趋化因子及其受体.ppt

1、趋化因子及其受体(Chemokines & Chemokines receptors)Department of Immunology，Shanghai Medical CollegeFudan University洪晓武：021-,Cytokine gene,Inducing stimulus,Cytokine-producing cell,Cytokine,Gene activation,Receptor,signal,Biological effects,Overview of the induction and function of Cytokine,IL-33: a sheep i

2、n wolfs clothing?,Massimo Gadina,Email: m.g.gadinaqub.ac.ukAddress:Queens University BelfastWhitla Medical Building97 Lisburn RoadBelfast BT9 7BL Telephone (work):+44 (0)28 9097 2206,Fig. 1. Model for the potential anti-inflammatory effects of IL-33.The dual effects of IL-33 activity are depicted. T

3、he precursor form of IL-33 is processed in the cytoplasm, possibly by the activity of a multiprotein caspase-1containing complex known as an inflammasome. Once released from the cell, IL-33 binds its receptor complex at the cell surface. This complex, which contains ST2 and (by analogy to other IL-1

4、 receptor family members) an as-yet-unidentified accessory receptor recruits the TIR domaincontaining adaptor MyD88 to its intracellular domain through a homotypic TIR-TIR interaction. Subsequent recruitment of the serine-threonine kinases IRAK1 and IRAK4 anddownstream activation of the E3 ligase TR

5、AF6 are thought to drive NF-B and MAPK activation and the subsequent production of the Th2-specific cytokines IL-4, IL-5, and IL-13. Unprocessed IL-33 accumulates in the nucleus, where it acts as a transcriptional repressor. NEMO, NF-B essential modifier. SIGGR, single immunoglobulin IL-1R-related m

6、olecule.,趋化因子的结构与功能一、 趋化因子概述二、 趋化因子受体三、 趋化因子的结构特点 四、 趋化因子的生物学作用五、 某些应用,趋化因子的发现趋化因子的共性趋化因子的分类,趋 化 因 子 概 述,趋化因子的发现起始期(80s中) 未形成概念 PF4成熟期(80s后) 完整概念/分类 大量趋化因子高潮期(90s中) 发现CCR5 新趋化因子及受体,1992年只分为类()： 4个保守的Cys，第一个和第二个Cys间隔1个氨基酸 类()，4个保守的Cys，第一个和第二个Cys相邻1994年发现了类趋化因子() 缺少第一个和第三个Cys，仅lymphotactin，主要对8+淋巴细胞有趋

7、化作用.1995年鉴定了类趋化因子MIP-5/HCC2、MIP-1r、Eot1和mMRP-21996年又克隆了类趋化因子SDF-1/PBSF 类趋化因子HCC1 和TARC1997年发现了第4类趋化因子3类趋化因子(), 不规则趋化因子（fractalkine）或神经元趋化因子（neurotactin）1种，细胞、单核细胞和中性白细胞的趋化剂。,1992年，国际研讨会建议把对白细胞有化学趋化作用的细胞因子(Chemoattractant cytokines)简称为趋化因子(chemokines)，其特征和功能为: 使细胞骨架重排，引起细胞形态改变； 肌动蛋白的聚合与断裂，引起板层足 (lame

8、llipodia) 的形成和退缩(retraction)； 引起整合蛋白的上调和活化，使白细胞粘附血管壁的内皮细胞； 使活化的白细胞内游离钙离子浓度升高； 产生杀微生物的活性氧及有生物活性的脂类物质； 释放贮存于细胞内颗粒的内容物,如中性白细胞和单核细胞内的蛋白水解酶、嗜碱性白细胞内的组胺和白三烯、嗜酸性白细胞内的细胞毒性物质.而且在非正常生理状态,趋化因子和细胞因子,细胞因子,由非免疫细胞（如血管内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等）和免疫细胞产生；小分子蛋白，分子量约880kD；在免疫细胞分化发育、免疫调节、炎症反应、造血功能中均发挥重要作用；广泛生物学活性；参与人体多种生理和病理过程的发生和

