CD14—細菌脂多糖的膜受體

日期：2019-08-29 11:44:35

CD14(cluster of differentiation 14)原稱MY23抗原，是一種表面抗原，屬細胞表面糖蛋白家族成員之一。CD14基因編碼的蛋白，優(yōu)先表達于單核/巨噬細胞。CD14是革蘭陰性菌內毒素脂多糖LPS和LPS結合蛋白(LBP)復合物的高親和力受體。CD14識別并結合LPS，引起細胞酪氨酸磷酸化、核因子NF-κB轉位、觸發(fā)細胞因子釋放和氧自由基產(chǎn)生，在機體免疫、防御系統(tǒng)引起的一系列反應中發(fā)揮重要作用。

1. CD14的發(fā)現(xiàn)

1. CD14的發(fā)現(xiàn)

1981年，Todd首次從人單核細胞表面發(fā)現(xiàn)了CD14。1985年，Maliszewski從人血清中發(fā)現(xiàn)了可溶性CD14^[1]，它與之前發(fā)現(xiàn)的單核細胞表面的CD14結構相似^[2]。1990年，CD14被發(fā)現(xiàn)可作為LPS/LPS結合蛋白復合物的受體，介導LPS性細胞反應^[3]。

2. CD14的分類

CD14以兩種形式存在，一種是細胞膜CD14，通過糖基磷脂酰肌醇尾部(mCD14)固定在膜上，另一種是可溶性形式(sCD14)。

mCD14是一種55 kDa的糖蛋白，不含跨膜區(qū)。

sCD14相比mCD14而言，其分子量較小，因為其缺少PI結構^[4]。可溶性CD14分為兩種：sCD14α和sCD14β，它們的分子量分別為49 kDa和55 kDa^[5]。

單核細胞產(chǎn)生sCD14的方式可能有兩種：

由mCD14在蛋白酶或磷脂酶催化分解作用下(脫去PI成分)脫落而成。
由CD14基因轉錄、合成的CD14蛋白，不進行PI化或逃脫PI化，最后經(jīng)由細胞內囊泡分泌。

3. CD14的結構特點

CD14基因位于人類5號染色體長臂5q23-31區(qū)，約3900 bp。

人CD14的前體蛋白多肽鏈由375個氨基酸組成，通過將前體多肽的前19位信號肽去除而形成成熟的由356個氨基酸組成膜型CD14，其分子量為55 kD。

N-末端的第39-44位殘基是人類CD14與LPS結合位點的最基本部分，第86-329位殘基間包含10個富含亮氨酸的重復特征性序列^[6]，可與脂類作用形成親水的β折疊，可能在蛋白質與蛋白質的識別中起重要作用。CD14氨基酸序列羧基末端含有17個疏水性中性氨基酸，并有5個N-糖基結合位點。

人和鼠CD14成熟蛋白質共有的特征為：

含有大量的亮氨酸;
有多個N-糖苷鍵;
有數(shù)個半胱氨酸殘基;
分子中央部分有以亮氨酸為主的重復序列。

圖1 CD14的結構

該圖片來自維基百科

4. 組織分布

CD14在人和鼠體內表達具有組織特異性和細胞特異性。

mCD14主要分布在單核細胞，巨噬細胞和樹突細胞的細胞表面，因此CD14（mCD14）可作為辨別單核細胞或巨噬細胞的一個有用標志。此外，mCD14還存在于中性粒細胞胞漿內膜性分泌小體和嗜苯胺蘭顆粒中^[7]，而內皮細胞、上皮細胞等表面則未發(fā)現(xiàn)mCD14的存在。

sCD14則存在于正常人和動物的血漿(清)中，人血清中sCD14的正常濃度為2~5 mg/ mL，占血中全部CD14含量的99%。sCD14還微量存在于尿液。

5. 配體

mCD14位于免疫效應細胞表面，其配體包括脂多糖（LPS）、肽多糖、磷壁酸、脂肽和多種其他微生物信號。此外，mCD14也能識別熱休克蛋白60、神經(jīng)酰胺、磷脂類、脂蛋白等內源性配體。CD14也是革蘭氏陽性菌細胞壁成分肽聚糖(peptidoglycan， PGN)、分枝桿菌上的脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan)及多種病原體的受體^[8]。

