趨化因子受體CCR7的免疫學功能研究進展

歐陽容蘭，張棟梁，李小毅，張 勇，黃書潤

?

趨化因子受體CCR7的免疫學功能研究進展

歐陽容蘭，張棟梁，李小毅，張 勇，黃書潤

受體,CCR7；趨化因子CCL19；趨化因子CCL21；免疫

免疫系統的一個重要特點是能夠對外來病原體產生保護性免疫應答，而對自身及環(huán)境中無害的抗原保持免疫耐受。近來研究表明，趨化因子受體CCR7(CC-chemokine receptor 7)通過參與胸腺結構和功能的構建，介導免疫細胞歸巢至淋巴器官(如初始及調節(jié)性T細胞通過高內皮微靜脈歸巢至引流淋巴結、穩(wěn)態(tài)及炎癥狀態(tài)下樹突狀細胞通過引流淋巴管進入淋巴結)及在淋巴器官內的準確定位，在免疫反應及免疫耐受中發(fā)揮重要作用。

1 CCR7及其配體CCL19、CCL21

CCR7屬于趨化因子受體超家族中的一員，與其他趨化因子受體一樣，是具有7個富含疏水氨基酸的α螺旋跨膜區(qū)結構，通過異源三聚體G蛋白及其下游分子調節(jié)信號傳導。CCR7表達在半成熟和成熟DCs、初始B細胞、T細胞、Treg細胞、特定發(fā)育階段的胸腺細胞、中樞記憶性T細胞、，以及其他非免疫細胞(如各種各樣的腫瘤細胞)。

CCR7的配體為次級淋巴組織趨化因子(secondary lymphoidchemokine，SLC)，即CCL21和EB病毒誘導分子-1趨化因子(Epstein-Barr virus-induced molecule-1ligand chemokine，ELC)，即CCL19。CCL19、CCL21均為CC類趨化因子，CCL21通常組成性地高度表達在周圍淋巴器官胸腺依賴區(qū)高內皮微靜脈(high endothelialvenule，HEV)周圍，在淋巴管內皮及T細胞富集區(qū)基質細胞也有不同程度表達。CCL19主要由淋巴結副皮質區(qū)基質細胞產生，其中已遷至該區(qū)的成熟DCs自身也可分泌CCL19，又成為淋巴結內ELC的重要來源。相比CCL19，CCL21對T細胞[1]和DCs[2]的趨化性更強。對于同時存在CCL19、CCL21的微環(huán)境，CCL19與CCR7結合后能夠有效促使CCR7磷酸化和內化，使受體對CCL21失敏，而CCL21則無此作用，表明CCL19對CCR7的作用時限比CCL21短[1]。

2 CCR7調節(jié)免疫細胞的遷移

2.1 樹突狀細胞(dendritic cells, DCs) DCs作為哨兵細胞存在于皮膚及呼吸道、消化道、泌尿生殖道的黏膜層中。在感染和炎癥的刺激下，血循環(huán)中的未成熟DCs及其前體進入炎癥部位，通過受體介導的胞吞、吞噬和吞飲等作用攝取環(huán)境中的抗原物質，并逐漸發(fā)育成熟，抗原攝取、加工和呈遞能力發(fā)生顯著變化，MHCⅡ類分子、CD80、CD86、CD83等共刺激分子及CCR7表達上調。隨后負載抗原的DCs在CCR7的介導下通過輸入淋巴管進入淋巴結，并遷移至T細胞富集區(qū)與T細胞相遇并呈遞抗原，激活初始T細胞從而發(fā)動免疫應答。對plt/plt、CCR7-/-和CCR19-/-模型小鼠研究發(fā)現，CCR7和CCL21對于穩(wěn)態(tài)及炎癥狀態(tài)下DCs歸巢至淋巴結中起著關鍵作用，而CCL19則可有可無[3-4]。CCR7-/-小鼠和野生型小鼠的皮膚和黏膜層中DCs數量無差別，表明CCR7在招募DCs前體進入皮膚和黏膜層中沒有作用。然而，朗格漢斯細胞和真皮DCs不能歸巢至引流淋巴結、體液免疫誘導延遲、不能誘導遲發(fā)型過敏反應[5]。將CCR7-/-小鼠骨髓源性DCs皮下注射或氣管內滴注至野生型小鼠，不能遷移至引流淋巴結[6]，表明DCs自身需要表達CCR7以歸巢至淋巴結，而非由于其他類型免疫細胞缺乏CCR7間接影響DCs的歸巢。此外，持續(xù)不斷歸巢至淋巴結的DCs還可通過提供淋巴毒素[7]和血管內皮細胞生長因子[4]促進高內皮微靜脈的形成、成熟和外周血T細胞歸巢至淋巴結，維持淋巴結內T細胞再循環(huán)穩(wěn)態(tài)。

