趋化因子受体家族2011年硕士

在免疫系统中，各种免疫细胞均能合成和分泌小分子的多肽类因子,它们调节机体的免疫调节功能,参与免疫细胞的增殖,分化和行使功能,这些因子统称为细胞因子(cytokine)。细胞因子除存在于免疫系统外，在机体的各个系统也广泛存在,发挥极为重要的生理调节作用。与免疫有关的细胞因子主要包括淋巴细胞产生的淋巴因子、单核巨噬细胞产生的单核因子、白细胞介素(interleukin,IL)、干扰素(interferon,IFN)、集落刺激因子(colonystimulatingfactor,CSF)、肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)、趋化因子(chemokine)、转化生长因子（transforminggrowthfactor,TGF）等,它们在免疫系统中起着非常重要的调控作用,在异常情况下也会导致免疫病理反应。第一页，共74页。趋化因子是在多种刺激物如生长因子、干扰素、细菌产物、病毒感染等因素的刺激下，成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞等分泌的一类小分子物质，它们大多具有促细胞分裂和趋化活性，可诱导多种免疫细胞到炎症部位，因此，趋化因子在机体的防御和炎症反应等方面起着重要的调节作用。新近研究表明，趋化因子在多种肿瘤的生长、转移过程中发挥重要作用。第二页，共74页。肿瘤细胞趋化因子表达谱差异的生物学意义越来越多的研究证实多数肿瘤可分泌多种异常高水平的趋化因子。根据趋化因子表达谱的差异，决定了肿瘤浸润白细胞的种类与浸润程度。某些肿瘤可利用与宿主的特异性趋化因子受体结合机制得以筛选进而获得生长优势。并与一些表型如：激素/生长因子不依赖性靶器官特异性（肝，肺，骨，淋巴）转移机制有关，如通过排泌IL-8和GCP-2等趋化因子可募集嗜中性白细胞并上调蛋白酶活性，从而降解细胞外基质，促进肿瘤细胞的侵袭转移等。第三页，共74页。肿瘤细胞自身可合成多种生物活性物质，如异位激素、生长因子及多种趋化因子，并不受宿主调控，其细胞因子信号传导通路异常的机制尚不清楚!虽然证实肿瘤细胞所分泌的趋化因子在氨基酸组成和蛋白结构上与正常细胞的产物完全相同，但可以确定是与正常机体组织反应所诱导的机制不同。肿瘤细胞趋化因子分泌的时相调控机制与相关信号通路有待进一步阐明，肿瘤源性趋化因子转录后水平的蛋白质修饰、糖基化差异有可能是导致异常生物学活性与作用途径的机制。第四页，共74页。趋化因子是一组具有趋化作用的细胞因子,能吸引免疫细胞到免疫应答局部,参与免疫调节和免疫病理反应。目前，发现近50种趋化因子，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、肿瘤等疾病中发挥重要作用，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科学研究的热点之一。第五页，共74页。一、趋化因子（一）概念：趋化因子（chemokines,chemoattractantcytokines，CK）是一组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。它们多为小于100个氨基酸的小分子多肽.C5a和细菌代谢产物细胞因子（IL-8)第六页，共74页。（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）；

第七页，共74页。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的相对位置不同可主要分为4个趋化因子亚家族:CXC（）、CC（）

、C（）

和CX3C（）

趋化因子。分别用CXCLn、CCLn、XCLn和CX3CLn代表CXC、CC、C和CX3C家族的不同成员，L为Ligand，迄今发现的CK有CXCL1-16，CCL1-28，XCL1-2和CX3CL1。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。

第八页，共74页。CXC家族成员多数基因定位于第4对染色体包括IL-8、IP-10(IFNinducibleprotein-10)、MGSA等.CC家族成员多数基因定位于第17对染色体包括MIP-1α，β(macrophageinflammatoryprotein)、MCP-1(macrophagechemotacticprotein)、RANTES(regulateduponactivation、normalTexpressedandsecreted)等。C家族只有一个成员Lymphotactin，基因定位于1号染色体CX3C家族也只有一个成员Fractalkine(neurotactin)，基因定位于第16对染色体。第九页，共74页。（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为任意氨基酸第十页，共74页。（1）CXC（α）趋化因子在CXCL家族趋化因子中，前两个半胱氨酸被一个非固定氨基酸隔开，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，分为两类：ELRCXC趋化因子:

