趋化因子及受体在T细胞致敏和Th1／Th2介导的免疫应答中的作用

趋化因子及受体在T细胞致敏和Th1 /Th2 介导的免疫应答中的作用关键词 趋化因子 Th1/Th2 细胞 免疫应答T 细胞在胸腺中生长发育成初始型 T 细胞( naive T cell )后，通过循环 流经全身血液及次级淋巴器官，搜寻抗原呈递细胞(anti gen-presen ting cell, APC)呈递的抗原。初始型T细胞发现其特异抗原后，即增殖分化为具有 新的迁移能力的效应T细胞和记忆T细胞1。效应T细胞能够进入外周组织， 识别抗原，产生炎性或变态反应；记忆T细胞除具有向外周组织迁移的能力 外，还能迁移至淋巴结，进一步刺激产生新一批效应T细胞。因此，T细胞的 功能与其迁移能力密切相关，其中必然存在特定的分子机制，使得相应的细胞 能够迁移至相应的组织中去。1 趋化因子及其受体是调控白细胞定位的重要成分 2白细胞向组织迁移时，在两个阶段受到调控。首先，白细胞在血管内皮表 面的滞留及牢固粘附；其次，白细胞从内皮向间质并进一步向特定微环境的迁 移。趋化因子在这两个过程中发挥了重要作用。白细胞与内皮的结合牵涉到选 择素介导的滚动和整合素介导的牢固粘附。内皮细胞表面的趋化因子与其位于 白细胞表面的相应受体相互作用触发了整合素的活化，导致牢固粘附。外周各 种组织细胞生成的趋化因子驱使白细胞穿过组织移行至特定微环境。因此，选 择素、趋化因子受体和整合素的不同表达为白细胞移行提供了一套“地址码”(addresscode)，使白细胞能够在特定位置出现，定位于特定组织。从上述过程不难得出如下假说：白细胞通过一种多步骤导航模式(multistep navigation mode)，对一系列趋化因子先后产生反应。即借助 一系列不同的趋化因子受体，使得白细胞能够完成由内皮经间质定位于目的微 环境的过程。因此，有些细胞因子在滞留阶段发挥作用，有些则在后继各阶段 起作用。显而易见，由于趋化因子及其受体的丰富多样性，对于不同的白细 胞，趋化系统能够灵活准确地提供相应的迁移形式。尽管，人们早就认识到选择素和整合素在初始型T细胞和效应/记忆T细 胞上表达是不同的，但直到最近，才发现随着抗原刺激程度的不同以及分化程 度的不一，许多趋化因子受体在T细胞上的表达也是不一样的。新近的研究表 明，趋化因子与受体是调节T细胞及其伴随细胞定位、进一步致敏，以及调节 Th1/Th2 介导免疫应答所必需的。2 趋化因子受体在 T 细胞上的表达2. 1初始型T细胞和记忆T细胞趋化因子受体表达38 T细胞趋化的早期 研究中，人们发现只有记忆活化 T 细胞对已知的趋化因子有反应，而初始型 T 细胞则无反应；而且，淋巴细胞在淋巴组织中的移行可以被百日咳毒素通过 抑制趋化因子受体信号传递的作用而阻断。因此，早期研究仅认为只有记忆或 活化T细胞才表达Burkitt淋巴瘤受体-1 (BLR-1)、C-X-C亚族趋化因子受体 5(CXCR5 )及CXCR3等趋化因子受体，并对正常T细胞表达和分泌、活化时表 达下降的因子(reduced upon activation，normal texpressed and secreted, RANTES)、单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)、-2、-3有反应。近年来，人们对趋化因子的功能特性有了进一步认识。许多研究发现趋化 因子大体可分为两大类：炎症性趋化因子，外周组织炎症状态下可被诱导产 生或被强烈上调表达；构成性趋化因子，履行看家功能(housekeeping function)，也可能参与构成性的白细胞移行。人类发现的第一个趋化因子即 为炎症型，因此只有记忆/活化T细胞表达其同族受体，并对其有反应。最 近，人们发现初始型T细胞上也表达趋化因子受体，包括CXCR4、C-C亚型趋化 因子受体7 (CCR7)。此外，初始型T细胞还表达一种与树突状细胞趋化因子- 1 (DC-CK1)作用有关的受体，但其结构和功能目前尚不清楚。T细胞表面趋化因子受体从构成型向炎症型的转变，是T细胞活化、分化 的结果，同时它也将改变 T 细胞的迁移习性。2. 