然而CCR7并非決定DCs趨化特性的唯一因素。CCR7 趨化特性的發(fā)揮還受到DCs對CCR7配體的反應性調節(jié)，包括白三烯、前列腺素E2、DAP12、CD38等炎癥因子對于保持CCR7對其配體的敏感性均是必需的[8-9]。這些信號分子可能通過影響CCR7與其配體結合后信號級聯瀑布的發(fā)生發(fā)揮調節(jié)作用。

2.2 淋巴細胞 包括初始T細胞、Treg細胞及中樞記憶性T細胞在內的大部分T細胞通過高內皮微靜脈進入引流淋巴結均需要CCR7的介導。在CCR7-/-小鼠中，淋巴結和派氏集合淋巴結中T細胞數量極度減少[5]。將CCR7-/-小鼠的T細胞過繼轉移至野生型小鼠中，其不能歸巢至引流淋巴結和脾臟白髓。而B細胞雖然也可由CCR7介導經過高內皮微靜脈進入淋巴結，且過繼轉移至野生型小鼠的CCR7-/-B細胞歸巢至淋巴結能力受損，但是其淋巴結歸巢能力并不完全依賴CCR7，CCR7-/-小鼠淋巴結B細胞數量正常[10]。CCR7不僅是淋巴結歸巢受體，也參與初始T細胞、中樞記憶性CD8+T細胞在血液和淋巴組織之間的再循環(huán)[11]。此外，CCR7參與效應T細胞從外周組織遷出，并經輸入淋巴管進入引流淋巴結，從而建立免疫記憶能力的過程，而CCR7-/-小鼠的效應T細胞則持續(xù)局限于外周組織的炎癥部位[12-13]。

3 CCR7介導免疫細胞在淋巴結內定向移動和準確定位

穩(wěn)態(tài)或炎癥狀態(tài)下，組織中的DCs在CCR7的介導下歸巢并結合至淋巴管內皮上的CCL21[14]，此后隨著淋巴流到達淋巴結被膜下竇，接著再次在CCR7的介導下由被膜下竇遷移到副皮質區(qū)[15]。初始T細胞進入淋巴結后以“隨意行走”的方式在淋巴結副皮質區(qū)網狀基質細胞上移動。當CCR7信號刺激增強時，T細胞在淋巴結T細胞區(qū)的遷移速度提高，遷移范圍增大，因此與上述遷移到副皮質區(qū)的DCs相遇并相互作用的機會增加[15]。

CCR7和CXCR5一起決定免疫細胞在次級淋巴器官功能微環(huán)境中的定位。初始淋巴細胞進入淋巴結后，CCR7介導細胞遷移至T細胞區(qū)，而CXCR5介導細胞遷移至B淋巴濾泡[16]。濾泡B細胞被激活后，下調CXCR5的表達而上調CCR7的表達[17]，使得濾泡B細胞短暫遷移至T細胞區(qū)，從而獲得CD4+輔助性T細胞(TH)的幫助。在隨后的免疫反應中，產生一小群低表達CCR7的CD4+CXCR5+TH細胞，這些細胞可遷移至B淋巴濾泡為抗體的產生和免疫球蛋白類型的轉換提供幫助[18]。