包括CXCL8/IL-8、CXCL1，2，3/GRO-α，β，γ、CXCL5/ENA-78、CXCL6/GCP-2和CXCL7/NAP-2，绝大多数ELR趋化因子对嗜中性粒细胞有强烈的趋化活性，但不能趋化单核细胞。非ELRCXC趋化因子:

包括CXCL4/PF4、CXCL10/IP-10、CXCL9/MIG、CXCL12/SDF，这些趋化因子是淋巴细胞或造血细胞的高效趋化剂，对嗜中性粒细胞没有趋化作用。

同源性：CXC家族CK之间：25%-90%。染色体定位：CXCL1-11：4q21；CXCL12：10q11；CXCL13：5q31第十一页，共74页。CXC趋化因子的名称、染色体定位及受体第十二页，共74页。（2）CC（β）趋化因子趋化谱较宽，对单核细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、T淋巴细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞均有趋化作用，有些CC趋化因子对中性粒细胞也有一定的趋化作用。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……

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第十三页，共74页。CC趋化因子的名称、染色体定位及受体第十四页，共74页。CC趋化因子在17号染色体上成基因簇形式存在第十五页，共74页。（3）C（）趋化因子

目前发现的C家族趋化因子成员有XCL1/lymphotactin和XCL2/lymphotactinβ两种，它们只有趋化因子所具有的第二个和第四个半胱氨酸，对T淋巴细胞、B淋巴细胞和自然杀伤细胞有明显的趋化作用。结构：……C…………C……(2，4位Cys)

定位：1q23第十六页，共74页。(4)CX3C（）趋化因子CX3CL1/Fractalkine/neurotactin是人CX3C家族趋化因子的唯一成员，属于膜结合型趋化因子。它的结构特殊，其cDNA编码397个氨基酸残基，包括信号肽（24个氨基酸），趋化因子功能区（37个氨基酸），17个粘蛋白样重复单位（241个氨基酸），穿膜区（19个氨基酸）和胞浆区（37个氨基酸）。膜结合型神经趋化素能趋化单核细胞和T淋巴细胞，但对中性粒细胞无趋化作用。神经趋化素基因与CCL17/TARC和CCL22/STCP-1连锁，位于16号染色体。结构：…CXXXC……C……C……..

定位：16q13。第十七页，共74页。第十八页，共74页。

2、根据来源和功能分类：几乎所有的细胞在一定条件下，均可产生趋化因子，根据产生模式不同分为：（1）组成性/淋巴组织/自稳性趋化因子：CXCL12、CCL25等

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。（2）诱导性表达趋化因子/炎性趋化因子：CXCL7、CXCL10等

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。

第十九页，共74页。趋化因子的表达模式第二十页，共74页。炎性趋化因子和自稳性趋化因子成员、受体及靶细胞第二十一页，共74页。（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。第二十二页，共74页。1、来自同一个祖先基因

,CKs分子量小，在8-12KD之间；2、蛋白质一级结构上具有同源性，不同成员在氨基酸水平上有21％～90％的同源性，CXC与CC成员之间：20%-30%；同一亚族不同成员间同源性为25％～90％。

（四）趋化因子的共同结构特点第二十三页，共74页。3、多数CKs含有4个保守的Cys的保守基序(motif)，组成特征性的两个二硫键

；第一个Cys前的N端肽段较短，约4～12氨基酸，第4个Cys后C端肽段较长，为18～24氨基酸。第二十四页，共74页。4、CKs有2个螺旋，3个折叠；第二十五页，共74页。CXCL12/SDF-1的空间构型图（NMR）第二十六页，共74页。5、不同CKs具有相似的空间结构。6、其相应的受体属于G蛋白偶联受体，这类受体有7个跨膜区(sevenpredicatedtransmembranedomains,STR)，在胞浆内与三个亚单位所组成的G-蛋白(heterotrimericGprotein)相偶联。第二十七页，共74页。趋化因子的结构、定位及组成第二十八页，共74页。二、趋化因子受体第二十九页，共74页。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）第三十页，共74页。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第三十一页，共74页。2、不同CKR之间具有同源性；第三十二页，共74页。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.第三十三页，共74页。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GI。第三十四页，共74页。（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。第三十五页，共74页。第三十六页，共74页。（三）、趋化因子受体的表达1、CKR有其相对特异的表达谱：

