趋化因子及其受体

DEPARTMENTOFIMMUNOLOGY趋化因子及其受体(Chemokines&Chemokinesreceptors)DepartmentofImmunology，ShanghaiMedicalCollegeFudanUniversity洪晓武iaowuhong@CytokinegeneInducingstimulusCytokine-producingcellCytokineGeneactivationReceptorsignalBiologicaleffectsOverviewoftheinductionandfunctionofCytokineIL-33:asheepinwolf'sclothing?MassimoGadinaEmail:m.g.gadina@qub.ac.uk

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Queen'sUniversityBelfast

WhitlaMedicalBuilding

97LisburnRoad

Belfast

BT97BL

Telephone(work):

+44(0)2890972206Fig.1.Modelforthepotentialanti-inflammatoryeffectsofIL-33.ThedualeffectsofIL-33activityaredepicted.TheprecursorformofIL-33isprocessedinthecytoplasm,possiblybytheactivityofamultiproteincaspase-1–containingcomplexknownasaninflammasome.Oncereleasedfromthecell,IL-33bindsitsreceptorcomplexatthecellsurface.Thiscomplex,whichcontainsST2and(byanalogytootherIL-1receptorfamilymembers)anas-yet-unidentifiedaccessoryreceptorrecruitstheTIRdomain–containingadaptorMyD88toitsintracellulardomainthroughahomotypicTIR-TIRinteraction.Subsequentrecruitmentoftheserine-threoninekinasesIRAK1andIRAK4anddownstreamactivationoftheE3ligaseTRAF6arethoughttodriveNF-κBandMAPKactivationandthesubsequentproductionoftheTh2-specificcytokinesIL-4,IL-5,andIL-13.UnprocessedIL-33accumulatesinthenucleus,whereitactsasatranscriptionalrepressor.NEMO,NF-κBessentialmodifier.SIGGR,singleimmunoglobulinIL-1R-relatedmolecule.趋化因子的结构与功能一、趋化因子概述二、趋化因子受体三、趋化因子的结构特点四、趋化因子的生物学作用五、某些应用趋化因子的发现趋化因子的共性趋化因子的分类趋化因子概述趋化因子的发现起始期(80s中)未形成概念PF4成熟期(80s后)完整概念/分类大量趋化因子高潮期(90s中)发现CCR5新趋化因子及受体1992年只分为ＣＸＣ类(α)：4个保守的Cys，第一个和第二个Cys间隔1个氨基酸ＣＣ类(β)，4个保守的Cys，第一个和第二个Cys相邻1994年发现了Ｃ类趋化因子(γ)缺少第一个和第三个Cys，仅lymphotactin，主要对ＣＤ8+Ｔ淋巴细胞有趋化作用.1995年鉴定了ＣＣ类趋化因子MIP-5/HCC2、MIP-1r、Eot1和mMRP-21996年又克隆了ＣＸＣ类趋化因子SDF-1/PBSFＣＣ类趋化因子HCC1和TARC1997年发现了第4类趋化因子ＣＸ3Ｃ类趋化因子(δ),不规则趋化因子（fractalkine）或神经元趋化因子（neurotactin）1种，Ｔ细胞、单核细胞和中性白细胞的趋化剂。

1992年，国际研讨会建议把对白细胞有化学趋化作用的细胞因子(Chemoattractantcytokines)简称为趋化因子(chemokines)，其特征和功能为:ａ使细胞骨架重排，引起细胞形态改变；ｂ肌动蛋白的聚合与断裂，引起板层足(lamellipodia)的形成和退缩(retraction)；ｃ引起整合蛋白的上调和活化，使白细胞粘附血管壁的内皮细胞；ｄ使活化的白细胞内游离钙离子浓度升高；ｅ产生杀微生物的活性氧及有生物活性的脂类物质；ｆ释放贮存于细胞内颗粒的内容物,如中性白细胞和单核细胞内的蛋白水解酶、嗜碱性白细胞内的组胺和白三烯、嗜酸性白细胞内的细胞毒性物质.而且在非正常生理状态趋化因子和细胞因子细胞因子由非免疫细胞（如血管内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等）和免疫细胞产生；小分子蛋白，分子量约8~80kD；在免疫细胞分化发育、免疫调节、炎症反应、造血功能中均发挥重要作用；广泛生物学活性；参与人体多种生理和病理过程的发生和发展。

