趋化因子

趋化因子研究进展北京大学医学部韩文玲简介目前，近50种趋化因子得以发现，成为最大的细胞因子亚家族;趋化因子及其受体具有重要的生理意义和病理作用,在炎症、肿瘤、AIDS等疾病中发挥重要作用，趋化因子相关产品已经进入临床研究，成为新的生物治疗热点;趋化因子的理论和应用研究是目前生命研究的热点之一。趋化因子研究的迅速发展趋化因子研究的标志性成果一、趋化因子（一）概念：趋化因子（chemokines,chemoattractantcytokines，CK）是能使细胞发生趋化运动的小分子细胞因子。趋化运动是指细胞向高浓度刺激物方向的定向运动。C5a和细菌代谢产物细胞因子（IL-8)（二）命名早期：根据CK来源、靶细胞、结构特征而命名。TARC：ThymusandActivation–RegulatedChemokine胸腺和活化调节的趋化因子STCP-1/MDC:StimulatedTCellChemoattractantProtein-1（活化T细胞趋化蛋白-1）Macrophage-DerivedChemokine（巨噬细胞来源的趋化因子）；1999年，国际命名委员会根据CK的结构特征命名。绝大多数CK有4个保守的半胱氨酸（Cys），根据前两个Cys的相对位置不同，可以分为CXC（）、CC（）、C（）和CX3C（）趋化因子。分别用CXCLn、CCLn、XCLn和CX3CLn代表CXC、CC、C和CX3C家族CK，L为Ligand，迄今发现的CK有CXCL1-16，CCL1-28，XCL1-2和CX3CL1。CCL17/TARC，CCL22/STCP-1/MDCCK基因的命名:SCYn:SmallInducibleCytokineGeneSCYAn:CC;SCYBn:CXC;SCYCn:C;SCYDn:CX3C。CK受体的命名规则与此相似，用R即Receptor代替L。目前发现的CK受体有CCR1-11，CXCR1-6，XCR1和CX3CR1。（三）趋化因子的分类1、根据蛋白质的一级结构进行分类：CXC（）趋化因子；CC（）趋化因子；C（）趋化因子；CX3C（）趋化因子。C为半胱氨酸,X为任意氨基酸（1）CXC（α）趋化因子根据该家族CK第一个Cys前是否有ELR（glutamicacid-leucine-arginine,谷氨酸-亮氨酸-精氨酸）结构，分为：ELRCXC趋化因子:…ELRCXC……C……C…CXCL8/IL-8等，趋化Neu，不能趋化Mo；促进血管的生成。非ELRCXC趋化因子:…CXC……C……C…CXCL12/SDF-1等，趋化Lymphocyte或HPC；抑制血管的生成。同源性：CXC家族CK之间：25%-90%。染色体定位：CXCL1-11：4q21；CXCL12：10q11；CXCL13：5q31CXC趋化因子的名称、染色体定位及受体（2）CC（β）趋化因子分类：4CysCC趋化因子:包括多数CCCKs…CC……C……C……6CysCC趋化因子:CCL15/Lkn-1，CCL21/SLC/6Ckine…CC……C……C……C……C……趋化谱：T、B、Mo、Bas、Eos、Neu等。同源性：CC成员之间：25%-70%；定位：CCL1-16,18,23:17q11-12;CCL17,22:16q13;CCL19,21,25,27:9p13CC趋化因子的名称、染色体定位及受体CC趋化因子在17号染色体上成基因簇形式存在（3）C（）趋化因子结构：……C…………C……(2，4位Cys)Ltn1，2(lymphotactin，淋巴细胞趋化素)两个成员，趋化谱：T，BMC定位：1q23(4)CX3C（）趋化因子结构：…CXXXC……C……C……..Fractalkine/neurotactin:分形素/神经趋化素，唯一一个CX3C成员，为膜结合型CK。趋化谱：膜型:Mo,T;重组的趋化因子功能区:Neu。