CXCR3-CXCL9/10/11參與疾病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展①

李 佳 吳 珺 楊東亮

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院感染病科，武漢 430022)

趨化因子與靶細(xì)胞表面的受體結(jié)合可趨化免疫細(xì)胞至相應(yīng)部位參與感染、炎癥、自身免疫性疾病、腫瘤、血管形成等病理生理過程，此外，趨化因子受體的表達(dá)影響著免疫細(xì)胞的功能，趨化因子也可直接參與抗細(xì)菌、抗真菌等眾多病理過程。本文僅對CXCR3-CXCL9/10/11在多種疾病發(fā)病機(jī)制中作用的近期進(jìn)展作一簡要綜述。

1 趨化因子受體3及其配體

1.1趨化因子受體3-CXCR3 CXC趨化因子受體3(CXCR3)是G蛋白偶聯(lián)的七亞單位穿膜受體，為僅含一條肽鏈的蛇形跨膜糖蛋白。T細(xì)胞中，CXCR3主要在CD4+T輔助(Th)細(xì)胞、CD8+細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)以及記憶T細(xì)胞表面表達(dá)[1]；此外，NK細(xì)胞、B細(xì)胞、NKT細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞表面也可表達(dá)CXCR3[2,3]。趨化因子受體與相應(yīng)趨化因子結(jié)合，參與多種生理功能，如細(xì)胞的分化、發(fā)育、生長和分布等，也參與各種炎癥反應(yīng)、病原體感染、腫瘤形成和轉(zhuǎn)移等病理過程[4-6]。在人類CXCR3中有三種不同剪接變異體：CXCR3A、CXCR3B和CXCR3-alt[7]，但在小鼠體內(nèi)暫未發(fā)現(xiàn)剪接變異體的存在。許多研究人員主要關(guān)注CXCR3A和CXCR3B兩種類型。在癌癥的研究中發(fā)現(xiàn)，這兩種異構(gòu)體可能發(fā)揮不同甚至相反的作用。在透明細(xì)胞卵巢癌中[8]，CXCR3B mRNA相對于CXCR3A/CXCR3-alt表達(dá)上調(diào)，有利于腫瘤細(xì)胞遷移和生長。但在胃癌中，CXCR3B表達(dá)上調(diào)，與相應(yīng)趨化因子結(jié)合后活化cAMP、抑制m鈣蛋白酶表達(dá)，從而抑制腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[9]。

1.2CXCR3配體 趨化因子是一類細(xì)胞因子樣的分泌蛋白，一般由70～125個氨基酸組成，分子量多為6～14 kD。按照肽鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)其氨基酸端兩個半胱氨酸殘基的排列方式可將人類趨化因子分為4個亞族：CXC、CC、C和CX3C。CXC亞族趨化因子根據(jù)其第一個半胱氨酸前有無谷氨酸-亮氨酸-精氨酸序列(Glu-Leu-Arg)，又可進(jìn)一步分為ELR-CXC趨化因子和非ELR-CXC趨化因子。與CXCR3結(jié)合的趨化因子都屬于非ELR-CXC類，基于它們的生物結(jié)構(gòu)和功能可分為兩組：一組為IFN-γ誘導(dǎo)型趨化因子：CXCL9、CXCL10和CXCL11，屬于傳統(tǒng)的CXCR3配體；另一組為血小板衍生的趨化因子：CXCL4和CXCL4L1。

1.2.1IFN-γ誘導(dǎo)產(chǎn)生的CXCR3配體 CXCL9(Mig)，CXCL10(IP-10)和CXCL11(I-TAC )均為CXCR3配體，它們由各種不同的細(xì)胞表達(dá)，由細(xì)胞因子或Toll樣受體(TLR)配體誘導(dǎo)合成[10]。這些趨化因子都表現(xiàn)出不同的受體結(jié)合特征，發(fā)揮不同的功效。CXCL11對CXCR3A具有最高親和力，而CXCL9對CXCR3A親和力最低。CXCL10更容易被多種刺激所誘導(dǎo)產(chǎn)生，并與多種生理和病理?xiàng)l件相關(guān)聯(lián)[11]。

