CD14—细菌脂多糖的膜受体
日期：2019-08-29 11:44:35
CD14(cluster of differentiation 14)原称MY23抗原，是一种表面抗原，属细胞表面糖蛋白家族成员之一。CD14基因编码的蛋白，优先表达于单核/巨噬细胞。CD14是革兰阴性菌内毒素脂多糖LPS和LPS结合蛋白(LBP)复合物的高亲和力受体。CD14识别并结合LPS，引起细胞酪氨酸磷酸化、核因子NF-κB转位、触发细胞因子释放和氧自由基产生，在机体免疫、防御系统引起的一系列反应中发挥重要作用。
1. CD14的发现
1981年，Todd首次从人单核细胞表面发现了CD14。1985年，Maliszewski从人血清中发现了可溶性CD14[1]，它与之前发现的单核细胞表面的CD14结构相似[2]。1990年，CD14被发现可作为LPS/LPS结合蛋白复合物的受体，介导LPS性细胞反应[3]。
2. CD14的分类
CD14以两种形式存在，一种是细胞膜CD14，通过糖基磷脂酰肌醇尾部(mCD14)固定在膜上，另一种是可溶性形式(sCD14)。
mCD14是一种55 kDa的糖蛋白，不含跨膜区。
sCD14相比mCD14而言，其分子量较小，因为其缺少PI结构[4]。可溶性CD14分为两种：sCD14α和sCD14β，它们的分子量分别为49 kDa和55 kDa[5]。
单核细胞产生sCD14的方式可能有两种：
由mCD14在蛋白酶或磷脂酶催化分解作用下(脱去PI成分)脱落而成。
由CD14基因转录、合成的CD14蛋白，不进行PI化或逃脱PI化，最后经由细胞内囊泡分泌。
3. CD14的结构特点
CD14基因位于人类5号染色体长臂5q23-31区，约3900 bp。
人CD14的前体蛋白多肽链由375个氨基酸组成，通过将前体多肽的前19位信号肽去除而形成成熟的由356个氨基酸组成膜型CD14，其分子量为55 kD。
N-末端的第39-44位残基是人类CD14与LPS结合位点的最基本部分，第86-329位残基间包含10个富含亮氨酸的重复特征性序列[6]，可与脂类作用形成亲水的β折叠，可能在蛋白质与蛋白质的识别中起重要作用。CD14氨基酸序列羧基末端含有17个疏水性中性氨基酸，并有5个N-糖基结合位点。
人和鼠CD14成熟蛋白质共有的特征为：
含有大量的亮氨酸;
有多个N-糖苷键;
有数个半胱氨酸残基;
分子中央部分有以亮氨酸为主的重复序列。
图1 CD14的结构
该图片来自维基百科
4. 组织分布
CD14在人和鼠体内表达具有组织特异性和细胞特异性。
mCD14主要分布在单核细胞，巨噬细胞和树突细胞的细胞表面，因此CD14（mCD14）可作为辨别单核细胞或巨噬细胞的一个有用标志。此外，mCD14还存在于中性粒细胞胞浆内膜性分泌小体和嗜苯胺兰颗粒中[7]，而内皮细胞、上皮细胞等表面则未发现mCD14的存在。
sCD14则存在于正常人和动物的血浆(清)中，人血清中sCD14的正常浓度为2~5 mg/ mL，占血中全部CD14含量的99%。sCD14还微量存在于尿液。
5. 配体
mCD14位于免疫效应细胞表面，其配体包括脂多糖（LPS）、肽多糖、磷壁酸、脂肽和多种其他微生物信号。此外，mCD14也能识别热休克蛋白60、神经酰胺、磷脂类、脂蛋白等内源性配体。CD14也是革兰氏阳性菌细胞壁成分肽聚糖(peptidoglycan， PGN)、分枝杆菌上的脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan)及多种病原体的受体[8]。
6. CD14的功能
CD14是一种锚定蛋白，是一种普遍存在的模式识别受体。CD14作为细菌脂多糖LPS的细胞膜受体，它与其他蛋白质协同作用，在机体免疫、防御系统引起的一系列病理反应中起关键作用。
mCD14：在单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等具有mCD14的细胞中，mCD14在受到其配体LPS/LBP的作用后，可使靶细胞产生细胞因子，从而诱发机体产生免疫应答和病理性损伤。mCD14刺激单核细胞等分泌TNF、IL-1等细胞因子。
mCD14刺激巨噬细胞产生FGF、转化生长因子-β (TGF-β)、PDGF，它们均可诱发细胞的生长。
CD14除作为LPS受体参与细胞活化之外，还有其它功能。CD14是巨噬细胞上识别和吞噬凋亡细胞的受体之一。研究认为，CD14可能作为一个信号识别分子，和其他受体CR3(CD11b/CD18)，CR4(CD11c/CD18)联合激活信号，介导凋亡。
CD14在巨噬细胞识别、吞噬凋亡细胞中的作用依赖于CD14的一个区域，这个区域与LPS的结合区域紧密相关。
sCD14：可溶性CD14（sCD14）与细胞膜CD14竞争结合LPS，并介导不表达CD14的内皮细胞和平滑肌细胞对LPS的应答。可溶性CD14与LPS结合在不同的浓度条件下发挥不同的生理功能。在生理浓度下，sCD14作为LPS激动剂发挥作用，在较高浓度下，sCD14则发挥LPS拮抗作用。比如，血中sCD14浓度增高可减少LPS/LBP复合物与单核细胞结合，进一步减少炎症因子的生成，从而对炎症反应进行调控[9]。