6. CD14的功能

CD14是一種錨定蛋白，是一種普遍存在的模式識別受體。CD14作為細菌脂多糖LPS的細胞膜受體，它與其他蛋白質協(xié)同作用，在機體免疫、防御系統(tǒng)引起的一系列病理反應中起關鍵作用。

mCD14：在單核細胞、巨噬細胞和中性粒細胞等具有mCD14的細胞中，mCD14在受到其配體LPS/LBP的作用后，可使靶細胞產(chǎn)生細胞因子，從而誘發(fā)機體產(chǎn)生免疫應答和病理性損傷。mCD14刺激單核細胞等分泌TNF、IL-1等細胞因子。

mCD14刺激巨噬細胞產(chǎn)生FGF、轉化生長因子-β (TGF-β)、PDGF，它們均可誘發(fā)細胞的生長。

CD14除作為LPS受體參與細胞活化之外，還有其它功能。CD14是巨噬細胞上識別和吞噬凋亡細胞的受體之一。研究認為，CD14可能作為一個信號識別分子，和其他受體CR3(CD11b/CD18)，CR4(CD11c/CD18)聯(lián)合激活信號，介導凋亡。

CD14在巨噬細胞識別、吞噬凋亡細胞中的作用依賴于CD14的一個區(qū)域，這個區(qū)域與LPS的結合區(qū)域緊密相關。

sCD14：可溶性CD14（sCD14）與細胞膜CD14競爭結合LPS，并介導不表達CD14的內皮細胞和平滑肌細胞對LPS的應答。可溶性CD14與LPS結合在不同的濃度條件下發(fā)揮不同的生理功能。在生理濃度下，sCD14作為LPS激動劑發(fā)揮作用，在較高濃度下，sCD14則發(fā)揮LPS拮抗作用。比如，血中sCD14濃度增高可減少LPS/LBP復合物與單核細胞結合，進一步減少炎癥因子的生成，從而對炎癥反應進行調控^[9]。

圖2 LPS與LBP、CD14相互作用誘導細胞活化

7. CD14介導的信號通路

CD14與LPS信號轉導主要包括跨膜信號轉導和細胞內信號轉導。

7.1 CD14跨膜傳導途徑

CD14跨膜傳導途徑有3種模式^[10]：

模式Ｉ為單構件受體信號受體模式：即LPS（LPS/LBP）與mCD14連接后開始傳導信號，信號傳遞到細胞時，由跨膜蛋白識別；另外兩種模式則認為LPS受體是多構件受體，包含配體結合亞單位mCD14和跨膜蛋白傳遞信號，這些模式認為CD14在細胞與LPS結合上起重要作用，但在跨膜信號傳導中需要有附加蛋白參與。

LPS多以多聚體的形式存在于水溶液中，并且以低速解聚成單體。LBP可以識別LPS，加快LPS多聚體的解聚。LBP可以與LPS單體結合并將LPS運送至髓源性細胞表面，與髓源性細胞表面的mCD14結合，形成LPS-LBP-CD14三聯(lián)復合體。該三聯(lián)復合體被轉運至TLR4-MD2蛋白復合體處，在MD-2的幫助下與TLR4結合，激活TLR4，使之二聚化。TLR4可以介導與下游蛋白激酶的相互作用^[11]。

TLR4-MD2也是toll樣信號通路的重要組成部分，說明CD14與toll樣信號通路具有很強的相關性。

7.2 細胞內信號傳遞

信號傳至胞內后，通過酪氨酸蛋白激酶激活胞內髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)，隨后通過磷酸化IRAK-1將信號傳給腫瘤壞死因子受體相關因子6（TRAF6），使之活化。活化的TRAF6通過激活核因子κB誘導激酶（NIK）和轉化生長因子β活化的激酶（TAK1），從而激活相應的NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）兩條通路。

7.2.1 NF-κB信號

NIK激活NF-κB抑制蛋白激酶（IKK），誘導IKK磷酸化，從而將NF-κB從胞漿中釋放至細胞核內，啟動相關細胞因子基因的轉錄，完成NF-κB通路。NF-κB調節(jié)的基因主要編碼涉及免疫反應、炎癥反應的細胞因子，免疫受體分子和急性期蛋白。因此CD14分子及其信號通路在機體的免疫反應和炎癥反應過長中起到重要的作用。

