CD98在骨免疫學的研究進展

劉雨陽，李建軍

(中國醫科大學附屬盛京醫院創傷骨科，遼寧 沈陽 110004)

CD98是一種異二聚體跨膜糖蛋白，包含一條糖基化重鏈(SLC3A2)和一條非糖基化輕鏈(LAT1、LAT2及xCT等)[1]，有調節氨基酸轉運及整合素信號通路這兩種主要功能。CD98在除血小板外的所有細胞上均有表達，且在活化和增殖的淋巴細胞上上調[2]。在針對骨髓腫瘤微環境的臨床試驗中，CD98單克隆抗體表現出良好的抗腫瘤活性及可控的副作用[3]。近年來對CD98在機體生理病理過程中承擔角色的研究多集中于腫瘤學及細胞代謝，其輕鏈基因LAT1及人LAT1靶向藥物的研究也成為一個熱門課題[4]。國內外對其在骨免疫學中的探索還有待深入，但隨著關于骨質疏松癥等骨代謝疾病和類風濕關節炎等自身免疫疾病的骨免疫學研究的加深，CD98對免疫多通路多細胞因子的調控及在骨髓微環境中對氨基酸的轉運和細胞黏附的影響受到重視，使我們對CD98在骨免疫學中的探究變得更加迫切，以下就CD98在骨免疫學中的研究進展進行綜述。

1 免疫細胞與骨細胞的相互作用

骨不僅為機體提供機械支持和保護臟器，還是一種免疫器官。免疫細胞(包括巨噬細胞、B細胞、T細胞和NK細胞等)以及骨細胞(破骨細胞和成骨細胞)均由骨髓間充質干細胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)分化而來，兩者共享骨髓微環境。免疫細胞及其分泌的多種細胞因子在破骨細胞及成骨細胞的分化增殖等過程中起調控作用。Arron等提出骨免疫學(osteoimmunology)的概念后，骨骼系統和免疫系統間的相互影響、相互調控等關系逐漸成為熱門的研究課題。

由成骨細胞(osteoblasts，OB)及破骨細胞(osteoclast，OC)介導的骨形成和骨吸收在骨質穩態中處于關鍵位置。免疫細胞可通過調節多種細胞因子的表達調控骨吸收和骨重建，且免疫系統和骨骼系統相互影響，共享許多細胞因子及信號通路[5-6]。免疫細胞創造的微環境(包括免疫細胞、細胞因子等)對骨代謝的調節十分重要。有研究[7]顯示，通過基因敲除建立T細胞、B細胞缺失的小鼠模型的膠原沉積和成骨細胞分布失調，說明骨折愈合過程中免疫細胞與骨基質形成的直接聯系。免疫細胞還參與了前成骨細胞的募集過程，對成骨分化也具有重要的調控作用[8]。隨著骨免疫學的發展，骨質疏松癥的發生發展也被證明與免疫系統異常有著直接的關聯[9]。而一些自身免疫性疾病，例如類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis，RA)常合并骨質疏松(osteoporosis，OP)。徐慧敏等[10]通過研究發現，在RA患者的血清及滑液中由Th17細胞產生的標志性細胞因子IL-17水平明顯升高，除此之外IL-1β、IL-6均高于對照組，這些免疫細胞因子與RA疾病過程中局部及全身的骨量丟失具有高度相關性，并與RA患者OP風險的增加有關。而通過對RA患者SLC7A5(CD98)的表達水平與臨床指標如IL-1β水平的研究[11]發現兩者呈正相關，提示SLC7A5介導的氨基酸內流與RA的炎癥反應有關，且在痛風和終末期腎臟疾病患者的外周血單核細胞中也觀察到了SLC7A5表達的增強，表明這種誘導是炎性單核細胞在免疫應答期間滿足高代謝需求的一般特征。研究CD98在骨免疫學的作用可能為自身免疫性疾病的發病原因、并發癥機制等方面提供研究靶點，利用免疫細胞及其分泌的細胞因子研究骨代謝疾病及自身免疫性疾病之間的關系，在兩種疾病上存在相同治療靶點的可能性。

