趨化因子的結(jié)構(gòu)和功能

趨化因子的結(jié)構(gòu)和功能

趨勢(shì)因素是由各種細(xì)胞通過刺激和激活活動(dòng)（例如細(xì)菌、病毒、寄生蟲等）引起的小分子活性多媒體顆粒（分子量約8.14da）引起的，其中一些氨基酸含量約為90.100，具有誘導(dǎo)白細(xì)胞的趨勢(shì)。趨化因子誘導(dǎo)白細(xì)胞主要是依靠存在于白細(xì)胞膜表面的受體,它們往往出現(xiàn)在炎癥的初期,因此又被稱為炎癥早期分子。趨化因子功能多樣,具有免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)造血、及參與炎癥反應(yīng)等生物學(xué)功能,是魚類非特異免疫反應(yīng)的重要成分。因此,探討趨化因子在魚類免疫反應(yīng)中的作用有著重要的理論和實(shí)踐意義。1半胱氨酸溶液從結(jié)構(gòu)上,趨化因子根據(jù)前兩個(gè)半胱氨酸的位置排列可分為四類:前兩個(gè)半胱氨酸相鄰的為CC型或β型;被一個(gè)氨基酸隔開的為CXC型或α型;第三種類型是前兩個(gè)半胱氨酸被三個(gè)氨基酸隔開,為CX3C型或δ型;第四種類型為C型或γ型,其氨基端只有一個(gè)保守的半胱氨酸。趨化因子的主要類型為CC型和CXC型,CX3C型和C型的數(shù)量較少,只有少數(shù)幾個(gè)成員。從功能上,趨化因子又可分為兩種類型:第一類趨化因子可誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、活化的T細(xì)胞等進(jìn)入發(fā)炎的組織,它們能被炎癥刺激劑如LPS誘導(dǎo),這一類型中經(jīng)典的趨化因子有IL-1和TNF-α,這些因子在結(jié)合受體時(shí)一個(gè)因子可結(jié)合多個(gè)受體,一個(gè)受體也可有多個(gè)趨化因子的配體。在哺乳動(dòng)物中,編碼這種類型趨化因子的基因串連的排列在一條染色體上,如人的CXC型趨化因子在4號(hào)染色體、而CC型趨化因子在17號(hào)染色體。第二類趨化因子對(duì)機(jī)體起著免疫監(jiān)控和維持機(jī)體動(dòng)態(tài)平衡的作用,這類趨化因子涉及到細(xì)胞的發(fā)育、抗原的呈遞等,它們通常作用于白細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞。和前者相比,它們和受體的結(jié)合是受嚴(yán)格限制的,而且往往有數(shù)個(gè)染色體上的基因編碼,較少成簇存在。2氨基端半胱氨酸殘基的性質(zhì)盡管趨化因子的氨基酸序列保守性較差,但它們?cè)谌S結(jié)構(gòu)上有相似性,都有四個(gè)保守的半胱氨酸殘基。如上所述,兩個(gè)半胱氨酸殘基位于氨基端,另兩個(gè)分別在第50和70氨基酸附近,第一和第三、第二和第四半胱氨酸殘基之間形成二硫鍵。氨基端第一個(gè)保守的半胱氨酸殘基前有一較短的、雜亂的片斷。中間區(qū)域包含三個(gè)β折疊,有四個(gè)保守的半胱氨酸形成的兩個(gè)二硫鍵、起穩(wěn)定構(gòu)象的作用。羧基端包含一個(gè)約20~30個(gè)氨基酸殘基形成的α螺旋,一般認(rèn)為,它能和受體細(xì)胞外基質(zhì)作用,可延長(zhǎng)趨化因子的作用時(shí)間。3魚類的朝著近些年來,對(duì)魚類的趨化因子進(jìn)行了大量的研究,主要集中在CXC型和CC型兩類。3.1不同類型的il-8CXC型趨化因子最初被認(rèn)為是嗜中性粒細(xì)胞的潛在誘導(dǎo)者,但現(xiàn)在已知它們也同樣作用于淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞。CXC型趨化因子根據(jù)它們有無ELR(谷氨酸,亮氨酸,精氨酸)可分為兩種亞型。ELR家族的趨化因子包括CXCL1、CXCL2、CXCL3、CXCL5、CXCL6、CXCL7、CXCL8、CXCL15等。它們特異性的誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞,在刺激劑、尤其是炎癥早期細(xì)胞因子如IL-1和TNF的作用下,在多種細(xì)胞中均可表達(dá)。無ELR家族的趨化因子CXCL4、CXC9、CXCL10、CXCL11、CXCL12、CXCL13、CXCL14、CXCL16等。它們主要是吸引淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞,對(duì)嗜中性粒細(xì)胞的作用較小。首先報(bào)道的魚類趨化因子屬于CXC型,它是由一種無頜魚-七鰓鰻(Lampetrafluviatilis)編碼的類IL8多肽,這個(gè)趨化因子為101個(gè)氨基酸,和雞的cCAF有40%同源性,和人的IL8有32~33%的同源性。它前兩個(gè)保守的半胱氨酸被一個(gè)谷氨酸殘基分開。