哺乳動物的肥大細胞來源于胚胎起源的造血細胞和成年骨髓，它可通過各種受體識別免疫、炎癥和環境變化，包括高親和力IgE受體（FcεRI），G蛋白偶聯受體（例如C3a受體）或離子通道（例如，P2X7R）等。當受到外界刺激后，肥大細胞可以迅速釋放預先形成的細胞質顆粒，其中包含組胺，蛋白聚糖（特別是肝素）、蛋白酶，以及白三烯、前列腺素和細胞因子。肥大細胞產物具有廣泛的生物學活性，包括促進局部炎癥，增強血管通透性和刺激周圍神經，導致諸如瘙癢，打噴嚏和**等癥狀。但是，肥大細胞除引起過敏反應以外的生理或病理功能仍不清楚。

為闡明肥大細胞主要功能的結構基礎，德國癌癥研究中心Hans-Reimer Rodewald研究組2020年2月11日在Immunity（IF = 21.522）上在線發表題為 Human Mast Cell Proteome Reveals Unique Lineage, Putative Functions, and Structural Basis for Cell Ablation 的研究論文，利用蛋白質組學揭示人類肥大細胞的獨特譜系、功能和結構基礎。

技術路線圖

研究結果：

人結締組織肥大細胞的蛋白組學特征

作者首先從人皮膚和脂肪組織中分選出肥大細胞，并檢測了分選效率；為了比較分析，作者還從外周血中提取了單核細胞（PBMC）。作者對9種細胞樣本（皮膚肥大細胞3群、脂肪肥大細胞3群、三個供體來源的PBMC）進行蛋白質提取，利用基于準等重二甲基化標記的高通量蛋白質組學技術進行分析，從中篩選出3253個可定量的蛋白質。

作者進一步對肥大細胞特異性表達的蛋白質進行篩選。與PBMC相比，皮膚肥大細胞中有471個蛋白顯著上調；脂肪肥大細胞中有517個蛋白顯著上調。其中，胰蛋白酶（TPSAB1）、羧肽酶A3（CPA3），羧肽酶M（CPM），糜酶1（CMA1）和組織蛋白酶G（CTSG）、造血前列腺素D合酶（HPGDS）以及受體酪氨酸激酶CD117（KIT）和CD203c（也稱為ENPP3）在皮膚和脂肪肥大細胞中特異性表達。進一步作者比較了不同來源的肥大細胞，發現僅有11中蛋白質存在差異，反映了組織微環境對結締組織肥大細胞中蛋白質的影響有限。

人肥大細胞與其他造血細胞的蛋白組學特征分析

為更好地定義人類肥大細胞與造血系統其他譜系的關系，我們對蛋白質組數據與最近發布的血液來源免疫細胞的蛋白質組數據集進行了比較。首先，作者對兩組數據合并，從中取top 15％可變蛋白進行層次聚類。結果顯示兩種肥大細胞類型與淋巴和髓樣免疫細胞出現了分離，原因是由于肥大細胞譜系中出現的肥大細胞特征性蛋白（例如CD82，TRPV2和SLC44A2）的高表達和循環淋巴和髓樣免疫細胞譜系的蛋白的低表達（例如，組織蛋白酶S [CTSS]，信號調節蛋白α-1[SIRPA]和嗜溫病毒整合位點2B蛋白同源物[EVI2B]）。

進一步分析發現，這兩個肥大細胞子集彼此最接近。在骨髓細胞中，肥大細胞最接近嗜堿性粒細胞；然而，總的肥大細胞與所有粒細胞（嗜中性粒細胞，嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞）的關系非常遠。鑒于粒細胞譜系和肥大細胞具有相似的功能特性（如脫粒和蛋白酶釋放），這種相似性的缺乏可能令人驚訝。

小鼠結締組織肥大細胞的蛋白組學特征

作者進一步從小鼠腹膜滲出細胞（PEC）中純化了結締組織型肥大細胞，并檢測了分選效率；為了比較分析，作者選擇了肥大細胞野生型（Cpa3 ^{+ / +}）或肥大細胞缺乏型（Cpa3^{cre / +}）小鼠的PEC。作者對9種鼠類細胞樣本（來自于純化的腹膜肥大細胞，Cpa3 ^{+ / +} PEC和Cpa3^{cre / +} PEC）進行蛋白組學分析，從中篩選出3,611個可定量蛋白質。

作者接下來將分選的肥大細胞與肥大細胞缺乏的Cpa3^{cre / +}小鼠的PEC進行了比較，發現90種蛋白質在肥大細胞中高表達（相比PECs）。其中，小鼠肥大細胞標記蛋白顯著上調，如羧肽酶A3（CPA3），肥大細胞蛋白酶4（MCPT4）和糜酶1（CMA1）。此外，我們還篩選出人類典型的肥大細胞標志蛋白，如人類胰蛋白酶β2（TPSB2），組織蛋白酶G（CTSG），肥大細胞蛋白酶11（MCPT11），組氨酸脫羧酶（HDC），KIT（CD117）和白介素1受體樣1（也稱為ST-2或IL-33R）。

