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一起来认识FcγR

Published at: 2015年第1卷第S1期

关键词:

作者|Jörg Köhl. Institute for Systemic Inflammation Research, University of Lübeck, Ratzeburger Allee 160, 23562 Lübeck, Germany. 

译者|姚晨,南京大学医学院附属鼓楼医院 运动医学与成人重建外科。

 

编者按:2015年3月31在 Nature Communications 杂志发表的 “Immune complexes regulate bone metabolism through FcRγ signalling” 一文中,Negishi-Koga 等人明确了 FcγRIII 在病理情况下对于破骨细胞生成的抑制作用,并且对于在 IC 介导的疾病患者中由 FcγR 介导的骨吸收的机制给出了独特的见解。他们的数据证实了不同的 IgG 亚型决定了下游通路的激活并最终影响了破骨细胞的分化和激活。AME 旗下 Annals of Translational Medicine 邀请了来自德国吕贝克大学的 Jörg Köhl 教授等专家探讨了此研究,一起来看看。

 

骨形成是一个动态的过程,这其中骨结构在不断地被重建。破骨细胞和成骨细胞在骨的形成和吸收中扮演了关键的和相对的角色,破骨细胞促进骨吸收而成骨细胞则主导骨形成,这两种过程相互交错且被严格控制以确保骨的完整性。特别是骨量、骨力量以及矿物质的平衡会依赖于成骨和破骨的平衡。

在一些自身免疫性疾病中如类风湿性关节炎(RA)和系统性红斑狼疮(SLE),破骨活动增强而导致大量的骨丢失。破骨细胞和成骨细胞起源于不同的前体细胞,成骨细胞起源于间充质干细胞,而破骨细胞起源于单核细胞的多核祖细胞/巨噬细胞家族。调节破骨细胞生成的两个关键因素是巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和NF-κB 活化受体(RANK)配体(RANKL),RANKL由T细胞、内皮细胞和成骨细胞表达。RANKL的激活对于启动破骨细胞的生成是必须的,而由钙离子介导的T细胞核因子1(NFATc1)的激活是影响破骨细胞分化的重要因素,这一过程需要一个免疫受体酪氨酸激活基序(ITAM)协同刺激通路的参与。当一些免疫球蛋白样的受体(如破骨细胞相关样受体(OSCAR)、表达与骨髓细胞的触发受体(TREM-2)、成对免疫球蛋白样受体A(PIR-A))被结合或者包含ITAM基序的接合分子的磷酸化时,ITAM协同刺激通路将会反应性激活。包含ITAM基序的蛋白包括DP12、FcRγ ,FcRγ不仅能够促进FcγR信号表达,其在IgG Fc受体转运到细胞表面时同样需要。在缺少DP12、FcRγ两种要素而患有严重骨质硬化病的小鼠身上,DP12、FcRγ对于激活破骨细胞的作用首次被证实。重要的是,只缺少DP12的小鼠的骨质硬化表现较轻而只缺少FcRγ的小鼠并未有疾病表现,这说明FcRγ通过和DP12协作而发挥作用。

小鼠体内有4种不同的FcγRs :FcγRI,,FcγRIIB, FcγRIII ,FcγRIV 。FcRγ是活化的FcγR的亚基,而唯一的抑制性FcγR是FcγRIIB,其信号表达不依赖于FcRγ。虽然现在已经有不同FcγR基因敲除的小鼠,但是对于IgG Fc受体在破骨细胞生成过程中扮演何种角色任然缺乏深刻的理解。有关稳态下和炎症状态下活化的和抑制性的FcγR在骨代谢中的作用,Negishi-Koga等人最近提供了详细的见解。

