Serum-derived protein S binds to phosphatidylserine and stimulates the phagocytosis of apoptotic cells

Anderson, H.A. et al. Nat. Immunol. 4, 87-91. 2003.

細胞的死亡究竟會對宿主帶來什麼樣的影響？科學家們普遍將細胞的死亡區分為壞死(necrosis)以及凋亡(apoptosis)兩種形式‧壞死的細胞會釋放細胞內的物質到細胞外，使得免疫系統辨識，因此可能導致有害的發炎反應及自體免疫疾病的產生。而凋亡的細胞在細胞溶解及曝露細胞內的物質到免疫系統之前便會被吞噬細胞清除。此一吞噬凋亡細胞的過程同時可誘發巨噬細胞分泌對抗發炎的細胞激素TGF-b以及抑制發炎前驅細胞激素TNF-a的釋放。

細胞凋亡的早期，細胞膜上的磷脂絲氨酸(phosphatidylserine)會翻轉至細胞外，而巨噬細胞表面也會表現促進吞噬凋亡細胞的蛋白質，例如：專一於phosphatidylserine的受器，CD14，receptor tyrosine kinase與integrin等。

在2001年有研究指出當加入血清到巨噬細胞的吞噬系統時，確實可促進巨噬細胞吞噬凋亡的細胞。但是這樣的吞噬效果似乎並不是單純的由巨噬細胞表面的接受器所調控，因此在本研究中，作者便想進一步的探討血清中究竟有什麼因子參與作用？

作者選用腫瘤細胞株BL-41做為標的細胞，利用化學治療藥物etoposide誘發細胞凋亡，來研究巨噬細胞的吞噬作用。作者在本實驗證實了血清的確可刺激巨噬細胞吞噬凋亡的BL-41細胞，同時一一的排除血清中的補體以及巨噬細胞表面integrins的作用之後，進而想了解血清中到底是那些因子可刺激此一過程？在去除牛血清所含補體的活性之後，加以純化，最後分離出一種具有刺激巨噬細胞吞噬凋亡細胞活性的蛋白質，證實了此為protein S的前驅物，便著手研究血清中的protein S與巨噬細胞吞噬凋亡細胞之間的關係。

過去的研究指出protein S可透過與內皮細胞表面帶負電的磷脂質結合，而跟protein C形成複合物，接著protein C可抑制凝血因子Va與VIII a的活化，且Protein S的缺乏與過度凝血及靜脈栓塞有關。

在本研究中，作者將protein S由血清中移除，顯著的降低血清刺激吞噬的能力，證實了protein S是血清中刺激吞噬凋亡細胞的主要因子。同時也證實protein S會與翻轉至凋亡細胞外表面的磷脂絲氨酸結合，而這樣的過程需要鈣離子的參與。

作者在此首先提出了protein S具有刺激巨噬細胞吞噬早期凋亡細胞的功能，這樣的新發現，提高了在人類缺乏protein S時，無法有效清除凋亡細胞，潛在的造成自體免疫疾病發展的可能。

究竟protein S與凋亡細胞的結合，會透過什麼樣的機制刺激巨噬細胞的吞噬目前還不清楚。在1995年的Cell指出protein S與Gas6 具有43%的相似性，它們同屬receptor tyrosine kinases：Axl、Mer以及Tyro3家族成員的配體（ligands）。因此，巨噬細胞表面是否具有protein S的接受器來傳遞訊息值得再做探討。

從本篇研究，我們得以了解protein S除了大家所熟知調節血液凝固的功能外，也可促進清除早期的凋亡細胞。在此作者提供了進一步的證據將凝血系統與發炎反應的調節做一連結。

References:

1. Scott, R.S. et al. 2001. Phagocytosis and clearance of apoptotic cells is mediated by MER. Nature 411, 207-211

2. Ogden, C.A. et al. 2001. C1q and mannose binding lectin engagement of cell surface calreticulin and CD91 initiates macropinocytosis and uptake of apoptotic cells.J. Exp. Med. 194, 781-796. 

3. Esmon, C.T. Regulation of blood coagulation. 2000. Biochim. Biophys. Acta. 1477, 349-360.

4. Anderson, H.A. et al. 2003. Serum-derived protein S binds to phosphatidylserine and stimulates the phagocytosis of apoptotic cells. Nat. Immunol. 4, 87-91.