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《实验医学杂志》。2003年9月1日;198(5): 809–821.
数字对象标识:10.1084/jem.20021358
预防性维修识别码:PMC2194195型
PMID:12953096

T细胞特异性适配器蛋白缺乏小鼠T细胞死亡受损和狼疮样自身免疫

摘要

T细胞特异性衔接蛋白(TSAd)是一种T系限制性信号衔接分子,被认为参与T细胞内细胞内信号复合物的组装。以往对TSAd缺乏小鼠的研究表明,TSAd在诱导T细胞白细胞介素2分泌和增殖中发挥作用。我们现在发现TSAd缺乏小鼠易患狼疮样自身免疫病。在非自身免疫原C57BL/6基因背景下,TSAd缺乏会导致高丙种球蛋白血症,影响所有免疫球蛋白(Ig)G亚类。年龄较大的C57BL/6 TSAd缺乏小鼠(1岁)在脾脏中积累大量活化的T和B细胞,产生针对各种自靶点的自身抗体,包括单链(ss)和双链(ds)DNA,此外,还发展为肾小球肾炎。我们进一步表明,对年龄较小的C57BL/6 TSAd缺乏小鼠(2个月龄)进行普鲁坦免疫,普鲁坦是公认的狼疮非特异性炎症触发因素,结果与C57BL/6对照组相比,肾小球肾炎更严重,并且产生了IgG亚类的高滴度ss和ds DNA抗体,而在该模型中C57BL-6小鼠通常不会产生这些抗体。TSAd缺乏小鼠自身免疫的发展与体内缺陷性T细胞死亡有关。这些发现说明了TSAd作为T细胞死亡的关键调节器的作用,其缺失可促进系统性自身免疫。

关键词:细胞凋亡、自身免疫、T淋巴细胞、信号转导、肾小球肾炎

介绍

T细胞特异性适配器蛋白(TSAd)是一种含有SH2结构域的细胞内适配器样分子,在胸腺细胞和活化的成熟T细胞中表达(12). TSAd在T细胞信号转导中的确切作用尚不清楚。TSAd已被描述为与Src家族酪氨酸激酶Lck、Tec家族酪氨酸激酶Rlk和Itk以及MAP3激酶MEKK2发生物理相互作用(24). 然而,尽管在酵母细胞中可以很容易地检测到这些相互作用,但在哺乳动物细胞中,尤其是在细胞生成蛋白之间,更难证明其结合。因此,与这些激酶相互作用的意义尚不清楚。事实上,最近的研究表明,TSAd可能主要在细胞核中发挥作用,在细胞核中积极调节不同T细胞靶基因的转录,包括T细胞自分泌生长因子、IL-2的基因(5). 这与TSAd缺乏小鼠脾T细胞分泌较少IL-2和体外TCR参与后增殖较少的发现一致().

在本研究中,我们进一步检测了TSAd缺乏小鼠的免疫功能。我们发现TSAd缺乏小鼠易患自发和诱导的狼疮样自身免疫病。此外,我们发现TSAd缺陷小鼠的T细胞在体内对抗原诱导的细胞死亡具有抵抗力,这一过程被认为可以阻止健康动物自身免疫的发展。这些发现突出了TSAd作为T细胞死亡和狼疮样自身免疫的新调节器的作用。

材料和方法

老鼠。

C57BL/6 TSAd缺乏小鼠从J.Bluestone(加利福尼亚大学旧金山分校,加利福尼亚州旧金山)获得,并通过129/Sv×C57BL/6 TSAd缺失小鼠回交获得()与C57BL/6小鼠共8代。在这些研究中,我们产生了第九代C57BL/6 TSAd杂合子,然后将其交叉,以产生用于实验的同窝C57BL/6野生型、杂合子和TSAd缺乏小鼠。大多数实验都是用这些同窝小白鼠进行的。在一些实验中,C57BL/6野生型和TSAd缺乏小鼠是在我们的设施中通过单独交配产生的。额外的C57BL/6小鼠和对照MRL/lpr小鼠分别从Taconic农场和Jackson实验室购买。小鼠在标准条件下饲养和繁殖。从群体中的哨兵小鼠以及直接从试验小鼠中采集的系列血清样本对常见的小鼠病毒病原体始终呈阴性。所有实验均按照特殊外科医院和密歇根大学的指导方针进行,并得到了相应机构动物护理和使用委员会的批准。

监狱管理局。

在2个月大的C57BL/6野生型和TSAd缺乏小鼠中,一次性腹腔注射0.5 ml Pristane(Sigma-Aldrich)。6个月后,测定血清中是否存在自身抗体,并处死小鼠进行组织病理学分析。

血清学。

血清总IgG、IgG亚类和IgM浓度使用SBA Clonotyping™系统(Southern Biotechnology Associates,Inc.)通过ELISA测定。使用抗心磷脂ELISA试剂盒(Sigma-Aldrich)检测抗心磷脂抗体。使用小鼠抗双链DNA和类风湿因子ELISA试剂盒(Alpha Diagnostic International)检测抗双链(ds)DNA抗体和类风湿因素。如前所述,用ELISA检测单链DNA抗体(6). ELISA自身抗体中使用的二级检测试剂是山羊抗鼠IgG(GAMIgG)或与碱性磷酸酶偶联的IgM(Sigma-Aldrich)。为了确定与测试样品中已知IgG或IgM浓度相关的非特异性结合水平,在自身抗体ELISA实验中还对正常小鼠IgG和IgM的系列稀释液进行了分析。因此,通过从测试样品OD值中减去OD值,即从标准曲线计算出的正常IgG或IgM浓度相同时获得的OD值来确定特异性自身抗体结合。在这些实验中,如果测试样品的特定OD值大于任意0.25个单位,则测试样品得分为阳性。