细胞因子白细胞介素（interleukin，IL）

干扰素（interferon，IFN）

肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF）

集落刺激因子（colonystimulatingfactor，CSF）生长因子（growthfactor，GF）趋化因子（chemokine）：趋化性细胞因子

细胞因子与趋化因子的区别与联系趋化因子属于细胞因子的一类。趋化因子分子量小，仅8～10KD。细胞因子范围较广，8～80KD。趋化因子功能主要是趋引免疫细胞至感染和炎症部位；细胞因子功能极为广泛：发育、调节、造血、炎症等。趋化因子（chemokine）命名来源于（chemoattractantcytokine）；又称趋化性细胞因子；小分子量蛋白质，70-100氨基酸组成所有有核细胞分泌，血小板、红细胞趋化因子（chemokine）组成性、诱导性表达趋化因子炎症性、内环境稳定性趋化因子对不同靶细胞具有趋化效应的细胞因子家族可诱导不同免疫细胞的定向运动，并参与其激活趋化因子的分类(半胱氨酸的数量和位置)α(CXC)4个C，近N端两个C分隔多个成员β(CC)4个C，近N端两个C相邻多个成员γ(C)2个C，其中一个近N端Lymphotactinσ(CX3C)4个C，近N端两个C分隔Fractalkine趋化因子的共性

小分子蛋白：70－90aa(8－10KD)结构相近：含保守C20－70％aa同源功能类似：具趋化等作用MCP-1

APVTCCYNFTNRKISVQRLASYRMCP-2

AQPDSVSIPRTCCFNVINRKIPIQRLESYTMCP-3

NTSTT

CCYRFINKKIPKQRLESYMCP-4

NVPSTCCFTFSSKKISLQRLKSMIP－1α

DTPTACCFSYTSRQIPQNFIADYFETMIP－1β

DTPTACCFSYTSRQIPQNFIADYFETRANTES

DTTPCCFAYIARPLPREotaxin

PTTCCFNLANRKIPLQRLESYRI309

VPFSRCCFSFAEQEIPLR

AILCPARC

AQVGTNFELCCLVYTSWQIPQKFIVDYSTARC

NVGRECCLEYFKGARPLRKSLC

SDGGAQDCCLKYSQRKIPAKVVRSYRKQEPSLGCSIPAILFLPRKRSQ

部分CC趋化因子N端序列

PF-4

AEAEEDGDLQCLCVKTTSQVRPRHPBP

LSLLLLTALASSTKGQTKRNLAKGKEESLDSDLYAELRCMCIKTTSGIHPKNGRO

MARAALSAAPSNPRLLRVALLLLLLVAAGRRAAGASVATELRCQCLQTLQGIHPKNIGROb

MARATLSAAPSNPRLL

RVALLLLLLVAASRRAAGAPLATELRCQCLQTLQGIHLKNIGROc

MAHATLSAAPSNPRLLRVALLLLLLVGSRRAAGASVVTELRCQCLQTLQGIHPKNIIL-8

MTSKLAVALLAAFLISAALCEGAVLPRSAKELRCQCIKTYSKPFHPKENA78

AGPAAAVLRELRCVCLQTTQGVHPIP－10

MNQTAILICCLIFLTLSGIQGVPLSRTVRCTCISISNQPVNPRMIG

MKSAVLFLLGIIFLEQCGVRGTLVIRNARCSCISTSRGTIHYSDF－1

SDGKPVSLSYRCPCRFFESHVARANVKHKILNTBLC

VLEVYYTSLRCRCSGVISTVVGLNIIDRQILPRGN部分CXC趋化因子N端序列趋化因子的分类家族 统一命名定位表达细胞受体CXC家族含ELR(glutamate-leucine-arginine) Gro/MGSA-a CXCL1 4q12-13 N/nT CXCR2Gro/MGSA-b CXCL2 4q12-13 N CXCR2Gro/MGSA-g CXCL3 4q12-13 N CXCR2ENA-78 CXCL5 4q12-13 N CXCR2GCP-2 CXCL6 4q12-13 N CXCR1/2NAP-2 CXCL7 4q12-13 N CXCR2IL-8 CXCL8 4q12-13 N/NK/nT CXCR1/2无ELRPF-4 CXCL4 4q12-13 F/En unknown Mig CXCL9 4q21.21 aT CXCR3 IP-10 CXCL10 4q21.21 aT CXCR3 I-TAC CXCL11 4q21.21 aT CXCR3 SDF-1/PBSF CXCL12 10q11.1 B/T/CD34+ CXCR4 BLC/BCA-1 CXCL13 4q21 B CXCR5 BRAK CXCL14 5p31 B/MCXCL16 CXCL1 17p13 T/NK CXCR6 趋化因子的分类家族 统一命名定位表达细胞受体CC家族