9、发展。,细胞因子,白细胞介素（interleukin，IL） 干扰素（interferon，IFN） 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF） 集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF）生长因子（growth factor，GF）趋化因子（chemokine）：趋化性细胞因子,细胞因子与趋化因子的区别与联系,趋化因子属于细胞因子的一类。趋化因子分子量小，仅810KD。细胞因子范围较广，880KD。趋化因子功能主要是趋引免疫细胞至感染和炎症部位；细胞因子功能极为广泛：发育、调节、造血、炎症等。,趋化因子（chemokine）,命名来源于（

10、chemoattractant cytokine）；又称趋化性细胞因子；小分子量蛋白质，70-100氨基酸组成所有有核细胞分泌，血小板、红细胞,趋化因子（chemokine）,组成性、诱导性表达趋化因子炎症性、内环境稳定性趋化因子对不同靶细胞具有趋化效应的细胞因子家族可诱导不同免疫细胞的定向运动，并参与其激活,趋化因子的分类(半胱氨酸的数量和位置) (CXC) 4个C，近N端两个C分隔 多个成员 (CC) 4个C，近N端两个C相邻 多个成员 (C) 2个C，其中一个近N端 Lymphotactin (CX3C) 4个C，近N端两个C分隔 Fractalkine,趋化因子的共性 小分子蛋白： 7

11、090aa(810 KD) 结构相近： 含保守C 2070aa同源 功能类似： 具趋化等作用,MCP-1 APVTCCYNFTNRKISVQRLASYRMCP-2 AQPDSVSIPRTCCFNVINRKIPIQRLESYTMCP-3 NTSTT CCYRFINKKIPKQRLESYMCP-4 NVPSTCCFTFSSKKISLQRLKSMIP1 DTPTACCFSYTSRQIPQNFIADYFETMIP1 DTPTACCFSYTSRQIPQNFIADYFETRANTES DTTPCCFAYIARPLPREotaxin PTTCCFNLANRKIPLQRLESYRI 309 VPFSRCCFS

12、FAEQEIPLR AILCPARC AQVGTNFELCCLVYTSWQIPQKFIVDYSTARC NVGRECCLEYFKGARPLRKSLC SDGGAQDCCLKYSQRKIPAKVVRSYRKQEPSLGCSIPAILFLPRKRSQ,部分 CC 趋化因子 N 端序列,PF-4 AEAEEDGDLQCLCVKTTSQVRPRHPBP LSLLLLTALASSTKGQTKRNLAKGKEESLDSDLYAELRCMCIKTTSGIHPKNGRO MARAALSAAPSNPRLLRVALLLLLLVAAGRRAAGASVATELRCQCLQTLQGIHPKNIGROb MARATLSA

13、APSNPRLL RVALLLLLLVAASRRAAGAPLATELRCQCLQTLQGIHLKNIGROc MAHATLSAAPSNPRLLRVALLLLLLVGSRRAAGASVVTELRCQCLQTLQGIHPKNIIL-8 MTSKLAVALLAAFLISAALCEGAVLPRSAKELRCQCIKTYSKPFHPKENA78 AGPAAAVLRELRCVCLQTTQGVHPIP10 MNQTAILICCLIFLTLSGIQGVPLSRTVRCTCISISNQPVNPRMIG MKSAVLFLLGIIFLEQCGVRGTLVIRNARCSCISTSRGTIHYSDF1 SDGKPVSL

14、SYRCPCRFFESHVARANVKHKILNTBLC VLEVYYTSLRCRCSGVISTVVGLNIIDRQILPRGN,部分CXC趋化因子N端序列,趋化因子的分类,家 族 统一命名 定位 表达细胞 受 体,CXC家族含ELR (glutamate-leucine-arginine) Gro/MGSA-a CXCL1 4q12-13N/nTCXCR2 Gro/MGSA-b CXCL24q12-13NCXCR2 Gro/MGSA-g CXCL34q12-13NCXCR2 ENA-78 CXCL5 4q12-13NCXCR2 GCP-2 CXCL6 4q12-13NCXCR1/2 NAP-