2 Th1、Th2细胞趋化因子受体的表达 与初始型T细胞不同，抗原刺激过 的T细胞是不均一的，从另一方面也反应了 T细胞活化状态和分化程度的不 同。T细胞应答的中心过程是T细胞向Th1型或Th2型分化。T细胞致敏阶 段细胞因子的不同组合决定了效应T细胞所产生的细胞因子的类型。CD4+Th1 能够产生Y干扰素(IFN-Y )，活化单核-巨噬细胞，因此可以杀伤细胞内微 生物。相反，CD4+Th2细胞则产生IL-4和IL-5，并与IgE、嗜酸和嗜碱粒细胞 主导的反应相关。在MHC-I限制的CD8+T细胞应答中也观察到Th1、Th2的分 化。作为 Th1、 Th2 不同效应能力的一部分，它们可能表达不同的趋化因子受 体，使得它们向不同组织趋化。2. 2. 1 Th2细胞特异表达的趋化因子受体1。11 CCR乞是嗜酸粒细胞趋化因 子(eo taxin)、eo taxin2、RANTES、MCP-2， -3， -4 的受体，最初在嗜酸/嗜 碱细胞中发现。Th2细胞上选择性地表达CCR3。使用CCR3特异的单克隆抗体检 测发现，成人外周血小部分记忆/效应T细胞有CCR3分布，这些细胞同时表现 为CD45R0-；分选出这些细胞，体外扩增后发现能产生高浓度的IL-4，IL-5， 从而证明这些细胞大多为Th2细胞。体外分化的Th2细胞系也表达CCR3，但 Th1则未见表达。此外，不论CD4+还是CD8+T细胞群，CCR3+细胞组分与生成 IL-4的细胞数均相近。因此，CCR3+的T细胞可以产生IL-4，而生成IL-4是 Th2 细胞的重要特征。目前还不清楚 CCR3 是否是决定 Th2 细胞迁移的主要趋化因子受体。除 CCR3外，Th2细胞还表达CCR4 (TARC的受体)，并且在加入胸腺和活化调节的 趋化因子(TARC)后，分离出能够动员Ca2 +的T细胞，发现这些细胞也能产生 IL-4。但CCR4并非Th2的特异标记，它的表达有时可能和产生IL-4的表型相 分离；如有文献报道在转化生长因子P (TGF-P )作用下，T细胞系虽然能表 达CCR4但并不产生IL-4或IFN-y。因此只有CCR3才始终与Th2产生IL-4的 表型相一致。2. 2. 2 Th1细胞特异表达的趋化因子受体11 与Th2细胞能够选择性地 表达趋化因子受体一样，Thl也选择性地表达某些受体。CXCR3就是其中之一， 它是趋化因子IP-10 （IFN-丫诱导蛋白TO）、Mig （IFN-丫诱导的单核因子） 和I-TAC（IFN-Y可诱导的T细胞a趋化诱导剂）的受体，所有这些趋化因子 均可被IFN-y上调。CXCR3在大多数外周血记忆T细胞都有表达，但Thl表达 水平远高于Th2，与此相应，Thl对IP-10反应所需的剂量仅为Th2的十分之一。CCR5是RANTES、巨噬细胞炎性蛋白-la （MIP-la ）和MIP-10的受体， 但是否为Thl的特异性受体尚有争议。虽然有研究发现CCR5选择性地表达于 Thl，但Sallusto等的工作证实，尽管CCR5在Thl上有表达，而Th2没有表 达，但在新近活化的 T 细胞，不管其功能、分化如何都有同等量的 CCR5 表达。 使用CCR5特异性抗体，发现CCR5存在于一小部分CD26+、L-选择素（L- selec tin）、CD45R0+的外周血T细胞，而这一系列表型均与T细胞的新近活化 相一致。此外，当撤减IL-2时，CCR5则迅速消失，而CCR3、CXCR3却无变 化。因此CCR5+T细胞可能仅代表最新产生的循环效应细胞。尽管现有资料十分有限，但已有的研究发现Thl、Th2表达不同的趋化因子 受体，因而对趋化因子反应也不相同。近期对小鼠淋巴系统的研究也已观察到 类似现象。3 IFN-a和TGF-卩调节趋化因子受体的表达 11, 1517T 细胞的分化不仅受抗原刺激强度的调节，同时还受致敏阶段周围细胞因 子的影响。这些促进T细胞分化的细胞因子来源于APC、应答的T细胞或周围 旁观细胞。尽管IL-2和IL-4在Thl、Th2分化过程中起着主要作用，但其它细 胞因子同样也影响T细胞的最终分化。即便在没有IL-12或仅存在IL-4的环境 下，IFN-a仍可诱导人Thl分化。而TGF-p则能够抑制人T细胞分化，使增 殖的T细胞处于半初始化（semi-naive）状态。