4 CCR7在免疫反應和周圍耐受中的作用

4.1 對病原體和同種異體抗原的反應 由于CCR7及其配體對免疫細胞多方面的作用，以及對淋巴結副皮質區(qū)組織結構的重要性，CCR7-/-小鼠在給予單個模式抗原后觀察到微弱和延遲的適應性免疫反應[5]。進一步研究觀察到，在給予CCR7-/-小鼠水皰性口膜炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)時，抗原水平較高時能產生正常的體液免疫反應，而抗原水平低時，其體液免疫反應功能損害。表明這種不依賴于DCs的CCR7介導的B細胞和TH細胞的相互作用在低抗原水平時發(fā)揮重要作用[19]。此外，破傷風類毒素反復全身給藥時，CCR7-/-小鼠能夠產生全面完整的細胞免疫反應。以上表明，在抗原水平較高時，CCR7對于誘導免疫反應的重要性下降。

CCR7及其配體作為同種異體移植免疫治療靶點備受關注。持續(xù)應用高濃度可溶性或穩(wěn)態(tài)CCL19及CCL21，可通過CCR7影響細胞發(fā)育周期，從而引發(fā)小鼠和人CD4+、CD8+T細胞增殖障礙，減弱同種異體混合淋巴細胞反應[20]。全身應用CCL19-IgG可延緩心、腎移植物排斥的發(fā)生，阻止T細胞及DC共定位于次級淋巴器官中，且大大影響Ag誘導的T細胞增殖[21]。通過慢病毒轉染間充質干細胞從而上調CCR7的表達水平，可促進其移植后更有效地歸巢至淋巴結發(fā)揮免疫調節(jié)作用，從而降低經致死劑量照射小鼠骨髓移植后GVHD的發(fā)生率，延長存活時間[22]。類似的，CCL21體外預處理的Treg細胞可上調CCR7的表達，其歸巢至淋巴結的能力增加，從而與抗原提呈細胞共定位于淋巴結副皮質區(qū)發(fā)揮免疫調節(jié)作用，誘導同種異體角膜移植免疫耐受[23]。

由于CCR7介導多種免疫細胞的遷移和功能，其對移植排斥反應影響的研究結果也不盡相同。在CCR7-/-小鼠同種異體心臟或皮片移植模型中，移植物T細胞浸潤減少[24]、TH1細胞反應性降低[21]，從而移植物存活時間輕微延長。然而，由于CCR7的缺陷，致耐受性抗原提呈細胞如漿細胞樣樹突狀細胞歸巢至淋巴結[25]和Treg細胞遷移至移植物受限[26]，均對移植物存活產生不利影響。在用抗CD40L單克隆抗體阻斷共刺激途徑聯合供者特異性脾細胞輸注誘導同種異體移植耐受的實驗中，主要組織相容性復合體錯配的野生型小鼠之間能成功誘導心臟移植物耐受，而以CCR7-/-小鼠為受體時，由于Treg細胞和類漿細胞樣DCs歸巢至淋巴結受限，其耐受誘導失敗。選擇性輸入受體來源的CCR7+/+Treg或類漿細胞樣DCs則能顯著延長此誘導方案下移植物存活時間[25]。

4.2 對環(huán)境中抗原的耐受 在穩(wěn)態(tài)下，外周DCs(CD11+MHCⅡhighDC)不斷攝取自身和外來無害抗原并緩慢地持續(xù)不斷地遷往引流淋巴結，從而誘導對自身和環(huán)境中無害抗原產生免疫耐受[27]。DCs的這種自發(fā)遷移機制仍不清楚，然而這種所謂的半成熟或致耐受性DCs通過引流淋巴管進入淋巴結完全依賴于CCR7[27]。在無菌條件下飼養(yǎng)的野生型小鼠，約2%～4%淋巴結細胞表面表達CD11+MHCⅡhigh的DCs標志，而CCR7-/-小鼠則缺乏這群細胞[27]。由于負載抗原的DCs不能從腸黏膜固有層遷移至腸系膜淋巴結，CCR7-/-小鼠不能用卵白蛋白(OVA)誘導口服免疫耐受[28]。直接吸入或經氣管內滴入OVA，CCR7-/-小鼠淋巴結中同樣存在DCs負載從肺臟來源的可溶性抗原，但不能將之呈遞給CD4+和CD8+T細胞。因此，野生型小鼠能夠誘導全身耐受，而CCR7-/-小鼠則不能[6]。在暴露OVA氣溶膠之前，CCR7-/-小鼠氣管內過繼轉移野生型骨髓來源DCs可避免免疫耐受誘導的失敗[6]。存在于黏膜層的DCs在穩(wěn)態(tài)下不斷攝取自身及外來無害性抗原并CCR7依賴地呈遞給引流淋巴結中的T細胞，從而誘導免疫耐受。