第一个惊人的发现是,FcγRIII缺失的幼稚小鼠表现出现骨质疏松,这和破骨细胞的增加有关,而相反的,成骨细胞的数量并未改变,体外实验已经证实了这点。在缺少FcγRIII情况下,由RANKL和M-CSF刺激的的骨髓来源的单核细胞/巨噬细胞(BMM)表现出破骨细胞形成的增加,这一结果表明FcγRIII在内稳态下对破骨细胞的生成起到抑制作用,甚至当IgG1免疫复合物(IC),即FcγRIII的显性配体缺失时也是如此。作者对这意外结果的解释是生理情况下,和FcγRIII 高表达有关的FcRγ因发生了螯合而缺失。当FcγRIII缺失时,更多的FcRγ增加了OSCAR和PIR-A的表面表达。缺失FcγRIII的小鼠表现出PLCγ2的超活化以及细胞内该释放的增加。为支持这一发现,作者表示FcγRIII和OSCAR和PIR-A的表面表达呈负相关。

在自身免疫失调的情况下,自身抗体形成可溶性或与细胞结合的IC,作为FcγRs的配体,IC根据不同子类与4中不同的FcγRs相结合而IgG1抗体是最多的子类,IgG1 IC结合于FcγRIIB和FcγRIII,他们都在破骨细胞上有所表达。但gG1 IC与FcγRIIB结合能力是其与FcγRIII的十倍,。IgG1 IC与FcγRIII有的低结合力而减少FcγRIII的激活,而IgG1 IC与抑制性的FcγRIIB有高结合力,A/I比率为0.1,由IgG 1介导的破骨细胞的激活主要由上述机制所调控。与以上相一致的是,FcγRIIB缺失的小鼠遭受了由各种IgG1介导的自身免疫炎症反应,而这些小鼠的骨吸收增强也与此有关。作者因此认为在FcγRIIB缺失的小鼠中,而非在野生型小鼠中,IgG1 IC促进破骨形成,而这一表现可以通过减少FcRγ以及shRNA的FcγRIII表达而改变,这说明FcγRIIB以及FcγRIII激活下游FcRγ对于炎症状态下的骨稳态起重要作用。 

在实验性的RA和SLE中,IgG2a/c 和IgG2b类型的自身抗体在于其他抗原结合后,与FcγRI,, FcγRIII ,FcγRIV有中到高等的结合力,重要的是他们的A/I比率达到70和7,远高于IgG 1。与之相复合的是,在使用IgG开关变异而造的炎症模型中,IgG2a/c 和IgG2b相比于IgG 1抗体有更高的致炎潜能。作者认为及时在野生型的细胞中,IgG2a/c 和IgG2b抗体也有着强大的诱导破骨作用,而对于shRNA介导的FcγRI,FcγRIV敲除,这一作用将会被反应性的抑制。这一现象在有机体内的关联性可以通过使用胶原诱导性关节炎小鼠的血浆而更加显著,这种血浆能诱导强烈的破骨细胞生成而对照组的血浆无此效果,IgG的消耗消除了这种作用。从机制上来说,来自CIA鼠血浆的BMM上调了活化的FcγRIII ,FcγRIV而下调了抑制性的FcγRIIB。

这种活化的和抑制性的FcγR的相互之间的条件可能会造成经典的或旁路途径的补体系统被IgG2a/c和IgG2b激活。事实上完整的补体成分C5的碎片如C5a可通过激活C5a受体1(C5aR1),来对存在于肺和腹膜中的巨噬细胞表面的活化的FcγR以及抑制性的FcγR进行上调和下调,从而为FcγR的活化设置阈值。很明显,C5a1在破骨细胞中有所表达,其通过C5的激活反应性地引起破骨细胞生成,即使当M-CSF和RANKL缺失时也能如此。这表明IgG2a/c IC可以直接通过激活补体系统的激活以及FcγRI,FcγRIII ,FcγRIV的激活来诱导破骨形成。