半初始化T细胞除IL-2外，不 生成其它任何细胞因子，但在适当刺激后，仍可进一步分化为Thl或Th2。Sallusto等研究发现,IFN-a和TGF-p除影响分化外，还能显著地影响 不同类型趋化因子受体的表达。在Thl或Th2分化环境中加入IFN-a后， CCR3、CCR4的表达受到抑制，而CCR1的表达上调。因此，与IL-12诱导分化 的Thl相比，IFN-a诱导分化的Thl细胞还上调表达有大量的CCR1，而CCR1 能使T细胞对更多的趋化因子作出反应。相反，TGF-p抑制CCR2、CCR3和 CCR5的表达，而上调CCR4、CCR7的表达。所以，与其抑制分化的作用相一 致，那些能促进T细胞向外周组织迁移的趋化因子受体也受到TGF-p的抑制； 而有助于 T 细胞归巢的趋化因子受体则得到增强表达。总之， IFN-a 、 TGF-p 能够调节T细胞趋化因子受体的表达，灵活地调节着白细胞的运动，对特定组 织中细胞的组成也有深刻的影响（见 l）。l T 细胞趋化因子受体表达的调节DC：树突状细胞DC-DK1-R:树突状细胞趋化因子1受体Naive T cell：初始型T细胞 DTH:迟发型超敏反应4趋化因子协调次级淋巴器官中T细胞、B细胞和树突状细胞的关系18趋化因子及其受体在引导特定细胞迁移至特定炎症组织及淋巴器官，诱发 初级免疫应答产生的过程中也发挥了重要作用（见 2）。淋巴结中初始型T细胞和树突状细胞（DC）充分相互作用，是T细胞致敏的 重要场所。未成熟的DC及单核细胞（DC的直接前体），表达多种受体，如 CCR1、2、5、6,迅速募集到外周炎症组织。进入炎症组织后，DC立即俘获抗 原，同时受炎症因子，如TNF-a、IL-1或细菌病毒产物（如LPS或dsRNA等）的 刺激而分化成熟。DC的成熟不仅出现粘附分子或协同刺激分子上调，而且可使 之向次级淋巴器官迁移。LPS或TNF-刺激DC产生大量炎症型趋化因子，进一步 募集未成熟的DC；并可使其自身的趋化因子受体下调，有利于DC及时从炎症 组织中退出。当DC的炎症型趋化因子受体下调时，构成性趋化因子受体如 CCR4、CCR7、CXCR4在成熟的DC得到上调表达。CCR7对引导成熟的DC进入淋 巴管尤为重要，这是因为淋巴管内皮细胞能够产生CCR7的同族配体一一次级淋 巴组织趋化因子（SLC）。DC从淋巴管引流到局部淋巴结，淋巴结中固有的成 熟DC可产生另一种CCR7配体EBI1配体趋化因子（ELC），控制DC定位于淋巴结 的 T 细胞区。2 趋化因子及其受体在 T 细胞致敏和 Th1Th2 介导的免疫应答中的作用APC:抗原呈递细胞naive T：初始型T细胞SLC：次级淋巴样组织趋化因子DC:树突状细胞Mig： Y -干扰素诱导的单核因子ELC： EBI1配体趋化因子MIP：巨噬细胞炎性蛋白DCA-1： B细胞趋化因子1MDC： 巨噬细胞来源的趋化因子SDF-1：基质细胞来源的因子1PSGL-1： P-selectin糖蛋白配体1IP-10:干扰素可诱导蛋白 10与DC相伴的初始型T细胞，通过另一条途径高内皮细胞的毛细血管后 微静脉（HEV）进入淋巴结。L-selectin和淋巴细胞功能相关抗原-1 （LFA-1 ）在 该过程中起促进作用。淋巴组织中至少产生包括基质细胞来源的因子-1（SDF- 1）、SLC、ELC在内的三种趋化因子，可以使血循环中T细胞迅速滞留于细胞 间粘附分子-1（ICAM-1 ）表达区域，而它们相应的受体CXCR4和CCR7在初始型 T细胞均呈高水平表达。因此，CXCR4和CCR7同时也可能是介导牢固粘附和穿 过HEV迁移的重要趋化因子受体。初始型T细胞进入淋巴结后，自由地渗滤通 过没有细胞外基质的副皮质区，使之与DC充分作用。DC自身也分泌ELC或DC- CK1等趋化因子，除了对初始型T细胞有活性，吸引T细胞外，还可能在T细 胞致敏的起始步骤中起作用。初始型B细胞，与初始型T细胞一样，也表达CXCR4和CCR7，从HEV进入 淋巴结后定位于滤泡B细胞区。初始型B细胞还表达CXCR5，通过基因打靶技 术业已证实CXCR5是淋巴滤泡及生发中心形成所必需的成份。人类CXCR5的配 体是B细胞趋化因子T (BCA-1)，小鼠中的相应物质为B淋巴细胞趋化剂 (BLC),它们均由滤泡中的细胞产生，在吸引初始型B细胞以及活化的Th细 胞、形成滤泡结构的过程中发挥作用。