趋化因子SDF-1及受体CXCR4研究进展第23卷第1期2OO6年2月生物学杂志JOURNALOFBIOLOGYV o1.23No.1Feb,2006趋化因子SDF一1及受体CXCR4研究进展储子彦,陈晓萍,方晶晶(浙江工业大学生物与环境工程学院,杭州I310014)摘要:趋化因子(chenmklne)是一类一级结构相似,以对白细胞等多种细胞具有趋化定向运动作用为特征的小分子蛋白.功能研究表明,趋化因子在胚胎发育,血管生成,炎症,肿瘤,史滋病等机体多种生理和病理过程中发挥重要作用,部分趋化因子的衍生物或抑制物具有潜在的临床应用前景.不久的将来,趋化因子及其受体可能成为疾病治疗的分子靶点.关键词:趋化因子;SDF一1;CXCR4中图分类号:4文献标识码:A文章编号:1008—9632(2006)Oi一0011—03趋化因子是一类重要的免疫调节因子,直接引导自细胞,包括多种免疫活性细胞进行有方向性迁移,不仅能精确地调节免疫系统的反应,还对组织,器官形成,造血系统功能有调节作用.1趋化因子与受体的结构趋化因子分子结构中有4个保守的半胱氨酸,形成2对二硫键,可分成4个亚类:(1)CC亚类,2对二硫键间无其它氨基酸间隔;(2)CXC亚类,间隔1个氨基酸;(3)Cx3C亚类,间隔3个氨基酸;(4)C亚类,仅有1对二硫键.SDF一1(stromalcell—derivedfactor1)基质细胞来源因子,属于趋化因子CXC亚家族,编码区含267bp,编码89个氨基酸残基多肽.CXCR4为SDF一1受体,高度保守,a螺旋跨膜7次,由352个氨基酸组成,在人体内,编码基因位于人染色体2q21,有一个胞外N端,3个胞内环,3个胞外环和1个胞内C端,SDF—l与CXCR4的N端结合,并与CX—CR4和第二胞外环ECI_2(secondextracelluarloop)相互作用才能启动下游信号通路.2SDF一1/CXCR4生物学意义2.1与HW病毒感染的关系CXCR4为嗜T细胞性SI株辅助受体,能与CD4协同作用,参与CD4抗原与HW表面糖蛋白gpl20结合介导病毒吸附侵入的过程,CXCR4的N端结构参与病毒结合,有多个CXCR4结构域特别是第二细胞外环结构能与HⅣ相互作用.趋化因子与受体的结合能阻断受体与HⅣ的结合位点防治HⅣ进入细胞,同时趋化因子对受体的封闭和下调作用也成为一个有效的防治手段,故趋化因子及其衍生物是辅助受体拮抗剂主要成分之一.Fig1Representationof313modelforSDF—ld(NMR}围1SDF一1n的3D模型除了SDF一1的衍生物,还发现CXCR4的其他抑制剂,如:AMD一3100通过与CXCR4的第二膜外环的负电荷区域结合,成为迄今为止与CXCR4结合最有效的非肽类抑制剂.2.2与造血细胞的关系2.2.1SDF一1对造血于/祖细胞增殖和分化的影响Lataillade等【J采用无血清培养基在CD34细胞体外培养中发现,SDF—la对造血干细胞有刺激其增殖的作用,并且与其他造血细胞生长因子(HCF)如干细胞因子(SCF)及白介素一3(IL一3)有协调作用,它还能促进更多的CD34细胞进入细胞周期,使s期和C2期/M期细胞明显多于对照组.2.2.2SDF一1介导造血干/祖细胞的动员过程研究表明,G—SCF动员外周血时,多种蛋白水解酶作用于胞外基质,粘附因子,细胞因子及趋化因子解除细胞与细胞之间形成的紧密结合,促进造血干细胞收稿日期:2005—05—08;修回日期:2005—08—04作者简介:储子彦(1982一),女,汉族,本科生;通讯作者:陈晓萍(1961一),女.汉族,副教授,博士,研究方向为趋化因子作用的分子机制,E—mail:ch)66@.基金项目:国家人事部留学择优基金和浙江省教育厅基金资助项目,项目号~20040586第23卷第1期2006年2月生物学杂志JOURNALOFBIOLOGYV o1.23No.1Feb,2006跨越内皮细胞的转运[21,裂解SDF一1及HSC表面的CXCR4的N端,使HSC失去对SDF一1的趋化作用.