CaMKIV在免疫细胞中的作用

CaMKIV在免疫细胞中的作用

作者：彭雪峰游捷

来源：《中国医学创新》2011年第14期

基金项目：福建省自然科学基金（C0710017）

作者单位：350001 福建医科大学附属内分泌研究所

通讯作者：游捷

【摘要】钙调蛋白激酶（CaMK）IV是Ca2+信号转导过程中的一个关键激酶，主要表达在神经组织和免疫系统。研究表明，在经过一系列级联反应激活后，CaMKIV转位至细胞核，通过调节转录因子CREB、MEF2及AP-1等活性，参与调节T细胞发育和激活，树突状细胞分化和存活，以及骨髓造血干细胞的维护。新近关于骨免疫学方面的研究显示，CaMKIV参与调节免疫应答，本文针对部分表达该蛋白的免疫细胞，探讨CaMKIV在免疫炎症中的作用。

【关键词】钙调蛋白激酶IV；炎症反应； T淋巴细胞；树突状细胞

Ca2+是一个通用而普遍存在的第二信使，广泛参与各种基础细胞进程，钙调蛋白（CaM）是Ca2+的一个主要受体，在所有真核细胞中表达。Ca2+与CaM结合形成复合体，使得CaM内部构象改变，进而可与许多不同靶酶相互作用，这些靶酶中较重要的是钙调蛋白激酶（CaMKs）家族，包括磷酸化酶激酶、肌球蛋白轻链激酶（MLCK）、CaMKⅠ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ［1］。CaMKs家族目前研究较多的是CaMK Ⅱ和Ⅳ，主要在神经组织和免疫系统。

1 CaMKIV概述

1.1 基因和蛋白 CaMKIV主要表达于脑组织和胸腺，脾脏、卵巢和睾丸也有少量表达。在免疫系统中表达于T细胞、树突状细胞、造血干细胞，在B细胞及单核细胞中未见报道。编码CaMKIV的基因由42 kb DNA组成，包括12个外显子和11个内含子，由于剪接差别和转录起始位点的不同，能够产生多种mRNA。CaMKIV的分子量约为60 KDa，基本结构包括一个N-末端激酶区域，一个自动调整区域和一个重叠的CaM结合区域。CaMKIV蛋白包括α、β两种亚型，后者包含一个由28个氨基酸残基组成的N-末端扩展，其余结构基本相同［2］。

1.2 激活过程在细胞质中CaMKIV是一个由钙调蛋白激酶激酶（CaMKK）和蛋白磷酸酶2A（PP2A）组成的复合体，是无活性的。当胞内Ca2+浓度增加时，部分Ca2+结合CaM，然后Ca2+/CaM复合物结合CaMKIV，由于Ca2+/CaM的结合位点与PP2A相同，故而取代PP2A，并且使得CaMKIV构象改变，进而使CaMKIV具备最基础的激酶活性，暴露出可被CaMKK 磷酸化的活性环。CaMKK磷酸化Thr200（在鼠类为Thr196）位点，使CaMKIV完全激活，之后Ser12-Ser13位点自发磷酸化，称为“自主激活”［3］。只有自主激活的CaMKIV才能转位至核内，参与基因转录的调控。此后，PP2A在细胞核内重新结合CaMKIV，并使活性环上的苏氨

酸残基去磷酸化。这种无活性的CaMKIV从细胞核进入胞质，完成一次活性循环，称为级联反应［4］。

1.3 介导的转录调节在免疫系统中，细胞内CaMKIV大部分效应与这些转录因子的调节有关，包括cAMP-反应元件-结合蛋白（CREB）和它的辅激活因子CBP以及肌细胞增强因子2（MEF2）。CREB是一种遍在而保守的转录因子，可结合相同的cAMP效应元件（CRE），它的转录激活主要是通过S133位点的磷酸化来调节的，并使转录辅激活因子CBP募集。磷酸化的CREB-CBP复合物同基础转录结构相互作用启动RNA合成［5］。MEF2存在于一些肌肉-特殊基因的启动子中，最初被认为是肌形成的一个主要调节者。Blaeser等［6］研究表明，CaMKIV介导的信号转导至MEF2，能激活T细胞Nur77启动子。在静止胸腺细胞，MEF2募集一个家族的转录抑制物，包括Cabin1和组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）-4、-5和-7。这些抑制物作为组蛋白脱乙酰基酶而改变染色质结构和沉默启动子活性。Ca2+流入，Ca2+/CaM移走抑制物，使MEF2结合辅激活因子（如P300），进而启动靶基因转录。

2 CaMKIV在T淋巴细胞中的作用

2.1 CaMKIV与T细胞发育 Krebs等［7］研究显示，CaMKIV在小鼠胸腺的胚胎发生过程中起调节作用。胚胎发育的前16 d CaMKIV存在于整个胸腺，第18天急剧增加，此时CaMKIV 的水平与小狗出生后第一天的表达水平相当。对小鼠胚胎的原位杂交研究显示，在发育12.5 d 前CaMKIV mRNA在胸腺原基的外围高表达，1

3.5 d后定位模式变得弥散，但在胸腺内可被检测到，在胸腺发育的剩余时段则持续高表达，观察到的信号与小狗出生后第一天的切片相当［8］。CaMKIV在成熟胸腺亚型中的表达各不相同，在胸腺细胞从CD4-CD8-的第一阶段

（DN1）分化至DN3的过程中CaMKIV表达不断增加，在DP（CD4+CD8+）T细胞中，CaMKIV水平与细胞表面TCRαβ的表达相关，在大部分成熟DP细胞和SP（CD4+或CD8+）细胞中表达逐渐减少［7］。

Anderson等［9］发现无活性的CaMKIV在胸腺细胞中表达使得胸腺体积增大，细胞构成增多，离体培养的存活率明显下降。这种胸腺细胞在伊屋诺霉素和佛波酯十四烷酸刺激下不分泌IL-2及上调CD25的表达，原因可能与早期信号通路中CREB磷酸化显著减少和早期快反应基因表达等相关。在这些动物中，观察到SP细胞百分率缓慢下降，伴随着DP细胞平行增加，表明CaMKIV在DP细胞转化为SP细胞的过程中起作用。这个现象可能是胸腺细胞发育过程中CaMK级联产生效应的外在表现，因此CaMKIV可能是DP细胞选择发育中信号机制的一个主要成分。这个研究揭示CaMKIV在DP细胞选择发育过程中的一种特殊作用，并且在形成成熟胸腺细胞T细胞受体（TCR）的所有组成成分的过程中也起特定作用。

2.2 CaMKIV与T细胞的活化 Hanissian等［10］通过TCR触发诱导Ca2+依赖和自发激活的CaMKIV快速增加，紧接着快速返回至基线，说明这激活和失活循环是简短且受紧密调控的。Yu等［11］在鼠EL4胸腺瘤细胞系中发现，CD3和CD28介导的信号通过一种与CaMKIV有关的机制促进CREB-CBP相互作用。在这个模型中CD28交联激活CaMKIV，从而使CREB磷酸化和募集CBP。Park等［12］提出，TCR刺激使CaMKIV的最大活化需要酶（包括CaMKK）