2 CD98在骨免疫系統中的功能

CD98是一種由Ⅱ型單程跨膜糖蛋白組成的異二聚體，具有依賴于偶聯輕鏈的兩個生化功能。當與整合素β鏈的細胞質尾部結合時，它介導黏附信號，從而控制細胞增殖、存活、遷移、上皮黏附和極性[12]。此外，CD98通過與包括L型氨基酸轉運體1和2(LAT-1和LAT-2)、xCT等在內的6個滲透型氨基酸轉運體的結合而促進氨基酸轉運過程，其輕鏈的定位和正常功能運轉還需依賴于CD98重鏈(CD98 heavy chain，CD98hc)。CD98hc也被命名為“融合調節蛋白”(fusion regulatory protein-1，FRP-1)，以反映其在導致包括破骨細胞在內的多核巨細胞或病毒誘導的細胞融合反應中的功能。

CD98對機體能量代謝的主要信號通路之一哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1(mechanistic target of rapamycin complex 1，mTORC1)信號通路有調控作用，CD98缺失可導致mTOR信號失調，造成能量代謝失衡，從而導致細胞功能失常[13]。通過優化亮氨酸的細胞內供應，CD98可增加mTORc1哺乳動物靶細胞的活性，協調T細胞代謝和增殖[14]。mTOR信號通路對破骨細胞的形成和存活具有重要意義[15]，其還是決定破骨細胞大小的核心位點，mTOR-raptor復合體控制蛋白質合成，負責融合獨立生長；mTOR-rictor介導的Akt信號刺激破骨細胞融合[16]。

2.1 CD98參與T細胞對骨細胞調控 T細胞分泌的細胞因子雙向調控骨吸收，一部分促進骨吸收，如核因子κB受體活化因子配體(the ligand of receptor activator of nuclear factor-κB，RANKL)、白介素-6(interleukin-6，IL-6)及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等；一部分阻礙骨吸收，如IL-4、干擾素γ(interferon-γ，IFN-γ)及轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等。研究表明[17]，T細胞可通過釋放IFN-γ阻斷RANKL/RANK信號通路的激活，抑制破骨細胞的形成。還有研究顯示[18]，TNFα/IL-6復合體可以在RANK敲除的小鼠骨髓和滑膜培養基中誘導OC的形成，說明這一過程是在非RANK依賴性途徑實現的，在自身免疫性疾病造成的骨破壞中對于T細胞的調控比對單純的RANK/RANKL信號通路調控效果也許更好。屬于控制自身免疫反應性的T細胞亞群的調節性T細胞(regulatory t cells，Tregs)不僅可以通過分泌TGF-β和IL-10以及IL-4細胞因子來調節破骨細胞的發生，還通過細胞毒性T淋巴細胞抗原(CTLA-4)在細胞與細胞接觸中調節OC分化，誘導OC凋亡[19]。Xu等[20]通過實驗推斷Tregs對OC分化的和骨吸收的抑制可能為骨代謝疾病提供新的治療靶點。郭明慧[21]等通過建立了OC-Tregs共培養體系研究免疫系統和骨骼系統之間的相互作用機制及藥物通過免疫系統對OC分化的影響。

在必需氨基酸(essential amino acid，EAA)存在的情況下，CD98介導的谷氨酰胺交換是激活mTOR信號通路靶點的限速步驟，該靶點的調節不僅保證淋巴細胞的生長和增殖，且對于特別依賴谷氨酰胺的T淋巴細胞來說也有影響。CD98hc的缺失會抑制細胞毒性T細胞(cytotoxic T lymphocyte，CTL)的細胞毒作用[22]，并能影響效應T細胞的分化過程，是CD4+T細胞擴增和Th1功能分化所必需的。還有研究[23]發現在免疫激活的CD4+T細胞中犬尿氨酸(kynurenine)是依賴于L型氨基酸轉運體(SLC7A5)進行跨T細胞膜轉運的，犬尿氨酸可以作為芳烴轉錄因子復合物的配體促進效應CD4+T細胞分化控制T細胞的免疫應答，說明CD98可以通過調節氨基酸的轉運對T細胞的免疫功能進行調控。

