CXC趨化因子受體3及其配體在氣道疾病中的研究進(jìn)展

李論 高金明

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院呼吸內(nèi)科100730

支氣管哮喘 (哮喘)和COPD 是氣道疾病的重要組成部分,它們病變的共同特點(diǎn)是慢性氣道炎癥。趨化因子在炎性反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用,它們和靶細(xì)胞 (中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等)表面相應(yīng)的趨化因子受體特異性結(jié)合,啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑從而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。CXC 趨化因子受體3 (CXC chemokine receptor 3,CXCR3)是CXC趨化因子家族的受體之一,屬于輔助性T 細(xì)胞1 (T helper cell 1,Th1)型趨化因子受體。CXCR3 及其配體與哮喘、COPD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文就CXCR3及其配體在氣道疾病中的作用作一綜述。

1 CXCR3及其配體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 CXCR3受體 CXCR3是具有7次跨膜結(jié)構(gòu)的G 蛋白耦聯(lián)受體,基于其配體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)歸屬于CXC 型受體。CXCR3基因定位在X 染色體q13區(qū),cDNA 全長(zhǎng)1 104 bp,包括2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子,編碼368個(gè)氨基酸。CD4+T 輔助細(xì)胞 (Th)、CD8+毒性T 細(xì)胞和記憶T 細(xì)胞均高度表達(dá)CXCR3。但在Th細(xì)胞中,CXCR3特異性表達(dá)于Th1細(xì)胞,而非Th2及Th17細(xì)胞[1]。除此以外,自然殺傷細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞等免疫細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等均表達(dá)CXCR3。

1.2 CXCR3配體 根據(jù)CXCR3配體理化性質(zhì)及生物學(xué)特性的不同,可大致分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是傳統(tǒng)的CXCR3 配體,包括干擾素誘導(dǎo)的單核細(xì)胞因子 (monokine induced by IFN-γ,Mig)/CXC 趨化因子配體9 (CXC chemokine ligand 9,CXCL9)、干擾素誘導(dǎo)蛋白-10 (IFN-γinduced protein 10,IP-10)/CXCL10 以及干擾素誘導(dǎo)的T 細(xì)胞α趨化因子 (interferon-inducible T Cellα-chemoattractant,I-TAC)/CXCL11。另一類(lèi)是血小板因子-4 (platelet factor 4,PF-4)/CXCL4和血小板因子4變體 (platelet factor-4 variant,PF-4var)/CXC配體4變體1 (CXC chemokine ligand 4 variant 1,CXCL4L1)。

1.2.1 IFN-γ誘導(dǎo)性CXCR3配體 IFN-γ誘導(dǎo)性CXCR3配體是指CXCL9、CXCL10 和CXCL11。雖然這三種配體中40%以上的氨基酸相同,但它們表達(dá)于不同的細(xì)胞并受到不同的調(diào)控。不僅如此,CXCL9、CXCL10 和CXCL11也具有不同的受體結(jié)合特點(diǎn)。這三種配體和經(jīng)典CXCR3的親和力強(qiáng)度為：CXCL11＞CXCL10＞CXCL9。從鈣離子動(dòng)員能力及趨化作用衡量,CXCL11也是CXCR3效能最強(qiáng)的配體。CXCL10易受多種因素調(diào)控從而廣泛參與到多種病理生理過(guò)程中,故目前對(duì)它的研究也最為深入。

1.2.2 血小板趨化性CXCR3配體 血小板趨化性CXCR3配體是指CXCL4和CXCL4L1。CXCL4和CXCL4L1與其他配體的區(qū)別主要在于：(1)與CXCR3親和力不同；(2)主要由活化的血小板釋放,而非IFN-γ 誘導(dǎo)產(chǎn)生。CXCL4L1是CXCL4的變異體,但CXCL4L1 在抗血管生成方面的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于CXCL4,因而具有抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的生物學(xué)效能。近期也發(fā)現(xiàn)CXCL4L1存在不同亞型,但其功能方面的異同尚未完全闡明[2]。

2 CXCR3及其配體與氣道疾病

2.1 CXCR3及其配體與哮喘 哮喘是由多種細(xì)胞 (如嗜酸粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞)和細(xì)胞組分參與的慢性氣道炎癥性疾病。目前認(rèn)為T(mén)h兩種亞型Th1、Th2的失衡是哮喘發(fā)病的重要因素。而CXCR3及其配體的相互作用與Th1細(xì)胞應(yīng)答密切相關(guān),近年發(fā)現(xiàn)其在哮喘中有著重要的調(diào)節(jié)作用。

