方式被称为坏死（necrosis）。
另一种细胞死亡的方式是1972年Kerr等在正常的生理状态下观察到的，这处死亡方式最初被描述为一种正常生理状态下的形态学改变。8年以后，这个实验小组将这种形式的细胞死亡命名为凋谢，以区别于坏死。凋谢是机体的正常细胞在受到生理性和病理性刺激后启动的自发的死亡过程，是一种主动的、信号依赖的过程，包括胞浆内Ca[SB]2+[/SB]、cAMP升高，RNA和蛋白质合成增加。其典型的特征是一种内源性核酸内切酶的激活和由此导致的细胞染色体DNA的降解，DNA在核小体外被切断，形成约185bp或整数倍长度的DNA片段，DNA电泳时形成特征性的梯形（ladder）电流条带。这种细胞死亡方式的另一个特点是，降解的胞浆及胞核成份被包裹于膜性成分中而形成凋谢小体（apoptosis bodies），胞膜成份和结构的改变可以被吞噬细胞表面的粘附分子及磷脂酰丝氨酸受体（phosphatidylserine receptor）快速识别，凋谢细胞被吞噬并降解，因此不引起局部的炎症反应。
（二）凋谢与坏死、程序化细胞死亡
坏死是由于补体或裂解性病毒等致细胞裂解因素造成的细胞胞膜的直接损伤，或是由于其它因素干扰胞膜上的能量依赖泵的功能而造成细胞水分、离子浓度的失衡，导致细胞膜破裂，胞浆内容物外泄，进而引起炎症，是一种病理状态下的细胞死亡。
在描述细胞死亡的术语中，还有一个概念是程序化细胞死亡（programmed cell death,PCD）。PCD最初是发育学的一个术语，是指机体发育过程中出现的一系列与发育相关的细胞生理性死亡过程。后来，这个概念被用来指由基因介导的细胞死亡，例如放射性照射的未成熟T细胞经历的死亡过程。启动PCD的因素通常为正常的生理信号，其发生需要有某些基因的表达，给将发生PCD的细胞加入RNA或蛋白质合成抑制剂，不但不会促进PCD的发生，反而延迟或阻止PCD的发生。
凋谢和程序化细胞死亡并不是完全相同的，大部份的PCD过程伴有凋谢的形态学改变。但某些物种组织细胞在发育过程中经历的PCD并没有凋谢典型的胞膜出泡、染色质局限化和DNA降解。本文中，我们把凋谢和程序化细胞死亡当成是一种通用的概念。
（三）与凋谢相关的基因
所有的PCD过程都有新基因的表达和蛋白质的合成，在绝大多数凋谢也是如此。PCD所需的蛋白在正常的细胞中是非组成性表达的，即这些基因的表达是诱导性的。已报道有大量的基因可能与PCD的发生有关，它们促进或抑制PCD的发生，如c-fos、c-myc、TGF-β、p53、bcl-2、apt-4、apt-5、nuc-1、ces-2、ced-3、egl-1等。到目前为止，这些基因中只有小部分被确定为PCD所必需，如p53和cel-1等。到目前为止，这些基因中只有小部分被确定为PCD所必需，如p53和c-myc的表达可以诱导某些T细胞和白血病细胞发生PCD，将p53基因转入白血病细胞中即可迅速引起PCD。bcl-2是抵抗PCD的基因，bcl-2基因的缺失突变将促进PCD的发生。目前，这些基因影响PCD的机制还不十分清楚。
二、免疫细胞中的凋谢
各种免疫细胞都存在有凋谢的现象，这对保持免疫系统的平衡十分重要。诱导免疫系统PCD的因素有生理性和非生理性的。生理性因素如细胞因子浓度的改变、B细胞发育过程中Ig基因的重排等。非生理地因素如电离辐射、加热、药物等。体外培养的淋巴细胞对电离辐射尤为敏感，即使暴露在2-5Rad下也能产生形态改变，X身线和Y射线可诱导静止期的淋巴细胞出现典型的凋谢改变，这一过程有赖于大分子的合成。加热对于胸腺细胞来说是一种PCD凋谢特征的DNA降解。其它因素如甲醇、DMSO等在低浓度条件下可诱导PCD，浓度过高时则引起细胞的坏死。
