趨化因子(Chemokines)是由50種多肽組成的家族,它們在生物學(xué)中的主要作用
趨化因子(Chemokines )是由50種多肽組成的家族,它們在生物學(xué)中的主要作用是協(xié)調(diào)免疫反應(yīng),作為免疫細(xì)胞協(xié)調(diào)募集進(jìn)出組織的信號,并指導(dǎo)組織內(nèi)免疫細(xì)胞的空間組織和細(xì)胞相互作用。
趨化因子家族基于保守的二級結(jié)構(gòu)和共同的被稱為“Greek key"的超二級結(jié)構(gòu)組成,由Zlotnik and Yoshie提出,后來被國際免疫學(xué)會聯(lián)合會和世衛(wèi)組織采用的“標(biāo)準(zhǔn)命名法",根據(jù)二硫鍵之間的間距將趨化因子分為四類。趨化因子CXC亞族(也被稱為α亞族)是含有兩個半胱氨酸殘基對的蛋白,形成兩個半胱氨酸橋,并由一個非保守的氨基酸隔開。相比之下CC亞族(β亞族)包含兩個相鄰的半胱氨酸殘基。趨化因子XC亞族(γ亞族)只包含有一個二硫鍵。CX3C亞族(δ亞族)則在兩個半胱氨酸殘基之間包含三個殘基,更重要的是其C末端結(jié)構(gòu)域與一個粘蛋白樣的長柄蛋白結(jié)合,使其能夠嵌入細(xì)胞膜。具體的各個亞族示意圖如圖一所示 [1] 。
圖1:趨化因子配體家族
趨化因子是8至12kDa的分泌蛋白,通過與Gαi蛋白偶聯(lián)的七跨膜受體(GPCR)結(jié)合來調(diào)節(jié)定向細(xì)胞遷移(趨化性),粘附,細(xì)胞定位和細(xì)胞間相互作用,即所謂的經(jīng)典趨化因子受體[2]。趨化因子還與非典型趨化因子受體(ACKRs)結(jié)合,這些受體也是七個跨膜受體,但不是G蛋白偶聯(lián),也不會誘導(dǎo)趨化性[3]。趨化因子系統(tǒng)由近50個趨化因子配體、19種經(jīng)典趨化因子受體,如圖2所示,和4個非典型趨化因子受體組成,如圖3所示。其中經(jīng)典趨化因子配體在配體結(jié)合后誘導(dǎo)細(xì)胞遷移。此外,四種非典型趨化因子受體可作為清除受體。具體結(jié)合情況及發(fā)揮作用總結(jié)如下表格,如表1所示。
圖2:趨化因子及其受體結(jié)合情況:其中趨化因子受體使用CCR(綠色)、CXCR(紅色)、XCR(橙色)或CX3CR(藍(lán)色)表示。趨化因子用淺藍(lán)色方框表示。
圖3:人類非典型趨化因子受體的配體
結(jié)合概況[4]。
表1 趨化因子及其受體
除了按照蛋白結(jié)構(gòu)分類外,趨化因子還可以根據(jù)其功能分為穩(wěn)態(tài)趨化因子、炎癥趨化因子和雙重功能趨化因子。
穩(wěn)態(tài)趨化因子一般是組成型表達(dá)的,在進(jìn)化上高度保守,在器官發(fā)育、免疫監(jiān)視、組織再生等過程發(fā)揮關(guān)鍵作用。通常包括CXCL4、CXCL12、CXCL13、CCL14、CCL15、CCL16、CCL19、CCL25等。器官發(fā)育:引導(dǎo)干細(xì)胞遷移至適當(dāng)?shù)奈恢?,并促進(jìn)血管生成;介導(dǎo)細(xì)胞增殖;介導(dǎo)淋巴細(xì)胞的成熟。免疫監(jiān)視:介導(dǎo)免疫細(xì)胞在健康外周組織中的穩(wěn)態(tài),維持免疫耐受。組織再生:引導(dǎo)干細(xì)胞和祖細(xì)胞遷移,以促進(jìn)損傷后的組織更新或再生;促進(jìn)愈合過程中的血管生成;促進(jìn)上皮、內(nèi)皮、間充質(zhì)的愈合。
炎癥趨化因子表達(dá)量較低,在受到炎癥信號刺激時被大量誘導(dǎo),參與宿主防御及免疫細(xì)胞的遷移。宿主免疫:促進(jìn)先天免疫細(xì)胞募集至感染部位,防止微生物的傳播,調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫。免疫細(xì)胞遷移如圖4所示。
圖4:趨化因子控制炎癥中骨髓、血液和外周組織之間的先天免疫細(xì)胞運(yùn)輸[2]。
雙重功能趨化因子:指在某些特定的微環(huán)境中,某些誘導(dǎo)表達(dá)的趨化因子也可以組成表達(dá),這些趨化因子被稱為雙重功能趨化因子。
趨化因子及其受體與一系列病理狀況有關(guān)(表2),包括自身免疫性疾?。ɡ?,牛皮癬、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和多發(fā)性硬化癥);肺部疾?。ɡ?,哮喘和慢性阻塞性肺疾?。灰浦才懦夥磻?yīng);代謝和血管疾病(例如,肥胖、糖尿病和動脈粥樣硬化);以及傳染?。ɡ?,HIV、敗血癥和炎癥性腸?。?/p>
表2 趨化因子受體在炎癥和免疫中的作用
趨化因子及其受體已被證明在多個器官癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用,包括肺癌、結(jié)腸癌、肝癌、乳腺癌、宮頸癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、食道癌、皮膚癌和淋巴管癌[5]。許多癌細(xì)胞表達(dá)趨化因子受體,這些受體將配體作為生長信號,并以此來驅(qū)動侵襲和轉(zhuǎn)移運(yùn)用(表3)。
表3 趨化因子GPCR在癌癥中的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
[1] A. Zlotnik, O. Yoshie, Chemokines: a new classification system and their role in immunity, Immunity, 12 (2000) 121-127.
[2] J.W. Griffith, C.L. Sokol, A.D. Luster, Chemokines and chemokine receptors: positioning cells for host defense and immunity, Annu Rev Immunol, 32 (2014) 659-702.
[3] A. Broggi, F. Granucci, I. Zanoni, Type III interferons: Balancing tissue tolerance and resistance to pathogen invasion, J Exp Med, 217 (2020).
[4] I. Comerford, S.R. McColl, Atypical chemokine receptors in the immune system, Nature reviews. Immunology, (2024).
[5] K. Chen, Z. Bao, P. Tang, W. Gong, T. Yoshimura, J.M. Wang, Chemokines in homeostasis and diseases, Cellular & molecular immunology, 15 (2018) 324-334.
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