作者发现在IgG Fc片段上的另一个重要结构是位于重链第二个恒定区(CH2)的多聚糖。在IgG Fc的糖化位点Asn297上有一个复杂的双角多聚糖,其可末端结合了N-乙酰氨基葡萄糖、半乳糖或唾液酸。缺少FC唾液酸化的IgG对FcγR有更高的亲和力。有趣的是,作者发现缺少唾液酸化的IgG更容易存在FcγRIIB缺陷小鼠的血浆中,这种纯化的IgG对破骨细胞的刺激作用更强。这一发现相当重要,因为在存在耀斑的RA患者血浆中更容易出现缺少唾液酸化或半乳糖基化的IgG。而事实上,非唾液酸化的Fc的出现早于RA的发生,也就是说在自身免疫性疾病出现临床表现之前,骨吸收已经发生了。除了末端唾液酸化,半乳糖基化对于骨代谢也有影响。上面已经说过,C5a对破骨的发生有着直接或间接作用,而高半乳糖基化的IgG1 IC能通过一种交联FcγRIIB和C型凝集素样受体dectin-1的途径抑制C5a介导的细胞活化,从而潜在地干扰C5a对于破骨的作用。根据上述发现,在设计那些用于治疗自身免疫性疾病或癌症的药物的时候,需要考虑到多聚糖成分对于骨吸收的作用,因为在这些情况下,体内IC的形成将会为破骨细胞提供配体并且引起治疗相关的骨丢失,尤其是当这些含多聚糖成分的药物被长期服用时。

除了使用IgG抗体进行特异性的免疫治疗外,患有自身免疫性疾病的经常接受静注丙种球蛋白球(intravenous immunoglobulin ,IVIG)。IVIG由成千上万个捐助者的血清组成,IgG是其主要成分,Negishi-Koga等人的发现表明IVIG治疗能够减少免疫性疾病患者的骨丢失。在IVIG中,IgG通过很多途径发挥免疫调节的作用,其中C5a的清除、活化的和抑制性FcγR表达的调节,活化FcγR的封锁,新生儿FcR的浸透饱和可能对由自身抗体诱导的破骨细胞的发生有限制作用。

最后,如何将这些从小鼠中发现的数据迁移到人体中将会很重要。上述的第一个发现很有希望在人体得到验证,并且支持Negishi-Koga等人的发现同样适用于人体的破骨调节这一观点。例如,在RA患者中,带有高亲和力FcgRIIIA158F 等位基因的患者相比于带有低亲和力的FcgRIIIA158F 等位基因的患者有着更严重的骨侵蚀。同样,RA患者体内的IG和瓜氨酸肽特异性抗体的水平和患者骨破坏的发生率和程度有关。但是,因为在小鼠和人体内的IgG的子类和FcγR的组成不同,且不同个体IgG子类激活补体系统的效价强度不同,需要更多研究来详细探究不同的IgG亚型以及FC多聚糖结构对于各种FcγR-补体通路的调节的影响以及C型凝集素受体的激活。

总结一下,Negishi-Koga等人明确了FcγRIII 在病理情况下对于破骨细胞生成的抑制作用,并且对于在IC介导的疾病患者中由FcγR介导的骨吸收的机制给出了独特的见解。他们的数据证实了不同的IgG亚型决定了下游通路的激活并最终影响了破骨细胞的分化和激活。由IgG1 IC诱导的破骨细胞激活与FcγRIII 和FcγRIIB 的A/I 比值有重要关系,而相反的,由IgG2a/c或IgG2b IC主要通过FcγRI以及FcγRIV的聚合来介导破骨细胞的激活。此外不同IgG亚型激活补体的能力以及他们的FC片段上的多聚糖成分需要被考虑,因为他们控制着影响FcγR 表达的反馈环路,确定了相应的IgG FC片段与FcγR的亲和力,还可以通过补体和C型凝集素受体在不依赖FcγR的情况下激活破骨细胞。

 

“本文点评的是:2015年3月31在 Nature Communications 杂发表的文章“ Immune complexes regulate bone metabolism through FcRγ signalling ”。

 

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——史冬泉, 南京鼓楼医院

 

doi:10.3978/kysj.2014.1.1612

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