1.2.2血小板來源的CXCR3配體 CXCL4和CXCL4L1是活化血小板釋放的CXCR3配體[12]，他們對CXCR3B具有更高的親和性。Laura等[13]研究者通過建立選擇性表達(dá)CXCL4或CXCL4L1的穩(wěn)定轉(zhuǎn)染體系，觀察到CXCL4儲存在分泌顆粒中并響應(yīng)蛋白激酶C活化而釋放，CXCL4L1主要在高爾基體中，并且由細(xì)胞連續(xù)合成和釋放。在小鼠黑色素瘤模型中發(fā)現(xiàn)，CXCL4L1通過抑制血管生成發(fā)揮抗腫瘤作用[14]。

2 CXCR3-CXCL9/10/11在疾病中的作用

2.1CXCR3-CXCL9/10/11與感染性疾病 CXCL9/10/11在體內(nèi)外通過抑制細(xì)菌孢子萌發(fā)或與細(xì)菌膜表面FtsX相互作用介導(dǎo)細(xì)菌裂解[15,16]，同時，也可通過CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸募集多種免疫細(xì)胞參與到病原體的清除或促進(jìn)病原體傳播。

2.1.1細(xì)菌性感染 CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸在結(jié)核分枝桿菌、李斯特菌及幽門螺旋桿菌等細(xì)菌感染中，可趨化、募集巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞到感染部位，參與病原體的傳播，也參與細(xì)菌的清除[5,6,17,18]。斑馬魚結(jié)核分枝桿菌感染模型中發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞通過CXCR3-CXCL11趨化軸被募集至感染病灶[6]，阻斷趨化軸可以限制病原體通過巨噬細(xì)胞為載體的傳播，減少肉芽腫的形成。在胞外菌如幽門螺旋桿菌感染中[18]，CXCL9和CXCL10參與T細(xì)胞從黏膜向固有層的募集，導(dǎo)致Th1細(xì)胞在黏膜免疫中權(quán)重失衡，促進(jìn)了黏膜損傷。小鼠口服李斯特菌感染后，腸系膜淋巴結(jié)病灶內(nèi)表達(dá)CXCR3的記憶γδT細(xì)胞增多，產(chǎn)生IL-17A清除病毒，同時IL-17A調(diào)節(jié)腸黏膜淋巴結(jié)CXCL9的產(chǎn)生，以正反饋的形式調(diào)節(jié)CXCR3+γδ Trms細(xì)胞在腸系膜淋巴結(jié)的分布和遷移[17]，為機(jī)體提供對細(xì)菌入侵的保護(hù)力。 此外，Steve等[5]認(rèn)為CXCR3+T細(xì)胞在抵抗李斯特菌感染中具有更強(qiáng)的保護(hù)力，與其CatW、klra4 和 klrc1等細(xì)胞毒性基因表達(dá)增強(qiáng)有關(guān),促進(jìn)了T細(xì)胞對細(xì)菌的殺傷功能。

2.1.2真菌感染 關(guān)于CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸在真菌感染中的報道較少。在小鼠白色念珠菌性角膜炎中，角膜中上皮細(xì)胞產(chǎn)生CXCL10，并聚集大量CXCR3+NK細(xì)胞為角膜炎發(fā)展提供保護(hù)，阻斷CXCR3+NK細(xì)胞小鼠發(fā)生嚴(yán)重的真菌性角膜炎[19]。但在COPD患者肺孢子蟲感染中，肺組織中IFN-γ和CXCL9/10/11表達(dá)增加，可通過募集CXCR3+免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)潛在有害的Th1炎癥途徑的激活，促進(jìn)COPD的發(fā)展[20]。

2.1.3寄生蟲感染 腦型虐(cerebral malaria，CM)是人類惡性瘧原蟲感染的致命并發(fā)癥，CXCR3配體與CM的發(fā)生有關(guān)，其中CXCL10可作為瘧疾嚴(yán)重程度的標(biāo)志物[21]。較高血清CXCL10水平可用于預(yù)測瘧疾臨床嚴(yán)重程度和腦瘧疾易感性的風(fēng)險因素[22]。CXCR3、CXCL9/10基因敲除小鼠患CM死亡率低于野生型小鼠。其原因可能是在小鼠體內(nèi)，通過CXCR3-CXCL10趨化軸，募集CD8+T細(xì)胞進(jìn)入大腦，促進(jìn)CD8+T細(xì)胞與活化的腦內(nèi)皮表面上的同源肽-MHCⅠ復(fù)合物的相互作用，激活CD8+T細(xì)胞，促進(jìn)小鼠CM發(fā)展[23,24]。

