趋化因子及其受体
对于趋化因子的研究始于1977年发现CXCL4，之后又发现了几个结构相关分子，但功能没有确定，直到1987年CXCL8被鉴定为首个可以选择性趋化某个白细胞亚群的细胞因子，对趋化因子的研究产生巨大影响，从此研究聚焦到白细胞趋化功能，并积极寻找新成员，很快发现了靶向单核细胞、T细胞和嗜酸性粒细胞的趋化因子。同时，通过发掘数据库又鉴定出更多趋化因子。现在已鉴定人类趋化因子约40多个，已成为数量最大的结构相关性细胞因子群。20世纪90年代，发现趋化因子的受体为7次跨膜蛋白家族，属于G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）。目前认为趋化因子的作用模式是：趋化因子和黏附分子互相协作，调节白细胞和上皮细胞的相互作用，允许跨上皮细胞迁移以及靶向不同特定区域的趋向性定位。
免疫系统不同于人体其他系统，免疫细胞必须在全身迁移，穿过组织到达特定部位来执行功能，而协调迁移的主要是趋化因子。趋化因子的主要功能是调控白细胞迁移、调控免疫应答和促进组织修复，不过，有的趋化因子有一些与免疫无关的功能，例如调节器官发育、血管生成等。趋化因子也是一把“双刃剑”，在某些免疫相关性疾病展现了破坏性效应。此外，有些病原体如HIV、疱疹病毒、痘病毒和疟原虫，进化出利用或阻断趋化因子的机制来促进感染和病情发展。鉴于以上发现，趋化因子受体已成为潜在的药物靶点。
（一）趋化因子分类
趋化因子不是按照功能，而是依照氨基酸序列的相关性来认定的。趋化因子至少含有2个高度保守的半胱氨酸（cysteine，C）残基，事实上，除了2个趋化因子外，其他至少有4个半胱氨酸。
1．按分子结构特点分类 根据N端半胱氨酸的数目和间隔，趋化因子分为4类：C亚家族，N端只有1个C；CC亚家族，N端2个C相邻；CXC亚家族，N端2个C被1个非保守氨基酸隔开；CX3C亚家族，N端2个C被3个非保守氨基酸隔开。趋化因子的表示方法是亚家族后面加“L”和数字序号。比较特别的是C亚家族的命名，为了和补体简写“C”区分，表示为XC后面加“L”和数字序号。相应趋化因子受体的表示方法是把亚家族名称后的“L”替换为“R”。
C亚家族和CX3C亚家族很小，仅有几个成员。CC亚家族和CXC亚家族是两个大家族，根据结构的相似程度进一步分成亚群，其中一些亚群功能相关性很强。CXC亚家族分为ELR亚群和非ELR亚群，ELR指N端的一个保守基序Glu-Leu-Arg，其中ELR亚群包括CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL5、CXCL6、CXCL7和CXCL8，结合受体CXCR2，趋化中性粒细胞，与血管生成相关；非ELR-CXC亚群仅有CXCL12结合CXCR4且趋化中性粒细胞并与血管生成相关，而CXCL9、CXCL10和CXCL11组成了结合CXCR3的小亚群，它们与CXC4是强大的血管抑素。CC亚家族分为单核细胞趋化蛋白（monocyte chemoattractant protein，MCP）和巨噬细胞炎症蛋白（macrophage inflammatory protein，MIP）两个亚群，主要趋化单核-巨噬细胞而不是中性粒细胞，如MCP-1，既CCL2，主要趋化单核-巨噬细胞和淋巴细胞。
2．按照生物学功能分类 根据趋化因子调控效应细胞达到炎症部位还是迁移细胞去相应组织以维持机体稳态，将趋化因子分为自稳性趋化因子和炎性趋化因子。
（1）自稳性趋化因子 自稳性趋化因子分化并构成性表达于初级或次级免疫器官特定的微环境中，表达水平稳定，通过特定受体作用于造血前体细胞、树突状细胞和淋巴细胞，主要参与淋巴细胞成熟、归巢和再循环，维持淋巴系统稳态。自稳性趋化因子的受体具有相对专一性，一种受体只能与1、2种配体结合。