定位：16q13，与CCL17,22紧密连锁。2、根据来源和功能分类：（1）组成性/淋巴组织/自稳性趋化因子：定义：胸腺、淋巴结、脾脏中组成性高表达的CK。靶细胞：初始T细胞、胸腺细胞、记忆细胞。功能：在淋巴细胞的发育、成熟、归巢和再循环过程中发挥重要作用。皮肤、小肠、粘膜组织中也表达此类CKs，与组织特异性淋巴细胞归巢有关。自稳性趋化因子的组织表达（2）诱导性表达趋化因子/炎性趋化因子：定义：在LPS、IL-1、TNF-等刺激下产生的CK。靶细胞：效应细胞。功能：防御功能；反应过度时，有破坏作用。趋化因子的表达模式ConstitutiveInducibleBCA-1NormaltraffickSDF-1HCC-1TECKSLCELCNeoplasiaDC-CK1MDCLARCInfectionInflammationImmunityNAP-2IP-10IL-8RANTESMCPsEotaxinsMIP-1,LTFLKGCP-2GROsTARC炎性趋化因子和自稳性趋化因子成员、受体及靶细胞（3）其它具有趋化活性的细胞因子IGF-1,FGF,HGF等细胞因子具有趋化活性，但它们的主要作用不是趋化作用，不列为CKs。1、CKs分子量小，在8-12KD之间；2、蛋白质一级结构上具有同源性，CXC与CC成员之间：20%-30%；（四）趋化因子的共同结构特点3、多数CKs含有4个保守的Cys，1，3位Cys、2，4位Cys形成功能必须的两对二硫键；4、CKs有2个螺旋，3个折叠；CXCL12/SDF-1的空间构型图（NMR）5、不同CKs具有相似的空间结构。趋化因子的结构、定位及组成二、趋化因子受体趋化因子受体属于7次跨膜的G蛋白偶联受体超家族（GPCRs，G-proteincoupledreceptors）1、7次跨膜，C端位于胞内，有Ser/Thr位点，参与信号转导；(一)趋化因子受体的特点2、不同CKR之间具有同源性；3、胞内区与G蛋白偶联，G蛋白由组成；4、亚单位具有GTP结合位点和GTP酶活性；5、CKR未与CK结合时，呈聚合状态，与GDP结合；与CK结合后，与GTP结合，游离，活化下游效应物.6、与CKR偶联的G蛋白有多种，与趋化运动有关的G蛋白亚单位多为PTX敏感的GI。（二）、趋化因子受体的分类1、根据结合配体的不同，分为CXCR，CCR，XCR,CX3CR。2、根据特异性不同，分为特异性受体、共享性受体、杂合性受体（DARC，Duffy血型抗原，红细胞趋化因子受体）、孤儿受体、病毒受体等。（三）、趋化因子受体的表达1、CKR有其相对特异的表达谱：CXCR4：Neu、Mo;CCR3:Eos、Bas；DARC：RBC趋化因子受体、配体及靶细胞2、CKR的表达具有时、空特异性：（1）在Th细胞的不同阶段，表达不同的CKR：NaïveTh:CCR7,CXCR4;Th0:CCR7,CCR5,CXCR3Th1:CCR5,CXCR3;Th2:CCR3,4,8,CXCR4（2）CKR在DC迁移和功能成熟中具有不同的表达模式:非成熟DC：CCR1，CCR2，CCR5，CXCR4，易于向炎症部位聚集，摄取抗原负载抗原的成熟DC：CCR4，CCR7，CXCR4，便于向淋巴组织迁移TLR调控DC细胞CKR的表达(四)CKR的信号传导途径IL-8+IL-8RGDPGTP.TPKPLCβ2,3PI-3KIP3+DAGCa2+PKCPKBMAPKCKR的信号传导途径三、趋化因子的基本功能（一）趋化作用；（二）上调整合素的表达,活化白细胞；（三）促进细胞脱颗粒和生物活性物质释放:CCL2/MCP-1：Bas释放组织胺；CXCL8/IL-8：Neu产生活性物质，呼吸爆发；（四）调节血管生成：ELRCXC、CCL2促进血管生成；CXCL10、CCL21/SLC抑制血管生成。