15、2 CXCL74q12-13NCXCR2 IL-8 CXCL84q12-13N/NK/nTCXCR1/2无ELR PF-4 CXCL44q12-13F/Enunknown Mig CXCL94q21.21aTCXCR3 IP-10 CXCL104q21.21aTCXCR3 I-TAC CXCL114q21.21aTCXCR3 SDF-1/PBSF CXCL1210q11.1B/T/CD34+CXCR4 BLC/BCA-1 CXCL134q21BCXCR5 BRAK CXCL145p31B/M CXCL16 CXCL117p13T/NKCXCR6,趋化因子的分类,家 族 统一命名 定位 表达细胞

16、 受 体,CC家族 I-309 CCL1 17q11.2M/TCCR8 MCP-1/MCAF CCL2 17q11.2M/nT/BaCCR2/11 MIP-1a CCL3 17q11.2M/nTCCR1/51 MIP-1b CCL4 17q11.2M/nTCCR5 RANTES CCL5 17q11.2M/nT/E/BaCCR1/3/5 MCP-3 CCL7 17q11.2M/nT/ECCR1/2/3 MCP-2 CCL8 17q11.2M/nT/ECCR2/3/11 eotaxin CCL11 17q11.2E/BaCCR3 MCP-4 CCL13 17q11.2M/T/ECCR2/311

17、HCC-1 CCL14 17q11.2MCCR1,趋化因子的分类,家 族 统一命名 定位 表达细胞 受 体,CC家族 HCC-1 CCL14 17q11.2 M CCR1 HCC-2/Leukotactin-1 CCL15 17q11.2M/N/LCCR1/3 HCC-4/LEC CCL16 7q11.23M/ECCR1/2 TARC CCL17 16q13CD4+CCR4 PARC/DC-CK1/AMAC-1 CCL18 17q11.2 T/B/DC unknown ELC/MIP-3b CCL19 9q13 T/B/DC CCR7 LARC/MIP-3a/exodus-2 CCL20 2q

18、33-3 T/B/imDC CCR6 SLC/6Ckine/exodus-2 CCL21 9q13 T/B/DC CCR7 MDC/STCP-1 CCL22 16q13CD4+CCR4 MPIF-1 CCL23 11q11.2 M/T CCR1 MPIF-2/eotaxin-2 CCL24 7q11.23T/E/Ba CCR3 TECK CCL25 19p13.2 nT CCR9 eotaxin-3 CCL26 7q11.23 E/Ba CCR3 ILC/CTACK/Eskine CCL27 9q13 nT CCR10 MEC CCL28 5q nTCCR10C家族 Lymphotactin

19、XCL1.2 1q23T/B/NK? XCR1 CX3C家族 fractalkine CX3CL1 16q13 CD8+/NK/MCX3CR1,趋化因子的结构趋化因子的多聚化趋化因子的结构特点与功能,趋 化 因 子 的 结 构 特 点,趋化因子的多聚化二聚体为多见,趋 化 因 子 的 结 构 特 点,趋化蛋白结构与功能的关系 N端序列 ：与其受体结合C端a 螺旋 ：传导信号 ELR序列：,Glu-Leu-Arg序列，CXC趋化因子特有，与中性粒细胞趋化、血管生成密切相关。,趋 化 因 子 的 生 物 学 作 用,趋化因子受体的结构趋化因子受体及其配体趋化因子受体与配体的结合,趋 化 因 子 受

20、 体,CCR5在细胞膜上的分布,几个特点：1、趋化因子与受体间只在家族内部行使功能2、某些病毒能产生趋化因子受体样分子,受配体结合的生物学意义：1、G蛋白传递信号2、 胞内钙离子流动3、沿趋化因子浓度梯度的细胞迁移,趋 化 因 子 的 生 物 学 作 用,稳态 （homeostasis）,炎性趋化 （inflammatory）,病原因子作用下，由感染部位的固有细胞或渗出细胞分泌，以募集单核、中性、淋巴细胞至感染部位发挥作用。,指导淋巴细胞生理性迁徙和定位指导淋巴细胞出血管、循环,趋化蛋白的生理和病理学作用与淋巴细胞的迁移有关与炎症性疾病相关HIV及其它病毒感染性疾病促进或抑制新生血管生成作用造

