Science：T细胞有纤毛吗？

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Science：T细胞有纤毛吗？
, V! V& R2 C0 N: Q4 [2013-12-23 来源：lifeomics 作者：筱玥 3 D/ q8 \4 b) G% B5 O; o5 Z
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T细胞免疫突触（T cell immunological synapse）也许能够起到纤毛（cilium）的作用。
) X& N$ q7 Z# M+ `据称所有的哺乳动物细胞都有一根纤毛（cilia）。虽然没人知道这种说法源于何处，但是免疫学家们却都“信以为真”，他们一直在寻找造血细胞（hematopoietic cell）上的纤毛。这会是一项徒劳的工作吗？De la Roche等人发现在T淋巴细胞（T lymphocytes）上的确有相当于纤毛的结构，该结构可能与T细胞活化有关。1 V8 T1 U  r' d4 I
纤毛是一种突起在细胞表面的微管结构（microtubule structures），具有运动功能和信号传导功能，比如鞭毛（flagella）就具备运动功能，而初级纤毛（primary cilia）则具有信号传导功能。在纤毛的基底部是由两个中心粒（centriole）组成的基体（basal body）。如果这两个中心粒没有与细胞膜锚定，它们就会组成微管组织中心（microtubuleorganizing center, MTOC）或中心体（centrosome）这种核微管结构。纤毛的形成与维持需要一种特化的、叫做细胞纤毛内转运体（intraflagellar transport）的转运机制发挥作用。该转运体包括纤毛特化运动装置（cilia-specific motors），即动力蛋白（dyneins）和驱动蛋白（kinesins）；还包括纤毛特化配体装置（specific adaptors），即各种细胞纤毛内转运体蛋白。这套细胞纤毛内转运体装置能够促进各种物质从纤毛基底部向顶部运输，也能促进这些物质从纤毛顶部向底部运输。
* J% n. E1 G# v9 U  H以前并没有在淋巴细胞上发现过纤毛，只是有一些间接的证据和相关的功能提示我们，在淋巴细胞上可能会存在纤毛。在发生溶细胞反应（cytolytic cell killing）时，T细胞上的MTOC会紧密地排列在细胞膜上，与细胞有丝分裂（mitosis）时中心粒的排列方式，以及纤毛基体的排列方式都非常相似。当MTOC与细胞膜接触之后，纤毛运动装置就会将分泌小泡（secretory vesicles）转运至细胞膜。T淋巴细胞也能够表达纤毛内转运体蛋白，这些蛋白对于T细胞活化时的T细胞受体再循环有非常重要的意义。5 E* Y2 Y, k+ Q% j: W1 ~
初级纤毛主要起到的是感受信号的作用。重要的信号转导受体（signal transduction receptors）被转运至纤毛的顶端，并且在纤毛顶端启动信号通路。有一种非常重要的纤毛信号通路会受到Hedgehog （Hh）分泌蛋白的调控。Hh蛋白在胚胎发生（embryogenesis），以及维持成体组织稳态等方面都具有非常重要的关键性作用。Hh信号通路发生紊乱会导致多指畸形（polydactyly）、骨骼异常（skeletal abnormalities）以及前脑无裂畸形（holoprosencephaly）等多种先天异常，而Hh信号通路持续激活则与多种不同类型的肿瘤相关。由于哺乳动物细胞里Hh信号通路的作用需要初级纤毛的参与，所以De la Roche等人对T淋巴细胞里是否存在Hh信号通路展开了研究。
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纤毛与免疫突触里Hh信号通路比较示意图。（A）传统的Hh信号通路在胞外的Hh蛋白与Ptch结合之后启动。这一反应会释放Smo，然后Smo进入纤毛内，促使Gli活化。Gli活化过程会使Gli在纤毛里从底部到顶部，再返回底部转运一周。（B）在T淋巴细胞里，T细胞受体会接受以分泌小泡方式呈递的Hh活化信号，并促使含有Smo的分泌小泡转运至胞膜处，活化Gli，同时MTOC也会被招募至免疫突触处。