图2 LPS与LBP、CD14相互作用诱导细胞活化
7. CD14介导的信号通路
CD14与LPS信号转导主要包括跨膜信号转导和细胞内信号转导。
7.1 CD14跨膜传导途径
CD14跨膜传导途径有3种模式[10]：
模式Ｉ为单构件受体信号受体模式：即LPS（LPS/LBP）与mCD14连接后开始传导信号，信号传递到细胞时，由跨膜蛋白识别；另外两种模式则认为LPS受体是多构件受体，包含配体结合亚单位mCD14和跨膜蛋白传递信号，这些模式认为CD14在细胞与LPS结合上起重要作用，但在跨膜信号传导中需要有附加蛋白参与。
LPS多以多聚体的形式存在于水溶液中，并且以低速解聚成单体。LBP可以识别LPS，加快LPS多聚体的解聚。LBP可以与LPS单体结合并将LPS运送至髓源性细胞表面，与髓源性细胞表面的mCD14结合，形成LPS-LBP-CD14三联复合体。该三联复合体被转运至TLR4-MD2蛋白复合体处，在MD-2的帮助下与TLR4结合，激活TLR4，使之二聚化。TLR4可以介导与下游蛋白激酶的相互作用[11]。
TLR4-MD2也是toll样信号通路的重要组成部分，说明CD14与toll样信号通路具有很强的相关性。
7.2 细胞内信号传递
信号传至胞内后，通过酪氨酸蛋白激酶激活胞内髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)，随后通过磷酸化IRAK-1将信号传给肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6），使之活化。活化的TRAF6通过激活核因子κB诱导激酶（NIK）和转化生长因子β活化的激酶（TAK1），从而激活相应的NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）两条通路。
8. 疾病
CD14与多种疾病相关，在宿主抗感染中发挥双重作用，这取决于其微生物类型及其表达的病原体相关的分子模式（PAMPs）。CD14扩增反应可以通过诱导足够的炎症和免疫反应来消灭入侵的微生物，从而对宿主有益。它也可因过度炎症和/或病原体的传播，从而能对宿主造成不利的影响。
图4 CD14在病原体和病原体相关分子模式(PAMP)诱导的肺部反应中的作[13]
8.1 脓毒症
脓毒症(sepsis)是指由感染引起的全身炎症反应综合征，是创伤、烧伤、休克、感染等临床急危重患者的严重并发症之一，也是诱发脓毒性休克、多器官功能障碍综合征的重要原因。脓毒症主要是由炎症反应的失衡造成的。LPS是全身炎症反应的重要触发剂，它与脓毒症、重症脓毒症以及脓毒性休克的炎症过程密切相关。
高浓度的sCD14与由革兰染色阴性菌引起的脓毒血症的死亡率增加有关[14]。研究表明，脓毒症患者血浆中sCD14水平明显升高，mCD14水平明显下降，且这种变化与疾病的严重程度及预后相关。血清sCD14是革兰氏阳性脓毒症的良好预后指标，其水平升高与高死亡率相关。研究显示[15]，sCD14亚型Presepsin作为一种新型脓毒症生物标记物，在感染患者中，其血浆浓度明显高于非感染患者，且Presepsin在脓毒症的早期诊断、严重性评估和预后方面均优于PCT、CRP、IL-6传统标志物，具有较高的敏感性，有望成为理想的脓毒症生物标记物。但其缺点是特异性不足[16]。
8.2 免疫系统疾病
自身免疫性疾病的患者，外周血中sCD14明显升高，细胞mCD14表达增加。当患者接受激素类药物治疗时，外周血中sCD14水平及单核细胞mCD14的表达均受抑制。
8.3 心血管系统疾病
sCD14促使内皮细胞活化，可加速动脉粥样硬化斑块的形成。单核细胞表面的CD14与LPS结合可引起单核细胞的活化，同样可加速或促进动脉粥样硬化的形成[17]。CD14是一种很重要的风险因素，它在引起动脉粥样硬化的过程中起着重要作用[18]。sCD14水平升高与主动脉硬化、颈动脉斑块形成、不稳定型心绞痛密切相关[19]。
此外CD14在调节树突细胞凋亡、预测心血管事件及评估慢性肾脏疾病预后中起着重要作用。高浓度的sCD14与艾滋病患者逐渐增加的死亡率有关；
CD14 mRNA和TLR4 mRNA表达与PD患者疾病严重程度有一定关系，提示机体固有免疫可能参与了PD的发生发展。
CD14是RA发生及发展的相关基因[20]。单核细胞表面受体CD14与慢性炎症的发生和维持有关。
CD14与慢性肾病（CKD）有密切关系。
最新研究进展
Chakraborty[21]等人于2018年发表在杂志EBioMedicine上的文章表明CD14在恶性疟原虫疟疾中起主导作用。它通过证明该启动子多态性的顺式调节作用，为rs5744454与恶性疟原虫严重疟疾的遗传关联建立了功能基础。此外，该研究还为基于青蒿素的抗疟疾治疗指明了一个新的方向。
Bedell等人[22]于2018年发表在杂志Biomaterials上的文章表明在血液来源的细胞中靶向CD14可改善皮质内微电极性能，而提高皮质内微电极性能，则可能克服跨越血脑屏障进行治疗这一难关。
Reference:
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