肥大细胞FcεRⅠ受体介导的信号通路分子机制及影响因素的研究进展

郑文雅综述，彭 华审校

0 引 言

变态反应性疾病是全球影响人群最多的慢性疾病之一[1]，肥大细胞FcεRI 受体介导的信号传导通路是I型变态反应终末阶段的关键步骤，变应原与致敏肥大细胞表面的Ig E-FcεRI复合物结合后，激活下游信号传导通路，最终引起肥大细胞脱颗粒，释放组胺、白三烯、类胰蛋白酶等多种炎症介质，直接导致各种过敏效应的发生[2-3]。近年来，关于FcεRI 受体介导的信号传导通路的分子机制和影响因素研究愈加深入，这对I型变态反应的发病机制及临床治疗都有极大的帮助。本文就FcεRI 受体介导的信号传导通路的分子机制和影响因素作一综述。

1 FcεRI受体介导的信号通路激活过程及其分子机制

1.1 IgE及FcεRI的结构与组织分布IgE由两条重链两条轻链组成，轻链分为κ和λ链两型。重链由Cε1～4四个恒定结构域构成，其中Cε3结构域主要参与了IgE与FcεRI的α亚基的结合过程，而Cε2结构域和Fab臂的相互作用对IgE与FcεRIα亚基的结合起了诱导延伸的IgE Fc段形成空间构象，抑制IgE与FcεRIα亚基分离，稳定复合物的作用[4-5]。

人体内的FcεRI是IgE的高亲和力受体，主要存在四聚体和三聚体两种结构形式。其中，四聚体是由1个α亚基、1个四次跨膜的β亚基和2个通过二硫键连接的γ亚基组成。四聚体受体αβγ2 主要表达于组织驻留的肥大细胞和循环的嗜碱性粒细胞的细胞膜上。肥大细胞和嗜碱性粒细胞上表达的 αβγ2 参与导致肥大细胞和嗜碱性粒细胞活化或脱粒的信号转导[1]。在FcεRI 的四个亚基中，α亚基提供IgE结合位点，β亚基放大IgE和变应原相互作用后诱导产生的信号，两个γ亚基参与下游信号的启动和传导[6]。另外，在部分特应性患者中，存在缺乏β链的FcεRI三聚体形式受体 αγ2，主要表达于气道平滑肌细胞、树突状细胞、朗格汉斯细胞、单核细胞等细胞膜上。在抗原呈递细胞上的 αγ2 主要参与 IgE-FcεRI 的内在化[7]。

1.2FcεRI 受体介导的信号传导通路肥大细胞FcεRI受体介导的信号通路示意图见图1。

图1 肥大细胞FcεRI介导的信号通路传导过程Figure 1 FcεRI-mediated signaling pathways in mast cell

1.2.1FcεRI 受体的信号启动结合了多价变应原的IgE与肥大细胞膜上的FcεRI复合物结合后，激活肥大细胞细胞膜上及胞浆内的Src家族蛋白酪氨酸激酶的Lyn和Fyn向FcεRI跨膜蛋白区域聚集[8]。Lyn通过磷酸化 FcεRI 受体上的β和γ亚基尾部的免疫受体酪氨酸激活基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM)，从而诱导脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase, Syk)通过其SH2结构域与ITAM结合，将Syk激酶锚定在FcεRI上，启动肥大细胞细胞质内的信号传导[9]。

1.2.2肥大细胞胞内Syk介导的信号传导通路ITAM与Syk结合后构象发生改变，暴露出羧基末端区域，形成一种易被Lyn磷酸化的空间构象，使其他酪氨酸残基能通过自身磷酸化进一步磷酸化[10]。激活的Syk通过促进肥大细胞胞膜上的靶分子跨膜接头蛋白(transmembrane adaptor linker protein, TRAP)、T细胞激活连接蛋白(linker for activation of T cells, LAT)或非T细胞激活连接蛋白(Non-T cell activation linker, NTAL)磷酸化使这些跨膜蛋白成为许多含SH2结构域的蛋白信号分子的结合位点，使其进一步与生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2, Grb2)、谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase, GAD)、Src同源性胶原蛋白(src homology and collagen, SHC)、SLP76、VAV和 磷脂酶Cγ(phospholipase Cγ, PLCγ)结合[11]。