5 CCR7對Treg細胞發(fā)育和功能的作用

FOXP3+CD4+CD25+Treg細胞對自身及外來抗原的免疫抑制是外周耐受的有效機制之一。Treg細胞能在CCR7-/-小鼠的胸腺中發(fā)育，并且數量與野生型小鼠無差別[29]。CCR7-/-小鼠的Treg細胞在體外抑制T細胞增殖的能力與野生型小鼠相當[29]。然而，Treg細胞在體內遷移至淋巴結及在淋巴結T細胞區(qū)定位的能力受損，CCR7-/-小鼠的淋巴結中Treg細胞數量顯著減少，導致CCR7-/-Treg細胞體內的免疫抑制作用嚴重損害，其帶來的結果比CCR7-/-初始T細胞淋巴結歸巢障礙更嚴重[29]。與野生型相比，CCR7-/-小鼠及plt/plt小鼠均表現出延遲而更加劇烈的接觸致敏反應[29-30]。

Treg細胞在淋巴結內發(fā)揮免疫抑制效應的機制仍存在爭議，可能是多種不同機制共同參與的結果。血循環(huán)中天然存在的Treg細胞均表達CCR7，在其介導下Treg細胞通過高內皮微靜脈進入淋巴結并遷移至T細胞區(qū)從而發(fā)揮免疫抑制效應：①與同樣由CCR7介導的攝取抗原并通過引流淋巴管進入淋巴結的DCs發(fā)生接觸，接受DCs提呈的抗原后增殖[29]。②抑制同樣識別DCs提呈的抗原而引起的Th細胞的增殖。同時，Treg細胞還可通過干擾Th細胞的歸巢及誘導其凋亡而減少Th細胞的數量[29]。產生免疫應答后，淋巴結中的CCR7配體表達下調[31]，其支持所有CCR7+/+T細胞歸巢和生存的能力不足。因此，Treg細胞和Th細胞在淋巴結中可能存在相互競爭T細胞歸巢和存活的信號，而CCR7配體則可提供這種信號[32]。③抑制效應性T細胞的增殖和分化。以上Treg細胞發(fā)揮免疫抑制效應的所有機制,不管是與DCs或T細胞相互作用，均發(fā)生在淋巴結T細胞區(qū)，因此不可避免的依賴于CCR7介導的Treg細胞、DCs、Th細胞的歸巢。

6 CCR7對胸腺結構和功能的影響

CCR7參與胸腺對骨髓造血祖細胞的招募[33]及特定發(fā)育階段的胸腺細胞的遷移，CCR7-/-小鼠和plt/plt小鼠由于胸腺細胞的遷移受損，其胸腺形態(tài)和結構紊亂、胸腺細胞數量減少及T細胞發(fā)育不良、TH1/TH2平衡破壞[34]、陰性選擇受損[35]伴隨中樞耐受的缺失及導致自身免疫性疾病[35]。

總之，CCR7及其配體CCL19、CCL21對于不同亞群T細胞(如初始T細胞、Treg細胞、中樞記憶性T細胞)和DCs歸巢至淋巴結，及在淋巴結特定區(qū)域內DCs與T細胞相互作用從而引起抗原特異性免疫應答是必需的。同時，這種CCR7依賴的T細胞與DCs的歸巢及在次級淋巴器官中的相互作用對于免疫耐受的誘導同樣起著重要作用。此外，CCR7對于穩(wěn)態(tài)下胸腺內T細胞的發(fā)育及陰性選擇不可或缺。通過研究CCR7及其配體在免疫反應及耐受中的作用，以CCR7介導的信號通路為干預靶點，有望在與其相關疾病(如移植排斥反應、自身免疫性疾病、過敏性疾病、腫瘤等)的研究與治療中取得突破。

[1] Nandagopal S, Wu D, Lin F. Combinatorial guidance by CCR7 ligands for T lymphocytes migration in co-existing chemokine fields[J].PLoS One， 2011,6(3):e18183.

