趨化因子及其受體的研究

許伶，儲晨，王慶生

（1.合肥職業技術學院，安徽 合肥；2.安徽醫科大學附屬巢湖醫院 心胸外科，安徽 合肥）

0 引言

趨化因子指能使細胞發生趨化運動的一種低分子細胞因子蛋白，又叫趨化劑或者趨化激素、亦或者化學激素。它是一種具有吸引嗜白細胞家族中性粒、淋巴、單核細胞及多種細胞滲出到炎癥部位的一些小分子趨化因子（常見8-12KD）蛋白（如IL-8、MCP-1 蛋白），趨化因子在抗炎過程中發揮非常重要的作用[1]。本文就趨化因子的相關研究進行探討。

1 趨化因子和其受體的由來

據報道從1987年首個趨化因子IL-8 被確定名稱以來，至今已發現多種趨化因子，數量多家族龐大。初期研究的趨化因子從它的來源、作用細胞、不同結構等多方面來命名，為了便于交流，從20 世紀90年代末期開始，趨化因子國際命名組織從結構特征方面，就趨化因子和它的受體做了權威的命名，使用CXCLn 代表CXC、CCLn 代表CC、使用CX3CLn代表CX3C 以及C 家族的相關成員，比如L 即為配體的意思即Ligand，n 指的數字的區別。目前常見的CCL1-CCL28 是CC 的趨化因子，CXC 趨化因子是CXCL1-CXCL16，CX3C 趨化因子迄今發現一個是CX3CL1，有XCL1 和XCL2 是C 趨化因子的兩個成員[2]。

2 趨化因子的類別

2.1 依據蛋白質空間結構分類

幾乎所有趨化因子有4 個守舊的半胱氨酸位于氨基酸序列上，由于前部2 個半胱氨酸相對位置的不同，有4 大類別：（1）趨化因子；（2）趨化因子；（3）-趨化因子；（4）-趨化因子[3]。

2.2 依據不同的細胞來源分類

絕大多數細胞在合適條件下，都會產生趨化因子，由于模式產生的差異，趨化因子區分為組成性表達趨化因子（淋巴組織趨化因子），誘導性表達趨化因子（炎性趨化因子）及雙功能趨化因子等。

3 趨化因子的共同結構特點

趨化因子分子量較小，多為＜100 個氨基酸的小分子多肽。一級結構上具有同源性，它們有20%～50%的序列是一致的，可以認為他們之間互相分享基因及氨基酸序列。合成多肽前體是典型的趨化因子蛋白第一步，涵蓋有20 個氨基酸殘基的信號肽。細胞分泌切除趨化因子信號肽[4]。

4 趨化因子受體和信號傳導途徑

4.1 趨化因子受體及類別

按照結合配體的區別，趨化因子受體有4 中類型：CXC受體），CCR 受體，CX3CR 受體和XCR 受體。

4.2 趨化因子受體的特點

趨化因子受體是GPCRs 家族成員，在胞內區參與G 蛋白相偶聯；經過7 次跨膜后，胞外部是N 端，胞內部有C 端，富含Ser/Thr 位點，參與信號轉導。G 蛋白由三個亞單位組成，亞單位一般會形成非常緊密的二聚體，并發揮重要作用。

4.3 趨化因子受體的表達

趨化因子受體的表達主要特點有：（1）有相對特異的表達譜，如CXCR4 主要表達于嗜中性粒細胞、單核細胞和淋巴細胞，CCR3 主要表達于嗜酸性細胞和嗜堿性細胞，DARC 只表達于紅細胞表面。（2）具有時空特異性。如不同分化階段的Th 細胞（輔助性T 淋巴細胞）表達不同的CKR。

4.4 趨化因子的信號傳導

雖然迄今對趨化運動進行了一系列研究也有相關了解，但是細胞是如何由低濃度梯度向高濃度刺激物方向做定向運動的明確機制研究還不清楚。磷脂酶C 對G 蛋白很敏感，能夠激活幾乎所有趨化因子，導致3,4,5-Inositol triphosphate的產生和升高胞內鈣離子的水平。有文獻指出，部分趨化因子可以降低腺甘酸環化酶活性，激活MEK 和ERK-1/2，NF-κB 信號通路。

5 趨化因子的基本功能

同一種細胞能夠表達多樣趨化因子，不同的細胞也可以產生相同的趨化因子或趨化因子受體。趨化因子的主要功能是趨化細胞的移行，細胞朝向趨化因子濃度升高的信號往趨化因子源處移動。趨化因子能引起整合素表達升高，細胞活化，白細胞的靠邊粘附聚集到血管內皮細胞，引起細胞形態改變，上調胞內鈣離子的水平，維持機體內環境的穩定。

