T細胞表面整合素αLβ2在體快速活化機制

7月20日，國際學術期刊Nature Communications在線發表了中國科學院分子細胞科學**創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）陳劍峰研究組和同濟大學生命科學與技術學院/附屬養志康復醫院林昶東課題組的最新合作研究成果“Ca2+ transients on the T cell surface trigger rapid integrin activation in a timescale of seconds”。該工作初次揭示了T細胞表面整合素αLβ2的在體快速活化機制，并提出了趨化因子介導整合素激活的“兩階段模型”，更新了人們對淋巴細胞定向歸巢機制的認知。

淋巴細胞從血液到淋巴器官和炎癥組織的歸巢對免疫監視和宿主防御至關重要。這一過程涉及一個高度有序的級聯粘附事件，包括選擇素介導的淋巴細胞沿著高內皮小靜脈（high endothelial venules, HEVs）壁的滾動粘附、整合素的激活及其介導的淋巴細胞在血管內皮表面的穩定粘附和跨血管內皮遷移。在受到淋巴細胞歸巢靶點部位趨化因子的刺激下，淋巴細胞表面的整合素（如αLβ2）被激活，使得淋巴細胞從滾動粘附轉變為穩定粘附，從而在特定血管靶點部位遷移滲出。傳統觀點認為，趨化因子與其在淋巴細胞上的GPCR受體結合誘導細胞內Rap1-RIAM信號的傳遞，隨后促進Talin與整合素β亞基胞內結構域的結合，最終介導整合素激活，這一過程相對緩慢，通常需要幾分鐘時間。考慮到淋巴細胞歸巢過程中在毛細血管小靜脈中以30-100 μm/s的相對高速滾動，為了確保淋巴細胞歸巢位點的準確性，整合素需要更快的激活機制來介導淋巴細胞滾動的快速停止。

整合素是一種金屬蛋白，其功能嚴格依賴于生理上存在于血清中游離的毫摩爾水平的Ca2+和Mg2+。陳劍峰團隊的前期研究表明，Ca2+通過與整合素β亞基I結構域中ADMIDAS金屬離子結合位點，使整合素保持低活性狀態，并且去除細胞外Ca2+可誘導整合素在數秒內快速激活。盡管該現象已經在體外實驗中被發現了二十多年，但一直沒有證據表明這種機制可以在體內發揮作用，因為血液中Ca2+濃度相對穩定。近年來的研究發現，趨化因子（如CCL25）與其對應受體（如CCR9）結合時，可以通過SOCE（store-operated calcium entry）和CRAC（calcium-release activated calcium）方式誘導Ca2+快速內流。因此，該研究提出了趨化因子通過觸發細胞鈣內流引起細胞表面微環境Ca2+快速下降，從而引起整合素快速活化的假設。

在這項研究中，研究人員首先在體外分別搭建了實時監測T細胞近膜端外側Ca2+濃度（[Ca2+]ex）的CEPIAexternal（calcium-measuring organelle-entrapped protein indicator）系統，以及通過檢測整合素αLβ2兩個亞基之間的距離反應整合素激活的FRET（fluorescence resonance energy transfer）系統。隨后，研究人員構建了在T細胞中同時表達這兩套系統的小鼠模型（R26-LSL-CEPIAexternal;Itgal-LSL-Clover;Itgb2-LSL-mRuby2;CD4-Cre mice）。通過分離的T細胞進行體外實驗以及活體成像實驗，研究人員發現趨化因子CCL25誘導的Ca2+內流導致T細胞表面的[Ca2+]ex在6秒內從生理濃度1.2 mM迅速下降到0.3 mM，這是誘導整合素αLβ2激活的臨界Ca2+閾值，并在28秒內進一步下降到最低水平0.09 mM，αLβ2的?亞基I結構域的金屬離子結合位點與Ca2+的解離介導αLβ2**階段的“快速激活”，T細胞實現由滾動粘附向穩定粘附的迅速轉化。隨后，在數分鐘內，通過經典的由內向外信號通路介導αLβ2第二階段的“慢速激活”，進一步促進了T細胞穩定粘附和跨血管內皮遷移。Talin敲低顯著抑制了αLβ2的“慢速激活”，但不影響[Ca2+]ex下降觸發的“快速激活”。在咪喹莫特誘導的小鼠銀屑病模型中，通過小分子抑制劑SKF96365阻斷T細胞Ca2+內流可顯著抑制T細胞在炎癥血管內皮部位由滾動粘附向穩定粘附的轉變及其向炎癥皮膚部位的歸巢，從而減輕小鼠皮膚炎癥。

該研究結果**揭示了T細胞整合素αLβ2的在體快速活化機制，直接證明了趨化因子通過誘導T細胞表面Ca2+瞬時降低來實現整合素在數秒內被快速激活；并提出了趨化因子介導整合素激活的“兩階段模型”。該研究成果填補了領域內趨化因子初始刺激和傳統認為的整合素相對緩慢的由內向外激活之間的空白，更新了人們對淋巴細胞定向歸巢機制的認知。這種機制使淋巴細胞在血管內皮表面滾動時對遇到的趨化因子等刺激迅速作出反應，停止快速滾動并最終實現向炎癥感染部位的精準定位。阻斷免疫細胞的Ca2+內流可能是在涉及異常免疫細胞運輸的病理過程中調節免疫細胞歸巢的新策略。

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