[2] Haessler U, Pisano M, Wu M,etal. Dendritic cell chemotaxis in 3D under defined chemokine gradients reveals differential response to ligands CCL21 and CCL19[J].Proc Natl Acad Sci U S A， 2011,108(14):5614-5619.

[3] Britschgi M R, Favre S, Luther S A. CCL21 is sufficient to mediate DC migration, maturation and function in the absence of CCL19[J].Eur J Immunol， 2010,40(5):1266-1271.

[4] Wendland M, Willenzon S, Kocks J,etal. Lymph node T cell homeostasis relies on steady state homing of dendritic cells[J].Immunity， 2011,35(6):945-957.

[5] Forster R, Schubel A, Breitfeld D,etal. CCR7 coordinates the primary immune response by establishing functional microenvironments in secondary lymphoid organs[J].Cell， 1999,99(1):23-33.

[6] Hintzen G, Ohl L， del Rio M L,etal. Induction of tolerance to innocuous inhaled antigen relies on a CCR7-dependent dendritic cell-mediated antigen transport to the bronchial lymph node[J].J Immunol， 2006,177(10):7346-7354.

[7] Moussion C, Girard J P. Dendritic cells control lymphocyte entry to lymph nodes through high endothelial venules[J].Nature， 2011,479(7374):542-546.

[8] Randolph G J, Sanchez-Schmitz G, Angeli V. Factors and signals that govern the migration of dendritic cells via lymphatics: recent advances[J].Springer Semin Immunopathol， 2005,26(3):273-287.

[9] Muthuswamy R, Mueller-Berghaus J, Haberkorn U,etal. PGE(2) transiently enhances DC expression of CCR7 but inhibits the ability of DCs to produce CCL19 and attract naive T cells[J].Blood， 2010,116(9):1454-1459.

[10]Park C, Hwang I Y, Sinha R K,etal. Lymph node B lymphocyte trafficking is constrained by anatomy and highly dependent upon chemoattractant desensitization[J].Blood， 2012,119(4):978-989.

[11]Stein J V, Rot A, Luo Y,etal. The CC chemokine thymus-derived chemotactic agent 4 (TCA-4, secondary lymphoid tissue chemokine, 6Ckine, exodus-2) triggers lymphocyte function-associated antigen 1-mediated arrest of rolling T lymphocytes in peripheral lymph node high endothelial venules[J].J Exp Med, 2000,191(1):61-76.

[12]Brown M N, Fintushel S R, Lee M H,etal. Chemoattractant receptors and lymphocyte egress from extralymphoid tissue: changing requirements during the course of inflammation[J].J Immunol, 2010,185(8):4873-4882.

[13]Hopken U E, Winter S, Achtman A H,etal. CCR7 regulates lymphocyte egress and recirculation through body cavities[J].J Leukoc Biol, 2010,87(4):671-682.

[14]Tal O, Lim H Y, Gurevich I,etal. DC mobilization from the skin requires docking to immobilized CCL21 on lymphatic endothelium and intralymphatic crawling[J].J Exp Med, 2011,208(10):2141-2153.

[15]Braun A, Worbs T, Moschovakis G L,etal. Afferent lymph-derived T cells and DCs use different chemokine receptor CCR7-dependent routes for entry into the lymph node and intranodal migration[J]. Nat Immunol， 2011, 12(9): 879-887.

[16]Malhotra D, Fletcher A L, Astarita J,etal. Transcriptional profiling of stroma from inflamed and resting lymph nodes defines immunological hallmarks[J].Nat Immunol, 2012,13(5):499-510.

[17]Reif K, Ekland E H, Ohl L,etal. Balanced responsiveness to chemoattractants from adjacent zones determines B-cell position[J].Nature, 2002,416(6876):94-99.

[18]Arnold C N, Campbell D J, Lipp M,etal. The germinal center response is impaired in the absence of T cell-expressed CXCR5[J].Eur J Immunol, 2007,37(1):100-109.