21、血生成作用与肿瘤的相互作用,趋化因子与淋巴细胞迁移1、趋化淋巴细胞向局部炎症迁移2、趋化淋巴细胞归巢,与淋巴细胞的迁移有关,趋化因子与淋巴细胞发育,趋 化 因 子 与 淋巴细胞发育和归巢,趋化因子与淋巴细胞归巢,趋化因子与淋巴细胞发育,SDF-1 (stromal cell-derived factor 1)MDC (macrophage-derived chemokine)TARC (Thymus and Activator-regulated chemokine) MIP (macrophage inflammatory protein),与淋巴细胞发育相关的趋化因子,SDF-1前 B 细

22、胞生长刺激因子对祖B、前B有强趋化作用与其配体CXCR4在髓样细胞、B细胞形成中起重要作用在T细胞胸腺发育中亦起重要作用,趋化因子与淋巴细胞归巢,SLC (secondary lymphoid tissue chemokine)TARC (Thymus and Activator-regulated chemokine)CCR7,趋化因子与 T 细胞归巢,SLC 和CCR7,淋巴细胞表面的CCR7与高内皮静脉（HEV）表面的SLC相互作用，使淋巴细胞归巢至二级淋巴器官。CCR7缺失，导致二级淋巴器官的初始T细胞明显减少。重组纯化SLC对T细胞有高效趋化作用。,趋化因子与 B 细胞归巢,BAC-

23、1 和CXCR5,BAC-1( B cell-activating chemokine-1)：表达于二级组织的滤泡区，系成熟B 细胞的高效趋化因子。调节B向二级淋巴组织归巢。 BAC-1与 B 细胞表面CXCR5作用。 表达CXCR5的CD4+T记忆细胞也可归巢于滤泡。,Nature Immunology, 2005,6(9):895-901,Nature Immunology, 2005,6(9):889-894,趋化因子与炎症反应,与炎症性疾病相关,与炎症性疾病相关,血管球性肾炎,骨关节炎,与炎症性疾病相关,牛皮癣,病毒性脑膜炎,趋化因子与病毒感染,HIV的感染经由趋化因子趋化因子的抗 H

24、IV活性疫苗的分子设计,趋 化 因 子 与 HIV 感 染,AIDS,当今世界致死率最高的病毒性疾病,特点：,全球HIV感染者逾4000万,中国感染者100万,药物治疗费用昂贵：15万美元/年,迄今30余种候选疫苗，但均不尽理想,AIDS感染,Gp120之V3 loop,CCR5 CXCR4,CD4+T细胞,巨嗜细胞,HIV及其它病毒感染性疾病,CD4,CXCR4,Binding,Fusion & Entry,Nuclear localization & entry,Integration,Infection,Expression,Budding,Assembly,Translation,Po

25、st-translationalprocessing,Cellular Activation,AIDS治疗,CCR5 CXCR4,突变体拮抗剂,感染巨噬细胞、CD4T细胞,趋化因子的抗 HIV活性,CD8T细胞通过释放可溶性细胞因子清除HIV感染的细胞 RANTES, MIP-1a, MIP-1b 在ng / ml浓度下可显著抑制HIV的复制,趋化因子与肿瘤趋化因子与移植排斥趋化因子与SLE,趋 化 因 子 与 疾 病,趋化因子与肿瘤,与肿瘤相关的趋化因子,ELR-CXC：MIG，血管生成因子非ELR-CXC：IP-10，PF-4，血管稳定因子LptnIL-8,ELR-CXC和非ELR-CXC

