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IL-10的生物学作用

更新:2010年12月01日 阅读次数: 【字体:

1、 IL-10简介

在1989年,Mosmannand及他们的同事描述了一种新的免疫介质,由Th2细胞克隆分泌,能够抑制Th1细胞克隆IL-2和IFNr的合成。早期被命名为细胞因子合成抑制因子(CSIF),这种因子后来被命名为IL-10,在这被发现的21年期间,很多研究深入剖析了这个细胞因子的生物学特性

2、 IL-10基因和蛋白

人类IL-10基因位于1号染色体上,包括总共5.1kb的序列包含5个外显子,IL-10基因的启动子中有很多的SNP位点,一些证据表明这些基因多态性在体外会影响IL-10的表达,IL-10基因由178个氨基酸组成蛋白质,分泌时会被切去18个氨基酸的信号肽,人类和鼠类的IL-10约有75%的氨基酸序列是一致的,Wlodawer和Walter小组用X射线解决了IL-10的晶体结构,有趣的是IL-10的结构与IFNr的结构类似,人IL-10是一个35kD的二聚体由两个单体通过非共价键形式结合,二聚体有两个V型的结构域,每个结构域包含六个螺旋结构,其中A-D属于一个单体,另外两个(E0和F0)属于另外一个单体。在单体内有两个二硫键(分别是C30-C126和C80-C132)来维持因子结构和生物学活性。除了各种不同的哺乳动物IL-10相关分子外,还有四种病毒IL-10类似物,由EB病毒,马疱疹病毒2型,口疮病毒和巨细胞病毒产生,除了CMV病毒的IL-10,其它病毒与细胞分泌的的IL-10氨基酸序列结构相似,比如,EB病毒的IL-10氨基酸序列与人IL-10序列有83%相同,除了一些微小的变异外主要的不一致集中在N末端,因此导致两者结构非常类似。病毒IL-10的表达似乎是在病毒感染的细胞裂解期,病毒因子似乎也通过相同的IL-10受体来作用,和人类IL-10相比,多数病毒IL-10的作用只有其效力的1/1000,但不幸的是,多数的抗人IL-10抗体和ELISA试剂不能区别两者,最近,认识到新的一些类似于IL-10人分子结构,这些细胞因子被统称为IL-10家族,包括IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, 和IL-26。有趣的是,他们的序列并不与其生物学功能相关,具体请参见相关文献。

3、 IL-10的细胞来源

目前已知并非只有特定的T细胞亚群才能合成IL-10,几乎所有淋巴细胞均能合成IL-10。体内最重要的来源主要是单核巨噬细胞和T辅助细胞,此外,树突状细胞,B细胞,细胞毒性T细胞,γδT细胞,NK细胞,肥大细胞以及中性粒细胞和嗜酸性细胞也能合成IL-10,这些细胞分泌IL-10主要决定于特定的刺激,受损组织类型和某种免疫反应时间点。

单核巨噬细胞在各种内源性和外源性介质的作用下激活后分泌IL-10,如LPS(通过激活TLR4,TRAF3, NF-κB p65/p50, 和ERK激酶)、儿茶酚胺(通过激活蛋白激酶A和CREB-1/ATF-1)引起IL-10基因转录。单核巨噬细胞在清除凋亡细胞过程中也会分泌IL-10,这一过程依赖于CD36和p38丝裂原激活蛋白(MAP)激酶,除了转录水平,等最近认为IL-10也被microRNA在转录后期所调节。