[19]Scandella E, Fink K, Junt T,etal. Dendritic cell-independent B cell activation during acute virus infection: a role for early CCR7-driven B-T helper cell collaboration[J].J Immunol, 2007,178(3):1468-1476.

[20]Ziegler E, Oberbarnscheidt M, Bulfone-Paus S,etal. CCR7 signaling inhibits T cell proliferation[J].J Immunol, 2007,179(10):6485-6493.

[21]Ziegler E, Gueler F, Rong S,etal. CCL19-IgG prevents allograft rejection by impairment of immune cell trafficking[J].J Am Soc Nephrol, 2006,17(9):2521-2532.

[22]Li H, Jiang Y M, Sun Y F,etal. CCR7 Expressing Mesenchymal Stem Cells Potently Inhibit Graft-versus-Host Disease by Spoiling the Fourth Supplemental Billingham's Tenet[J].PLoS One, 2014,9(12):e115720.

[23]Chauhan S K, Saban D R, Dohlman T H,etal. CCL-21 conditioned regulatory T cells induce allotolerance through enhanced homing to lymphoid tissue[J].J Immunol, 2014,192(2):817-823.

[24]Beckmann J H, Yan S, Luhrs H,etal. Prolongation of allograft survival in ccr7-deficient mice[J].Transplantation, 2004,77(12):1809-1814.

[25]Liu X, Mishra P, Yu S,etal. Tolerance induction towards cardiac allografts under costimulation blockade is impaired in CCR7-deficient animals but can be restored by adoptive transfer of syngeneic plasmacytoid dendritic cells[J].Eur J Immunol, 2011,41(3):611-623.

[26]Gregson A L, Hoji A, Palchevskiy V,etal. Protection against bronchiolitis obliterans syndrome is associated with allograft CCR7+ CD45RA- T regulatory cells[J].PLoS One, 2010,5(6):e11354.

[27]Ohl L, Mohaupt M, Czeloth N,etal. CCR7 governs skin dendritic cell migration under inflammatory and steady-state conditions[J].Immunity, 2004,21(2):279-288.

[28]Worbs T, Bode U, Yan S,etal. Oral tolerance originates in the intestinal immune system and relies on antigen carriage by dendritic cells[J].J Exp Med, 2006,203(3):519-527.

[29]Schneider M A, Meingassner J G, Lipp M,etal. CCR7 is required for the in vivo function of CD4+ CD25+ regulatory T cells[J].J Exp Med， 2007，204(4):735-745.

[30]Mori S, Nakano H, Aritomi K,etal. Mice lacking expression of the chemokines CCL21-ser and CCL19 (plt mice) demonstrate delayed but enhanced T cell immune responses[J].J Exp Med, 2001,193(2):207-218.

[31]Mueller S N, Hosiawa-Meagher K A, Konieczny B T,etal. Regulation of homeostatic chemokine expression and cell trafficking during immune responses[J].Science, 2007,317(5838):670-674.

[32]Link A, Vogt T K, Favre S,etal. Fibroblastic reticular cells in lymph nodes regulate the homeostasis of naive T cells[J].Nat Immunol, 2007,8(11):1255-1265.

[33]Calderon L, Boehm T. Three chemokine receptors cooperatively regulate homing of hematopoietic progenitors to the embryonic mouse thymus[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2011,108(18):7517-7522.

[34]Moschovakis G L, Bubke A, Dittrich-Breiholz O,etal. Deficient CCR7 signaling promotes TH2 polarization and B-cell activation in vivo[J].Eur J Immunol, 2012,42(1):48-57.

[35]Winter S, Rehm A, Wichner K,etal. Manifestation of spontaneous and early autoimmune gastritis in CCR7-deficient mice[J].Am J Pathol, 2011,179(2):754-765.

南京軍區(qū)重點基金項目(11Z025)

362000 福建 泉州，解放軍180醫(yī)院燒傷整形外科(歐陽容蘭、李小毅、張勇、黃書潤)；710000 西安，第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院整形外科研究所(張棟梁)

黃書潤，E-mail：ronglan789@yeah.net

R392.12

A

2095-140X(2015)04-0108-05

10.3969/j.issn.2095-140X.2015.04.028

2015-01-15 修回時間：2015-02-28)