为了检测抗核抗体并确认存在抗-ds DNA特异性,血清样本(1:100稀释)与固定和渗透的HEp-2细胞(Bion Enterprises,Ltd.)或绿盲蝽生物(Wampole实验室)。冲洗载玻片,然后用偶联到Alexa 488(分子探针)的GAMIgG孵育。在进一步清洗和安装后,在尼康Eclipse E600荧光显微镜上观察细胞。

西方印迹法。

如前所述,使用Jurkat T白血病细胞制备的核裂解物进行蛋白质印迹实验(5). 小鼠血清以1:1000的稀释度使用,二级检测试剂为GAMIgG与辣根过氧化物酶偶联(Santa Cruz Biotechnology,Inc.)。

病理学。

将C57BL/6野生型、TSAd杂合子和TSAd缺陷小鼠的不同器官固定在福尔马林中并包埋在石蜡中进行组织学研究。切片用苏木精和伊红(H&E)染色,另外加上周期性酸-希夫和苏木精染色(仅用于肾脏)。对于免疫组织化学,肾脏在OCT复合物中快速冷冻。肾脏切片首先在10%山羊血清中孵育,然后用GAMIgG Alexa 488孵育以检测肾小球中沉积的IgG。切片在尼康Eclipse E600显微镜上观察。

葡萄球菌肠毒素B(SEB)免疫。

用50μg SEB(Sigma-Aldrich)腹腔免疫小鼠。对于T细胞死亡实验,在SEB免疫前以及免疫后第4天和第11天,通过眼眶出血从小鼠身上采集300–400μl静脉血,TCR Vβ6的百分比+或TCR Vβ8+检测T细胞(见下文)。为了检测T细胞活化标记物和细胞因子的表达,在服用SEB 24小时后对脾脏T细胞进行流式细胞术分析(见下文)。

流式细胞术。

以下标记的单克隆抗体用于流式细胞术:H57-597-CyChrome(TCRβ链)、RA3-6B2-PE(CD45R/B220)、H1.2F3-PE(CD69)、Jo2-FITC(CD95/Fas)、MEL-14-FITC(CD62L)、IM7-PE(CD44)、RR4-7-PE和FITC(TCR Vβ6)、MR5-2-PE和FITC,A95-1-PE(针对IL-2的大鼠IgG2b同型控制)和R3-34-PE(针对IFN-γ的大鼠-IgG1同型控制)。除XMG1.2-PE来自Caltag外,所有抗体均来自BD Biosciences。枚举TCRαβ的百分比1用TCRβ和B220抗体对脾细胞群中的T细胞和B细胞进行双重染色。脾TCRαβ上活化标记物(CD69、CD44、CD95和CD62L)的表达1通过用TCRβ抗体和适当的活化标记抗体对脾细胞进行双重染色来测定来自老年小鼠的T细胞。TCR Vβ6的百分比+或TCR Vβ8+CD4中的细胞+用PE-标记的TCR抗体和CD4-FITC双重染色法检测SEB免疫小鼠外周血T细胞。同样,TCR Vβ6的百分比+或TCR Vβ8+用FITC-标记的TCR抗体双重染色法测定SEB免疫小鼠脾脏中表达CD69、IL-2和IFN-γ的T细胞。对于IL-2和IFN-γ分析,首先用50 ng/ml PMA和500 ng/ml离子霉素重新刺激收集的脾细胞4小时,并在最后2小时的培养中添加GolgiStop(BD Biosciences)。然后固定细胞,并在染色前用Cytofix/CytoPerm试剂(BD Biosciences)渗透。

基因剖析。

CD4细胞+根据制造商的说明,使用小鼠CD4 Dynabeads和DETACHaBEAD小鼠CD4试剂(Dynal),从八个混合C57BL/6野生型和八个混合的C57BL/6 TSAd缺乏脾脏(来自2个月龄的小鼠)中纯化T细胞。通过流式细胞术测定,CD4+T细胞纯度>98%,分离后未被激活。CD4细胞+在预先涂有2μg/ml 145-2C11抗CD3抗体(BD Biosciences)的12孔组织培养板的孔中培养20小时,T细胞未受到刺激或受到刺激。细胞密度为2.5×106/ml,总微孔容积为2 ml。在2μg/ml的培养基中加入可溶性37.51抗CD28抗体。总RNA由未刺激和刺激的CD4制备+使用RNeasy Mini Kits(QIAGEN)和T7-dT引物ds cDNA的T细胞使用SuperScript选择系统(Invitrogen)合成。使用T7生物阵列高产量RNA转录标签试剂盒(酶诊断)制备生物素化cRNA。将15μg片段cRNA并入鸡尾酒中,鸡尾酒与U74Av2阵列(Affymetrix,Inc.)杂交,该阵列包含代表约12000个不同小鼠基因的探针组。所有杂交、洗涤和染色程序均按照制造商的说明进行。

使用Affymetrix Suite(Affymotrix,Inc.)和GeneSpring(Silicon Genetics)软件对数据进行分析。为了帮助识别TSAd正调控或负调控的基因,我们对数据应用了几个限制。首先,由于TSAd在T细胞激活时上调,我们选择了野生型T细胞中对CD3/CD28反应增加(正调控)或减少(负调控)至少三倍的基因。第二,由于TSAd对受刺激T细胞和非刺激T细胞的基因表达有更大的影响(基于表达增加),我们选择了受刺激野生型和敲除型T细胞之间的基因表达比率大于(正调控)或小于(负调控)的基因未刺激野生型和敲除型T细胞之间的基因表达比率至少为1.5倍。第三,由于预计TSAd至少会影响受刺激T细胞中的基因表达,我们只考虑受刺激敲除T细胞中相对于受刺激野生型T细胞减少(正调节)或增加(负调节)1.5倍的基因。第四,为了提高结果的可靠性,我们只考虑了Affymetrix在受刺激的野生型T细胞(对于正调控基因)或受刺激的敲除T细胞(对于负调控基因)中指定为存在(P)的基因。

在线补充材料。

图S1显示了小鼠性别的总血清Ig水平,表S1-S8描述了微阵列实验中TSAd正调控基因的原始数据值,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20021358/DC1.

