淋巴細(xì)胞歸巢主要是淋巴細(xì)胞表面的歸巢受體與血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的黏附分子-血管地址素的相互作用為基礎(chǔ)定向移動(dòng)的一種遷移活動(dòng)，是由相關(guān)黏附分子相互作用的一個(gè)多步級聯(lián)反應(yīng)過程，其中最主要的黏附分子是整合素α4β7。整合素α4β7是一種歸巢受體分子，通過與粘膜血管地址素細(xì)胞黏附分子-1（madcam-1）相互作用，可介導(dǎo)循環(huán)淋巴細(xì)胞在粘膜組織的血管內(nèi)皮表面的滾動(dòng)和穩(wěn)定黏附。在此過程中，產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)。鈣信號(hào)調(diào)節(jié)多種淋巴細(xì)胞過程，包括淋巴細(xì)胞發(fā)育、t細(xì)胞和b細(xì)胞活化、基因轉(zhuǎn)錄和效應(yīng)功能。雖然整合素α4β7對于循環(huán)淋巴細(xì)胞的黏附和遷移至關(guān)重要，但整合素α4β7 參與淋巴細(xì)胞的鈣反應(yīng)目前尚不清楚。
整合素 α4β7和 madcam-1 分子間的鍵合和解離，發(fā)生在血液環(huán)境中，因此該過程除了受內(nèi)在化學(xué)因素的影響外，還受血流剪切應(yīng)力環(huán)境影響。通過g蛋白偶聯(lián)受體通路激活整合素α4β7 依賴于流體剪切應(yīng)力，隨后的鈣信號(hào)事件受流動(dòng)力的影響。因此，尚不清楚外力能否調(diào)節(jié)整合素 α4β7/madcam-1引發(fā)的鈣反應(yīng)。
細(xì)胞內(nèi)鈣釋放和細(xì)胞外鈣內(nèi)流是增加淋巴細(xì)胞內(nèi)ca2+ 水平的兩種主要機(jī)制。然而，細(xì)胞質(zhì)ca2+ 濃度上調(diào)的途徑和整合素α4β7介導(dǎo)的鈣反應(yīng)的參與機(jī)制以及參與該信號(hào)通路的關(guān)鍵分子尚不清楚。迄今為止，許多作為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用支架的銜接蛋白與整合素從外向內(nèi)”信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)。整合素活化蛋白kindlin-3是kindlin家族中白細(xì)胞中特異性表達(dá)的成員，參與“由內(nèi)向外”（intside-out）和“從外向內(nèi)”（outside-in）信號(hào)傳導(dǎo)。因此，需要進(jìn)一步的研究來闡明kindlin-3在整合素α4β7 介導(dǎo)的鈣信號(hào)中的作用。
在華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院生物力學(xué)研究所、廣東省生物制藥工程技術(shù)研究中心（華南理工大學(xué)）的一項(xiàng)研究中，使用結(jié)合熒光顯微鏡和平行平板流動(dòng)腔的系統(tǒng)探討了由整合素α4β7 介導(dǎo)的淋巴細(xì)胞模型rpmi 8226細(xì)胞的細(xì)胞間鈣反應(yīng)。在不同流動(dòng)剪切應(yīng)力下整合素α4β7 與madcam-1結(jié)合引發(fā)的鈣信號(hào)事件用延遲時(shí)間、峰值時(shí)間和峰值鈣強(qiáng)度來描述，研究結(jié)果為分子水平上的細(xì)胞生理過程提供了新的視角。研究成果發(fā)表在 biomolecules 期刊題為“force-regulated calcium signaling of lymphoid cell rpmi 8226 mediated by integrin α4β7/madcam-1 in flow”。