6 趨化因子的研究方法

6.1 趨化實驗

可采用兩種不同方法即體內、體外方法檢測趨化因子的活性。體內檢測方法是把趨化因子注入到局部組織內，觀察注射部位炎性細胞在局部分布情況，但是這種方法比較復雜；而Boyden 小室法就體外實驗中較常用的方法：通常用48 孔的趨化小室進行檢測，根據趨化細胞的種類不同，利用不同孔徑的聚炭膜和趨化時間[5]。

6.2 鈣流實驗

趨化因子和需要檢測目標細胞與Indo-1 AM 或Fura-2 AM 使用熒光探針法進行孵育，可以利用它們作為EGTA 的衍生物，對鈣離子有較高的特異性親和力，進入細胞內后與鈣離子結合，采用熒光分光光度計，測量出熒光強度的升降，這樣也可以間接的體現胞內鈣離子濃度的趨勢，達到體現趨化因子活性的目的。

6.3 受體內化試驗

趨化因子與CKR 結合后出現受體一過性內化，通過構建CKR 與EGFP 的融合表達載體，轉染細胞，后與待檢測因子作用，并觀察熒光定位的改變[6]。

7 趨化因子、其受體和相關疾病

趨化因子和其受體在感染、癌癥、免疫缺陷疾病、過敏反應、AIDS 等發病環節中起到關鍵作用，目前已研制出一些趨化因子相關產品進行了臨床研究，有望為腫瘤、一些感染性疾病的治療方法引入新的路徑和思考。

7.1 趨化因子與腫瘤

趨化因子復雜的致病機制是癌癥的進展過程中重要影響因素，部分趨化因子可以影響腫瘤的分裂增殖，加速毛細血管生成，誘導癌癥細胞轉移和附著血管內皮細胞上，提高惡性腫瘤的遠處播散和轉移[7]。

7.2 趨化因子與哮喘

有些過敏性疾病比如哮喘等，發病時會有重要特征即嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、淋巴細胞和肥大細胞的滲出。較早有文章報導，MCP-3、RANTES 可趨化嗜酸性和嗜堿性粒細胞，然后釋放組織胺和白三烯，對過敏性疾病發病很關鍵。近來研究指出，Eotaxin 對哮喘來說起關鍵性作用，Eotaxin 主要來源與氣道上皮細胞，也可由肥大細胞產生，它和CCR3，特異地結合后致過敏反應。

7.3 趨化因子受體與艾滋病

機體在受到HIV-1 病毒攻擊時，趨化因子受體發揮著不可缺少的作用。眾所周知，HIV-1 病毒的主要受體之一是CD4分子，小鼠HIV 模型動物實驗發現，表達人CD4分子的小鼠細胞沒有發現HIV-1 病毒，證明在HIV-1 治病過程中，不僅有CD4分子，還需要其他分子的共同起作用。

7.3.1 HIV-1 病毒的感染

根據CCR5 氨基端結構域，第二個胞外環狀區，是病毒感染的兩個功能性結合域，其配體RANTES、MIP-1 能夠阻斷嗜巨噬細胞病毒HIV-1 的感染，CCR5 缺失突變對嗜巨噬細胞HIV-1 病毒有很強的抵抗性[8]。

7.3.2 HIV-1 感染的生物防治

在HIV-1 病毒攻擊靶細胞時，病毒進入細胞，我們發現膜融合，因為糖蛋白gp120 和CD4分子受體互相，致使蛋白gp120 分子在細胞膜表面開始表達。在此研究基礎上，使用基因工程的方法讓濾泡狀口腔炎病毒、狂犬病病毒表達CXCR4 和CD4分子，讓它們成為獵手病毒后，然后發現被HIV-1 病毒感染細胞表面結合gp120，而且復制快速，被病毒感染細胞的也具有特異性滅殺功能。

7.4 趨化因子與其他疾病

趨化因子還與急、慢性感染性疾病以及自身免疫性疾病也極大相關。臨床進行藥理學實驗發現，阻斷CCR2 受體介導的信號轉導通路的方法，對治療鹽敏感性高血壓引起腎臟損傷有重要幫助，能夠顯著降低高血壓，特別是降低鹽敏感性高血壓導致的腎臟損傷。

綜上所述，對趨化因子的相關研究在近年有了重大發現，趨化因子及其受體具有其廣泛的細胞來源和生物學效應，在疾病的治病過程中有重要的作用，不只限于趨化作用，機體的各種生理和病理情況下均發揮重要作用，機體腫瘤的趨化因子系統是復雜的，其作用機制研究較少，仍有大量未知的信息需要探究。隨著對細胞因子及其受體深入的研究，在治療人類的某些疾病如動脈粥樣硬化病變、自身免疫病、器官移植、HIV 感染和腫瘤等提供理論基礎和應用價值，為臨床治療開辟新的思路、新景象。