PLCγ与细胞膜蛋白TRAP、LAT或NTAL锚定并活化后，催化细胞膜中的磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinositol 4,5-biphosphate, PIP2)水解生成1,4,5，-三磷酸肌醇(inositol 1,4,5,-triphosphate, IP3)和二酰基甘油(diacylglycerol, DAG)。IP3启动内质网钙外流[11]。当内质网内的钙离子耗竭后，内质网上的钙感受器基质相互作用分子1(stromal interacting protein 1, STIM1)与细胞膜上的ORAI1膜蛋白相互作用，通过钙库操作性钙离子通道(store-operated Ca2+entry, SOCE)将内质网钙离子的耗竭与细胞膜上钙通道激活后钙离子的内流结合起来，细胞内Ca2+快速升高，Ca2+通过激活肌球蛋白和微管蛋白，促进颗粒的运输和释放。

DAG和胞内升高的Ca2+一起激活蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)，促进了脱颗粒等下一步的信号传导活动的发生；同时DAG还招募RAS鸟苷酸释放蛋白(ras guanyl nucleotide-releasing protein, RasGRP)，激活后可刺激胞内磷脂酰肌醇三激酶(phosphoinositide-3-kinase, PI3K)的RAS家族蛋白，促进细胞骨架重排。

VAV激活后，诱导丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)，如细胞外调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)和P38活化，这些分子活化激活蛋白1 (activating protein 1, AP1)、活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells, NFAT)和核因子κB (nuclear factor kappa-B, NF-κB)等转录因子，从而促进IL-6、IL-13、TNF-α等细胞因子的生成[7]。

1.2.3肥大细胞胞内Fyn介导的信号传导通路肥大细胞内Fyn介导的信号是FcεRI启动的次要信号通路。变应原-Ig E-FcεRI复合物激活Fyn，激活的Fyn使Grb2相关结合蛋白2(Grb2-associated binding protein2, Gab2)发生磷酸化,与Grb2结合, 激活PI3K[10]，使PIP2磷酸化，从而产生磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate, PIP3)，PIP3招募含有PH结构域的胞内信号传导蛋白例如Bruton蛋白激酶(bruton tyrosine kinase, BTK)、蛋白激酶B(protein kinase B, PKB)等。BTK活化后可促进PLCγ的激活，而PKB被PIP3招募到细胞质膜上，与3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1(3-phosphoinositide dependent kinase-1, PDK1)共同激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)，磷酸化的Akt正向调节转录因子NF-κB的功能并介导细胞因子的产生[12]。同时PIP3还招募核肽交换因子，近一步通过Ras同源家族成员A (ras homolog family member A , RhoA)、Ras相关C3肉毒素底物(ras-related C3 botulinum toxin substrate, RAC)和细胞分裂周期蛋白42(cell division cycle 42, Cdc42)等促进ERK、JNK和 P38等MAPK 激酶途径的信号传导以及细胞骨架的重新排列、转录因子、细胞因子、脂类介质的合成。Cdc42在FcεRI活化后刺激的PIP2合成中起着关键作用，还参与了胞内Ca2+的动员，而 Ca2+的动员是刺激肥大细胞脱颗粒所必需的[13]。

1.2.4AMPK参与FcεRI 受体介导的信号传导通路除以上大多公认的传导通路外，有研究表明AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)也参与IgE-FcεRI介导的肥大细胞活化和发生过敏反应过程[14-16]。AMPK是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，由一个催化亚基和两个调节亚基组成。Lin等[17]在RBL-2H3细胞的研究中发现通过激活FcεRI-Lyn-Syk-Akt通路导致了AMPK的快速失活，促进了 FcεRI的信号转导和随后炎症介质的表达。AMPK激活后主要通过抑制FcεRIβ-Lyn-Syk、FcεRIγ-Lyn-Syk以及 AMPK-FcεRIβ 复合物的形成来抑制IgE诱导的FcεRI信号传导[16]。