（2）炎性趋化因子 炎性趋化因子包括了大部分趋化因子，并且针对固有免疫和适应性免疫分别有不同成员发挥作用。针对固有免疫的趋化因子是组织细胞和白细胞强力诱导产生的，而其对应的受体一般构成性表达于髓系细胞和白细胞。与之相反，针对适应性免疫的趋化因子，其受体和配体都是强力诱导产生的。不过，在DC和NK 细胞成熟的过程中，以及T细胞和B细胞成熟、活化和分化的不同阶段，趋化因子受体的表达呈现动态变化，有的构成性表达转变为诱导产生，或者在某类细胞诱导表达，却在另一类细胞呈现为构成性表达。炎性趋化因子在炎症和组织损伤时高表达，募集白细胞到达损伤组织杀灭病原体。
（二）趋化因子的基本特征
1．趋化因子的结构特点 趋化因子C、CC、CXC和CX3C虽然一级结构差异很大，但是都拥有3个反向平行的β片层折叠、连接并包装后形成的保守的紧密的球状三维结构。部分由于分子内半胱氨酸之间二硫键形成，趋化因子在体液中非常稳定。趋化因子的四维结构有3种：单体、二聚体和四聚体。
2．趋化因子作用的重叠性 2种趋化因子结合于同样的受体，既有相似的生物学效应，又呈现出彼此高度特异的生物学特点，此为趋化因子的重叠性。例如，CXCL7和CXCL8都是中性粒细胞CXCR2的激动剂，但是CXCL7储存在血小板颗粒中，血小板活化时释放，而CXCL8所有细胞类型受到炎性刺激时均可以产生。事实上，仅有1种趋化因子参与的炎性反应几乎没有，炎性趋化因子通常协同作用，在相同或不同的细胞类型上混杂使用受体，形成了炎症系统丰富的功能重叠。因此，1种炎性趋化因子或趋化因子受体缺失的小鼠，不会改变对感染原的易感性。但是，自稳性趋化因子的重叠性要弱得多，所以一旦其配体或受体缺陷，往往表现明显的发育障碍或白细胞归巢障碍。
（三）趋化因子受体
趋化因子受体主要表达于白细胞表面。不同白细胞有不同的趋化因子受体表达谱，而同样的白细胞在不同发育、活化和分化状态下其趋化因子表达谱也呈现动态变化。绝大多数趋化因子是相应受体的激动剂，但是少数趋化因子对某种受体是激动剂，而对另一种受体却呈拮抗作用。人类趋化因子和其受体有几对为单配，但是大多数趋化因子和受体都呈不同程度的杂交配对，因而呈现显著的重叠性。虽然呈现重叠性，但是某种趋化因子受体的高亲和力的配体往往局限于某个趋化因子亚群，遂以此亚群名称加“R”，后加数字序号来命名趋化因子受体。
人类趋化因子受体一般属于7次跨膜G蛋白偶联受体（GPCRs），为单条多肽链构造而成。根据趋化因子受体是否传导信号将其分为经典趋化因子受体、非典型趋化因子受体两大类。
1．经典趋化因子受体（classic signaling chemokine receptor） 此类受体与相应配体结合后，通过偶联的G蛋白引起胞内钙离子释放，激活PKC等蛋白酶，介导细胞黏附、趋化等生物学效应。这类功能性受体包括C亚族受体XCR1、CC亚族受体CCR1～10、CXC亚族受体CXCR1～7、CX3C亚族受体CX3CR1。(https://www.daowen.com)
2．非典型趋化因子受体（atypical chemokine receptor，ACR） 此类受体为G蛋白偶联受体，与相应配体结合后不发生信号传导，故又称之为诱饵受体。此类受体不传导信号的结构基础是：占据功能性趋化因子受体结合位点，形成异二聚体阻止配体结合；直接结合配体，阻断配体和功能性受体结合；可以结合配体，但是受体缺乏胞内段，没有信号传导功能。此外，有的诱饵受体结合趋化因子后，使其内化和降解。目前发现的ACR 有：Duffy、D6、CCX-CKR、CXCR7、CCRL2等。此类受体成为趋化因子促炎作用的缓冲器，在维持趋化因子网络平衡中起重要作用。
（四）趋化因子的生物学功能