CXCR3基因多態(tài)性與哮喘的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。Cheong等[3]用測(cè)序的方法比較了韓國(guó)人群中哮喘患者與健康對(duì)照者的CXCR3基因序列,結(jié)果提示CXCR3基因內(nèi)含子c.12+234G＞A (rs2280964G＞A)的單核苷酸多態(tài)性 (single nucleotide polymorphism,SNP)可降低哮喘的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),在過(guò)敏的男性患者中更為顯著。對(duì)于該位點(diǎn)功能方面的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),rs2280964A 可使CXCR3 的表達(dá)量降低,可能機(jī)制為攜帶SNP的內(nèi)含子序列有抑制啟動(dòng)子的活性及調(diào)節(jié)DNA-蛋白質(zhì)相互作用的功能,且rs2280964A 的免疫細(xì)胞對(duì)細(xì)胞因子/趨化因子的應(yīng)答減弱[4]。

目前對(duì)于CXCR3及其配體在哮喘中的作用存在爭(zhēng)議。一些研究認(rèn)為CXCR3 及其配體在促進(jìn)哮喘的發(fā)生發(fā)展、加重氣道炎癥反應(yīng)的過(guò)程中具有重要作用。CXCR3的表達(dá)與哮喘的嚴(yán)重程度相關(guān)。一項(xiàng)納入186例哮喘患者的臨床研究提示,隨著哮喘病情的加重,外周血CXCR3+T 細(xì)胞顯著增多[5]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)CXCR3 的配體參與及加重哮喘患者的氣道炎癥反應(yīng)。其中研究最廣泛的是CXCL10,它是由氣道上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌,可募集活化的T 細(xì)胞和嗜酸粒細(xì)胞到炎癥部位。臨床研究表明,在穩(wěn)定期哮喘患者的痰液中可檢測(cè)到CXCL9、CXCL10水平的升高,而且CXCL9的升高與第1秒用力呼氣容積呈負(fù)相關(guān)[6]。此外,輕癥及過(guò)敏性哮喘患者的外周血和肺泡灌洗液中CXCL10 水平升高[7]。Gauthier等[8]研究結(jié)果提示,CXCL10 表達(dá)增加與激素抵抗及重癥哮喘的發(fā)生相關(guān)。但本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),在屋塵螨致敏的動(dòng)物模型中,CXCR3基因敲除小鼠比野生型小鼠氣道炎癥反應(yīng)更重,CXCL9和CXCL10水平更低；提示CXCR3及其配體可能為哮喘的保護(hù)性因素[9]。Thomas等[10]研究結(jié)果表明,CXCL9 可改善氣道高反應(yīng)。目前對(duì)CXCX3以及配體在哮喘中的作用機(jī)制尚未完全闡明,有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

肥大細(xì)胞是參與Ⅰ型超敏反應(yīng)的主要效應(yīng)細(xì)胞,與哮喘的病理生理過(guò)程關(guān)系緊密。多種氣道平滑肌 (airway smooth cell,ASM)細(xì)胞釋放的趨化因子可調(diào)控肥大細(xì)胞向ASM 層遷移[11]。在哮喘患者的ASM 中可觀察到肥大細(xì)胞數(shù)量明顯增加,且均表達(dá)CXCR3,然而黏膜下層的其他部位表達(dá)CXCR3的比例不足50%。不僅如此,相較于健康人,哮喘患者的ASM 可檢測(cè)到CXCL10 的高表達(dá)。ASM 分泌的CXCL10與肥大細(xì)胞CXCR3結(jié)合可驅(qū)動(dòng)肥大細(xì)胞向ASM 趨化,ASM 中的肥大細(xì)胞可局部調(diào)控CXCL10水平并影響炎癥細(xì)胞的募集[12]。

嗜酸粒細(xì)胞易聚集在過(guò)敏性炎癥部位,通過(guò)釋放包括主要堿性蛋白、白三烯、細(xì)胞因子在內(nèi)的炎性介質(zhì)從而發(fā)揮重要作用。研究表明,CXCR3配體CXCL9、CXCL10及CXCL11可通過(guò)CXCR3 上調(diào)嗜酸粒細(xì)胞的功能,其中CXCL10效應(yīng)最強(qiáng)；CXCL10 還可誘導(dǎo)嗜酸粒細(xì)胞脫顆粒及釋放大量細(xì)胞因子[13]。目前對(duì)于CXCL9 及CXCL11 在哮喘中的作用尚未完全闡明,也有研究發(fā)現(xiàn)二者在哮喘患者中水平無(wú)明顯升高,CXCL9 有抑制嗜酸粒細(xì)胞功能的作用[14-15]。