7.2.2 MAPK通路

在MAPK通路中，TAK1激活C-Jun氨基端激酶（JNK）、p38、胞外信號調節(jié)激酶（ERK）等最后激活轉錄因子AP-1，誘導相關細胞因子基因的表達。

通過這兩條通路，最終引起IL-1、IL-6、TNF-α、NO等的釋放^[12]，導致膿毒癥、炎癥等疾病的發(fā)生。

圖3 CD14-LPS介導的信號通路

8. 疾病

CD14與多種疾病相關，在宿主抗感染中發(fā)揮雙重作用，這取決于其微生物類型及其表達的病原體相關的分子模式（PAMPs）。CD14擴增反應可以通過誘導足夠的炎癥和免疫反應來消滅入侵的微生物，從而對宿主有益。它也可因過度炎癥和/或病原體的傳播，從而能對宿主造成不利的影響。

圖4 CD14在病原體和病原體相關分子模式(PAMP)誘導的肺部反應中的作^[13]

8.1 膿毒癥

膿毒癥(sepsis)是指由感染引起的全身炎癥反應綜合征，是創(chuàng)傷、燒傷、休克、感染等臨床急危重患者的嚴重并發(fā)癥之一，也是誘發(fā)膿毒性休克、多器官功能障礙綜合征的重要原因。膿毒癥主要是由炎癥反應的失衡造成的。LPS是全身炎癥反應的重要觸發(fā)劑，它與膿毒癥、重癥膿毒癥以及膿毒性休克的炎癥過程密切相關。

高濃度的sCD14與由革蘭染色陰性菌引起的膿毒血癥的死亡率增加有關^[14]。研究表明，膿毒癥患者血漿中sCD14水平明顯升高，mCD14水平明顯下降，且這種變化與疾病的嚴重程度及預后相關。血清sCD14是革蘭氏陽性膿毒癥的良好預后指標，其水平升高與高死亡率相關。研究顯示^[15]，sCD14亞型Presepsin作為一種新型膿毒癥生物標記物，在感染患者中，其血漿濃度明顯高于非感染患者，且Presepsin在膿毒癥的早期診斷、嚴重性評估和預后方面均優(yōu)于PCT、CRP、IL-6傳統(tǒng)標志物，具有較高的敏感性，有望成為理想的膿毒癥生物標記物。但其缺點是特異性不足^[16]。

8.2 免疫系統(tǒng)疾病

自身免疫性疾病的患者，外周血中sCD14明顯升高，細胞mCD14表達增加。當患者接受激素類藥物治療時，外周血中sCD14水平及單核細胞mCD14的表達均受抑制。

8.3 心血管系統(tǒng)疾病

sCD14促使內皮細胞活化，可加速動脈粥樣硬化斑塊的形成。單核細胞表面的CD14與LPS結合可引起單核細胞的活化，同樣可加速或促進動脈粥樣硬化的形成^[17]。CD14是一種很重要的風險因素，它在引起動脈粥樣硬化的過程中起著重要作用^[18]。sCD14水平升高與主動脈硬化、頸動脈斑塊形成、不穩(wěn)定型心絞痛密切相關^[19]。

此外CD14在調節(jié)樹突細胞凋亡、預測心血管事件及評估慢性腎臟疾病預后中起著重要作用。高濃度的sCD14與艾滋病患者逐漸增加的死亡率有關；

CD14 mRNA和TLR4 mRNA表達與PD患者疾病嚴重程度有一定關系，提示機體固有免疫可能參與了PD的發(fā)生發(fā)展。

CD14是RA發(fā)生及發(fā)展的相關基因^[20]。單核細胞表面受體CD14與慢性炎癥的發(fā)生和維持有關。

CD14與慢性腎病（CKD）有密切關系。

Reference:

[1] Todd R F, Nadler L M, Schlossman S F. Antigens on human monocytes identified by monoclonal antibodies [J]. Journal of Immunology, 1981, 126(4): 1435-1442.

[2] Maliszewski C R, Currier J, Fisher J, et al. Monoclonal antibodies that bind to the My23 human myeloid cell surface molecule: Epitope analysis and antigen modulation studies [J]. Molecular Immunology, 1987, 24(1): 17-25.

[3] Wright S, Ramos R, Tobias P, et al. CD14, a receptor for complexes of lipopolysaccharide (LPS) and LPS binding protein [J]. Science, 1990, 249(4975): 1431-1433.