26、之间的表达平衡决定肿瘤的生长、转移、逆转,肺癌鳞癌表达高水平IP-10，转移力差，病人存活率高。肺癌鳞癌表达低水平IP-10，转移力强，病人存活率低。增加ELRCXC趋化因子如Mig表达，可抑制非小细胞肺癌生长。,与肿瘤相关的趋化因子,IL-8：具有潜在的抑制肿瘤作用。 Lptn：诱导 T 细胞和 NK 细胞浸润于肿瘤局部，抑制肿瘤，需与 IL-2 配合。IP-10& Mig：Th1细胞趋化剂，诱导CD8T浸润肿瘤，杀伤肿瘤。,Nature Immunology,Vol.5 Number 2, February 2004,The Committee on Immunology and Depa

27、rtment of Patholog, University of Chicago,Nature Immunology,Vol.5 Number 2, February 2004,LIGHT,A member of the TNF superfamily. (Ref. Immunity8, 21-30,1998)Lymphotoxins inducible expression, competed with herpes simplex virus glycoprotein D for HVEM, a receptor expressed by T lymphocytes LIGHT HSC

28、gdLTbR HVEM(Stroma, Tu) (T cells),LIGHT renders the host resistant to tumor,Nature Immunology,Vol.5 Number 2, February 2004,趋化因子与移植,趋化因子与移植排斥,急性排斥反应 多属迟发型超敏反应的细胞免疫应答, 伴有体液免疫的参与, 早期病变以单个核细胞浸润为特征。,同种大鼠肾移植术后 第一天开始,移植物内巨噬细胞和细胞浸润不断增加, RANTES和MIP-1a的mRNA表达在术后13天持续增加 术后第四天达到顶峰，MCP-1的mRNA表达呈显著的抗原特异性升高,且与间质炎

29、性浸润相一致; RANTES和MIP-1a 46天达到平台期 术后56天移植肾内细胞明显减少时，MCP-1表达也降至同基因对照组水平。家族趋化因子参与急性排斥反应的炎性浸润；急性排斥反应过程 大鼠肾移植术后6小时RANTES的mRNA表达一过性升高, 术后36天时持续升高，并伴有IFN-g水平的增高 术后早期RANTES升高可能继发于缺血再灌注损伤,并触发免疫应 答,导致排斥反应发生,研究慢性排斥模型 术后7天、14天、28天，移植心MCP-1基因表达水平是受者自体心脏的812倍， MCP-1的持续过量表达将引起慢性移植心的血管硬化。临床心脏移植受者血清MCP-1水平与移植后冠状动脉病（TCA

30、D） 术后发生TCAD者的血清MCP-1水平显著高于正常对照组及未发生的移植受者, 高水平的MCP-1可能预示着患者存在长期持续的免疫活化状态。发生慢性排斥反应的肾移植患者 尿MCP-1水平显著高于肾功能稳定患者和健康人 其浓度与血肌酐、胆固醇、尿蛋白和动脉血压水平相关,提示MCP-1的升高是这一系列危险因子导致慢性移植物失功的重要分子机制。MCP-1及其受体CCR2基因敲除的小鼠体内 动脉硬化的进展被显著抑制，特别是巨噬细胞的浸润受到抑制,MCP-1在慢性移植后血管病的形成和发展中可能起重要作用,趋化因子与 SLE,趋化因子与自身免疫性疾病,系统性红斑狼疮（SLE）,东方人和黑人育龄妇女常见

31、。多克隆淋巴细胞非特异活化抗体介导的损伤,发病特征：,关节疼痛、面部蝶形红斑、血尿、蛋白尿、白细胞贫血。血液中含大量自身抗原和抗原抗体复合物。免疫病理由抗原抗体复合物沉积于关节、肾小球基底膜致炎症。,与SLE相关的趋化因子,IL-8TNF-aIP-10CCR4MCP-1,与SLE相关的趋化因子,IL-8SLE患者红细胞表面 IL-8R 结合IL-8 活性下降，使血循环IL-8 清除速率下降TNF-aSLE患者血浆和尿中TNF-a 增高,与SLE相关的趋化因子,IP-10IFN 诱导蛋白，特异趋化Th1细胞，影响IFN-g 分泌，密切影响 SLE活动。CCR4表达于Th2细胞，活动期SLE患者C