有假说认为FcεRI通路启动后，胞浆内的AMPK和Syk同时被Lyn募集到FcεRI受体上。随后, ITAM介导的Lyn激活通过Syk信号传导激活下游MAPKs并抑制AMPK，使AMPK与Lyn解离，从而激活肥大细胞[17]。也有研究认为，FcεRI活化后激活的Fyn通过对AMPK的激动剂肝激酶B1(liver kinase B1, LKB1)的调控，使LKB1隔离在细胞核内，使细胞质内的 AMPK无法激活，从而促进肥大细胞的激活及炎症介质的合成。如果AMPK在胞浆内被激活，将会抑制ERK1/2、JNK和IKK的激活来减弱肥大细胞中FcεRI受体的信号转导，提高FcεRI介导的肥大细胞激活阈值[14]。

2 影响FcεRI信号传导通路信号传导的因素

2.1 胞外影响因素

2.1.1 IL-33IL-33 是免疫细胞的激活剂，IL-33及其受体ST2的结合与变态反应密切相关。IL-33可识别和引发细胞损伤后的炎症反应[18]。IL-33通过ST2受体在肥大细胞等应答细胞中触发下游TRAF6、MyD88、MAPK、NF-κB等信号级联反应[19]。IL-33可增加脱颗粒的肥大细胞百分比，同时增强FcεRI激活后肥大细胞细胞脱颗粒作用。但IL-33并未影响FcεRI介导的信号通路下的钙通道开放，其引发肥大细胞更易于脱粒的机制仍有待阐明[20]。 FcεRI和IL-33的协同作用突出表现在转化生长因子激酶1(transforming growth factor-β-activated kinase 1, TAK 1)的磷酸化水平。一般情况下，抗原-IgE-FcεRI激活只能诱导 TAK1的弱磷酸化，而IL-33能诱导TAK1的中等活化，同时添加抗原和 IL-33能协同增强TAK1磷酸化。这一过程导致转录因子NF-κB、NFAT和AP-1的激活增加[21]。IL-33还可通过IL-4介导的途径增强小鼠的IgE合成，而IgE可增加FcεRI的表达，增加肥大细胞上IgE交联的FcεRI的数量。IL-33能增加颗粒内炎症介体的合成和存储，从而增加其释放量[20]。综上，IL-33对FcεRI介导的脱颗粒和细胞因子产生有增强作用。

2.1.2IL-4IL-4 是一种主要由 Th2 淋巴细胞，嗜碱性粒细胞和肥大细胞分泌的多效细胞因子，在变态反应的刺激和维持过程发挥重要作用[22]。Toru等[23]研究发现，IL-4在mRNA 水平上增加了FcεRI的表达，并增强FcεRI介导的炎症介质的释放。IL-4也可促进B细胞产生IgE，增加肥大细胞上FcεRI表面的表达及增加与IgE交联的FcεRI数量[22]。因此，IL-4可直接或间接增强FcεRI受体的表达。

2.2FcεRI传导通路信号胞膜上影响因素

2.2.1 KITKIT(CD117)属于酪氨酸激酶活性超家族,是肥大细胞表面的受体之一。干细胞因子(stem cell factor, SCF)与KIT的结合后诱导KIT受体胞内COOH-末端区域磷酸化。此磷酸化的残基为下游信号分子的结合位点，参与了PI3K、SHC和PLCγ的结合。PLCγ活化后导致MAPK激酶级联的激活[24]。

KIT(CD117)和FcεRI 激活引起的下游信号通路上有许多相同的下游信号分子，但两者有明显差异。与抗原激活肥大细胞的FcεRI信号通路不同，SCF激活KIT通路不会导致肥大细胞脱颗粒或产生细胞因子。这可能是因为KIT无法激活SYK激酶，因此不能诱导LAT 衔接子的磷酸化，也不能诱导PKC的激活[25]。而LAT的活化对于肥大细胞的活化脱颗粒至关重要，缺乏 LAT 的肥大细胞表现为钙粒子内流、脱颗粒以及细胞因子释放减少[26]。