[4] Frey E A, Miller D S, Jahr T G, et al. Soluble CD14 participates in the response of cells to lipopolysaccharide [J]. Journal of Experimental Medicine, 1993, 176(6): 1665-1671.

[5] Landmann R, Zimmerli W, Sansano S, et al. Increased Circulating Soluble Cd14 Is Associated With High Mortality In Gram-Negative Septic Shock [J]. Journal of Infectious Diseases, 1995, 171(3): 639-644.

[6] Viriyakosol S, Kirkland T N. The N-terminal half of membrane CD14 is a functional cellular lipopolysaccharide receptor [J]. Infection & Immunity, 1996, 64(2): 653-6.

[7] Fearns C, Ulevitch R J. EFFECT OF RECOMBINANT INTERLEUKIN-1β ON MURINE CD14 GENE EXPRESSION IN VIVO [J]. Shock, 1998, 9(3): 157-163.

[8] Tobias P S, Gegner J, Tapping R, et al. Lipopolysaccharide dependent cellular activation [J]. Journal of Periodontal Research, 1997, 32(1): 99-103.

[9] Bazil V, Strominger J L. Shedding as a mechanism of down-modulation of CD14 on stimulated human monocytes [J]. Journal of immunology, 1991, 147(5): 1567-1574.

[10] Ulevitch R J, Tobias P S. Receptor-Dependent Mechanisms of Cell Stimulation by Bacterial Endotoxin [J]. Annual Review of Immunology, 1995, 13(1): 437-457.

[11] Botos I, Segal D, Davies D. The Structural Biology of Toll-like Receptors [J]. Structure, 2011, 19(4): 447-459.

[12] Martel G, Rousseau S. TPL2 signalling: From Toll-like receptors-mediated ERK1/ERK2 activation to Cystic Fibrosis lung disease [J]. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 2014, 52: 146-151.

[13] Anas A, Van d P T, de Vos A F. Role of CD14 in Lung Inflammation and Infection [M]. Intensive Care Medicine. Springer New York, 2010.

[14] Olad E, Sedighi I, Mehrvar A, et al. Presepsin (Scd14) as a Marker of Serious Bacterial Infections in Chemotherapy Induced Severe Neutropenia [J]. Iranian Journal of Pediatrics, 2014, 24(6): 715.

[15] Endo S, Suzuki Y, Takahashi G, et al. Usefulness of presepsin in the diagnosis of sepsis in a multicenter prospective study [J]. Journal of Infection and Chemotherapy, 2012, 18(6): 891-897.

[16] Liu B, Chen Y X, Yin Q, et al. Diagnostic value and prognostic evaluation of Presepsin for sepsis in an emergency department [J]. Critical Care, 2013, 17(5): R244

[17] Hubacek J A, Rothe G, Pitha J, et al. C(-260)-->T polymorphism in the promoter of the CD14 monocyte receptor gene as a risk factor for myocardial infarction [J]. Circulation, 1999, 99(25): 3218-3220.

[18] Kitchens R L, Thompson P A. Viriyakosol S, et al. Plasma CD14 decreases monocyte responses to LPS by transferring cell-bound LPS to plasma lipoproteins [J]. Journal of Clinical Investigation, 2001, 108(3): 485-493.

[19] Reiner A P, Lange E M, Jenny N S, et al. Soluble CD14: Genomewide Association Analysis and Relationship to Cardiovascular Risk and Mortality in Older Adults [J]. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 2013, 33(1): 158-164.

[20] Fontaine L D L, Schwarz M J, Riedel M, et al. Investigating disease susceptibility and the negative correlation of schizophrenia and rheumatoid arthritis focusing on MIF and CD14 gene polymorphisms [J]. Psychiatry Research, 2006, 144(1): 0-47.

21] Chakraborty B, Mondal P, Gajendra P, et al. Deciphering genetic regulation of CD14 by SP1 through characterization of peripheral blood mononuclear transcriptome of P. faiciparum and P. vivax infected malaria patients [J]. EBioMedicine, 2018.

[22] Bedell H W, Hermann J K, Ravikumar M, et al. Targeting CD14 on blood derived cells improves intracortical microelectrode performance [J]. Biomaterials, 2018, 163: 163-173.