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天然抗角蛋白自身抗体研究的回顾与展望

作者:刘玉峰 [详细]

随着现代免疫学和分子生物学技术的迅速发展,在抗角蛋白自身抗体(anti-keratin autoantibody,AK auto Ab)的研究方面已经取得了长足的进步。对该自身抗体的生物学特性、生理和病理生理意义以及与多种临床疾病的关系等都有了较为深入的认识。特别是近几年,天然免疫现象和天然自身抗体受到了生命科学和生物医学界的广泛关注,这一领域正面临着新的希望和挑战。我们回顾AK auto Ab 30年的研究历程,探讨天然自身抗体的研究对免疫学和相关临床学科的重要影响,并对今后的研究方向和前景作一展望。

1. 抗角蛋白自身抗体的发现开创了一个新的研究领域

1970年,Krogh等[1]通过免疫荧光研究在人和多种动物的血清中发现了一种能与表皮角质层发生结合反应的自身抗体,当时称为"抗角质层抗体"。这一发现使人们对自身抗体的认识开始逐渐发生转变,并开创了自身抗体研究的一个崭新的领域。随后,众多学者进行的系列研究从不同的角度逐渐阐明了该自身抗体的性质,认识到这是一组天然存在于机体的自身抗体,能够识别不同Mr的角蛋白,并具有IgG,IgA,IgM等三种Ig类型,故正式命名为抗角蛋白自身抗体[2]。日本学者Iwatsuki等[3]应用杂交瘤技术,使未经任何免疫处理的小鼠脾细胞与骨髓瘤细胞融合,成功地获得了可以产生抗角蛋白抗体的单克隆细胞株,从而进一步客观地证实了AK auto Ab在体内自发产生和天然存在的事实。以角蛋白为抗原,采用亲合层析技术从人血清中纯化得到IgG型AK auto Ab,不仅更加明确了该自身抗体在人体内的存在,还证明了该抗体的靶抗原就是角蛋白本身。同时也为以后更精确深入地研究AK auto Ab提供了方便[4]。

2. 抗角蛋白自身抗体具有重要的生物学作用

在AK auto Ab发现之初,人们并不知道其在体内的存在是否具有一定的生物学意义,在这方面国内外学者进行了大量的研究和探讨。Hintner和其同事[5]发现,IgG型AK auto Ab对吞噬细胞吞噬角蛋白中间丝凝集物的过程具有调理作用。当角蛋白中间丝凝集物先与AK auto Ab结合后,单一核细胞和多核粒细胞均能迅速而有效地将其吞噬,若没有这种事先的抗体结合,吞噬清除作用则明显低下。因此首次提出AK auto Ab可能具有重要的生理功能,认为它在体内可以协助处理由衰老和凋亡细胞产生的角蛋白成分,有利于保持机体生理和免疫状态的平衡和稳定[6]。

经国内外一系列的研究,AK auto Ab的生物学作用逐渐得到了证实。动物实验中发现,自体皮片被包埋于皮下后,AK auto Ab迅速沉积于角蛋白暴露的部位,在皮片逐渐反转并最终形成表皮面向内的囊肿后,随着组织反应的消退局部AK auto Ab逐渐减少,提示该抗体对暴露的角蛋白作出应答并为最终将其封闭的反应提供了早期的生物信息[2,7]。

AK auto Ab在生理条件下可能作为免疫调节网络中的一员发挥重要作用;而在病理条件下,AK auto Ab可以主动介入某些疾病的病理生理过程,在一定程度上起着限制病情进展并促进其向积极方向逆转的作用。银屑病是与AK auto Ab的研究密切相关的疾病,在研究的初期就已注意到患者血清中AK auto Ab的滴度明显低于正常人[2];而在患者皮肤损害的鳞屑中则发现并已分离纯化获得了AK auto Ab[8]。关于AK auto Ab在病变部位表皮沉积的意义曾经有过争论,有人认为该抗体在表皮的沉积可能是诱发角质形成细胞过度增生的原因之一,是发病机理中的一个环节;而相反的观点则认为AK auto Ab在表皮的沉积是表皮角质形成细胞过度增生之后的继发现象而非始因。这些问题经实验研究而逐步得以澄清[2,9],无论源自正常人或银屑病患者血清的AK auto Ab都能够以剂量依赖的方式抑制角质形成细胞的增生代谢,同时还显著降低角质形成细胞产生白介素6,白介素8的活性,因此在银屑病时AK auto Ab与表皮角质形成细胞的接触可以降低局部的免疫炎症反应和增生反应,抑制病情的进展。