# F3 K' o) @4 o$ o- p3 vHh信号通路包括配体Hh蛋白、 Hh蛋白在细胞表面的受体Patched（Ptch）蛋白，以及另外一个跨膜蛋白Smoothened（Smo）。在Hh蛋白不存在的情况下，Ptch蛋白能够对Smo蛋白起到抑制作用。Hh与Ptch蛋白结合之后会释放出Smo蛋白，然后Smo蛋白被转运入纤毛内。这一过程会活化Gli转录因子家族蛋白，促使与增殖、发育以及模式形成相关的基因表达，还能够活化RAC鸟嘌呤三磷酸酯酶（RAC guanosine triphosphatase），修饰对于细胞运动功能非常重要的肌动蛋白，并诱导细胞代谢向糖酵解（glycolysis）途径转换。1 O  U, A6 O1 D4 W
De la Roche等人发现，小鼠幼稚T细胞（naïve T cell）能够表达Hh信号通路的所有组分蛋白，在T细胞受体被活化数天之后，这些细胞里Gli的表达量也会上升。另外Gli1还能够诱导自身表达，所以Gli1表达量增高可以被看做是Hh信号通路活化的标志和信号。Hh蛋白能够刺激同一细胞内的Ptch蛋白，在分泌小泡中可以同时发现这两种蛋白，它们分别是各自的配体和受体。Ptch蛋白只会被同一分泌小泡里的Hh蛋白激活，而不会被外源的Hh蛋白激活。成像研究发现，这些分泌小泡与含有内化Smo蛋白的晚期内体（late endosomes）是不一样的。这说明Hh蛋白是与同一T细胞内的受体结合的。此外，T细胞受体活化（可能是通过Hh信号通路）还会促使Hh蛋白表达，诱导Smo蛋白转移至免疫突触内。在离体实验中发现，缺乏Smo蛋白，或者用Hh信号通路抑制剂处理T细胞都会减弱细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell）对靶细胞的杀细胞作用。! m7 S$ V4 {, x0 ?- Y' O9 K
De la Roche等人认为，T细胞免疫突触实际上就是起到了纤毛的作用。这种免疫突触就是位于T细胞和抗原呈递细胞（antigen-presenting cell）接触面上的一种特化的蛋白组织。该结构由一个富含肌动蛋白和整合素（integrins）等粘附蛋白（adhesion protein）组成的外部环状结构，与一个不含肌动蛋白，主要起到分泌作用的中心区结构组成。由于MTOC能够与该中心区的胞膜接触，所以De la Roche等人认为，免疫突触的中心部位从功能上来说就是淋巴细胞的纤毛。如果T细胞里缺少Smo蛋白，那么突触里就会出现肌动蛋白，MTOC与免疫突触定向接触的能力也会减弱。Rac介导的肌动蛋白重构作用（Rac-mediated actin remodeling）也会受到Hh信号通路的影响和控制。De la Roche他们发现，Rac蛋白的表达依赖Smo蛋白。他们观察到，在T细胞受体被抗原呈递细胞活化之后，Smo蛋白会转移至免疫突触部位，免疫突触的这种作用方式也非常符合纤毛的作用方式。
4 T" t9 Q/ l* W3 Q! NDe la Roche等人发现的这条信号通路在很多方面都与经典的Hh信号通路有所不同，这说明我们还需要对这条信号通路进行更深入的研究。Hh蛋白通常情况下都是分泌型蛋白，其作用严格依赖浓度梯度，但是De la Roche等人却是在T细胞内发现的这条信号通路，是不依赖浓度梯度的。由于Smo蛋白和Ptch蛋白分别位于不同的分泌囊泡当中，所以有关Ptch蛋白是如何调控Smo蛋白，以及Smo蛋白转位至胞膜处是否需要纤毛内转运蛋白的帮助等问题目前还都没有答案。T细胞受体信号通路能够上调该通路组分蛋白的表达，但是不能增强Ptch蛋白与Hh蛋白在同一分泌囊泡中的共定位作用。所以Hh信号通路的活化为什么不能持续这也是一个问题。由于细胞毒性T细胞主要使用分泌型溶酶体（secretory lysosomes）来裂解靶细胞，所以T细胞受体信号通路也许会促使分泌小泡运输发生改变，让Hh信号通路指导含有Smo蛋白的分泌型溶酶体转运至胞膜处进行释放。至于Smo蛋白重定位与Gli活化的关系，以及该过程对MTOC与免疫突触之间的接触是否重要等问题也都是需要进一步研究的课题。2 X# I) v+ e8 z. d, `
上面这些证据是否就能够证明免疫突触就是另外一种细胞纤毛呢？Hh信号通路在黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）里发挥作用就不需要纤毛的参与，所以说Hh信号通路并不一定需要纤毛才能发挥作用。MTOC表现出的在分泌小泡分泌时与胞膜接触的能力也表现出纤毛底部基体的作用方式。细胞毒性T细胞的MTOC与胞膜之间的相互作用似乎更加灵活多变，这种相互作用的时间非常短暂。不过如果初级纤毛的作用主要就是局限、固定信号通路组分，那么拥有一套特化的囊泡转运系统的T细胞就完全符合这种定义。在T细胞内，Hh信号通路就是通过MTOC转位的方式起到了控制囊泡转运的作用的。) d5 j  ?( _2 C
原文检索：1 K, w8 \7 ~8 M0 l, ]4 U
Marie Le Borgne, Andrey S. Shaw. Do T Cells Have a Cilium? Science 6 December 2013; DOI: 10.1126/science.1248078
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