I-309

CCL1 17q11.2 M/T CCR8MCP-1/MCAF

CCL2 17q11.2 M/nT/Ba CCR2/11MIP-1a CCL3 17q11.2 M/nT CCR1/51MIP-1b CCL4 17q11.2 M/nT CCR5RANTES

CCL5 17q11.2 M/nT/E/Ba CCR1/3/5MCP-3

CCL7 17q11.2 M/nT/E CCR1/2/3MCP-2

CCL8 17q11.2 M/nT/E CCR2/3/11eotaxin

CCL11 17q11.2 E/Ba CCR3MCP-4

CCL13 17q11.2 M/T/E CCR2//311HCC-1

CCL14 17q11.2 M CCR1

趋化因子的分类家族 统一命名定位表达细胞受体CC家族

HCC-1

CCL14 17q11.2M CCR1HCC-2/Leukotactin-1

CCL15 17q11.2 M/N/L CCR1/3HCC-4/LEC

CCL16 7q11.23 M/E CCR1/2TARC

CCL17 16q13 CD4+ CCR4

PARC/DC-CK1/AMAC-1CCL18 17q11.2T/B/DCunknownELC/MIP-3bCCL199q13T/B/DCCCR7

LARC/MIP-3a/exodus-2CCL202q33-3T/B/imDCCCR6 SLC/6Ckine/exodus-2CCL219q13T/B/DCCCR7MDC/STCP-1

CCL22 16q13 CD4+ CCR4MPIF-1

CCL2311q11.2M/TCCR1MPIF-2/eotaxin-2

CCL247q11.23 T/E/Ba CCR3TECKCCL2519p13.2nTCCR9eotaxin-3CCL267q11.23E/BaCCR3ILC/CTACK/EskineCCL279q13 nT CCR10MEC

CCL28 5q nT CCR10C家族

Lymphotactin

XCL1.2 1q23 T/B/NK? XCR1CX3C家族

fractalkine

CX3CL1 16q13CD8+/NK/M CX3CR1 趋化因子的结构趋化因子的多聚化趋化因子的结构特点与功能趋化因子的结构特点趋化因子的多聚化二聚体为多见趋化因子的结构特点趋化蛋白结构与功能的关系 N端序列：与其受体结合 C端a螺旋：传导信号ELR序列：Glu-Leu-Arg序列，CXC趋化因子特有，与中性粒细胞趋化、血管生成密切相关。趋化因子的生物学作用趋化因子受体的结构趋化因子受体及其配体趋化因子受体与配体的结合趋化因子受体CCR5在细胞膜上的分布N端细胞膜细胞质端CDRYLIA区几个特点：1、趋化因子与受体间只在家族内部行使功能2、某些病毒能产生趋化因子受体样分子PromiscuousDrasOrphansViralU28ECFR3SpecificCCR9CCR7CCR8CX3CR1CXCR4CXCR1CCR5CCR4CCR3CCR2CCR1CXCR3CXCR2SharedRANTESMCP-1MIP-1aMIP-1bNAP-2ENA-78GRO-aRANTESMCP-3,4EotaxinRANTESMCP-1MIP-1aTARCRANTESMCP-2,3MIP-1aRANTESMIP-1aMIP-1bPromiscuousMIP-3aMIP-3bI-309FracktalkineNeurotactinSDFIL-8RANTESMCP-1GRO-aIL-8MIP-1a,b,gIL-8NAP-2ENA-78IP-10MigMCP-1MCP-2MCP-3MCP-4MCP-5受配体结合的生物学意义：1、G蛋白传递信号2、胞内钙离子流动3、沿趋化因子浓度梯度的细胞迁移趋化因子的生物学作用稳态（homeostasis）炎性趋化（inflammatory）病原因子作用下，由感染部位的固有细胞或渗出细胞分泌，以募集单核、中性、淋巴细胞至感染部位发挥作用。指导淋巴细胞生理性迁徙和定位指导淋巴细胞出血管、循环趋化蛋白的生理和病理学作用