结果

TSAd缺乏小鼠的高丙种球蛋白血症。

为了更详细地检查TSAd缺乏小鼠的免疫学特性,我们检测了血清Ig浓度。血清Ig浓度的改变可能表明TSAd在生成适当的T细胞帮助B细胞抗体反应中发挥作用。采用ELISA法测定C57BL/6 TSAd缺乏小鼠和同卵对照野生型和TSAd杂合子小鼠的血清IgG和IgM水平(图1) . 与野生型小鼠相比,TSAd缺乏小鼠的血清IgG水平从2个月开始在所有受检年龄段均升高(高达三倍)。此外,TSAd-缺乏小鼠的IgM水平从3-4个月开始升高(高至两倍)。相反,与野生型小鼠相比,杂合子TSAd小鼠的血清IgG仅略有增加,IgM基本上没有增加。TSAd缺乏小鼠的高丙种球蛋白血症与小鼠性别无关(见图S1,可从http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20021358/DC1网站). TSAd缺乏小鼠的所有IgG亚类均升高,表明这些动物对Th1或Th2分化程序缺乏偏见(图1).

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TSAd缺乏小鼠的血清Ig水平。通过ELISA测定指定年龄的TSAd缺乏(−/−)小鼠、同窝对照野生型(+/+)小鼠和TSAd杂合子(+/-)小鼠血清中总IgG、IgM和不同IgG亚类的浓度(对3-4个月龄的小鼠进行IgG子类分析)。数据以平均值加1 SE表示。除2个月时的IgM外,TSA缺乏小鼠(相对于野生型小鼠)的Ig浓度增加均具有统计学意义(使用Student的两个样本,所有P<0.05t吨测试)。TSAd杂合子中的Ig浓度增加(相对于野生型)仅在2个月和3-4个月时对IgG具有统计学意义。在每个基因型和年龄组类别中,分析了男性和女性的混合数量(总数量显示在横线上方的括号中)。TSAd缺乏小鼠的Ig浓度增加与性别无关(见图S1,可在http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20021358/DC1).

TSAd缺乏小鼠产生抗核抗体(ANA)。

高丙种球蛋白血症在狼疮样系统性自身免疫病的小鼠模型中常见(78). 一种典型的类狼疮自身免疫模型是MRL/lpr小鼠(8). MRL/lpr小鼠在6个月龄时发生严重的狼疮样疾病,死亡率为50%。TSAd缺乏小鼠的高丙种球蛋白血症不如MRL/lpr小鼠明显(在12只3–6个月龄的MRL/lpr小鼠中,平均IgG水平为4.62 mg/ml,SE为0.71 mg/ml),但与其他小鼠狼疮模型(如NZB/W和BXSB小鼠)中的表现相当(7). 因此,为了确定TSAd缺乏小鼠是否也会产生系统性自身免疫,我们首先检测了血清中是否存在ANA。渗透性HEp-2上皮细胞免疫荧光染色检测ANA(图2,A和B) . 在所有接受检查的年龄段,从2个月到12至14个月,ANA血清的百分比+TSAd缺乏小鼠显著高于同卵对照野生型和TSAd杂合子小鼠(图2A) ●●●●。在12-14个月大时,16只TSAd缺陷小鼠中有11只(69%)表现出ANA反应性,而在3-6个月大时,12只MRL/lpr小鼠中有11只(92%)表现出ANA反应性。TSAd缺乏小鼠发展ANA的倾向没有明显的性别差异。在TSAd缺乏小鼠中观察到多种不同的抗核反应模式,其中每一种在人类SLE中都有发现(9). 这些包括有或无细胞质点的均质核反应性、核边缘染色和核仁染色,同样也包括有或没有细胞质点(图2B) ●●●●。这些发现与对核蛋白和核糖体蛋白和/或核酸的反应性一致。为了证实TSAd缺乏小鼠的血清含有抗核蛋白特异性,我们在Western blotting实验中检测了血清与T白血病细胞核裂解物的反应性(图2C) ●●●●。与对照野生型小鼠的血清相比,老年ANA的血清+发现TSAd缺陷小鼠对许多不同的核蛋白产生强烈和异质的反应。

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TSAd缺乏小鼠血清中的ANA。(A) 通过HEp-2上皮细胞的免疫荧光染色,检测TSAd缺乏小鼠和同窝对照野生型和TSAd杂合子小鼠血清中是否存在ANA抗体。显示ANA的百分比+每个基因型在指定年龄段的血清(括号中显示了所分析的小鼠总数)。TSAd缺乏小鼠和野生型对照小鼠之间的差异在所有年龄组中都具有统计学意义(所有P<0.05均采用独立性的二次方检验计算)。nd,未确定。(B) 用TSAd缺乏的血清观察到HEp-2上皮细胞的不同核染色模式。从左上角顺时针方向:均质核、边缘、均质核和细胞质点,核仁和细胞质点状。(C) 四种7-9个月龄ANA血清的反应性+TSAd缺陷小鼠和年龄匹配的对照野生型(wt)小鼠,通过蛋白质印迹检测T白血病细胞的核裂解物中的蛋白质。野生型血清来自三种不同的野生型小鼠。