趋化因子受体有其相对特异的表达谱，如CXCR4主要表达于单核细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，CCR3主要表达于嗜酸性粒细胞，DARC只表达于红细胞表面。有些病毒也能编码趋化因子受体，CMV病毒US28开放读码框架编码的趋化因子受体（CMVCKR）能与MCP-1/CCL2等多种CC趋化因子结合，提示它们可能参与病毒逃避宿主免疫监督过程。此外，绝大多数趋化因子富含碱性氨基酸，可与细胞表面糖蛋白的硫酸肝素结合，非特异性地结合到细胞表面。

第三十七页，共74页。趋化因子受体、配体及靶细胞第三十八页，共74页。2、CKR的表达具有时、空特异性：（1）在Th（Thelpercell；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第三十九页，共74页。（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第四十页，共74页。TLR（Toll-likereceptors,TLR）调控DC细胞CKR的表达第四十一页，共74页。(四)CKR的信号传导途径

IL-8+IL-8RGDPGTP.TPKPLCβ2,3PI-3KIP3+DAGCa2+PKCPKBMAPK第四十二页，共74页。CKR的信号传导途径第四十三页，共74页。三、趋化因子的基本功能第四十四页，共74页。趋化因子与受体结合后，数秒钟内即可观察到细胞形态的改变。细胞骨架结构发生改变，伸出许多伪足，便于细胞游走。趋化因子的作用导致整合素表达上调，细胞活化，白细胞在进入组织前粘附到血管内皮细胞。其他的快速变化还包括胞内钙离子水平升高，超氧化物和生物活性脂的产生，胞浆颗粒的释放。如嗜中性粒细胞和单核细胞，释放蛋白酶；嗜碱性粒细胞释放组织胺；嗜酸性粒细胞释放细胞毒性蛋白等。中性粒细胞在机体发挥着重要的防御功能，包括IL-8/CXCL8、ENA-78/CXCL5在内的多数CXC家族趋化因子不但能趋化中性粒细胞，而且能活化中性粒细胞，单核吞噬细胞在多细胞生物体内发挥防御功能，CC家族趋化因子所有成员和CX3C趋化因子均能趋化单核吞噬细胞，其广泛的作用谱能保证机体在防御病毒细菌等病原生物感染及清除组织损伤产物时，有足够的单核吞噬细胞集中到反应部位，维持机体的稳定。第四十五页，共74页。

1.对粒细胞和单核吞噬细胞的作用（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：嗜碱性粒细胞释放组织胺；CXCL8/IL-8：嗜中性粒细胞产生活性物质，呼吸爆发,增强细胞粘附和杀伤病原体的能力等（四）调节血管生成：ELRCXC、CCL2促进血管生成；CXCL10、CCL21/SLC抑制血管生成。第四十六页，共74页。趋化因子引起的细胞形态改变第四十七页，共74页。趋化因子在白细胞迁移中的作用第四十八页，共74页。（五）生长因子活性，促进细胞增殖第四十九页，共74页。四、趋化因子在免疫细胞