动物实验发现,不同血清AK auto Ab滴度的动物在发生皮肤冻伤、烫伤、接触性皮炎等病变时其炎症反应强度、组织损伤程度和修复过程都有着明显的差异。正常滴度的AK auto Ab在动物发生上述病变时于损伤皮肤局部沉积,对组织起着有益的保护作用并有利其修复;而当AK auto Ab滴度低下时,组织损伤明显严重、恢复也相对缓慢[2,7]。这些实验结果进一步印证了AK auto Ab在体内的天然存在具有积极意义的观点。

3. 从细胞生物学到分子生物学研究

3.1 细胞生物学方法的应用奠定了AK auto Ab具有重要生物学作用的研究基础

AK auto Ab在体内存在的现象被发现以后,学术界就提出了两个最关键的课题:寻找其自发产生和天然存在的确凿证据,探讨其在体内存在的意义。这两个方面最有说服力的实验都是利用细胞生物学方法进行的,特别是Hintner等用细胞吞噬实验首次揭示了AK auto Ab可能具有积极的生理意义之后,对AK auto Ab的研究跨上了新的台阶[3,5]。目前对AK auto Ab的生物学作用已经有了较为深入的认识,为全面了解天然免疫调节网络打下了良好的基础。

3.2 现代分子生物学技术对AK auto Ab的研究起到了巨大的推动作用

利用分子生物学技术和方法,已经能够从基因水平上研究AK auto Ab乃至众多天然自身抗体(natural autoantibody, NAA)的产生和调控机制,包括抗体基因的利用规律、基因突变和基因表达的调节等[10,11];可以了解NAA在免疫网络中所发挥的作用及其分子机理,这其中AK auto Ab对角质形成细胞作用的机理研究已经进入到分析基因表达和信号转导的阶段。同时,利用分子生物学手段可以深入探讨天然免疫的异常与多种临床疾病的关系,进行相应的功能干预有可能产生一些新的治疗措施。基因工程抗体是继用杂交瘤制备单克隆抗体之后抗体制备技术的一项重要进展,被称为第三代抗体。特别是噬菌体抗体库技术问世之后,已经能够方便地克隆完全人源性的单克隆抗体,不仅可以得到具有功能活性的抗体分子,用于多种疾病的治疗,还能直接获得抗体基因,从中分析出有关抗体产生机理、基因表达调控等多方面的信息[10,12]。抗角蛋白基因工程抗体的克隆成功已经初步展现出良好的应用前景[13]。

4. 天然免疫现象和天然自身抗体正在受到空前的重视

天然免疫(innate immunity/natural immunity)是机体在种系发育和进化过程中形成的天然免疫防御功能,即出生后就已具备的非特异性防御功能,也称为非特异性免疫(nonspecific immunity)。天然自身抗体(NAA)则是指在没有任何抗原主动免疫的情况下,正常机体内天然产生并存在的免疫球蛋白,是天然免疫的重要组成部分[14]。AK auto Ab是已经发现并证实的众多NAA中的一种。目前,对NAA的研究正在受到越来越多的学者关注,有关的研究论著数量也在迅速增加。以Natural autoantibody作为主题词在线检索PubMed数据库,1980年代共检出341篇,1990年代共检出700篇,而仅2000年一年就已达到94篇,足见对这一领域的重视程度在明显地升高,研究非常活跃。