小鼠肥大細胞缺乏關鍵先天性傳感器受體

接下來，作者比較了腹膜腔中純化的肥大細胞和巨噬細胞的蛋白組學數據（肥大細胞中檢測到4,620個蛋白質，巨噬細胞中檢測到6,669個蛋白質，兩種細胞共有3,914種蛋白質）。結合文獻，作者進一步分析兩種細胞中關鍵模式識別受體（Toll樣受體，TLR）及其與先天免疫細胞功能相關的信號通路成分的表達。在巨噬細胞中可檢測到幾種不同類型的模式識別受體，但在肥大細胞中則無法檢測到，這表明腹膜肥大細胞至少在穩定狀態下不具有廣泛的固有模式識別能力。

人和小鼠肥的肥大細胞蛋白特征比較分析

為比較人類和小鼠肥大細胞之間的相似性，我們將5,575個小鼠腹膜肥大細胞蛋白（純化的腹膜肥大細胞與Cpa3^{cre / +} PECs）與4,458個人脂肪肥大細胞蛋白（純化的脂肪肥大細胞與PBMCs）進行對比分析。根據Ensembl注釋，兩個數據集中的406個蛋白質被鑒定為直系同源物；其中，與非肥大細胞相比，在小鼠和人類肥大細胞中36種蛋白質均顯著過表達。為進一步表征人類（來自脂肪）和小鼠（來自PEC）肥大細胞之間的相似性，作者進行了基因本體論（GO）分析（類別生物學過程）。作者將人和小鼠肥大細胞中富集的GO條目進行散點圖繪制，發現共有的GO項在各個物種之間顯示出非常相似的優勢比，而Pearson相關性的計算顯示出接近完美的相關性（r = 0.94）。其中，碳水化合物和脂質的代謝途徑被富集，表明這些代謝途徑在肥大細胞中的作用。值得注意的是，肥大細胞需要脂質和碳水化合物來生成和維持蛋白聚糖顆粒。

流式細胞分析證實人類肥大細胞蛋白質表達的特異性

作者通過流式細胞術在4種不同來源人肥大細胞和其他PBMC細胞中測試了16種標志物的細胞表面表達（皮膚和脂肪僅包含結締組織型肥大細胞，而肺和結腸組織既包含結締組織型肥大細胞，也包含粘膜型肥大細胞）。CD171，MRGPRX2，SIGLEC6，CD117，CD203c和CD51在肥大細胞上表現出最強的陽性染色，而在PBMC子集上近乎檢測不到。其中，MRGPRX2和CD171在皮膚和脂肪組織的結締組織肥大細胞中呈陽性（而在肺部和結腸細胞中極少表達），表明該受體主要在結締組織表達。此外，SIGLEC6在四種類型的肥大細胞中均呈陽性，表明SIGLEC6是人類通用的肥大細胞標記。

使用MRGPRX2特異性抗體的光免疫療法可導致人體皮膚肥大細胞耗竭

近來，近紅外光免疫療法已引起腫瘤領域大眾關注。該技術通過將光敏劑（例如IR700DX）偶聯的單克隆抗體遞送至腫瘤，然后利用近紅外光照射激活細胞毒性、殺死腫瘤細胞。

為了探究我們能否利用新篩選的人肥大細胞特異性受體（MRGPRX2）結合金紅外光免疫療法在體外特異性清除人體組織中的肥大細胞，我們準備了穿刺活檢皮膚組織：1）體外培養6小時后，向皮膚外植體皮下注射光敏劑偶聯（anti-MRGPRX2-IR700DX）或對照（anti-MRGPRX2）抗體；2）第二天，將培養物暴露在660 nm的光下以激活光敏劑（IR700DX）；3）照射后二十四小時后消化組織，并對細胞懸液進行CD45，CD117和FcεRI染色以檢測肥大細胞和CD14來檢測巨噬細胞。

與注射對照抗體的皮膚樣品相比，IR700DX標記的抗體的光激活消耗了70％至90％的人類肥大細胞，而巨噬細胞的數量沒有減少，這些結果提示從人體皮膚組織中去除特定肥大細胞的可行性。

本文小結

作者為闡明主要肥大細胞功能的結構基礎，通過定量蛋白組學技術分析了原代人和小鼠肥大細胞，發現肥大細胞特有的蛋白質組特征，其具獨特的譜系。接著，作者比較了人與小鼠之間的蛋白質組數據，發現核心肥大細胞功能的進化保守性。除了與脫粒和蛋白聚糖生物合成相關的特定蛋白酶和蛋白質外，肥大細胞還表達可能與神經元和神經遞質代謝相互作用相關的蛋白質。為了研究嚴重過敏性疾病中的靶向細胞消融，他們在人類皮膚活檢中使用MRGPRX2消除肥大細胞。這些蛋白質組學分析表明，肥大細胞在免疫系統中可能具有獨特的作用，成為未來神經性疾病的干預靶點。