2.2 CXCR3及其配體與COPD COPD 是以不完全可逆的氣流受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病。肺內(nèi)炎性細(xì)胞以巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞 (尤其是CD8+T細(xì)胞)為主。目前認(rèn)為吸煙是COPD 的高危因素,接觸香煙刺激后,氣道上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞通過(guò)直接作用或募集T 細(xì)胞來(lái)介導(dǎo)氣道炎癥。CD8+T 細(xì)胞可通過(guò)細(xì)胞溶解作用破壞肺實(shí)質(zhì),CD4+T 細(xì)胞可募集和活化包括中性粒細(xì)胞在內(nèi)的其他免疫細(xì)胞,持續(xù)推進(jìn)氣道炎癥反應(yīng)。與吸煙非COPD 患者相比,吸煙COPD 患者的痰液和肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯上升,提示COPD 患者在香煙的刺激下會(huì)引起外周血單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化并向肺內(nèi)遷移。

CXCR 和CC 趨 化 因 子受體 (CC chemokine receptor,CCR)是COPD 炎癥反應(yīng)中的主要受體。CXCR3和CCR5均是Th1 細(xì)胞的特異性標(biāo)記。多項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn),在COPD 患者的痰液和氣道黏膜中,可以觀察到CXCR3 和CCR5陽(yáng)性T 細(xì)胞的浸潤(rùn)以及CXCL9-11、CC 趨化因子配體5 (CC chemokine ligand 5,CCL5)水平的顯著升高[16-18]。不僅如此,CXCR3及CCR5陽(yáng)性T 細(xì)胞的數(shù)量與COPD 的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[17]。在COPD 患者的CD8+T細(xì)胞、Th1 細(xì)胞及巨噬細(xì)胞中均可見(jiàn)到CXCR3 和/或CCR5 表達(dá)升高[19-20]。也有研究表明,這兩種受體在COPD 患者外周血淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞中的表達(dá)較非COPD 患者無(wú)明顯差異,但COPD 患者外周血單個(gè)核細(xì)胞和分離的單核細(xì)胞受CXCL9～11 及CCL5 的趨化作用更強(qiáng)[21]。不同性別的COPD 患者在臨床癥狀、預(yù)后等方面也存在差異。一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn),與女性吸煙非COPD 的人群相比,女性吸煙COPD 患者的肺泡灌洗液中CD8+T 細(xì)胞高表達(dá)CCR5,同時(shí)外周血中CXCR3+CD8+T 細(xì)胞比例更高[22]。

肺氣腫是COPD 的一個(gè)重要表型,肺泡基質(zhì)的破壞與蛋白酶/抗蛋白酶的失衡有關(guān)?；|(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases,MMPs)是調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)合成和降解的主要酶類(lèi)。多種MMPs在COPD 患者中表達(dá)或活化增加,其中MMP-2、MMP-9、MMP-12與肺氣腫發(fā)病相關(guān)。雖然細(xì)胞因子及趨化因子是MMPs的底物,但是它們?nèi)匀豢梢哉{(diào)節(jié)MMPs 的表達(dá)。CXCR3 及其配體可通過(guò)調(diào)節(jié)MMPs而促進(jìn)肺氣腫的形成。Grumelli等[23]發(fā)現(xiàn)肺氣腫患者肺內(nèi)淋巴細(xì)胞分泌的CXCL9和CXCL10可上調(diào)MMP-12的水平,通過(guò)形成蛋白水解的微環(huán)境而加速肺臟的損傷；T 細(xì)胞及巨噬細(xì)胞表達(dá)CXCR3也是應(yīng)答CXCL9/CXCL10從而分泌MMP-12所需要的條件。也有研究表明,MMP-12受到Th1或IFN-γ相關(guān)信號(hào)的調(diào)節(jié)[24]。本課題組前期建立了短期暴露于煙霧刺激的小鼠模型,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與野生型小鼠相比,CXCR3敲除的小鼠肺泡腔的擴(kuò)大更為輕微,CXCL10 水平以及MMP-2、MMP-12 的m RNA 的水平更低,提示MMPs受其底物細(xì)胞因子的調(diào)控[25]。目前關(guān)于CXCR3及其配體與MMPs相互調(diào)控機(jī)制的研究較少,有待進(jìn)一步研究論證兩者之間的關(guān)系,及其參與COPD 發(fā)生的分子機(jī)制。此外,另有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),香煙暴露可使肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺組織內(nèi)皮細(xì)胞的CXCR3受體表達(dá)上調(diào),并在CXCL10及內(nèi)皮-單核細(xì)胞激活多肽Ⅱ的作用下誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致肺泡完整性缺失進(jìn)而引起肺氣腫的形成[26]。

3 展望

CXCR3及其配體在哮喘和COPD 的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。目前CXCR3基因多態(tài)性與氣道疾病相關(guān)的研究鮮有報(bào)道,仍需繼續(xù)探索遺傳因素對(duì)疾病的影響。CXCR3及其配體在未來(lái)可能成為氣道疾病新的治療靶點(diǎn),仍需進(jìn)一步研究探討,我們期待新的藥物能在慢性炎癥性疾病的治療中帶來(lái)新的突破。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突