无论在免疫学还是临床医学各学科,人们对自身抗体的认识是从各种病理性自身抗体及其相关的自身免疫病开始的。德国免疫学家Ehrlich早在约100年前就创用"horror autotoxicus "(可怕的自身毒素)一词,强调自身抗体是有害的,一旦出现将造成可怕的后果。Burnet于1959年提出的著名的"克隆选择学说"认为自身抗体的产生是由于"禁忌克隆(forbidden clones)"重现的结果,也主张自身抗体是自身免疫性疾病的致病因子,仅仅存在于病理情况下,正常机体内是决不会存在自身抗体和自身免疫反应的。近百年来,随着人类自身免疫性疾病谱的扩大,"自身抗体致病"的观点日益根深蒂固。然而,随着免疫学基础理论的发展和研究技术的进步,一些具有自身反应特性的抗体和免疫活性细胞逐渐被发现广泛地存在于正常的个体当中,人体与生俱来的自身天然免疫现象逐渐被认识。NAA的发现一改"自身抗体致病"的传统单一的观点,将自身免疫机制引人正常的免疫系统,使人们在免疫学观念上发生了由" horror autotoxicus "向"gnothi seauton"(古希腊语,意即know youself认识你自己)的转变[15,16]。尤其是Jerne的"独特型网络学说"更为NAA的正常存在和积极意义提供了有力的佐证与支持。越来越多的免疫学研究者开始认识到,自身免疫(autoimmunity)作为一种机制,不仅存在于自身免疫性疾病,也存在于正常生理情况,故有"生理性"(physiological)与"病理性"(pathological)之分。这一观念上的转变,被视为20世纪80年代以来免疫学基础理论的重大进展之一。包括AK auto Ab在内的NAA作为"生理性自身免疫"或称"正常自身免疫"(normal autoimmunity)的主要组成部分,在维护机体免疫状态平衡、调节生理机能、防御感染、监视肿瘤等多方面具有重要的意义。综合文献报道,NAA的生理功能主要有以下几个方面[14,16]:①通过抗原交叉反应的特性识别病原微生物,可作为防御外来感染的第一道防线;②协助清除衰老或凋亡的细胞,参与生理稳定状态的调节;③参与向T细胞递呈抗原的作用;④通过封闭超抗原、中和炎症介质等作用发挥抗炎活性;⑤对肿瘤的发生有监视作用,可以通过结合于恶变细胞膜表面抗原而阻抑肿瘤的发展,或协助免疫细胞进行识别和杀伤;⑥通过抗独特型作用中和自发和少量产生的病理性自身抗体,防止自身免疫病的发生;⑦通过与T细胞、B细胞表面受体的结合影响这两种免疫细胞 repertoire的形成,参与免疫系统自身稳定的调节。

5 前景广阔,任重道远

天然免疫现象已经成为免疫学领域倍受瞩目的课题,对天然免疫的深入研究必将会揭示一系列未知的生理或病理生理事件的本质,并可能带来许多观念上的更新和革命。与庞大的免疫网络相比较,AK auto Ab虽然仅仅是沧海一粟,但对AK auto Ab认识的不断深入将可以作为一个突破口而有助于加深对整个天然免疫系统的了解。同样,对天然免疫整体认识的提高也将会使AK auto Ab的研究更加全面和完整,二者是相辅相成的。

展望未来,NAA和AK auto Ab的研究前景是十分广阔的。在NAA的产生机理方面,近来最重要的进展是对产生NAA的细胞--B-la细胞亚群的认识[17]。基于这一发现,可以利用转基因动物技术制备一系列用于NAA研究的动物模型[18,19],如敲除天然抗体基因的NAA缺陷鼠、特异性转入抗角蛋白抗体基因的实验小鼠等。这些大胆的设想有的已经展开实施,可望在不久的将来获得令人振奋的结果。

在疾病的治疗方面,包括AK auto Ab在内的NAA的研究也带来了许多重要的启迪,衍生出一些新颖的策略[20]。自身免疫性疾病等多种疾病具有复杂的体液免疫紊乱,在以往的治疗尝试中曾发现给患者输注来自全血的免疫球蛋白有良好的治疗效果,其可能的机制是通过补充免疫调节网络中的多种成分,促进了免疫状态平衡的恢复[21,22]。一种新的技术路线正试图通过不同的途径实现体内免疫球蛋白的有效补充。借鉴EB病毒能够有效活化B细胞,促进抗体产生的原理,人工合成模拟EB病毒免疫原性的多肽,免疫机体则可能起到提高B细胞活性、增加免疫网络中抗体产生的作用。

利用基因工程技术直接制备各种各样的人源性抗体则是一种更有针对性的策略[12,23]。人源性抗角蛋白抗体克隆成功之后,在体外实验中已经初步证明其对角质形成细胞的增生同样具有抑制作用,如果在疾病模型的动物试验中能进一步验证基因工程抗角蛋白抗体与AK auto Ab有同样的效果,将对银屑病等疾病的治疗产生重要而深远的影响[13,24]。根据需要制备针对其他抗原的基因工程抗体,可以达到补充不足或中和过剩的目的,实现对免疫紊乱的人为干预和调节。

随着人类基因组计划的逐步完成,人们已经有可能从基因的水平上认识自我、改变并完善自我。在充分了解了NAA基因的属性和病理情况下抗体基因的变异之后,利用"基因打靶(gene targeting)"技术将能够实现"剔除"疾病、"敲入"健康的宏伟目标。

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Review and prospect of research on natural anti-keratin autoantibody

Liu Yufeng

 
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