TSAd缺乏小鼠的自身抗体特异性。

抗ss DNA、ds DNA、心磷脂和IgG(类风湿因子)抗体常见于狼疮易感小鼠和人类SLE患者的血清中(781012). 因此,我们通过ELISA检测TSAd缺失血清中是否存在这些自身抗体。直到9个月大时,很少检测到针对这些抗原的抗体。然而,9个月后,在TSAd缺乏小鼠的血清中检测到了所有四种特异性,尽管在对照野生型小鼠血清中很少检测到(图3A) ●●●●。我们比较了TSAd缺失血清和MRL/lpr血清不同自身抗体特异性的频率和滴度(图3,A和C). 值得注意的是,与MRL/lpr小鼠相比,TSAd缺乏小鼠的抗s-DNA抗体频率更低(分别为37%和75%)。然而,与MRL/lpr小鼠相比,TSAd缺乏小鼠中抗ds-DNA、抗心磷脂和类风湿因子抗体的频率仅略有降低或根本没有降低(分别为26vs.42%、58vs.42%和42vs.42%;图3A) ●●●●。此外,虽然TSAd缺乏小鼠的抗s-DNA抗体滴度较低,但TSAd缺陷小鼠和MRL/lpr小鼠的抗-ds-DNA和抗心磷脂抗体滴度相当,而TSAd缺失小鼠的类风湿因子抗体滴度较高(图3C) ●●●●。对于单个TSAd缺乏小鼠(和MRL/lpr小鼠),针对一个靶点的抗体的存在或滴度不一定能预测针对另一个靶目标的抗体的出现或滴度,因此强调了自身抗体反应的异质性(图3C) ●●●●。

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TSAd缺失血清与自身抗原的反应性。(A) 1岁TSAd缺乏者血清中抗ss-DNA、ds-DNA、心磷脂和IgG抗体的存在(n个=19),1年对照C57BL/6野生型(n个=18,但反s DNA除外,其中n个=20)和3-6个月MRL/lpr(n个=12)小鼠通过ELISA测定。血清以1:50的稀释度进行测试,并根据材料和方法中概述的标准进行阳性评分。所示为每种自身抗原阳性血清的百分比。TSAd缺乏小鼠和C57BL/6小鼠之间的所有自身抗原差异具有统计学意义(所有P均<0.05,均通过χ2检验确定)。(B) 代表性染色绿盲蝽通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测出抗ds DNA抗体阳性的TSAd缺失血清。显示含有ds-DNA的动粒和二聚体染色的细胞核的强染色。与动粒(不含ss-DNA,不与蛋白质复合)的反应性证实了抗ds-DNA抗体的存在。(C) TSAd缺乏小鼠和MRL/lpr小鼠自身抗体的效价。如A所示,用ELISA法测定了7只1岁TSA缺乏小鼠和6只4-6月龄MRL/lpr小鼠的稀释血清与所示自身抗原的反应性。单个小鼠的数据用不同的符号表示。对于每只小鼠,每个抗原使用相同的符号。

TSAd缺乏小鼠的肾脏疾病和肺白细胞浸润。

在狼疮样综合征中,免疫复合物沉积在肾小球中,导致肾小球肾炎(781011). 为了确定TSAd缺乏小鼠是否会发生肾小球肾炎,杀死年龄较大的小鼠,并对肾脏进行组织病理学和免疫组织化学分析。对照野生型小鼠的肾脏显示肾小球细胞、系膜和肾小球基底膜正常(图4A和表一). 相反,TSAd缺乏小鼠的肾脏经常出现异常,并出现肾小球肾炎的症状(图4A和表一). 其中包括肾小球大小和细胞数显著增加(系膜细胞数量增加和炎性细胞(包括多形核白细胞)的存在所致),系膜基质数量增加,肾小球基底膜增厚,肾小管内蛋白透明管型的出现提示肾小球功能障碍(图4B) ●●●●。此外,在肾小球中检测到IgG免疫复合物沉积(图4C) ●●●●。这些特征在定性和定量上与5-6月龄MRL/lpr小鼠肾脏中观察到的特征相似,但TSAd缺乏小鼠肾脏中的肾小球几乎没有硬化迹象(未描述和参考文献68). TSAd缺乏小鼠肾脏中观察到的任何变化在TSAd杂合子小鼠肾脏中都不明显(未发表数据)。与肾脏病理学一致,大多数老年TSAd缺乏小鼠都有蛋白尿的迹象。在19只接受检查的1岁TSAd缺失小鼠中,12只的尿蛋白水平在30 mg/dL范围内,4只的尿蛋白质水平在100 mg/dL的范围内。只有三只小鼠显示出野生型小鼠中的微量尿蛋白水平(P<5×10−7使用chi-squared测试)。

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TSAd缺乏小鼠的肾和肺病理学。(A和B)来自1岁对照野生型和TSAd缺乏小鼠的H&E染色肾脏切片。代表性肾小球如图A所示。注意TSA缺乏的肾小球系膜细胞数量显著增加。(B) TSAd缺乏肾中可见肾小管内透明铸型(箭头所示)。(C) 免疫荧光法检测一只9个月龄TSAd缺乏小鼠肾小球中的IgG免疫复合物沉积。(D) 1岁对照野生型和TSAd缺乏小鼠的H&E染色肺切片。注意TSAd缺乏的肺血管周围炎性聚集物(箭头所示)和肺泡间质增厚。