32、CR4表达明显升高，与SLE活动指数明显相关。,与SLE相关的趋化因子,MCP-1SLE 狼疮肾炎患者MCP-1 明显升高，促进新月体形成和肾间质损害。,总之，趋化因子促进了白细胞浸润、蛋白尿和肾损伤，与SLE发生发展密切相关。,MCP-1Lymphotactin, LtnIL-8,重 要 趋 化 因 子 举 例,MCP-1,Monocyte Chemoattractant Protein-1第1个被克隆的的CC族趋化因子99个氨基酸，10KD受体为CCR2趋化和激活单核细胞，参与炎症和组织修复激活T、NK细胞，提高CTL杀伤作用与Th2型免疫应答密切相关,Lymphotactin, Ltn,

33、C族趋化因子唯一的成员人和小鼠 1 号染色体93个氨基酸，10KD缺乏第1，3个保守的Cys 残基具有比其他趋化因子长2030个氨基酸的C 端O连接糖蛋白,Ltn的表达与调节,主要由激活的CD8T 细胞和NK 细胞产生NK T、肥大细胞、嗜碱粒细胞、gd T细胞、Th1、DC、血管内皮细胞等也可表达。小鼠的脾脏、胸腺有少量表达；人广泛分布，淋巴组织最高，胸腺、脾脏、外周血较高；CD28、IL-2、g-IFN可抑制其表达；IL-4可促进其表达,Ltn 的受体XCR1,人XCR1，3p21染色体，333个氨基酸第二个胞内区为保守的HRYLSVV序列T、NK、B、中粒细胞均有表达；胎盘、胸腺、脾脏表

34、达较高；功能尚不清楚,Ltn 的生理作用,主要作用于CD8T细胞和NK抑制CD4T细胞；促进CD8T细胞增生表皮gdT细胞表达大量Ltn，可维持粘膜完整性，增强粘膜免疫；促进CD8T 和NK 浸润和激活，增强抗肿瘤功能；,Ltn 的病理作用,可能参与肾小球内白细胞浸润，新月体形成等病理过程。环状泰尔梨浆虫感染牛过程中Ltn是重要免疫介质。鼠疱疹病毒分泌的M3蛋白和人疱疹病毒-8编码的v-MIP-II可分别与Ltn、Ltn受体XCR-1结合，而使之失活。,IL-8,CXC家族成员单核、巨嗜、T细胞等分泌IL-8受体位于中性粒、T、单核、嗜碱粒细胞等人类14q染色体编码对中性粒细胞有极强的趋化作用

35、,Fractalkine,重 要 趋 化 因 子 举 例,Fractalkine, FKN,CX3C 家族成员染色体16q13373个氨基酸，95KD缺乏第1，3个保守的Cys 残基具有比其他趋化因子长2030个氨基酸的C 端O连接糖蛋白,FKN 的受体CX3CR1, V28,FKN特异、高亲和力受体。G蛋白偶联活化导致钙流增高介导FKN的黏附和趋化功能,FKN 的功能,大脑神经元广泛表达。可抑制脑小胶质细胞调亡。抑制脑小胶质分泌炎性细胞因子而拮抗中枢神经系统的病理改变。通过增强内皮细胞和单核细胞的黏附，而参与血管损伤。内皮细胞上FKN单独即可稳定黏附单核、NK、CD8T。,A fractal

36、 is a geometrical shape or pattern made up of identical parts, which are in turn identical to the overall pattern. The term fractal was used to describe a complex geometrical object that has a high degree of self-similarity and a fractional dimension that exceeds the normal, or topological, dimension (D) for that type of object. Benoit Mandelbrot , 1975.,“Fractalkine” derived from Fractal Geometry,Schematic structure of FKN/CX3CR1,基因的进化？,Biological functions of FKN/CX3CR1,FKN-mediated pathways in the adhesion cascade,Thank you !,