活化的B细胞也能生成巨噬细胞衍生的 趋化因子(MDC)等趋化因子，可能促进T细胞和B细胞的相互作用。5 趋化因子影响白细胞迁移的作用51 迟发型超敏反应和变态反应中白细胞迁移的调节11，13，19 局部组织的 炎症增强了白细胞内皮的粘附和移行。这一现象的基础是内皮细胞粘附分子的 上调以及内皮细胞和组织细胞分泌多种炎症型趋化因子，这些物质分布的差异 有可能决定哪些细胞将会优先聚集到某一特定的炎症部位(见2)。在迟发型超敏反应的组织中，炎症性细胞因子，如TNF-a、IL-1和IFN- Y，能够促进内皮细胞表达E-selectin、P-selectin和血管细胞粘附分子T (VCAM-1)，并刺激产生多种趋化因子，包括IP-10、Mig。Th1表达P- selectin 糖蛋白配体-1 (PSGL-1)，可与 E-selectin、P-selectin 结合，涉 及T细胞移行到迟发型超敏反应区。Th2上虽然也曾发现PSGL-1，但它并不与 E-selectin、P-selectin结合，有研究显示，它可能与变态反应组织内皮上优 先表达的某种未知配体功能相关。最近的研究表明，有些趋化因子受体并不依赖于整合素的作用，是直接在 粘附过程中发挥作用的。NK和一些活化T细胞上均表达CX3CR1，因此可与 fractalkine (内皮细胞上一种整合性膜趋化因子)相作用而介导滚动、粘附。 CCR1也有类似作用，它可将E-selectin、P-selectin作为替代配体与之结 合。此外有研究发现，除LFA-1外，记忆/活化T细胞还表达很晚出现的抗原- 4 (VLA-4)和其它整合素；虽然VLA-4与其配体VCAM-1的结合不需要趋化因子 的参与，但是，VLA-4与纤维连接蛋白的作用却必须要有趋化因子参与，而且 纤维连接蛋白在T细胞移行到组织中起了重要作用。尽管人们目前尚不清楚 IP-10和Mig，哪一个在粘附或移行水平发挥作用，但由于它们的表达是受调节 的，且其同族受体 CXCR3 在 Th1 上呈高水平的表达，因此这些趋化因子可能在 选择性地募集Th1至以IFN-y为主的炎症部位起重要作用。此外，由于T细胞 均表达高水平的炎症性趋化因子相应的同族受体，如CCR5，因此RANTES、MIP- 1a和MIP-10还可以吸引新近活化的T细胞。与变态反应关系最为密切的趋化因子为嗜酸性粒细胞趋化因子(eotaxin)，它在肺中生成，并在肺中保持高浓度。eotaxin仅与CCR3结 合，而Th2上选择性地表达CCR3。因此，eotaxin可以募集Th2及其它炎症细 胞到变态反应组织中。除eotaxin外，其它趋化因子也可能参与了变态反应， 在变态反应不同阶段，募集不同的效应细胞。5. 2趋化因子受体在白细胞共定位中的作用 我们常可以通过一个T细胞 的伴随细胞来判断该T细胞的种类。Th2常伴随有嗜酸和嗜碱性细胞，而Th1 则更常与巨噬细胞和中性粒细胞共处。这可能是由于抗原特异性T细胞及其它 不同类型的效应细胞共享相同的趋化因子受体，而使它们共处一处。例如， Th2、嗜酸、嗜碱细胞均普遍表达CCR3。这三种细胞能够协同作用产生变态炎 症反应，但更重要的是嗜酸、嗜碱细胞的活化、存活依赖于Th2分泌的IL-5， IL-4。再如，Th1细胞和单核细胞均普遍表达CCR1和CCR5，单核细胞是巨噬细 胞和DC的前体。这就使得APC、清道夫细胞和炎症T细胞能同时募集到迟发型 超敏反应组织中。对炎症组织中 T 细胞的趋化因子受体的直接分析已证实了上述理论。因 此，在变态反应，如鼻息肉或接触性皮炎都有CCR3+的T细胞、大量嗜酸/嗜 碱性粒细胞浸润；而迟发型超敏反应，如类风湿关节炎，则仅有CCR5+和CXCR3 +的T细胞浸润。类风湿关节炎时，滑膜液中有大量的CCR5+T细胞，而血液及 淋巴组织中的数量则相对很少，这从另一方面说明T细胞定位是有选择的。NK细胞是先天免疫的重要效应细胞，目前对NK在体内移行的途径知之甚 少。NK细胞表达多种趋化因子受体，能使其和其它白细胞一起成为机体的首道 防线。已有研究报道， NK 可对多种趋化因子均有反应，包括 IP-10， LT (lymphotactin)、 RANTES、 MIP-1、 MCP-1， 2， 3、 MDC。