骨髓动员的鼠中,骨髓SDF一1浓度会下降,直接导致体内丝氨酸蛋白酶的积累,后者直接引起骨髓造血干/祖细胞的动员[3l.Fig2Cartoonrepresentationof3DmodelforCXCR4receptor图2CXCR4的3D模型图2.2.3对造血干/祖细胞的归巢的影响2.2.3.1SDF一1/CXCR4介导造血干/祖细胞的趋化转移效应来源于骨髓,脐血,动员外周血中的CD34造血干细胞表面表达SDF一1受体CXCR4,而骨髓基质表达的SDF一1能特异对CXCR4产生趋化作用【.因此表达CXCR4的造血干细胞就能够沿着SDF一1的浓度梯度迁移实现归巢过程.CXCR4抗体孵育后的干细胞无法实现归巢,诱导CXCR4在CD34上的表达,能提高造血干l细胞移植成功率.Benb0ubke一5J在研究造血干细胞活动能力与SDF一1基因多态性之间相关性时发现SDF一13'A等基因存在时唯一能预测CD34细胞具有良好动员能力的因素.2.2.3.2SDF一1/CXCR4诱导CD34细胞穿越内层黏附于骨髓基质的作用对CD34细胞进行趋化活性试验发现,SDF一1能引起造血干/祖细胞迁移率增20~1[6].人的骨髓内皮细胞连续表达SDF一1,SDF—l吸附在内皮细胞表面的蛋白多糖上,结合CD34细胞表面的CXCR4捕获造血干/祖细胞,在黏附分子参与下. HSC与内皮细胞产生黏附,SDF—la可增强HSPC与骨12髓基质的黏附作用,这与SDF—la的聚糖和葡萄糖胺聚糖的特性有关.2.3SDF一1/CXCR4在免疫功能上的作用SDF一1/CXCR4是B细胞生长发育成熟的关键细胞因子,骨髓中前B细胞形成需要CXCR4,而胚胎期SDF一1缺乏会损害胎肝前B细胞的发育【.研究发现,SDF一1缺乏鼠的淋巴细胞和骨髓系细胞不能正常发育,由于SDF一1和CxcR4对T细胞,单核细胞的迁移及B淋巴细胞生成中的生物学效应,可能在免疫监视过程中也发挥重要生理功能,在炎症反应中,白细胞向炎症部位集中也与此有关.利用双室模型中研究发现SDF一1的趋化活性较其他趋化因子高1O倍,局部有放射状细胞积聚现象,并观察其趋化活性有浓度梯度依赖性,SDF一1是CD4T细胞活化的共刺激因子,在类风湿性关节炎病变的滑膜中有CD4T细胞的积聚现象,提示SDF一1在免疫及局部炎症过程中是一个重要的调节因子.2.4SDF一1/CXCR4维持胚胎发育敲除小鼠SDF一1基因的2个等位基因,小鼠出生后即死亡,有B细胞增殖,骨髓细胞发育,神经系统发育受阻以及室间隔缺损等缺陷,基因敲除CXCR4小鼠与基因敲除SDF一1小鼠有几乎相同的表现,说明SDF 一1/CXCR4在胚胎发育过程中具有非常重要的作用.2.5sDF一1/CXCR4与肿瘤转移的关系很多研究报告指出,CXCR4在肿瘤细胞高度表达,而SDF一1在某器官的高浓度表达代表肿瘤细胞首先转移的目的地,实验证明CXCR4的抗体有效地阻断了肿瘤细胞向肺部转移的过程,可见SDF一1/CXCR4在肿瘤细胞扩散转移中起到重要作用.CXCR4是肿瘤细胞上很常见的趋化因子受体,同时是其他治疗癌症中的调节因子,例如血管内皮生长因子(VEGF)能诱导CXCR4大量表达,因此ⅦCF抗体能通过抑制CXCR4表达,达到控制肿瘤细胞转移的作用.已发现AMD3100为CXCR4的特异性拮抗剂,通过抑制CXCR4/SDF一1的结合,抑制肿瘤细胞的定向转移,另外,在乳腺癌患者中雌激素受体(ER)表达明显增高,雌激素的真正标靶为SDF—l,能迅速诱导SDF—hx,SDF一1l3的产生,这种效应可被纯ER拮抗剂ICⅡ82780拮抗.3SDF—l/CxCR4的信号转导SDF—l与CXCR4结合,激活了CxCR4受体耦联的c蛋白,通过激活磷脂酰激醇一3激酶(PI3),丝裂原结合蛋白酶(mitogen—associatedproteinkinase,MAPK)和第23卷第1期2006年2月生物学杂志JOURNALOFBIOLOGYV0J.23No,lFeb,2006转录因子NF—KB,为SDF一1/CxCR4一PI3一~LAJPK—NF一皿信号通路,具体如下:(1)SDF一1刺激可使PI一3激酶P85亚单位及PLC一了酪氨酸磷酸化,PLC一可激活PKC,PKC进一步激化一系列局部黏附蛋白,从而介导细胞迁移.SDF一1诱导的细胞趋化可被PI一3激酶抑制剂wortmannin和PKC抑制剂GF109203X所阻断.