（一）干细胞
干细胞在骨髓的造血环境中受到基质细胞、细胞外基质、生长因子和抑制因子的作用。这些因素共同作用，控制造血干细胞的自我更新和分化。细胞因子在造血干细胞的凋谢过程中发挥重要的作用，IL-3、GM-CSF、IL-6等不仅对于造血干细胞的增殖分化是必须的，而且对保持干细胞的存活也是必不可少的。去除这引起细胞因子将是致干细胞发生凋谢。因此，有的学者提出了一类新的造血因子概念，即造血挽救因子（survival factors），这类因子的存在可以阻断细胞凋谢的机制，通过其尝试的变化影响凋谢，达到地造血干细胞调节的作用。EPO、IL-3、GM-CSF、G-CSF等对造血干细胞凋谢均有抑制作用。目前认为EPO对凋谢的抑制机理是，红系干细胞发育从CFU-E或更早的BFU-E开始进入对EPO的依赖阶段，在这一时期，如果失去EPO的维持，红系干细胞将发生凋谢，EPO的作用只是抑制干细胞发生凋谢，但对细胞的DNA合成并汉骨促进作用。CFU-E中的红系干细胞在无EPO存在的条件下培养16小时，70%的DNA被降解，在EPOSCF存在的条件下，DNA的降解比率分别为3%和42%。
（二）T细胞
1.胸腺细胞的发凋谢 淋巴干细胞通过血流进入胸腺，在胸腺中的发育成熟过程中要发生基因的重排和分化，同时，胸腺细胞要经历严格的选择过程，只有那些对自身MHC分子亲和力较高的细胞克隆才被允许发育为CD4+和CD8+双阳性细胞（阳性选择）。其中那些对自身抗原和力较高的胸腺细胞必须清除（阴性选择）。胸腺细胞在胸腺中的阳性选择和阴性选择是通过凋谢机制来实现的，其机制与胸腺细胞和胸腺基质细胞间的相互作用有关。大部分的胸腺细胞是未经阳性选择或阴性选择过的，因此其平均寿命很短，只有3-4天，代表了胸腺中凋谢的整体水平。在胸腺细胞中，凋谢与内源性糖皮质激素有关，未成熟胸腺细胞对糖皮质激素是敏感的，而成熟T细胞对糖皮质激素则是抵抗的。
2.活化T细胞与凋谢 静止T细胞受到丝裂原CD3-TCR抗体的诱导而发生增殖，产生细胞因子。同样的信号在未成熟T细胞和T细胞杂交瘤则诱导细胞的凋谢，这种凋谢也称为活化诱导的细胞死亡（activation-inducedcell death, AICD）。决定这种差别的因素目前还不完全清楚，可能与Ca[SB]2+[/SB]流量和蛋白激酶C（PKC）有关。蛋白激酶C可以阻断引起核酸内切酶海参性所需的Ca[SB]2+[/SB]流，它可能通过抗原刺激依赖的第二因子（如IL-1激活的蛋白激酶C）的存在与否来诱导凋谢或增殖。
活化诱导的细胞死亡并不仅仅限于未成熟的胸腺细胞和T细胞杂交瘤，在成熟的外周T细胞也发现了类似的情况。表达TCRαβ或TCRγδ的小鼠和人T细胞在受到抗CD3-TCR抗体、PHA或抗Fas单抗的诱导时发生凋谢。
（1）活化状态的外周T细胞更易发生凋谢：经丝裂原活化和体外扩增培养的人外周T细胞对凋谢更为敏感。小鼠脾脏T细胞在对凋谢易感之前也需要受到抗原的激活。在活化的T细胞中，对凋谢的敏感性在CD4+和CD8+T细胞亚群之间无差异，在小鼠CD4+细胞中，Th1和Th2亚群之间亦无明显的区别。