2.2 CD98參與B細胞對骨細胞調控 大部分骨髓來源的骨保護素(osteoprotegerin，OPG)由B細胞產生。在生理條件下，骨細胞產生的RANKL的細胞因子受體激活物對破骨細胞的形成是必需的。在雌激素缺乏時，B細胞的作用是作為OC的支持細胞，B細胞產生的RANKL是雌激素造成骨丟失所必需的條件[24]。Sun[25]等在研究中發現，RA患者外周血中分離的B細胞通過產生一系列的成骨細胞抑制因子，包括巨噬細胞炎癥蛋白-1α(macrophage inflammatory protein 1-alpha，MIP-1-α)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)，可直接抑制間充質前體細胞向成骨細胞的分化，而B細胞耗竭療法(B-cell depletion therapy，BCDT)可以通過成骨細胞數量的增加來減弱TNF轉基因小鼠的骨丟失和侵蝕，這說明靶向抑制B細胞對于RA病人骨組織病變控制是有利的。RANKL與核因子κβ受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κβ，RANK)結合后可激活RANKL/RANK信號通路，通過RANKL/RANK/OPG反應軸直接促進破骨細胞的形成與分化[26]。在癌癥疾病中，骨骼和免疫系統經常受到破壞，其在調節腫瘤的生長和進展方面可能是至關重要的。一些旨在減少癌癥病理性骨溶解的治療方法，如雙膦酸鹽和RANKL靶向藥物的受體激活劑，可能與免疫系統相互作用，從而對生存提供潛在的有利影響[27]。

CD98是B細胞活化的標志，控制B細胞的增殖和隨后向漿細胞的分化，CD98hc的遺傳缺失會阻斷B細胞的增殖和漿細胞的形成，但對于B細胞的抗原提呈能力而言，CD98hc卻不是必須的[28]。CD98還可以通過整合素信號通路調控B細胞的增殖過程。總的來說，CD98對于B細胞的調控機制還是不甚清楚，但對于CD98在B細胞能量代謝調節中處于何種地位的研究還是很值得探索的。

2.3 CD98參與自然殺傷細胞和巨噬細胞對骨細胞調控 自然殺傷細胞(natural killer cells，NK cell)能夠表達RANKL和巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor，M-CSF)，兩者均為骨代謝過程中關鍵的細胞因子，且在如RA等自身免疫疾病中NK細胞在骨破壞中起到一定作用。NKG2D是一種由NK細胞、CD8+T細胞、CD4+T細胞亞群等免疫細胞表達的活化受體，在記憶CD8T細胞形成中起著重要作用[29]，其通過PI3K和Grb2-Vav途徑促進信號轉導以調節NK細胞介導的細胞毒性和細胞因子產生，且NKG2D信號調節效應CD8 T細胞表觀遺傳修飾因子的表達，這可能會導致DNA甲基化異常。有學者通過實驗發現[30]，CD98在人類NK細胞中控制NKG2D反應起到關鍵作用，其通過轉運體激活mTORc1對IL-2啟動的NK細胞在NKG2D刺激后產生干擾素γ的能力至關重要，對mTOR下游靶點S6的磷酸化也起到調整作用。

破骨細胞是由單核/巨噬細胞譜系細胞形成的多核細胞，在傳統上，破骨細胞由于其骨髓起源和骨特異性功能，也被認為是骨駐留的巨噬細胞。實驗證明[31]巨噬細胞可以激活RANK/RANKL信號通路的表達促進骨吸收。而有研究發現[32]，CD98或CD98和整合素β1復合物可以通過與半乳糖凝集素-3(Galectin-3)結合，成為驅動M2型巨噬細胞活化的反饋回路的一部分，導致PI3K活化，激活M2型巨噬細胞，觸發CD8+T細胞凋亡，并限制T細胞受體(TCR)聚集，這說明CD98的缺失可以抑制M2型巨噬細胞活化，對T細胞的早期激活起到保護作用。巨噬細胞活化對于骨代謝十分重要，無論是骨吸收還是骨形成，所以CD98對于巨噬細胞極化的影響不僅對于免疫細胞十分重要，對于骨代謝的影響也可以探索。還有研究顯示[33]LAT1和CD98在包括成骨細胞瘤、軟骨肉瘤和骨肉瘤在內的許多骨腫瘤和一些惡性軟組織腫瘤中均有表達，兩者已成為治療某些骨和軟組織腫瘤的潛在靶點。而Tsumura等[34]利用CD98hc-巨噬細胞研究了CD98hc在破骨細胞形成中的作用。與野生型小鼠相比，CD98hc缺陷小鼠腹腔巨噬細胞的多核破骨細胞形成受到嚴重損害。在整合素信號轉導中于CD98h缺陷的腹腔巨噬細胞的觸發階段，觀察到M-CSF-RANKL誘導的ERK、Akt、JNK和p130Cas磷酸化的抑制。此外，CD98hc缺陷也損害了CD98lc的氨基酸轉運。這些結果表明CD98通過整合素信號轉導和氨基酸轉運在破骨細胞的形成中起著重要作用。

