6.趋化因子

趋化因子研究进展北京大学人类疾病基因研究中心北京大学基础医学院免疫学系韩文玲2013年10月09号一、趋化因子（一）概念：趋化因子（chemokines,chemoattractantcytokines，CK）指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。趋化运动的研究历史趋化因子的研究历史趋化因子简介目前，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,在炎症、肿瘤、AIDS等疾病中也发挥病理作用，趋化因子相关产品已进入临床应用研究;目前，趋化因子的理论和应用研究是生命科学的热点之一。（二）命名早期：根据CK来源、靶细胞、结构特征而命名。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。…CXC……C……C……CC……C……C………C…………C……CX3C……C……C…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。CCL22/STCP-1/MDC。C为半胱氨酸,X为任意氨基酸CKR的命名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CCR1-10，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（）；CC（）；C（）；CX3C（）趋化因子。（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；促进血管生成。非ELRCXC趋化因子:…CXC……C……C…CXCL12/SDF-1等，趋化Lymphocyte或HPC；抑制血管生成。同源性：CXC家族CK之间：25%-90%。染色体定位：CXCL1-11：4q21；CXCL12：10q11；CXCL13：5q31（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;CCL19,21,25,27:9p13。CC趋化因子的名称、染色体定位及受体CC趋化因子基因在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：Mo,T;定位：16q13，位于CCL17和CCL22之间。ChromosomalMapoftheHumanChemokineandChemokineReceptorGenesZlotnikA,etal.Immunity,2012May25;36(5):705-16.HumanandmousechemokinesZlotnikA,etal.Immunity,2012May25;36(5):705-16.HumanandmousechemokinesZlotnikA,etal.Immunity,2012May25;36(5):705-16.2、根据来源和功能分类：炎性趋化因子（inflammatorychemokines）；自稳性趋化因子（homeostaticchemokines）；双功能趋化因子（dual-functionchemokines）。（1）炎性趋化因子（inflammatorychemokines）又名：诱导性表达趋化因子；定义：在LPS、IL-1、TNF-等刺激下产生的CK；特点：靶细胞广泛，受体多不单一；靶细胞：效应细胞；功能：参与炎症反应，有防御功能；反应过度时，有破坏作用。（2）自稳性趋化因子（homeostaticchemokines）又称：组成性表达趋化因子、淋巴组织趋化因子；定义：胸腺、淋巴结、脾脏中组成性高表达的CK；特点：靶细胞较窄，对受体的选择性较高；靶细胞：天然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。（3）双功能趋化因子（dual-functionchemokines）定义：既具有免疫防御功能，同时也参与白细胞发育和免疫监视的趋化因子；特点：对靶细胞和相应受体均有较高的选择性。趋化因子的分类1、CKs分子量小，在8-12kD之间；2、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的N端可折叠性好，功能必须；有3个折叠，C端有1个螺旋；CXCL12/SDF-1的空间构型图（NMR）ChemBiolDrugDes2008;72:97–110.5、不同CKs具有相似的空间结构趋化因子的单体、双体和四聚体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的发现受体的鉴定对于趋化因子能否归属于细胞因子具有决定性意义。1991年，以Holmes和Murphy为代表的两个独立研究小组分别从中性粒和分化的HL-60细胞cDNA文库中分离到IL-8/CXCL8的两个独立受体（CXCR1和CXCR2），并在同一期《Science》杂志上发表。CXCL8受体是第一个被发现的趋化性细胞因子受体，标志着一类具有趋化活性的新细胞因子及其受体的存在。趋化因子受体属于G蛋白偶联受体超家族（GPCRs，G-ProteinCoupledReceptors）1、7次跨膜，N端位于胞外，C端位于胞内，富含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。TianJinetal,Cytokine44(2008)1–8.YeH.Ooetal,JournalofAutoimmunity34(2010)45–54.6、与CKR偶联的G蛋白有多种，但与趋化运动有关的多为PTX（Pertussistoxin，百日咳毒素）敏感的Gi；PTX能催化Gαi亚基的ADP发生核糖基化,降低其与GTP的结合。（二）CKR的分类1、根据结合配体的不同，分为CXCR，CCR，XCR,CX3CR。2、根据特异性和来源不同，分为特异性受体、共享性受体、诱饵受体等。趋化因子及其受体DomanskaUMetal,RevOncolHematol.2010Aug13.[Epubaheadofprint].趋化因子受体的分类DavidVindrieux,etal.Endocrine-RelatedCancer(2009)16663–673.（三）CKR的表达特点1、CKR有其相对特异的表达谱：CXCR4：Neu、Mo;CCR3:E、Ba；DARC：RBC2、CKR的表达具有时、空特异性：（1）不同分化阶段的Th细胞表达不同的CKR：YeH.Ooetal,JournalofAutoimmunity34(2010)45–54.MainfeaturesofhumanTh17,aswellasclassicandnon-classicTh1,cellsAnnunziatoF,etal.TrendsImmunol.2012Jun6.[Epubaheadofprint]Immunecellsubsets(1)MaeckerHT,etal.NatRevImmunol.2012Feb17;12(3):191-200.趋化因子受体在不同亚类T细胞中的表达谱NatureImmunology,2008,9(9),970-980（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：CCR1，2，5，CXCR4，易于向炎症部位聚集，摄取抗原；成熟DC：CCR4，7，CXCR4，负载抗原,向淋巴组织迁移。TheEMBOJournal(2008),1–10趋化因子及其受体在免疫系统的表达和功能YeH.Ooetal,JournalofAutoimmunity34(2010)45–54.(四)CKR的信号传导途径DomanskaUMetal,RevOncolHematol.2010Aug13.[Epubaheadofprint].（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：Ba释放组织胺；CXCL8：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。三、趋化因子的基本功能趋化因子的基本功能趋化因子引起的细胞形态改变CXCL8/IL-8的作用（五）调控免疫细胞分化、发育、成熟、归巢、相互作用等。RoadsignsandtrafficdirectorsIfweimaginethatthebodyhasaseriesofcellularhighwaysrunningthroughit,thenthechemokinescanbecomparedto‘trafficdirectors’responsibleforsendingcellsthatexpresstheappropriatereceptortospecificlocations.AlbertZlotniketal,NatureReviewsImmunology,2011,Sep,11,597-606.趋化因子参与T细胞发育趋化因子参与免疫细胞在周围免疫器官的定位AlbertZlotniketal.NatureReviewsImmunology,2011,Sep,11,597-606.趋化因子与免疫细胞迁移趋化因子与免疫细胞定位AlbertZlotniketal.NatureReviewsImmunology,2011,Sep,11,597-606.CCR6–CCL20-dependententryofTh17cellsintotheCNSEl-behiMetal,JNeuroimmunePharmacol.2010Jun;5(2):189-97.四、趋化因子与疾病CKR与疾病疾病相关趋化因子受体在免疫细胞中的表达RichardHoruk.Naturereviews,drugdiscovery,2009,Jan,8,23-33.AIDS:获得性免疫缺陷综合症（AcquiredImmunodeficiencySyndrome,AIDS）CD4分子和CCR5、CXCR4等CKR是HIV-1感染人体细胞所必须的受体；针对CCR5的小分子抑制物Maraviroc已获FDA批准并于2007年8月上市。（一）CKs与AIDSCCR5、CXCR4是