发育、定位及免疫应答中的作用第五十页，共74页。（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

胚胎期，B淋巴细胞在肝脏中发育，出生后迁移到骨髓。CXC趋化因子SDF-1/CXCL12在胎肝和骨髓中高表达，其受体CXCR4在造血祖细胞及B淋巴细胞前体细胞中高表达。CXCR4或SDF-1基因敲除小鼠的B淋巴细胞发育严重受损，骨髓的髓系造血功能几乎完全缺陷，并有心脏发育异常。给CXCR4基因敲除小鼠输入正常功能和数量的B淋巴细胞前体细胞，不能弥补由CXCR4基因缺陷所造成的异常，因此，SDF-1/CXCL12和CXCR4在B淋巴细胞发育中作用是不可替代的。B淋巴细胞在骨髓内发育成熟后，未接受外来抗原的刺激，为天然B淋巴细胞(naïveBsells)。天然B淋巴细胞高表达CXCR4和CCR7，在SDF-1/CXCL12、SLC/CCL21、ELC/CCL19及其他分子作用下，穿过高内皮静脉，定位于淋巴结的滤泡状B淋巴细胞区。第五十一页，共74页。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，进入血循环第五十二页，共74页。2、CCL25/TECK和CCR9、CXCL12/SDF-1和CXCR4CCL22/MDC、和CCR4等促进T细胞发育成熟可能因为TECK/CCL25在早期胸腺的发育中起更为重要的作用。在从CD4+CD8+双阳性T淋巴细胞向CD4+/CD8+单阳性T淋巴细胞的分化过程中，MDC/CCL22、SLC/CCL21、ELC/CCL19发挥重要作用。这些趋化因子能趋化单阳性T淋巴细胞，而对双阳T淋巴细胞不发生反应。淋巴细胞在胸腺内经过阳性选择和阴性选择后，发育成熟。天然T淋巴细胞高表达CXCR4和CCR7，在SDF-1/CXCL12SLC/CCL21、ELC/CCL19和其他分子的作用下，穿过高内皮静脉，定位于淋巴结的T淋巴细胞区，与树突状细胞相互作用，产生免疫应答，天然T淋巴细胞活化。

第五十三页，共74页。CCL25/TECK和CCR9、CXCL12/SDF-1和CXCR4、CCL22/MDC和CCR4等促进T细胞发育成熟第五十四页，共74页。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。树突状细胞分泌的IL-12通过CD40促使活化T淋巴细胞向Th1细胞极化，天然T淋巴细胞分泌的IL-4在树突细胞分泌的IL-6的作用下促使活化T淋巴细胞向Th2细胞极化。有些组织产生高水平的TGF-，抑制活化T淋巴细胞向Th2细胞极化，使活化的T淋巴细胞维持在半天然状态（asemi-naïvestate,Tsn）。极化的T淋巴细胞表达不同的趋化因子受体，Th1细胞高表达CXCR3、CCR1、CCR2和CCR5；Th2细胞高表达CCR3、CCR4和CCR2，他们分别在不同的免疫应答过程中发挥作用。第五十五页，共74页。CCL3，4/MIP-1、和CCR1，CCR2，CCR5等促进DC成熟第五十六页，共74页。CCL22/MDC和CCR4促进DP与TECTec(tyrosinekinaseexpressedinhepatocellularcarcinoma作用，发生阴性选择或成熟为单阳性细胞进入外周第五十七页，共74页。胸腺中表达的CK和CKR第五十八页，共74页。(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

在机体抵御外来异物入侵的过程中，需要天然免疫应答和适应性免疫应答共同合作。趋化因子对于免疫细胞向感染部位的聚集是必不可少的。天然免疫刺激巨噬细胞和树突状细胞，导致多种趋化因子的产生，调控树突状细胞表面趋化因子受体的表达。这些趋化因子和趋化因子受体表达水平的改变，彼此相互协调，使得负载抗原的树突状细胞从局部组织进入淋巴组织，活化天然T淋巴细胞和B淋巴细胞，启动适应性免疫应答。TLRs(Toll-likereceptors)活化后，后续产生的趋化因子引导活化的T淋巴细胞回到外来抗原进入、启动天然免疫应答的组织中。

第五十九页，共74页。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产生和类别转换第六十页，共74页。（三）促进效应T细胞回到炎症和感染部位

在再次免疫应答中，抗原特异性应答产生的趋化因子使天然免疫细胞进入炎症部位，通过天然免疫效应细胞进一步促进适应性免疫应答。

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。第六十一页，共74页。（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。第六十二页，共74页。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。第六十三页，共74页。CTL产生趋化因子白细胞聚集病毒感染部位，放大免疫反应第六十四页，共74页。（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、CCR447hiT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，