首先，為了研究流體條件下rpmi 8226細(xì)胞中整合素α4β7介導(dǎo)的鈣信號(hào)，實(shí)驗(yàn)評估了rpmi 8226細(xì)胞的穩(wěn)定黏附和鈣反應(yīng)。使用平行板流動(dòng)室與熒光檢測系統(tǒng)（圖1），發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在0.3 dyn/cm2的壁剪切應(yīng)力下黏附在鋪有madcam-1的底板上。與空白對照組相比，用2% bsa（牛血清白蛋白）處理的底板上細(xì)胞的黏附數(shù)目顯著減少，可見 2% bsa 基本能阻斷非特異性黏附作用。此外，在底板上鋪有madcam-1加2% bsa 時(shí)，穩(wěn)定黏附的細(xì)胞數(shù)量增加，且與濃度呈正相關(guān)。而當(dāng)?shù)装宓?madcam-1 分子用其抗體 f-6 阻斷時(shí)，穩(wěn)定黏附細(xì)胞數(shù)量顯著降低。這些結(jié)果表明，rpmi 8226 細(xì)胞能黏附在鋪有 madcam-1 的底板上是由madcam-1與其受體整合素α4β7 之間的特異性相互作用介導(dǎo)的。
圖1 平行平板流動(dòng)室與熒光檢測系統(tǒng)相結(jié)合的示意圖。深綠色細(xì)胞代表穩(wěn)定粘附在madcam-1底板上的rpmi 8226細(xì)胞，其鈣信號(hào)被激活。淺綠色細(xì)胞僅在底板表面滑動(dòng)，并包含鈣信號(hào)的背景。
接下來，實(shí)驗(yàn)評估了黏附在鋪有2和20 μg/ ml 濃度的madcam-1底板上的rpmi 8226細(xì)胞的鈣反應(yīng)。結(jié)果表明，madcam-1的濃度差異對細(xì)胞鈣信號(hào)的產(chǎn)生有顯著影響。隨著madcam-1密度的增加，rpmi 8226細(xì)胞中鈣信號(hào)的延遲時(shí)間迅速縮短，表明整合素α4β7 和 madcam-1之間的相互作用增強(qiáng)，加速了rpmi 8226細(xì)胞的胞質(zhì)鈣釋放。雖然鈣信號(hào)的峰值時(shí)間和峰值強(qiáng)度沒有顯著差異，但峰值時(shí)間縮短，峰值強(qiáng)度在一定程度上增加。這說明，阻滯整合素α4β7 和 madcam-1的結(jié)合可特異性觸發(fā)rpmi 8226細(xì)胞中的鈣信號(hào)，且鈣信號(hào)的激發(fā)速率取決于madcam-1的濃度。
關(guān)于機(jī)械調(diào)控是否可以通過整合素α4β7 誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞中的鈣信號(hào)仍然存在不確定性。因此，評估了rpmi 8226細(xì)胞在0.15、0.30和0.60 dyn/cm2壁剪切應(yīng)力下黏附在10 g/ml madcam-1底板的鈣響應(yīng)。結(jié)果表明，剪切應(yīng)力增強(qiáng)了整合素α4β7和 madcam-1結(jié)合誘導(dǎo)的rpmi 8226的鈣爆釋（calcium bursting）（圖2 a）。增加壁剪切應(yīng)力可以減少鈣信號(hào)的延遲（圖2 b）。同樣，鈣信號(hào)的峰值時(shí)間隨著壁剪切應(yīng)力的增大而減少（圖2 c）。相反，峰值強(qiáng)度（鈣信號(hào)的最高量）隨著壁剪切應(yīng)力的增加而增加（圖2 d）。這些結(jié)果表明，由整合素α4β7 和madcam-1的相互作用引發(fā)的rpmi 8226的鈣信號(hào)受到壁面剪切應(yīng)力的正向調(diào)控，外力可加快鈣信號(hào)的爆釋速度，增強(qiáng)鈣信號(hào)的強(qiáng)度。
圖2 穩(wěn)定黏附的rpmi 8226細(xì)胞的力調(diào)控鈣信號(hào)。
在鋪有10 μg/ml madcam-1濃度底板上穩(wěn)定粘附的 rpmi 8226細(xì)胞在0.15、0.30和0.60 dyn/cm2 的剪切應(yīng)力下，鈣信號(hào)的（a）時(shí)程、（b）延遲時(shí)間、（c）峰值時(shí)間和（d）峰值強(qiáng)度。
然后，為了確定鈣爆釋是由胞質(zhì)鈣釋放還是細(xì)胞外鈣內(nèi)流引起的，用抑制劑2-apb和lacl3分別處理rpmi 8226細(xì)胞，以0.30 dyn/cm2的壁剪切應(yīng)力灌流到流動(dòng)室中。結(jié)果表明，不同抑制劑處理導(dǎo)致鈣信號(hào)激活的顯著差異。2-apb處理對延遲時(shí)間、峰值時(shí)間或峰值強(qiáng)度無顯著影響，提示2-apb阻斷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣通道不影響rpmi 8226細(xì)胞中的鈣信號(hào)。然而，lacl3顯著增加了延遲和峰值時(shí)間，并削弱了峰值強(qiáng)度。也就是說，由整合素α4β7引發(fā)的rpmi 8226細(xì)胞中的鈣爆釋可能通過使用lacl3抑制細(xì)胞膜上的鈣通道而被削弱和減緩。這些結(jié)果表明，整合素α4β7和madcam-1相互作用誘導(dǎo)的鈣信號(hào)主要依賴于細(xì)胞膜上鈣通道的激活，而不需要鈣釋放。