表一。

TSAd(+/+)和TSAd(−/−)小鼠的肾小球病理学

鼠标基因型普里斯坦b条 年龄(mo)性别c(c) 系膜超细胞性系膜基质增加基底膜厚度
工作任务1+/+12如果000
工作任务2+/+12如果000
工作任务3+/+13如果000
工作任务4+/+12M(M)000
工作任务5+/+13M(M)000
第1页−/−11如果421
K2(K2)−/−14如果111
K3公司−/−13如果101
K4公司−/−12如果42
K5公司−/−13如果221
K6公司−/−13如果121
K7−/−11M(M)210
K8公司−/−13M(M)110
K9公司−/−13M(M)010
K10(K10)−/−13M(M)111
K11号公路−/−13M(M)221
K12号公路−/−13M(M)110
水处理厂1+/+是的8如果000
工作任务2+/+是的8如果111
水处理厂3+/+是的8如果110
风力发电机组4+/+是的8如果110
WTP5号机组+/+是的8如果111
水处理厂6+/+是的8如果110
水处理厂7+/+是的8M(M)000
重量百分比8+/+是的8M(M)000
水处理厂9+/+是的8M(M)121
水处理厂10+/+是的8M(M)111
水处理流程11+/+是的8M(M)010
水处理厂12+/+是的8M(M)111
水处理厂13+/+是的8M(M)110
KP1号机组−/−是的8如果221
KP2(KP2)−/−是的8如果44
KP3(KP3)−/−是的8如果12
KP4系列−/−是的8如果
KP5系列−/−是的8M(M)110
KP6系列−/−是的8M(M)
KP7系列−/−是的8M(M)
KP8系列−/−是的8M(M)22
Glomeruli采用盲法对所示参数进行0-4分制评分。0,正常;4、变化明显。评分基于对每个肾脏切片中30-40个肾小球的分析。
b条在2个月大的时候给小鼠注射普里斯坦。8个月时进行分析。
c(c)M、 雄性;F、 女性。

狼疮样综合征的另一个常见特征是白细胞侵入非淋巴样器官(78). 因此,我们检查了TSAd缺乏的老年小鼠的一些不同的非淋巴样组织,以寻找白细胞浸润的证据。特别是在肺部,有大量白细胞在血管周围积聚,而在对照组小鼠中没有观察到(图4D) ●●●●。这些白细胞浸润深入肺实质。此外,TSAd缺乏小鼠的间质肺泡间隙增厚,在对照小鼠中观察到的精细肺泡结构消失。白细胞浸润在其他非淋巴样器官中不太常见。

TSAd缺陷小鼠对实验诱导的狼疮样疾病的易感性。

由于TSAd缺乏小鼠的几种主要狼疮样疾病特征仅在老年小鼠中观察到,因此我们接下来询问年轻的TSAd缺失小鼠是否更容易受到实验诱导的狼疮的影响。为了验证这一点,我们用类异戊二烯烷烃,即普鲁坦免疫了2个月大的小鼠,此前已经证明普鲁坦是狼疮的非特异性炎症触发因素(1315). 我们利用了这样一个事实,即与其他菌株相比,C57BL/6小鼠对纯烷的自身免疫反应较弱,例如不会产生IgG同型抗s DNA或抗ds DNA抗体(1517). 证实了这些先前的报告,在用纯烷免疫6个月后,C57BL/6野生型小鼠产生了低滴度的IgM抗s DNA抗体(13只小鼠中有11只),但基本上没有产生IgG抗s DNA、IgM和IgG抗体ds DNA抗体(图5; 在13只野生型小鼠中,有1只或2只检测到这些抗体的低滴度。相比之下,C57BL/6 TSAd缺陷小鼠在用纯烷免疫后产生了较高滴度的IgM抗s DNA抗体,此外,还产生了IgG抗s DNA(10只小鼠中的10只)和IgM和IgG抗体ds DNA(分别为9只和4只小鼠)(图5).

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在TSAd缺乏小鼠中诱导抗DNA抗体。对照野生型和TSAd缺乏小鼠在2个月龄时用纯烷免疫。免疫后6个月,用ELISA检测血清中是否存在指示的抗DNA抗体。所有血清以1:100的稀释度进行测试。数据点代表所示基因型的不同个体小鼠。野生型和TSAd缺乏小鼠IgM抗s DNA抗体的平均OD值差异具有统计学意义(P<3.6×10−4使用学生的两个样本确定t吨测试)。野生型和TSAd缺乏型小鼠产生其他类型抗DNA抗体的百分比(见正文和材料与方法)之间的差异也具有统计学意义(均P<5×10−5使用chi-squared测试确定)。

我们还检查了未经免疫的小鼠肾脏,以寻找肾小球肾炎的证据(表一). 原始免疫后6个月,野生型原始免疫小鼠的肾脏仅显示轻度肾小球肾炎的组织学证据。相反,未经免疫的TSAd缺乏小鼠的肾脏显示出明显的更严重的肾小球肾炎证据,表现为系膜高细胞性增加、系膜基质沉积和肾小球基底膜厚度增加。根据这些发现,TSAd缺乏小鼠表现出蛋白尿增加的迹象。因此,在10只TSAd缺失小鼠中,在原始免疫后6个月,6只尿蛋白浓度在30 mg/dL范围内,4只尿蛋白含量在100 mg/dL的范围内。相比之下,在同一时间点检查的13只野生型小鼠中,所有小鼠的尿蛋白浓度均在30 mg/ml范围内(P<5×10−5).

TSAd缺乏小鼠的淋巴增生。

接下来,我们研究了TSAd缺乏小鼠的淋巴器官中是否含有更多的T细胞,这可能表明T细胞功能失调是导致自身免疫的原因。然而,以前有报道称,TSAd缺乏小鼠的初级和次级淋巴器官中T细胞和B细胞的数量和比例正常(). 因此,在我们分析TSAd缺乏小鼠的过程中,我们重新检查了这个问题,以防在最初的研究中忽略了细微的差异(表二). 事实上,对29只对照野生型小鼠和30只2至3个月龄TSAd缺乏小鼠的脾脏重量进行比较,发现TSAd缺乏鼠脾脏轻度肿大(脾脏重量增加了约1.6倍)。同样,TSAd缺乏小鼠的胸腺重量显著增加。脾脏和胸腺重量的增加与细胞数量的增加有关。对于脾脏,高细胞性同时影响T和B区。如前所述,用于胸腺(),未发现CD4/CD8双阴性、双阳性或单阳性胸腺细胞比率的变化(未描述)。