结语20 大量趋化因子及其受体的发现，使我们进一步认识到淋巴细胞是 如何选择性地移行至组织的。目前，我们面临的首要任务是澄清所有趋化因子 受体的功能和表达形式。各种受体在不同细胞中的信号传递能力也是一个重要 的研究领域，但目前仍知之甚微。一些受体可能采用不同的信号途径，因此， 不仅在移行，在淋巴细胞的活化、转化甚至存活中都可能发挥作用。此外，趋 化因子受体信号传递能力不同，也可能是由于G蛋白信号系统的调节蛋白表达 不同所致；这些蛋白的表达对决定趋化因子受体的功能至关重要。另外一个重 要的研究领域是组织中趋化因子生成的调控，现已清楚，免疫反应的性质是由 组织中生成的趋化因子的种类所决定的。趋化因子及其受体可能是当今治疗炎症疾病最有希望的研究领域。多步骤 导航模式，即一个迁移细胞在其移行的不同特定阶段可能表达不同的趋化因子 受体、对不同的趋化因子有反应；因此，如果阻断趋化因子受体则会导致迁移 细胞迷失方向，不能到达其最终目标。该理论同时也解释了为何阻断人类趋化 因子可以非常有效地抑制多种炎症反应。趋化因子的功能是使白细胞选择性地 向特定组织移行，所以拮抗趋化因子受体的治疗将比现有疗法更具选择性，产 生更少的免疫抑制副作用。目前，已生产的趋化因子受体拮抗剂多种多样，包 括单克隆抗体，趋化因子修饰物以及最近研制的小分子无机物。在未来的几年 中，它们很可能成为治疗自身免疫疾病和变态反应疾病的有效药物。总之，趋化因子已从未知的细胞因子的分枝学科发展成为一个涉及生物学 许多方面的新研究领域。趋化因子及其受体在生长发育、上皮和内皮细胞移 行、神经生物学、T细胞活化和感染性疾病中的作用正逐步为人类所认识。作者单位：杨俊伟 南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所(南京， 210002)龚如军 南京大学医学院博士研究生参考文献1 Mackay CRImmunological memoryA dv Immunol， 1993， 53：2172 Picker LJ， Butcher ECPhysiological and molecular mechanisms of lymphocyte homingAnnu Rev Immunol， 1992， 10：5613 Bargatze RF， Butcher ECRapid G protein -regulated activation event involved in lymphocyte binding to high endothelial v enulesJ Exp Med， 1993， 178：3674 Foster R， Emrich T， Kremmer E et alEx pression of the G-protein- coupled recept or BLR1 defines mature， recirculating B cells and asubset of T-helper memory cel lsBlood，1994，84：8305 Loetscher P ， Seitz M ， Baggiolini M et al Interleukin-2 regulates CC chemokine receptor expression and chemotactic resp onsiveness in T lymphocytes see comment sJ Exp Med，1996，184：5696 Schall TJ ， Bacon K ， Toy KJ et al Selec tive attraction of monocytes and T lymph ocytes of the memory phenotype by cytoki ne RANTESNature，1990，347：6697 Yoshida R Imai Y ， Hieshima K et al Mo lecular cloning of a 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