但另一方面，通過CXCR3-CXCL10趨化軸募集的T細(xì)胞也可活化天然免疫細(xì)胞，以抵御寄生蟲感染。在小鼠感染崗地弓形蟲模型中，過繼性轉(zhuǎn)移CXCR3+CD4+T細(xì)胞到CXCR3-/-小鼠體內(nèi)，可促進(jìn)單核細(xì)胞活化，提高IL-12等細(xì)胞因子水平，以清除腸道寄生蟲，減輕腸道損傷[25]。

2.1.4病毒感染 在乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)、登革熱病毒及流感病毒等病毒感染過程中[26-29]，表達(dá)CXCR3的Th1細(xì)胞、細(xì)胞毒性CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞等細(xì)胞通過CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸募集至病灶部位參與病毒調(diào)控。

在HBV復(fù)制小鼠模型的研究中，CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸不僅可以募集HBV特異性免疫細(xì)胞發(fā)揮病毒清除作用，也可募集非特異性炎癥細(xì)胞造成肝臟炎癥損傷。在小鼠慢性HBV復(fù)制模型中，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生CXCL9促進(jìn)HBV特異性T細(xì)胞募集至肝內(nèi)，T細(xì)胞表達(dá)CTLA-4加速細(xì)胞凋亡，維持機(jī)體免疫耐受[30]。但若使用poly(I∶C)激活TLR3，CXCR3基因敲除型小鼠相較于野生型小鼠清除體內(nèi)HBV功能受到抑制[31]，其原因可能為CXCR3基因敲除型小鼠募集殺病毒效應(yīng)細(xì)胞能力缺乏。HBV轉(zhuǎn)基因小鼠活化體內(nèi)NK T細(xì)胞或輸注HBsAg特異性CTL啟動抗HBV應(yīng)答后，CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸募集了大量HBV非特異性炎癥細(xì)胞進(jìn)入肝臟，不僅無助于HBV，反而加重了肝臟炎癥損傷[32,33]。由此可見，通過CXCR3-CXCL9/10/11募集免疫細(xì)胞進(jìn)入肝臟，是促進(jìn)病毒清除還是促進(jìn)炎癥應(yīng)答，不僅與募集至肝臟內(nèi)細(xì)胞種類、活化狀態(tài)相關(guān)，也與肝臟免疫微環(huán)境狀態(tài)相關(guān)。

有研究表明CXCL9/10/11的增多與病毒性肝炎相關(guān)肝損傷呈正相關(guān)。對69例慢性活動性乙肝患者的血清研究中發(fā)現(xiàn)，血清中CXCL9/10/11表達(dá)增多且與ALT異常升高呈正相關(guān)[34]。接受了恩替卡韋抗病毒治療后的慢乙肝患者，血清HBsAg水平降低與血清中CXCL10降低呈正相關(guān)，且治療后肝組織內(nèi)CXCL10水平降低的慢乙肝患者肝臟切片也顯示出更好的預(yù)后[35]。在丙肝患者中也同樣如此，HCV-1型患者肝纖維化程度與血清CXCL10含量正相關(guān)[36]，接受利巴韋林治療后的HCV患者血清CXCL10降低[37]。均顯示CXCR3相關(guān)趨化因子與疾病炎癥狀態(tài)的維持有關(guān)。

在艾滋病患者體內(nèi)，高濃度的CXCL10蛋白與細(xì)胞表面CXCR3接觸，可降低細(xì)胞內(nèi)p38磷酸化水平和減少鈣內(nèi)流從而抑制慢性HIV患者血清中CXCR3+NK細(xì)胞、T細(xì)胞分泌IFN-γ的活力[38]。HIV-1感染巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，誘導(dǎo)CXCL10和CXCL11產(chǎn)生，這有助于將表達(dá)CXCR3的CD4+T細(xì)胞募集至受感染的部位，并將其保留在HIV感染中的淋巴結(jié)中，導(dǎo)致了T細(xì)胞循環(huán)中斷，T細(xì)胞無法在適當(dāng)?shù)牟课话l(fā)揮有效作用，促進(jìn)了疾病的發(fā)展[39]。