3 整合素在骨骼免疫機制的作用

整合素(Integrin)是一種黏附分子，功能是增強細胞及細胞外基質間的黏附結合。作為破骨細胞的相關基因之一，整合素的相關基因也被當做骨代謝疾病的靶基因。CD98重要的功能之一就是參與調節整合素(包括整合素β1和整合素β3)信號通路的調控。有研究[35]表明，整合素是調節細胞代謝的關鍵控制器以及效應中間體。在整合素信號通路中的CD98擴增對于適應性免疫中的淋巴細胞快速克隆擴增十分重要，代謝信號是整合素表達和降解的關鍵點，且整合素會通過多種機制控制代謝轉運，這就提示CD98對于代謝的影響與其對于整合素信號通路的調節是交叉的、相互的[36]。Jong等[37]利用中藥石斛對骨質疏松模型小鼠進行治療，發現石斛直接下調活化T細胞核轉錄因子胞質1(nuclear factor of activated T cells c1，NFATc1)的轉錄及翻譯，使整合素β3形成受到抑制，影響肌動蛋白的整合，出現破骨細胞骨吸收能力下降，這說明整合素在骨骼免疫機制中對破骨細胞整合黏附于骨襯細胞這一過程的重要性，也是我們可以通過調節CD98對整合素的影響，調控破骨細胞的骨吸收作用的理論基礎之一。整合素還在骨轉移瘤發生過程中承擔著腫瘤細胞定植的作用，整合素與骨橋蛋白和骨涎蛋白等結合促進腫瘤細胞的錨定，這種細胞黏附過程就說明CD98在其中也有著不能忽視的作用，甚至骨轉移瘤的病理過程中，CD98對于氨基酸轉運的影響也參與其中，扮演著不可或缺的角色[38]。有學者研究[39]僅保證CD98的氨基酸轉運功能是不能完成白血病進程的，但當CD98的氨基酸轉運功能及調節整合素信號傳導功能同時完整時對于白血病的進程效果是最好的，而利用CD98單克隆抗體IGN523可以顯著影響白血病細胞和內皮細胞的黏附，CD98的整合素結合和氨基酸轉運活性的聯合抑制可能是完全解決人體疾病進展所必需的，因此靶向CD98可能比單獨靶向上游黏附信號更有效。

綜上所述，CD98的研究在骨免疫學及相關疾病的研究中有著很好的前景。雖然目前看來，氨基酸轉運和整合素功能如何巧妙地結合在一種蛋白質中仍然是個謎，CD98通過對免疫細胞及細胞因子的作用影響骨代謝的機制也仍未得出結論，而且還有很多相關細胞因子在骨代謝過程中的作用仍存在疑問，但相信隨著研究的不斷深入以及CD981單克隆抗體在臨床試驗中的積極進展，對骨免疫學相關機制的認識將不斷完善，通過靶向CD98藥物來恢復免疫系統及微環境代謝的異常可能會成為骨科疾病治療的新靶點及新途徑。代謝途徑及代謝相關基因學研究在免疫學中的重要性越來越清晰[40]，CD98就是紛繁復雜的代謝環境中的一個關鍵點，也許探索它的機制就是打開代謝對于骨免疫學的一把鑰匙。CD98在骨骼免疫機制中的研究可以為探索骨組織細胞如何影響免疫細胞的作用機制提供新的研究方向，為在生理或病理環境下免疫細胞怎樣調節骨代謝平衡提供新的思路。因此，今后有必要對其展開深入具體的研究，以進一步了解CD98在骨組織疾病發展過程中的作用，為其臨床應用提供理論基礎。