表二:。

TSAd(+/+)和TSAd(−/-)小鼠的淋巴器官重量和淋巴细胞数量

TSAd(+/+)TSAd(−/−)P(P)
脾脏重量(mg)b条 61.2 ± 1.998.2 ± 6.1<4.8 × 10−7
脾细胞总数73.3 ± 4.9 × 106 120.1 ± 10.9 × 106 <2.0 × 10−3
T细胞百分比32.7 ± 1.426.3±1.2<5.3 × 10−3
T细胞总数23.7 ± 1.2 × 106 31.0 ± 2.0<4.8 × 10−3
B细胞百分比55.9 ± 1.260.0 ± 2.0<1.0 × 10−1
B细胞总数41.2 ± 3.5 × 106 71.8 ± 6.2 × 106 <9.8 × 10−4
胸腺重量(mg)57.0 ± 4.079.9 ± 4.3<2.0 × 10−3

所示为平均值±1 SE。

使用学生的两个样本计算概率t吨测试。
b条脾脏图来自29只TSAd(+/+)和30只TSAd(−/−)小鼠,年龄为2-3个月。所有其他图均基于7只TSAd(+/+)和7只TSAd(−/−)小鼠的数据,年龄正好为8周。

老年TSAd缺乏小鼠的T细胞表现出激活的表型。

到9个月大时,TSAd缺乏小鼠的脾肿大更加明显(图6A) ●●●●。此外,对TSAd缺乏的老年小鼠的脾脏和淋巴结进行组织学检查,发现其具有高反应性特征。脾脏的红髓和白髓区域或淋巴结的皮质和髓质区域之间缺乏明确的区分,因此结构消失(图6B) ●●●●。为了确定TSA缺乏的老年人脾脏中的T细胞是否处于激活状态,用TCRβ抗体和不同的激活标记抗体对脾细胞进行双重染色(图6C) ●●●●。与对照小鼠脾脏的T细胞相比,TSAd缺乏小鼠的T细胞显示CD69、CD44和CD95/Fas活化标记物的表达增加,CD62L的表达减少/-选择素(其表达与激活状态呈反比)。9–13个月龄的所有11只受试TSAd缺乏小鼠都获得了相同的结果。相比之下,来自较老TSAd杂合子的T细胞没有显示出CD69、CD44或CD95的表达增加,也没有显示CD62L的表达减少(未描述)。与T细胞类似,来自TSAd缺乏的老年脾脏的B细胞表现出CD69、CD44和CD95的表达增加,尽管这些活化标记物在B细胞上的上调不太明显(未描述)。总之,这些发现表明,较老的TSAd缺乏的脾脏含有大量激活的T和B细胞。

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TSAd缺乏小鼠的脾脏病理学。(A) 上图:9个月龄野生型(左)和TSAd缺乏型(右)小鼠的脾脏。中间:6只1岁野生型和TSAd缺乏小鼠的脾脏重量。底部:测定了三只1岁野生型和TSAd缺乏小鼠脾脏中的T细胞和B细胞总数。(B) 对1岁野生型和TSAd缺乏小鼠的脾脏和腹股沟淋巴结进行H&E染色。注意TSAd缺乏小鼠的正常结构丢失(脾脏中明确定义的红髓和白髓区域以及淋巴结中的皮质和髓质区域)。(C) 通过流式细胞术测定来自9个月大的野生型(蓝色或绿色)和TSAd缺陷型(红色)小鼠的脾脏T细胞上所指示的活化标记物的表达。

TSAd缺乏小鼠T细胞缺陷性死亡。

我们认为TSAd缺乏小鼠自身免疫的发展可能是由于抗原诱导的T细胞死亡失败所致,这与脾脏的发现一致。为了验证这一点,用超抗原SEB免疫对照野生型和TSAd缺乏小鼠。在健康动物中,SEB免疫可减少TCR Vβ8的应答数量+外周T细胞池中的T细胞因凋亡而死亡(18). 检查TCR Vβ8+TSAd缺乏小鼠的T细胞被有效清除,我们测定了Vβ8的百分比+总CD4中的T细胞+SEB免疫后不同时间点外周血T细胞(图7A) ●●●●。在对照小鼠中,SEB免疫导致Vβ8百分比的时间依赖性下降+Vβ8特异性T细胞+T细胞,因为Vβ6的百分比+在这些实验中,T细胞没有显著改变。同样,在TSAd缺乏小鼠中,SEB免疫导致Vβ8的百分比降低+T细胞而非Vβ6+T细胞。然而,Vβ8的消除+TSAd缺乏小鼠的T细胞明显低于对照组。在两个相同的重复实验中获得了相同的结果。重要的是,根据Vβ8的初始激活,不能解释TSAd缺乏小鼠T细胞消除的缓慢动力学+在这些动物中,T细胞对SEB的反应受损。因此,Vβ8+当用SEB免疫24小时后进行检测时,诱导TSAd缺乏小鼠和对照野生型小鼠的T细胞表达CD69活化标记物的可比水平(图7B) ●●●●。此外,SEB免疫后3天内,Vβ8+TSAd缺乏小鼠和野生型小鼠的T细胞在体内经历了相同数量的细胞分裂(未公布的数据)。

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TSAd缺乏小鼠的T细胞缺陷性死亡。(A) TCR Vβ6的百分比+或TCR Vβ8+总CD4中的T细胞+用流式细胞术检测SEB免疫后指定时间野生型和TSAd缺乏小鼠(2个月龄)静脉血中的T细胞。数据来自每组8只小鼠,以平均值±1 SE表示。在第4天和第11天,野生型和TSAd缺乏小鼠的Vβ8百分比差异+T细胞在统计学上具有显著性(使用Student的两个样本计算得出的P<0.005t吨测试)。(B) TCR Vβ6上CD69的表达+和Vβ8+用流式细胞术检测SEB免疫24小时后野生型和TSA缺乏小鼠的T细胞。Vβ6的百分比+和Vβ8+表达CD69的T细胞显示在括号中。