与淋巴细胞的迁移有关 与炎症性疾病相关

HIV及其它病毒感染性疾病 促进或抑制新生血管生成作用 造血生成作用 与肿瘤的相互作用趋化因子与淋巴细胞迁移1、趋化淋巴细胞向局部炎症迁移2、趋化淋巴细胞归巢与淋巴细胞的迁移有关趋化因子与淋巴细胞发育趋化因子与淋巴细胞发育和归巢趋化因子与淋巴细胞归巢趋化因子与淋巴细胞发育SDF-1(stromalcell-derivedfactor1)MDC(macrophage-derivedchemokine)TARC(ThymusandActivator-regulatedchemokine)MIP(macrophageinflammatoryprotein)与淋巴细胞发育相关的趋化因子SDF-1前B细胞生长刺激因子对祖B、前B有强趋化作用与其配体CXCR4在髓样细胞、B细胞形成中起重要作用在T细胞胸腺发育中亦起重要作用趋化因子与淋巴细胞归巢SLC(secondarylymphoidtissuechemokine)TARC(ThymusandActivator-regulatedchemokine)CCR7趋化因子与T细胞归巢SLC和CCR7淋巴细胞表面的CCR7与高内皮静脉（HEV）表面的SLC相互作用，使淋巴细胞归巢至二级淋巴器官。CCR7缺失，导致二级淋巴器官的初始T细胞明显减少。重组纯化SLC对T细胞有高效趋化作用。趋化因子与B细胞归巢BAC-1和CXCR5BAC-1(Bcell-activatingchemokine-1)：表达于二级组织的滤泡区，系成熟B细胞的高效趋化因子。调节B向二级淋巴组织归巢。BAC-1与B细胞表面CXCR5作用。表达CXCR5的CD4+T记忆细胞也可归巢于滤泡。NatureImmunology,2005,6(9):895-901NatureImmunology,2005,6(9):889-894趋化因子与炎症反应与炎症性疾病相关与炎症性疾病相关血管球性肾炎骨关节炎与炎症性疾病相关牛皮癣病毒性脑膜炎趋化因子与病毒感染HIV的感染经由趋化因子趋化因子的抗HIV活性疫苗的分子设计趋化因子与HIV感染AIDS当今世界致死率最高的病毒性疾病特点：全球HIV感染者逾4000万中国感染者100万药物治疗费用昂贵：1～5万美元/年迄今30余种候选疫苗，但均不尽理想AIDS感染Gp120之V3loopCCR5CXCR4CD4+T细胞巨嗜细胞HIV及其它病毒感染性疾病CD4CXCR4BindingFusion&EntryNuclearlocalization&entryReversetranscriptionIntegrationInfectiongp120p24ViralRNART&othervirionproteinsExpressiongp120p24ViralRNART&othervirionprteinsBuddingAssemblyViralGeneTranscriptionTranslationPost-translationalprocessingCellularActivationAIDS治疗CCR5CXCR4突变体拮抗剂感染巨噬细胞、CD4＋T细胞趋化因子的抗HIV活性CD8＋T细胞通过释放可溶性细胞因子清除HIV感染的细胞

RANTES,MIP-1a,MIP-1b在ng/ml浓度下可显著抑制HIV的复制趋化因子与肿瘤趋化因子与移植排斥趋化因子与SLE趋化因子与疾病趋化因子与肿瘤与肿瘤相关的趋化因子ELR-CXC：MIG，血管生成因子非ELR-CXC：IP-10，PF-4，血管稳定因子LptnIL-8ELR-CXC和非ELR-CXC之间的表达平衡决定肿瘤的生长、转移、逆转肺癌鳞癌表达高水平IP-10，转移力差，病人存活率高。肺癌鳞癌表达低水平IP-10，转移力强，病人存活率低。增加ELR－CXC趋化因子如Mig表达，可抑制非小细胞肺癌生长。与肿瘤相关的趋化因子IL-8：具有潜在的抑制肿瘤作用。Lptn：诱导T细胞和NK细胞浸润于肿瘤局部，抑制肿瘤，需与IL-2配合。IP-10&Mig：Th1细胞趋化剂，诱导CD8＋T浸润肿瘤，杀伤肿瘤。NatureImmunology,Vol.5Number2,February2004TheCommitteeonImmunologyandDepartmentofPatholog,UniversityofChicagoNatureImmunology,Vol.5Number2,February2004

LIGHTAmemberoftheTNFsuperfamily.(Ref.Immunity8,21-30,1998)Lymphotoxinsinducibleexpression,competedwithherpessimplexvirusglycoproteinDforHVEM,areceptorexpressedbyTlymphocytes

LIGHTHSCgdLTbRHVEM(Stroma,Tu)(Tcells)LIGHTrendersthehostresistanttotumorNatureImmunology,Vol.5Number2,February2004