kindlin-3是整合素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要銜接劑。然而，kindlin-3協(xié)助整合素α4β7激活胞質(zhì)鈣爆釋的機(jī)制仍不清楚。最后，為了確定kindlin-3是否參與整合素α4β7激活的鈣信號(hào)過程，在rpmi 8226中敲低了kindlin-3的表達(dá)，并在流動(dòng)條件下檢查了整合素α4β7和 madcam-1相互作用誘導(dǎo)的鈣信號(hào)。在穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的rpmi 8226 細(xì)胞系中，kindlin-3 shrna沉默的細(xì)胞陽性比例 >90%（圖3 a、b），而且kindlin-3的表達(dá)低于未轉(zhuǎn)染的rpmi 8226細(xì)胞（圖3 c）。kindlin-3敲低細(xì)胞的典型時(shí)間過程顯示鈣信號(hào)顯減著弱（圖3 d）。與對照組相比，kindlin-3的敲低顯著延長了rpmi 8226細(xì)胞中鈣信號(hào)傳導(dǎo)的延遲和峰值時(shí)間，同時(shí)削弱了峰值強(qiáng)度（圖3 e-g），表明kindlin-3的阻斷可能會(huì)干擾由整合素α4β7和 madcam-1相互作用引發(fā)的鈣爆釋。這些結(jié)果表明，kindlin-3參與由整合素α4β7和 madcam-1之間的相互作用誘導(dǎo)的鈣信號(hào)傳導(dǎo)。
圖3 流動(dòng)條件下沉默kindlin-3對整合素α4β7/madcam-1 復(fù)合體介導(dǎo)的rpmi 8226細(xì)胞鈣信號(hào)的影響。
圖4 整合素α4β7和 madcam-1相互作用誘導(dǎo)循環(huán)淋巴細(xì)胞鈣信號(hào)傳導(dǎo)的潛在機(jī)制。整合素α4β7 與madcam-1 的結(jié)合在流動(dòng)條件下通過需要 kindlin-3 的共同途徑誘導(dǎo)穩(wěn)定粘附的 rpmi 8226 細(xì)胞的力依賴性鈣信號(hào)，隨后激活鈣內(nèi)流。
總而言之，該研究發(fā)現(xiàn)整合素α4β7 與madcam-1 的結(jié)合，通過需要kindlin-3的通路，在穩(wěn)定粘附的rpmi 8226細(xì)胞中導(dǎo)致了力依賴性鈣信號(hào)。這些發(fā)現(xiàn)為黏附分子介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的機(jī)械化學(xué)調(diào)控機(jī)制提供了新的見解，為風(fēng)險(xiǎn)評估、臨床診斷以及炎癥性疾病和癌癥治療的有效性的新概念的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：sun d, luo z, kong y, huang r, li q. force-regulated calcium signaling of lymphoid cell rpmi 8226 mediated by integrin α4β7/madcam-1 in flow. biomolecules. 2023 mar 24;13(4):587. doi: 10.3390/biom13040587. pmid: 37189336; pmcid: pmc10135767.
原文鏈接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37189336/
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽以及關(guān)注！
微信搜索公眾號(hào)“naturethink”，了解更多細(xì)胞體外仿生培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用。