T细胞分泌IL-10主要在T细胞受体接受刺激并激活ERK1和ERK2 MAP激酶,此外,IL-10分泌与c-maf转录因子表达相关,体内抗原致敏的T细胞比纯真T细胞高表达IL-10,尽管这种细胞仍然是单等位基因的表达。在抗原致敏的T细胞中,Th2细胞最初被认为是最重要的IL-10来源细胞,在这些细胞中,干扰素调节因子(IRF)4可以促进IL-10的表达,然而,目前了解到Th1细胞至少和Th2细胞分泌IL-10的水平相似,在Th1细胞中,IL-12促进IL-10的产生,这是通过增高磷脂酰肌醇3激酶活性,导致两个事件发生,一为抑制持续激活的丝氨酸/苏氨酸激酶糖原合酶激酶- 3β,另一是增加c-jun水平。用IL-27刺激Th1细胞会增加IL-10分泌和轻度增加IFN-γ的表达,1997年,鉴别出1型调节T细胞(Tr1)作为一类CD4+细胞的亚群产生高水平的IL-10,低水平的IL-2,不产生IL-4。Tr1细胞Foxp3阴性,有以下特点:1、增殖能力弱,2、几乎是选择性合成IL-10,3、能够通过细胞因子相关机制抑制抗原递呈细胞和抗原特异性效应T细胞。其由纯真T细胞受到IL-27作用,诱导芳香烃受体(AHR),AHR与c-maf结合后,协同激活IL-10和IL-21的启动子,导致细胞向Tr1细胞转化,新细胞因子IL-21上调c-maf表达增强IL-10分泌,(TGF)-β/IL-6也能够引起c-maf表达,Tr1样细胞也能从Th1细胞分化,但如何区分Tr1样细胞还不是很清楚。IL-10还能够被Treg细胞分泌,Treg细胞多数为CD25+由胸腺产生,但也能在外周血经过耐受刺激的作用产生,Treg生成依赖于TGF-β、全反式维甲酸,T细胞受体信号,以及共同γ链细胞因子受体,详细请参见主要文献。TGF-β诱导Treg表达Foxp3和IL-10,然而全反式维甲酸倾向于Foxp3表达而抑制IL-10。IL-2,通过信号转导和激活转录因子STAT5,加强IL-10分泌,是一种重要的激活Treg抑制活性的因子,在感染或炎症中,Treg能够由血液中转移到炎症组织在那里抑制树突状细胞和产细胞因子抗原特异性T细胞迁移,然后Treg细胞能自己移位至引流淋巴结抑制抗原特异性T细胞的激活和增殖。在小鼠,Treg细胞的特异性标志是Foxp3,然而在人类这个标志并非总与调节功能相关。最近,新发现的Th17和Th22细胞也能够产生IL-10,有趣的是,IL27减少RORγt表达并抑制Th17细胞功能,然而在稳定的Th17细胞IL-27与IL-23一起能够减少IL-10的分泌而对IL-17表达没有影响,因此,所有目前已知的Th细胞群均能产生IL-10,尽管在产量上稍有差别,IL-10产生能被IL-4和IFNr所抑制,此外,IL-10自身会抑制自己产生,最近,还有人甚至推测,许多CCR6的+记忆性T细胞在识别交叉反应抗原后能够稳定的分泌IL – 10。