1．介导细胞黏附和迁移 黏附和迁移是淋巴细胞从血液和淋巴液迁移出来并穿过组织所必需的生物学功能。白细胞表达的选择素、β2整合素和趋化因子受体联合在一起，与内皮细胞上相应的配体相互作用，形成引导白细胞趋向特定微环境的分子密码。首先，细胞在活化的内皮上滚动，这一过程是白细胞选择素与内皮细胞上的相应配体发生微弱、可逆的结合所介导的，接下来，内皮细胞表达的趋化因子诱导白细胞整合素上调，整合素和配体高亲和力的结合使滚动的细胞停下来。然后牢固黏附的细胞开始极化，肌动蛋白在前导端聚合，运动则通过细胞骨架重塑和尾端肌球蛋白收缩协同产生。这种穿越内皮细胞的迁移严格依赖内皮细胞膜表面的趋化因子，而且进一步穿越组织到达特定部位需要趋化因子的接力诱导作用。
2．介导细胞毒性介质释放 炎性趋化因子能够诱导白细胞释放预先合成的介质并引起细胞毒效应，参与炎症的发生和发展。例如，CXCL8诱导中性粒细胞释放防御素和其他杀菌蛋白质如弹性蛋白酶和胶原酶，降解细胞外基质、放大炎症反应；CC 亚家族的MIP和MCP能够诱导嗜碱性粒细胞释放组胺和类花生酸，此为变应性反应中重要的血管活性介质；CCL2～CCL5能促进NK细胞脱颗粒。
3．参与免疫细胞发育、增殖与凋亡 自稳性趋化因子表达于胸腺、淋巴结、脾脏等免疫器官，参与淋巴器官和淋巴细胞发育，例如，CCL21、CCL25参与胚胎期胸腺发育和T 系祖细胞向胸腺归巢，直接影响T细胞的发育和成熟。此外，趋化因子还参与调控细胞的增殖和死亡，例如，CXCL12在体外能够刺激前B细胞和造血祖细胞增殖；XCL1促进CD4＋T细胞凋亡。
4．通过招募特定细胞调控免疫应答类型 不同病理状态下的趋化因子表达谱不同，从而募集不同的免疫细胞到达病原入侵或组织损伤部位，参与形成不同的免疫应答类型。例如，在感染早期，病原体侵入部位的组织细胞释放CXCL8，吸引大量中性粒细胞进入感染部位对病原体进行吞噬杀伤，形成了即刻固有免疫的病理学特点；在迟发型超敏反应中，效应性T细胞识别抗原活化后，释放MCP-1，趋化单核-巨噬细胞和淋巴细胞到达抗原部位，与其他细胞因子一起，参与形成Th1型免疫应答。
（五）趋化因子与临床
已有大量研究证明趋化因子与人类疾病的相关性，近年来直接的基因测试如基因敲除为观察趋化因子对发病机制的内源性影响提供了有力证据。目前发现趋化因子对4种疾病的发生有着确定的重大影响，包括：WHIM 综合征（疣-低丙球蛋白血症-感染-无效生成性慢性粒细胞缺乏症综合征）（warts，hypogammaglobulinemia，infection，and myelokathexis，WHIM）、肝素诱发血小板减少症（heparin-induced thrombocytopenia，HIT）、HIV／AIDS和疟疾。此外，趋化因子在自身免疫性疾病、超敏反应性疾病、肿瘤等发病机制中产生重要影响。
1．遗传缺陷性疾病 通过谱系分析发现，WHIM 综合征与CXCR4的C尾截短型突变呈强相关，患者对乳头瘤病毒高度易感。动物实验证实趋化因子的其他基因缺陷也会引起疾病发生，如CXCR2－／－小鼠失去对所有ELR-CXC趋化因子的应答能力，对细菌、真菌和寄生虫等病原的易感程度明显上升。
2．中性粒细胞介导的炎症性疾病 CXCL8与许多中性粒细胞介导的人类疾病相关，如痛风、急性肾小球肾炎、类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）和缺血-再灌注损伤等。在多个中性粒细胞介导急性炎症的家兔模型中，全身使用中和性抗-CXCL8抗体都起到了保护作用，因此，CXCL8及其受体成为对抗中性粒炎症性疾病的药物研究靶标。