另一方面，KIT与 FcεRI分别介导的两个激活途径都可使NTAL衔接蛋白的磷酸化。与 FcεRI激活后再通过SYK 磷酸化NTAL不同，KIT激活后可直接使NTAL磷酸化，提高磷酸化的效率。因此，当KIT和FcεRI同时被激活时，NTAL的磷酸化增强，脱颗粒和细胞因子生成也协同增强[27]。

2.2.2肌动蛋白细胞骨架实验证明，F-肌动蛋白细胞骨架能负调控肥大细胞中的FcεRI信号传导，其调控靶点是此通路的早期信号传导事件，抗原刺激FcεRI引起的ITAMs磷酸化[11,28]。FcεRI及其相关受体需在质膜上特定脂筏区域才能被激活，发挥生物学效应。肌动蛋白的聚合限制了FcεRI及其相关受体的聚集。能引起微丝解聚的latrunculin和细胞松弛素 D是肌动蛋白细胞骨架动力的抑制剂，Frigeri等[29]研究发现其本身不会引起脱颗粒，但增强FcεRI介导的脱颗粒作用。二者使肌动蛋白聚合程度降低，促进FcεRI相关受体进入结构域内，增加了Lyn与FcεRI的结合和磷酸化，并降低了肥大细胞FcεRI通路活化的阈值[30]。细胞松弛素和 latrunculin 均可增强 IgE-FcεRI 复合物与 LYN的结合和酪氨酸磷酸化。因此，抑制肌动蛋白会使 LYN 与 FcεRI 的结合增强，从而增强FcεRIβ亚基的酪氨酸磷酸化。FcεRI 和其他质膜成分在不同的质膜区中是分隔的[31]。因此，FcεRI 受体活化后，肌动蛋白的快速解聚能促进后续的反应。

2.2.3细胞膜脂质筏脂质筏是细胞膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域动态结构，大小约70nm。脂质筏是构成FcεRI及相关膜受体、衔接分子聚集、特异性修饰、激活的平台，还是受体内吞作用的重要平台。肥大细胞表面的 IgE 结合抗原后诱导FcεRI受体易位至脂质筏区域。在筏结构域中，Lyn磷酸化ITAM，并进一步激活Syk-LAT，并参与SHC、VAV等信号传导。泛素连接酶Casitas B谱系淋巴瘤原癌基因相关蛋白(casitas B-lineage lymphoma, Cbl)和神经前体细胞表达发育抑制蛋白4(neuronal precursor cell-expressed developmentally downregulated 4, Nedd4)与FcεRI在脂质筏结构域内共定位使受体泛素化和内在化。FcεRI的泛素化参与调节IgE信号传导的强度、FcεRI受体的半衰期，脂质筏中 IgE 信号传导的持续时间，促进了FcεRI受体的内吞降解。Molfetta R等通过破坏脂质筏结构证明脂质筏的完整性对FcεRI受体泛素化和内吞作用至关重要[32]。

2.3胞内影响因素

2.3.1 ERK1/2细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal regulated kinase1/2, ERK1/2)主要通过对AMPK通路的影响调节肥大细胞脱颗粒、炎症介质的产生和细胞因子的表达，在过敏反应中起重要作用[33]。药物抑制ERK1/2通路可有效预防被动皮肤过敏反应或被动全身过敏反应，而AMPK基因敲除或缺失可逆转这种ERK1/2抑制的负面效应[16]。Hwang等[16]发现ERK1/2通过与AMPK结合，使AMPK隔离在细胞核内，从而阻止AMPK接触其胞浆靶标，抑制AMPK介导的肥大细胞信号负调控。ERK1/2通过抑制依赖AMPK的负调节信号传导轴，从而促进肥大细胞中的FcεRI信号传导。