4. IL-10受体

IL-10多种活性由特异的细胞表面受体复合物来介导,这种IL-10受体包含两个不同的链,IL-10R1和IL-10R2两条链均属于II类细胞因子受体家族(CRF2)。此家族分子特点为常表现为跨膜糖蛋白,其细胞外结构域特点是含有约210氨基酸序列,包含两个III型纤维连接素结构域,并有几个保守氨基酸位点对于维系其二级结构有重要作用。相比之下,他们的细胞内结构域长度不同,并且没有什么特别相同的序列。1993年Moore小组克隆了小鼠IL-10R1,一年后,这个小组发表了人类IL-10R1序列,从氨基酸水平看,两者60%相同,73%类似。IL-10R1是一个90-110 kD糖基化蛋白,其基因位于11号染色体上,人IL-10R1基因具有一定的多态性,最近,自从1993年就认识的一种叫CRF2-4蛋白被认为是IL-10R2,这条链的基因位于人21号染色体上。IL-10和IL-10R复合体的亲和力(50–250 pM)明显高于与分离IL-10R1 (500–620 pM)。IL-10与其受体复合体的结合包括两个步骤(图2)。IL-10首先与IL-10R1结合,两者相互作用引起细胞因子结构改变从而使IL-10/IL-10R1复合体与IL-10R2结合,IL-10R2自身不能与IL-10结合。人类IL-10和IL-10R1之间相互作用的分子学基础已经有详尽阐述,一个IL-10表位在结构改变后可以显露出来与IL-10R2结合。IL-10R1主要在免疫细胞表达,通常其表达水平较低,每个细胞约表达100至800个分子,有趣的是,单核巨噬细胞表达最大量的IL-10R。这种分子的表达是可以调节的,但目前还不清楚其调节因素是什么。LPS刺激的单核细胞激活后IL-10R1 (2 h) 及IL-10R2 (18 h)的mRNA轻度升高,IL-10R1在CD4+记忆性T细胞比纯真T细胞表达更高,在T、B、NK细胞受到刺激后,IL-10R复合物两种蛋白表达均下降。在T细胞,这种情况依赖于T细胞激活的强度,一些非免疫细胞也有非常低的IL-10R1表达,这些细胞激活后会上调IL-10R1表达。总体来讲,IL-10R1表达与IL-10作用于免疫细胞的强度有相关关系。和IL-10R1相反,IL-10R2广泛并强表达于大多数细胞和组织上。组织细胞受到IFN-γ或TNF-α刺激后会增加IL-10R2的mRNA表达。因此,IL-10R1是IL-10受体复合物的特异性部分,IL-10R2是IL-10受体复合物的同步部分。事实上,后者的作用最近被证明与新发现的细胞因子IL – 22,IL – 26,IL - 28和IL – 29信号传递有关。这解释了为什么IL-10R2在各种细胞系中广泛表达而IL-10R1不表达。我们最近证明,对于IL-22和IL-10,这种IL-10R2共同通路似乎没有竞争抑制作用和也不互相限制生物学作用。尽管事实上,没有那种细胞上会共同表达IL-22R1和IL-10R1,这种干扰缺乏可能是在R1链缺乏的细胞上很难形成有效的竞争抑制。

5、IL-10–IL-10R相互作用

细胞IL-10R是一个非常复杂,包括CRF2家族两个成员:IL-10R1和IL-10R2。IL-10首先与IL-10R1结合,两者相互作用引起细胞因子结构改变从而使IL-10/IL-10R1复合体与IL-10R2结合。两种受体成分靠近导致受体相关的Jak1(与IL-10R1相关)和Tyk2(与IL-10R2相关)相互激活,然后IL-10R1胞浆部分酪氨酸磷酸化,STAT3分子结合并被贾纳斯激酶磷酸化。此外,STAT1和某些细胞的STAT5分子也被激活。同源或异源STAT二聚体移入细胞核,结合到各种不同启动子相关的STAT结合元件,引起相应基因的转录。

IL-10主要应用Janus激酶家族成员和STAT转录因子来介导其生物学作用,其主要过程类似于IFN,事实上,IL-10与受体结合激活两种Janus激酶家族成员:Jak1(与IL-10R1相关)和Tyk2(与IL-10R2相关)。然后,IL-10R1两个酪氨酸( 446和496位)被这些激酶磷酸化,转录因子STAT3通过其SH2结构域与这些部位结合,因此STAT3被磷酸化。此外,IL-10作用于细胞上,STAT1和某些细胞的STAT5分子也被激活。这些转录因子形成同源或异源STAT二聚体移入细胞核,结合到各种不同启动子相关的STAT结合元件,引起相应基因的转录。与先前的研究相比,新出现的证据是,不是STAT分子二聚体化引起SH2区酪氨酸磷酸化,胞浆中STAT分子已经表现为二聚体并会在Janus激酶激活后进行分子结构转化。细胞信号抑制子3 (SOCS3)是IL-10诱导表达的基因之一。SOCS3属于结合Janus激酶的一个蛋白家族,并抑制激酶活性,看起来IL-10诱导SOCS3来结束IL-10的作用。

除了上面提到的IL-10R1细胞内两个酪氨酸位点外,还有另一个IL-10R1区域对于IL-10抑制炎症介质产生有关,尤其是这个区域接近其C端并包含两个丝氨酸,尽管经过很多深入的研究,IL-10信号转导的很多方面仍然不清楚,如IL-10可以激活磷酸肌醇-3激酶或p70 S6激酶。IL-10R1的细胞内部分还包括一个区域,当去掉此区域,细胞对IL-10的敏感性会增高至100倍,哪种介质对此介质起作用也不清楚。

关键词:生物学 IL-10
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