（2）细胞因子在凋谢中的作用：目前关于细胞因子在体外诱导和阻止凋谢中发挥作用的报道不尽一致。在辅助性T细胞亚群和细胞毒T细胞亚群中，不仅其激活和增殖需要依赖IL-2，其存活也需要IL-2的支持。如在上述细胞的培养基中支除IL-2可使细胞在6小时内进入PCD。在体内，这种对细胞因子的信赖性与机体在抗原清除后扩增的效应淋巴细胞亚群的消失有关。以防止过高和维持时间过长的免疫应答。
（3）抗原诱导的T细胞的凋谢：抗CD3单克隆抗体及PHA虽然能有效地诱导外周T细胞的活化，但它们不是生理性的刺激剂。目前认为AICD也能以抗原特异性的方式发生于T细胞，如超抗原葡萄球菌肠毒素（SF）能在体外及体内诱导活化T细胞的凋谢。抗原诱导的T细胞的凋谢也发生于同种异体抗原的刺激，当同时异体抗原再次刺激机体时，有20%-30%的同种异体反应细胞发生了AICD。
（4）AICD的调节及其意义：相同的抗原在通过CD3-TCR刺激静止T细胞活化的同时，也启动了活化T细胞的凋谢过程。那么，静止细胞和活化细胞发生凋谢是如何调节的呢？一种可能的机制是某一特定的T细胞克隆的活化和凋谢是同时进行的，抗原的量决定增殖抑或凋谢。SE超抗原在诱导部分活化细胞（40%-50%）凋谢的同时，也有MHCⅡ抗原阳性的抗原提呈细胞的作用下诱导其余T细胞（50%-60%）的增殖。AICD是外周T细胞克隆清除（clonal deletion）的一种机制，有助于机体免疫耐受机制的建立，也是对细胞免疫调节的补充。当抗原活化的T细胞与特异性抗原接触时诱导部分T细胞发生AICD，使得机体能在一定范围内限制免疫应答的强度。
（三）B细胞
B细胞根据其分化的不同阶段对抗原的刺激有不同的反应。前B细胞在发育过程中必须经历免疫球蛋白的基因重排。基因重排未成功的B细胞将发生凋谢，重排成功的前B细胞最先表达膜表面IgM，如果前B细胞在这个阶段接触抗原，它们将会夭折，这是机体去除自身抗原反应细胞的一种机制。因为大多数出现在骨髓的抗原是自身抗原。mIgM、mIgD阳性B细胞如无抗原刺激一般于24小时之内在脾脏中死亡，脾脏B细胞胞核有高浓度的Ca[SB]2+[/SB]、Mg[SB]2+[/SB]，可诱导内源性的核酸内切酶，与无抗原刺激B细胞的凋谢有关。B细胞mIg结合相应抗原的亲和力成熟在保持B细胞的存活中起重要作用，只有对抗原刺激能产生高亲和力抗体的B细胞才能逃避凋谢。
（四）髓样细胞
免疫系统其它细胞中的嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和单核细胞都与炎症发生密切相关。体外实验表明，它们各自在炎症中的作用可通过细胞因子对凋谢的发生来加以调节。髓样细胞系HL-60细胞在培养时，除小部分细胞自发分化外，大部分细胞在经历5-7天的培养时间后发生凋谢。单核细胞在失去某些刺激时将发生PCD，FMLP、C5a、MCP-1、TGF-β、IL-2、IL-4和IL-6都不能阻止单核细胞的凋谢，而适当浓度的IL-1β、TNF-α、TIFN-γ和GM-CSF等炎症因子则能阻断单核细胞PCD过程。活化的单核细胞也通过自分泌方式产生IL-1β、TNF-α和GM-SCF。有趣的是，TNF-α在成熟单核细胞和单核细胞系U937中对PCD的诱导作用是完全相反的。新鲜分离的嗜酸性粒细胞在体外培养72-96小时后即进入PCD，而具有促进嗜酸性粒细胞集落形成作用的IL-5能使嗜酶性粒细胞的PCD过程推迟80小时。LPS、C5a和FMLP在体外能以剂量依赖式推迟中性粒细胞的PCD过程。炎症因子对嗜酸性粒细胞和中性粒细胞PCD的推迟，有助于死亡的细胞被巨噬细胞完整地摄入并加以清除。
（金伯泉 孙凯）