2.3.2NHERF1Na+/H+交换因子调节因子1(Na+/H+exchanger regulatory factor 1, NHERF1)静息状态下主要位于胞浆靠近质膜处及细胞核内，参与调节肥大细胞在FcεRI刺激后的信号传导。Kammala等[34]发现NHERF1+/-小鼠的肥大细胞暴露于IgE-Ag后，细胞内Ca2+动员、MAPKs (ERK1/2和P38)的激活以及细胞因子(IL-13和IL-6)的产生显著减少。另外，NHERF1+/-小鼠以及肥大细胞缺陷的KitW-sh/W-sh小鼠移植NHERF1+/-肥大细胞后，肥大细胞介导的被动皮肤过敏反应和被动全身过敏反应降低。分子水平上，在NHERF1+/-小鼠的肥大细胞中调节肥大细胞反应的miRNA 155-3p水平下降，而miRNA 155-5p水平上升。另外，NHERF1在FcεRI刺激后，胞浆内浓度无改变，而细胞核内含量迅速升高[34]。以上结果说明NHERF1促进Ag-IgE-FcεRI介导的肥大细胞信号通路相关，可能起到增强其激活效应的作用，但其具体作用机制仍有待阐明。

2.3.3mTORmTOR属于丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶。mTOR信号传导通路影响免疫系统的各个方面，包括免疫细胞的发育、分化、激活、生长和存活等。在FcεRI参与诱导的各种信号级联反应中，PI3K对于肥大细胞脱颗粒功能至关重要[35]。而mTOR能被PI3K激活,构成mTORC1和mTORC2。mTORC1及mTORC2对肥大细胞脱颗粒的影响不同，前者可抑制肥大细胞的功能，而后者则起到增强效应。

Rakhmanova1等[36]研究表明mTOR特异性激动剂MHY1485能抑制FcεRI介导的肥大细胞脱颗粒和分泌细胞因子。用MHY1485处理致敏的BMMC后，mTORC1的下游分子核糖体蛋白S6激酶和真核翻译起始因子4E结合蛋白1的磷酸化增加，而肥大细胞内mTORC2通路被抑制，Akt的磷酸化减少。此外，MHY1485使FcεRI刺激的BMMC的β-氨基己糖苷酶释放减少，IL-6和TNF-α也减少，β-氨基己糖苷酶的释放量与肥大细胞的脱颗粒释放量呈正相关，β-氨基己糖苷酶的释放减少提示肥大细胞脱颗粒释放量减少。

Rachmaninov等[37]研究也得出了类似的结果。mTOR激动剂3BDO抑制了FcεRI介导的肥大细胞活化中的即刻脱颗粒和后期细胞因子反应,认为此效应与ERK1/2, JNK和mTORC2-Akt的激活减少, 而mTORC1的信号表达增加有关。他们的实验还证明Akt特异性激动剂SC79能够对3BDO的阻断肥大细胞脱颗粒效应部分缓解，可完全恢复3BDO处理后BMMC中减少释放的β-氨基己糖苷酶，但无法改善IL-6的释放量，这说明3BDO通过抑制mTORC2-Akt抑制肥大细胞脱颗粒且3BDO负性调节FcεRI诱导的肥大细胞的即时脱颗粒和晚期细胞因子释放的机制不同。

2.3.4NR4A1NR4A1是一种孤儿核受体，参与体内新陈代谢、细胞凋亡和炎症等多种生物学事件。Fansi等[38]研究表明，NR4A1可通过拮抗LKB1-AMPK的负向调节轴，促进FcεRI信号转导，从而促进肥大细胞的激活。沉默或敲除NR4A1基因或使用NR4A1拮抗剂后，BMMC表现为 FcεRI介导的脱颗粒反应和脂类介质的产生显著降低，而NR4A1基因的过表达则增强这些反应。通过沉默或敲除LKB1/AMPK可以消除NR4A1对肥大细胞激活的影响。作者认为NR4A1通过与LKB1/AMPK复合体结合，将其隔离在细胞核内，从而促进FcεRI下游的信号通路。

3 结语与展望

以肥大细胞多价变应原-IgE-FcεRI介导的信号通路作为靶点的研究一直是变态反应疾病治疗研究的热点。FcεRI的信号通路分子机制复杂，其影响的调节因素众多。对FcεRI信号通路分子机制及影响因素的深入研究对治疗变态反应疾病具有重要的临床意义，将为针对IgE/FcεRI信号通路的免疫治疗的研究提供更多的治疗靶点及研究基础。