TSA调节基因转录的微阵列分析。

Fas死亡受体途径作为参与T细胞死亡控制的主要途径已被广泛研究(1921). 在体外研究中,TSAd缺乏的T细胞对Fas介导的凋亡表现出部分抵抗,这与Fas或Fas配体表达减少无关(未发表数据)。然而,这些发现对TSAd缺乏小鼠体内受损T细胞死亡的意义尚不明确,因为最近的研究表明超抗原诱导的T细胞死亡是Fas非依赖性的(2224). 因此,为了阐明TSAd可能调节T细胞死亡的机制,我们进行了基因剖析实验,以确定激活T细胞中TSAd调节的基因总数。在这些实验中,我们比较了纯化的野生型和TSAd缺失的CD4之间的基因表达+用CD3抗体(针对TCR复合物)和CD28 T细胞共刺激受体抗体刺激或未刺激20小时的T细胞。为了揭示TSAd正向或负向调节的基因,对这些实验得出的数据放置了几个过滤器(参考材料和方法)。通过使用这些过滤器,我们在CD4中共鉴定出107个基因(约12000个)受TSAd正向调节+T细胞(图8) . 相反,使用相同的过滤器,我们没有发现任何受TSAd负调控的基因。在正调控基因组中,有几个先前被认为在不同的细胞类型中具有促凋亡功能。其中包括跨膜蛋白BAP29(25),细胞内氯通道,CLIC4(26),原癌基因,c-myc(27),分子伴侣,Hsp60(28)和干扰素-γ(29). 此外,在这些实验中,IL-2被确定为一个主要的正调控TSAd靶基因,证实了早期的发现。虽然已知IL-2在体外具有T细胞生长因子的功能,但大量研究表明,IL-2只在体内促进T细胞死亡(3034). 因此,体内IL-2诱导受损可能是TSAd缺陷T细胞抵抗凋亡死亡的重要因素。因此,鉴于这些发现,我们试图验证TSAd缺乏的T细胞在体内产生较少的IL-2蛋白。为此,我们检测了Vβ8中IL-2蛋白的水平+用细胞内染色技术将SEB免疫小鼠24小时后的脾T细胞。如所示图9,TSA缺乏Vβ8+在三次重复实验中,T细胞对SEB的反应中合成的IL-2蛋白(和IFN-γ)明显减少。相反,对于其他凋亡相关基因,尽管mRNA水平发生了变化,但我们无法检测到蛋白表达的任何差异(未发表的数据)。因此,TSAd缺陷的T细胞在体内和体外产生较少的IL-2,这可能是这些动物系统性自身免疫发展的原因。

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CD4中TSAd阳性调节的基因+T细胞。纯化CD4+2个月龄野生型(WT)和TSAd缺乏型(KO)小鼠的脾T细胞在20小时内未受到CD3加CD28抗体的刺激(0)或刺激(20)在体外.在使用Affymetrix U74Av2微芯片进行的基因剖析实验中,测定了未刺激和刺激T细胞中的相对基因表达。显示了那些基因(约12000个基因中的107个),其中WT(20)>WT(0)乘以至少三倍的系数,WT(20)/KO公司(20)>WT(0)/KO(0)至少1.5倍,且WT(20)>KO公司(20)至少增加1.5倍。基因根据已知或推断(基于氨基酸序列同源性)功能进行分类。对于每个基因,描述了20小时的WT/KO比率。有关该基因集的所有数据值,请参阅表S1–S8,网址为http://www.jem.org/cgi/content/full/jem.20021358/DC1.

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体内TSAd缺乏的T细胞损伤细胞因子的产生。用SEB免疫对照野生型和TSA缺乏小鼠。24小时后,Vβ8中IL-2和IFN-γ的表达+采用细胞内染色和流式细胞术检测脾脏T细胞。填充直方图和开放直方图代表同型控制和抗细胞因子染色的Vβ8+T细胞。细胞因子百分比+Vβ8+T细胞用括号表示。

讨论

这些研究的主要发现是,TSAd缺乏小鼠随着年龄的增长自发发展为系统性狼疮样自身免疫病,包括高丙种球蛋白血症、产生针对不同靶点的自身抗体,包括ss和ds DNA、淋巴增生、大量活化淋巴细胞的积聚、,非淋巴样器官的白细胞浸润和肾小球肾炎。这些特征与在NZB/W小鼠和Fas-deficient MRL/lpr小鼠中看到的特征相似,尽管TSAdeficient小鼠中的疾病比这些经典的小鼠狼疮模型中的疾病严重。MRL/lpr和NZB/W小鼠的疾病特征是早期产生自身抗体、急性肾功能衰竭和早期死亡,对雌性的影响大于雄性(78). 相反,TSAd缺乏小鼠的疾病发病较晚,在15个月内不会导致死亡率显著增加(未公布的数据),并且不会优先影响雌性。在这方面,TSAd缺乏小鼠的疾病与其他几种基因工程小鼠模型(如cbl-b、stra13和双缺乏小鼠、CD45E613R敲除小鼠、,和bcl-2转基因小鼠,其早期死亡率尚未报告和/或性别差异不明显(3539).