趋化因子引起的细胞形态改变趋化因子在白细胞迁移中的作用CXCL8/IL-8的作用（五）生长因子活性，促进细胞增殖四、趋化因子在免疫细胞发育、定位及免疫应答中的作用（一）CKs促进免疫细胞发育、成熟：1、CXCL12/SDF-1和CXCR4促进B细胞分化发育成熟；2、CCL25/TECK和CCR9、CXCL12/SDF-1和CXCR4、CCL22/MDC和CCR4等促进T细胞发育成熟；3、CCL3，4/MIP-1、和CCR1，CCR2，CCR5等促进非成熟DC向炎症部位聚集，摄取抗原，发生功能成熟。CXCL12/SDF-1和CXCR4促进B细胞分化发育成熟HPC表达CXCR4，骨髓基质细胞产生CXCL12/SDF-1；CXCL12/SDF-1趋化HPC与基质细胞相互作用，促进HPC向B细胞发育，表达sIg；成熟B细胞对CXCL12/SDF-1反应性，离开骨髓，进入血循环CCL25/TECK和CCR9、CXCL12/SDF-1和CXCR4、CCL22/MDC和CCR4等促进T细胞发育成熟CCL22/MDC和CCR4促进DP与TEC作用，发生阴性选择或成熟为单阳性细胞进入外周胸腺中表达的CK和CKRCCL3，4/MIP-1、和CCR1，CCR2，CCR5等促进DC成熟(二）CCL21/SLC，CCL19/ELC和CCR7、CXCL13/BCA-1/BLC和CXCR5协助T、B、DC细胞在周围免疫器官中正确定位并相互作用T：CCR7;DC：CCR7;B：CCR7、CXCR5;TFH：CXCR5T区HEV：SLC、ELC;B滤泡区HEV：BCA;T与DC在T区作用，分化效应细胞;TFH与B在B区作用，协助Ab产生和类别转换（三）促进效应T细胞回到炎症和感染部位1、TFH：CXCR5，进入滤泡区，辅助B细胞产生抗体的类别转换；2、Th1:CCR5,CXCR3，进入病毒感染等炎症部位；3、Th2:CCR3,4,8,CXCR4，进入过敏反应部位。病原体决定免疫应答（四）CKs促进天然免疫细胞和活化的适应性免疫细胞相互作用1、CKs使Th2活化与组织Eso聚集相联系；2、CTL活化，产生CKs，Mo、NK、Granulocyte聚集，扩大杀伤效应。趋化因子与过敏反应中嗜酸细胞聚集Th2细胞分泌的IL-4、IL-13与IL-1、TNF协同作用，促进Eotaxins-1,2,3、MCP-4产生，趋化Eos、Bas。CTL产生趋化因子白细胞聚集病毒感染部位，放大免疫反应（五）CKs协助记忆、效应T、B细胞向特定组织归巢CLA+T向皮肤归巢：CCL27/CTACK、CCR10，CCL17/TARC、CCR447hiT向小肠归巢：CCL25/TECK、CCR9IgAASC向小肠粘膜归巢：CCL25/TECK、CCR9IgGASC位于慢性炎症部位：CXCL9/Mig、CXCR3，CXCL12/SDF-1、CXCR4T向粘膜归巢：CCL28/MEC。趋化因子及其受体在免疫应答中的作用五、趋化因子调节造血（一）趋化造血前体细胞，调节骨髓造血功能：MIP-1/CCL3、MCP-4/CCL13、TECK/CCL25等25种CKs抑制髓系造血；人MIP-1/CCL3与GM-CSF和M-CSF协同刺激骨髓造血；（二）促进B前体细胞的发育：SDF-1/CXCL12；（三）促进Eos前体细胞发育成熟：Eotaxin/CCL11。六、趋化因子的常用研究方法（一）趋化实验：1、体内实验：皮下、腹腔、静脉注射，观察细胞浸润情况；繁琐。2、体外实验：最常用的方法是Boyden小室法，也称微孔滤膜法。48孔趋化小室，上层放靶细胞，下层放待检测因子，两层之间有聚炭膜隔开；简单易行。细胞类型膜孔径趋化时间Neu:3um30min；Lymphocytes:5um120min；Mo:8um90min反应结束后，洗掉非特异结合细胞，固定、染色，记数。记数方法：高倍镜下每孔随机选5个视野，取平均值。趋化活性表示方法：通常以趋化指数（chemotaticindex,CI）表示。CI指实验组细胞数与对照组细胞