(2)SDF一1刺激引起核转录因子NF—B活化,支持SDF一1/CXCR4在细胞,增殖及维持生存中发挥作用. (3)SDF一1刺激还经MEK(MAPKandERKkinase)激活P44/42ERK(ExtraceUnlarSignal—regulatedki—nase),但不能激活p38或JNKMA_PK(Mito—activated proteinkinase).SDF一1诱导的细胞也不能被MEK抑制剂PD98059阻断,考虑MEK可能在SDF一1/CXCR4诱导的细胞内信号转导中起调节作用.4结束语SDF一1和CXCR4的特异性结合及其所启动的下游信号通路在细胞的胚胎发育,造血,免疫及HIV治疗上具有重要的意义,对具体的特异性识别过程及调控环节的详尽研究,将有助于我们深入理解细胞问相互作用以及人体中正常的生理功能,并有助于人们开发各种抑制齐IJ运用于临床治疗.参考文献:[1]LatailladeJJ,ClayD,DupuyC,cta1.ChemoHneSDF一1enhanc~ clreulatlngCD34cellprolifemdoninsynergywithcy[0nespossi—bleroleinrogenitorsurvival[JJ.Blood,2000,95:756—768.[2]Va&yGG,Lidey0.Extracelhlarmatrixmot/ct/s,Cytokines,anden—zymes,dymmiceffectsonimmunecellbe|mviorandinflammation [J].JI_eukecBiol,2000,67:149—159.[3]LevesqueJP,HendyT,TakamatsuY,eta1.DisruptionoftheCX—CR4/CXCLRchemotacticinteractionduringhematopoictiestemcell mobilizationinducedbyG—SCForcyclophosphamidelJJ.JElla Invest,2003,111:187—196.[4]WrightDE,BowtnanEP,WagersAJ,eta1.Hematopoictic8[eIilceils areuniquelyselectiveintheirmigratoryresponsetochemokines[JJ. 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Keywords:chemokine;stromalcell—derivedfactor一1;CXCreceptor4(上接7页)[17]张伟.滚筒式填料筛板萃取器反胶团法萃取蛋白质[J]化工,2000.12(增刊):227～231.[18]赵雪雁,佟晓冬,孙颜.StreamlineSP膨胀床纯化溶菌酶[J].过程工程2004,4(2):104—110[19]MamanoJGSandTsotsisTT.CatalyticMembranesandMembraaeReactors[M].Wiley—VCHVerlagGmbH,WeinheimPress,2002. ProgressesofresearchonthepurificationandseparationofthelysozymeFENGOuan.NGBin(AnhuiUniversityofTechnologyandScience,Wuhu241000,China)Abstract:Recentresearchprogressesonthepurificationandseparationofthelysozymewerereviewed.suchasion—ex—changechromatography,ultrafiltmtion,reversedmicellarextraction,affinity—basedbioseparationandsoon.Atthesadietime,de. velopmentprospectsofwaysofthepurificationandseparationofthelysozymewerediscusse d-Keywords:lysozyme;purification;separation13。