趋化因子与移植趋化因子与移植排斥急性排斥反应多属迟发型超敏反应的细胞免疫应答,伴有体液免疫的参与,早期病变以单个核细胞浸润为特征。同种大鼠肾移植术后第一天开始,移植物内巨噬细胞和Ｔ细胞浸润不断增加,RANTES和MIP-1a的mRNA表达在术后1～3天持续增加术后第四天达到顶峰，MCP-1的mRNA表达呈显著的抗原特异性升高,且与间质炎性浸润相一致;RANTES和MIP-1a4～6天达到平台期术后5～6天移植肾内Ｔ细胞明显减少时，MCP-1表达也降至同基因对照组水平。ＣＣ家族趋化因子参与急性排斥反应的炎性浸润；急性排斥反应过程大鼠肾移植术后6小时RANTES的mRNA表达一过性升高,术后3～6天时持续升高，并伴有IFN-g水平的增高术后早期RANTES升高可能继发于缺血再灌注损伤,并触发免疫应答,导致排斥反应发生研究慢性排斥模型术后7天、14天、28天，移植心MCP-1基因表达水平是受者自体心脏的8～12倍，MCP-1的持续过量表达将引起慢性移植心的血管硬化。临床心脏移植受者血清MCP-1水平与移植后冠状动脉病（T×CAD）术后发生T×CAD者的血清MCP-1水平显著高于正常对照组及未发生的移植受者,高水平的MCP-1可能预示着患者存在长期持续的免疫活化状态。发生慢性排斥反应的肾移植患者尿MCP-1水平显著高于肾功能稳定患者和健康人其浓度与血肌酐、胆固醇、尿蛋白和动脉血压水平相关,提示MCP-1的升高是这一系列危险因子导致慢性移植物失功的重要分子机制。MCP-1及其受体CCR2基因敲除的小鼠体内动脉硬化的进展被显著抑制，特别是巨噬细胞的浸润受到抑制MCP-1在慢性移植后血管病的形成和发展中可能起重要作用趋化因子与SLE趋化因子与自身免疫性疾病系统性红斑狼疮（SLE）东方人和黑人育龄妇女常见。多克隆淋巴细胞非特异活化抗体介导的损伤发病特征：关节疼痛、面部蝶形红斑、血尿、蛋白尿、白细胞贫血。血液中含大量自身抗原和抗原－抗体复合物。免疫病理由抗原－抗体复合物沉积于关节、肾小球基底膜致炎症。系统性红斑狼疮（SLE）：

一类不治的器官非特异性自身免疫病。患者多种组织、脏器受损。脸部红斑（左下）、下肢狼疮青斑（右下）、形成紫红色染色狼疮细胞为SLE的典型病变。右上图为SLE发病的全球分布。高发区低发区未知区与SLE相关的趋化因子IL-8TNF-aIP-10CCR4MCP-1与SLE相关的趋化因子IL-8SLE患者红细胞表面IL-8R结合IL-8活性下降，使血循环IL-8清除速率下降TNF-aSLE患者血浆和尿中TNF-a增高与SLE相关的趋化因子IP-10IFN诱导蛋白，特异趋化Th1细胞，影响IFN-g分泌，密切影响SLE活动。CCR4表达于Th2细胞，活动期SLE患者CCR4表达明显升高，与SLE活动指数明显相关。与SLE相关的趋化因子MCP-1SLE狼疮肾炎患者MCP-1明显升高，促进新月体形成和肾间质损害。总之，趋化因子促进了白细胞浸润、蛋白尿和肾损伤，与SLE发生发展密切相关。MCP-1Lymphotactin,LtnIL-8重要趋化因子举例MCP-1MonocyteChemoattractantProtein-1第1个被克隆的的CC族趋化因子99个氨基酸，10KD受体为CCR2趋化和激活单核细胞，参与炎症和组织修复激活T、NK细胞，提高CTL杀伤作用与Th2型免疫应答密切相关Lymphotactin,LtnC族趋化因子唯一的成员人和小鼠1号染色体93个氨基酸，10KD缺乏第1，3个保守的Cys残基具有比其他趋化因子长20～30个氨基酸的C端O连接糖蛋白Ltn的表达与调节主要由激活的CD8＋T细胞和NK细胞产生NKT、肥大细胞、嗜碱粒细胞、gdT细胞、Th1、DC、血管内皮细胞等也可表达。小鼠的脾脏、胸腺有少量表达；人广泛分布，淋巴组织最高，胸腺、脾脏、外周血较高；CD28、IL-2、g-IFN可抑制其表达；IL-4可促进其表达Ltn的受体——XCR1人XCR1，