尽管出现了明显的肾小球肾炎,但TSAd缺乏小鼠的寿命延长可能是由几个因素造成的。其中最值得注意的是TSAd缺乏小鼠缺乏血管活性反应。血管炎发生在MRL/lpr和NZB/W小鼠中,前者至少在早期死亡率中起主要作用(68). 还应注意,本文所述的由TSAd缺乏引起的自发性自身免疫性疾病是在C57BL/6遗传背景下观察到的。与其他菌株相比,C57BL/6小鼠不太容易产生狼疮样自身免疫(164041). 例如,与其他菌株相比,年轻的野生型C57BL/6小鼠对原始诱导的狼疮具有相对的抵抗力。然而,进一步证明TSAd表达受损促进系统性自身免疫的事实是,年轻的C57BL/6 TSAd缺乏小鼠对原始诱导的狼疮高度敏感。

TSAd缺乏小鼠的T细胞对体内超抗原诱导的死亡具有抵抗力。这一发现意义重大,表明TSAd缺乏小鼠产生自身免疫的机制。超抗原诱导的T细胞死亡涉及线粒体功能障碍,而非死亡受体(2224). 这意味着TSAd缺乏的T细胞线粒体死亡途径受损。反过来,先前已经证明T细胞线粒体死亡受损会导致系统性自身免疫(232442). 体外观察到的T细胞对Fas介导死亡的部分抵抗可能与TSAd缺乏小鼠自身免疫的发展有关。虽然Fas在超抗原诱导的T细胞死亡中几乎没有作用,但已知Fas参与与持续性自身抗原反应的T细胞的死亡,从而解释了Fas缺乏的MRL/lpr小鼠自身免疫的发展(7842). 然而,对于Fas介导的细胞凋亡在体内C57BL/6 TSAd缺陷小鼠中显著受损或Fas介导的细胞凋亡受损导致自身免疫性疾病的观点,有几个相反的论点。首先,与MRL/lpr小鼠相比,C57BL/6/lpr小鼠没有发生以产生抗DNA抗体和发生肾小球肾炎为特征的显著狼疮样疾病(4041). 其次,Fas缺乏小鼠,无论背景菌株如何,都会获得大量CD4CD8(CD8)(双负极)B220+TSAd缺乏小鼠中未见的外周T细胞(78). 第三,C57BL/6 Fas缺乏和Fas配体缺乏小鼠比C57BL-6对照组对原始诱发的狼疮更具抵抗力,而C57BL/6 TSAd缺乏小鼠更易受感染(见上文;17)。

以前的研究表明TSAd可以作为T细胞的转录调节器(5). 因此,我们进行了微阵列实验,以确定TSAd缺乏的T细胞中可能分别下调或上调的任何促凋亡或抗凋亡基因。一些编码促凋亡蛋白的基因在TSAd缺乏的T细胞中被下调。其中最突出的是IL-2基因,从而证实TSAd是该细胞因子的主要调节因子。事实上,由于已知IL-2在体外起主要T细胞生长因子的作用,这些微阵列实验中确定的许多其他基因的表达减少,例如编码DNA聚合酶、细胞周期蛋白和代谢酶的基因,可能是IL-2表达不足的结果。然而,尽管IL-2在体外可以作为T细胞生长因子,但IL-2在体内主要作为T细胞死亡的诱导剂。因此,IL-2和IL-2R缺陷小鼠的T细胞对体内超抗原诱导的死亡具有抵抗力,与TSAd缺陷小鼠类似,IL-2或IL-2R缺乏小鼠也会发展为全身性自身免疫病(3033). 因此,证明TSAd缺乏的T细胞在体内产生较少的IL-2,表明TSAd不足与受损T细胞死亡和自身免疫发展相关的分子机制。然而,值得注意的是,IL-2和IL-2R缺陷小鼠与TSAd缺陷小鼠的自身免疫性疾病的性质存在差异。IL-2和IL-2R缺陷小鼠不会发展成肾小球肾炎,而是发展成炎症性肠病和严重的自身免疫性溶血性贫血,这在TSAd缺陷小鼠中是没有的。炎症性肠病和溶血性贫血的表达可能需要IL-2信号的完全或几乎完全缺失,而TSAd缺乏的小鼠可能仍会发生显著的IL-2信号转导。此外,由于IL-2和IL-2R缺乏小鼠在早期死亡,可以认为这些小鼠没有足够的时间发展肾小球肾炎。对观察到的差异的另一个可能的解释是,在TSAd缺乏的小鼠中,其他确定的TSAd调节基因的表达减少,以及IL-2的表达受损,都有助于表型的形成。

除了机制外,这些研究还强调了TSAd表达不足如何导致系统性自身免疫的发展。在这方面,TSAd与T细胞中表达的其他衔接蛋白进一步分离,这些衔接蛋白的表达不足不会类似地导致自身免疫性疾病(43). 因此,这些研究也提出了TSAd表达不足可能是人类自身免疫的致病因素的可能性。到目前为止,与人类SLE相关的功能丧失TSAd多态性尚未被确定(也没有寻找)。然而,有趣的是,最近发现TSAd的启动子多态性导致TSAd表达水平降低,并显示出与人类多发性硬化症的统计显著相关性(44). 结合本文的研究结果,这支持了TSAd可能代表人类自身免疫的一般易感性因素的观点。

致谢

我们感谢Hai Nguyen博士(康奈尔大学威尔医学院)在病理学方面的帮助。感谢Jeff Bluestone博士提供TSAd缺乏小鼠。

这项研究得到了公共卫生服务局向P.D.King提供的AI044926和AI050699拨款的支持。

笔记

本文中使用的缩写:抗核抗体;ds,双绞线;GAMIgG,山羊抗鼠IgG;H&E、苏木精和伊红;葡萄球菌肠毒素B;ss,单股;TSAd,T细胞特异性适配器蛋白。

J.Drappa和L.A.Kamen对这项工作做出了同样的贡献。

本文的在线版本包含补充材料。

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文章来自实验医学杂志由以下人员提供洛克菲勒大学出版社