3．自身免疫性疾病 T细胞介导的自身免疫性疾病如银屑病、多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）、类风湿关节炎和Ⅰ型糖尿病的临床症状都与炎症性趋化因子释放以及表达相应趋化因子受体的T 淋巴细胞和单核-巨噬细胞在炎症部位浸润有关。比较特别的是CXCL4与HIT（肝素诱导性血小板减少症）的关系，CXCL4表达于血小板上，又名血小板因子4（platelet factor 4，PF4）。接受肝素治疗的患者体内产生CXCL4-肝素复合体，导致CXCL4（既PF4）抗原表位暴露，1%～5%患者会产生针对PF4的自身抗体，抗PF4抗体结合PF4后破坏血小板，引起血小板明显减少。
4．趋化因子在感染性疾病中的分子模拟 疱疹病毒、痘病毒、逆转录病毒、HIV 和疟原虫等病原体已经分别进化出不同的进制，通过分子模拟利用、破坏机体免疫系统，以助于自身的感染、复制和生存。
（1）动物疱疹病毒和痘病毒感染 动物疱疹病毒和痘病毒可以产生病毒抗趋化因子，又称趋化因子清道夫，能够结合趋化因子从而抑制或清除之。已经鉴定的趋化因子清道夫有3种：病毒趋化因子结合蛋白-Ⅰ（viral chemokine binding protein-Ⅰ，vCKBP-Ⅰ）是兔痘病毒分泌的，可以与CXC、CC和C趋化因子结合，抑制早期局部炎症；vCKBP-Ⅱ许多痘病毒都可以分泌，主要结合CC趋化因子，可以减轻变应性哮喘的气道炎症；vCKBP-Ⅲ是啮齿类疱疹病毒分泌的，能够结合除了MIP-Ⅱ和KC之外的所有趋化因子，有助于病毒在纵膈淋巴结和脾脏的B细胞中潜伏。
（2）人类疱疹病毒、巨细胞病毒和痘病毒感染 人类疱疹病毒8（human herpes virus 8，HHV8）编码2个类CC趋化因子v MIP-Ⅰ和v MIP-Ⅲ以及构成性CC／CXC趋化因子受体vGPCR，这些都有助于HHV8 感染后引发Kaposi'肉瘤。人类巨细胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）编码4个GPCR同源物：UL33、UL78、US27和US28，是重要的病毒毒力因子。人类痘病毒传染性软疣病毒（molluscum contagiosum virus，MCV）编码的1个CC趋化因子MC148能够阻断CXCL8对中性粒细胞的募集。
（3）HIV感染 HIV通过病毒外膜糖蛋白gp120与靶细胞膜CD4分子结合后，再与趋化因子受体结合，形成CD4-gp120-趋化因子受体复合物，又称HIV共受体，介导病毒外膜与靶细胞膜融合，使病毒核心进入靶细胞。根据亲细胞性把HIV 病毒株分为感染巨噬细胞的M-热带HIV（M-tropic HIV）和感染T细胞的T-热带HIV（T-tropic HIV）。其中，T-热带HIV选择使用CXCR4作为融合因子，而M-热带HIV使用CCR5作为融合因子。基于结合不同趋化因子受体进行病毒包膜和细胞膜的融合，HIV 分为X4株（结合CXCR4）、R5株（结合CCR5）或R5X4株（结合CXCR4和／或CCR5）。携带CCR5突变型CCR5d32的个体，可以感染X4 HIV，却不能被R5 HIV株感染。
（4）疟疾 Duffy是一种红细胞表面血型抗原，呈人种差异性分布，为7次跨膜趋化因子受体，能够结合CXCL8和其他几种趋化因子。Duffy是间日疟原虫（P．vivax）侵入红细胞的决定性因素。间日疟原虫Duffy结合蛋白（P．vivax Duffy binding protein，PvDBP）与Duffy结合后，间日疟原虫侵入红细胞。撒哈拉以南非洲以黑种人占绝大部分，Duffy缺陷在这里呈固有性分布，但在其他疟疾流行区域没有这种分布现象。相应地，间日疟在撒哈拉以南非洲很罕见，却是中美洲、南美洲和南亚常见的疟疾类型。