在高劑量A型流感病毒感染小鼠中，NK細(xì)胞通過CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸被募集至肺部、氣道感染部位，發(fā)揮抗病毒免疫應(yīng)答[29]。牛痘病毒感染小鼠模型中，Hickman等[40]認(rèn)為CXCL9/10與CXCR3形成穩(wěn)定、持久的接觸，更好地促進(jìn)T細(xì)胞分化成為分泌IFN-γ能力更強(qiáng)的效應(yīng)細(xì)胞從而控制感染。

綜上所述，CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸在機(jī)體內(nèi)抗病毒免疫應(yīng)答中表現(xiàn)出截然不同的作用，參與病毒清除或促進(jìn)炎癥發(fā)生，其可能與宿主的免疫狀態(tài)、遺傳背景及病毒種類相關(guān)。

3 CXCR3-CXCL9/10/11與非感染性疾病

3.1原發(fā)性膽汁性肝硬化 原發(fā)性膽汁性肝硬化(primary biliary cirrhosis，PBC)是一種由自身免疫機(jī)制介導(dǎo)的慢性進(jìn)行性膽汁淤積性疾病，可進(jìn)一步發(fā)展成為肝纖維化、肝硬化，最終導(dǎo)致肝衰竭。PBC的病因和確切發(fā)病機(jī)制至今尚不完全清楚，可能涉及多種信號通路和多種細(xì)胞因子的異常。PBC患者肝臟膽管周圍聚集大量CXCR3+Th17細(xì)胞，體外實(shí)驗(yàn)證明膽管上皮細(xì)胞分泌CXCL9/10/11可以招募Th17細(xì)胞至肝內(nèi)并分泌IL-17促進(jìn)PBC的發(fā)生[41]。在小鼠PBC模型中也證實(shí)，CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸主要從小鼠脾臟內(nèi)募集了大量T細(xì)胞進(jìn)入肝臟促進(jìn)了PBC的發(fā)展和炎癥損傷[42]。

3.2非酒精性脂肪性肝炎 非酒精性脂肪性肝炎(NASH)也是全球嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題，其以肝細(xì)胞脂肪變性、大量肝細(xì)胞損傷和炎癥為主要病理特點(diǎn)。在小鼠NASH模型中，通過CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸主要募集大量巨噬細(xì)胞(尤其M1巨噬細(xì)胞)進(jìn)入肝臟，分泌TNF-α等促炎細(xì)胞因子參與肝臟損傷和纖維化[43]。NASH導(dǎo)致肝損傷的另一重大原因是肝細(xì)胞凋亡。NASH小鼠模型中，CXCL10基因敲除小鼠與野生型相比，其肝細(xì)胞凋亡數(shù)量下降，可能原因?yàn)樵谝吧托∈笾蠧XCL10參與促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和MCP-1的產(chǎn)生[44]。另外也有研究表明CXCL10可與肝細(xì)胞表面TLR4結(jié)合，促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡[45]。

3.3動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，從根本上與免疫細(xì)胞的趨化和調(diào)節(jié)是相互交織在一起的。有學(xué)者認(rèn)為升高血漿的CXCL10水平與動脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)[46]。使用CXCR3拮抗劑NBI-74330處理小鼠，通過阻斷CXCR3+T細(xì)胞從循環(huán)遷移到動脈粥樣硬化斑塊，從而減少了動脈粥樣硬化病變的形成[47]。

4 總結(jié)

CXCR3-CXCL9/10/11在空間和時間上協(xié)調(diào)著淋巴細(xì)胞的定位和功能。CXCR3-CXCL9/10/11趨化軸猶如一把雙刃劍，離散的淋巴細(xì)胞亞群在趨化因子信號下被招募到不同的組織，確保了特定的淋巴細(xì)胞亞群在適當(dāng)?shù)奈h(huán)境中的正確定位、激活并履行其效應(yīng)功能，不僅可以保護(hù)身體免受病原體的侵害，同時保持自身耐受性。但過量或不恰當(dāng)?shù)内吇蜃颖磉_(dá)可能會導(dǎo)致非特異性炎癥細(xì)胞的聚集從而造成過度的炎癥損傷。對趨化因子及其受體的深入了解，將大大促進(jìn)人們對疾病的致病機(jī)制、轉(zhuǎn)歸的認(rèn)識，為研制攻克疾病的藥物帶來新的希望。