有趣的是,具有誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞的ELR結(jié)構(gòu)域盡管存在于人和雞的IL8中,但這個(gè)分子中卻不含有ELR結(jié)構(gòu)域,這揭示了趨化因子基因進(jìn)化的多樣性。七鰓鰻的IL8發(fā)現(xiàn)以后,在硬骨魚中也發(fā)現(xiàn)了類似的因子。比目魚的IL-8基因編碼109個(gè)氨基酸,和人的IL-8有35%的同源性,它也缺失ELR結(jié)構(gòu)域。鯰魚的IL-8樣cDNA編碼兩種可變的剪切轉(zhuǎn)錄體,長(zhǎng)的編碼114個(gè)氨基酸的多肽,短的為111個(gè)氨基酸。它和哺乳動(dòng)物的IL-8有30%的同原性。盡管IL-8屬于有ELR類型的趨化因子,但到目前為止,在發(fā)現(xiàn)的魚類IL-8中均無ELR結(jié)構(gòu)域。哺乳動(dòng)物中,在LPS、TNF-α等刺激劑的作用下,IL-8表達(dá)、與CXCR2受體結(jié)合,啟動(dòng)炎癥反應(yīng),是組成非特異的組成部分。進(jìn)一步的研究表明,感染多子小瓜蟲后,魟鱒的IL-8的表達(dá)有顯著的增加。組織學(xué)上,在感染多子小瓜蟲后,第26d頭腎和脾中IL-8的表達(dá)明顯上調(diào),原因可能是魚在第27d死亡前炎癥最嚴(yán)重的表現(xiàn),這進(jìn)一步證實(shí)了IL-8參與魚體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。在鯉魚中首先鑒定出來的趨化因子是CXC型的,它的基因有三個(gè)外顯子和兩個(gè)內(nèi)含子開放性閱讀框有368個(gè)堿基,共編碼97個(gè)氨基酸,前20個(gè)氨基酸為信號(hào)肽,氨基端兩個(gè)保守的半胱氨酸被一個(gè)苯丙氨酸分開。通過同源性和進(jìn)化分析,發(fā)現(xiàn)這個(gè)趨化因子和人的IP-10最接近。IP-10為干擾素誘導(dǎo)蛋白,特異性的和T細(xì)胞表面的CXCR3受體結(jié)合,啟動(dòng)T細(xì)胞免疫。而鯉魚的這個(gè)CXC型因子為組成型表達(dá),LPS誘導(dǎo)之后,表達(dá)量有所增高,與應(yīng)急反應(yīng)有關(guān)。最近PuttharatBaoprasertkul等從河鯰中鑒定了三個(gè)組成型表達(dá)的CXC型趨化因子,進(jìn)化分析表明了它和哺乳動(dòng)物的CXCL12和CXCL14有很高的同源性。這三個(gè)趨化因子均為組成型表達(dá),用愛德華桿菌(Edwardsiellaictaluri)感染河鯰并不能誘導(dǎo)這三個(gè)因子表達(dá)的變化,這表明它們?cè)谘装Y應(yīng)答反應(yīng)中不起明顯作用,而與免疫監(jiān)控和維持肌體動(dòng)態(tài)平衡有密切關(guān)系。3.2ccl20在外周血血液和腸道免疫中的作用CC型趨化因子家族前兩個(gè)保守的半胱氨酸殘基是相鄰的,主要是誘導(dǎo)單核細(xì)胞,但有些也對(duì)淋巴細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞有特異性作用。CK-1是第一個(gè)在硬骨魚中進(jìn)行序列報(bào)道的CC型趨化因子。CK-1基因存在于已經(jīng)檢測(cè)到的所有鮭類魚中,它的外顯子序列高度保守。CK-1和哺乳動(dòng)物的CC型與CXC型趨化因子均有一些共同的特征,這表明鮭類魚的CK-1保留了一些曾經(jīng)存在于原始趨化因子基因中的特性,而現(xiàn)代哺乳動(dòng)物的趨化因子基因就是從這些基因進(jìn)化來的。魟鱒的CK-1能特征性的誘導(dǎo)外周血液中的白細(xì)胞,CK-1的組織分布表明它在魟鱒的肝和腸中是組成型表達(dá)的。通過腹腔注射PHA,可誘導(dǎo)外周血液中白細(xì)胞和頭腎表達(dá)CK-1。CK-1氨基酸序列和哺乳動(dòng)物的CCL20的同源性最高,同時(shí)基因的結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式也相似。當(dāng)肌體受到刺激后,CCL20誘導(dǎo)表達(dá)、作用于DC細(xì)胞的CCR6受體,然后DC細(xì)胞迅速攝取抗原,呈遞給T細(xì)胞。這預(yù)示CK-1可能參與魚類的特異性免疫。第二個(gè)從魟鱒中鑒定出來的CC型趨化因子是CK2。它的cDNA為971個(gè)堿基,編碼191個(gè)氨基酸,氨基端28個(gè)氨基酸為信號(hào)肽序列。CK2氨基端119氨基酸和魟鱒CK-1的同源性僅有20%。KazuhiroFujiki等報(bào)道了鯉魚的一個(gè)的CC型趨化因子,有101個(gè)氨基酸構(gòu)成,與其同源性最高的是哺乳動(dòng)物的MCP、為27%,和其他CC型趨化因子的同原性為16%~24%,包括魟鱒的CK-1。MCP為單核細(xì)胞趨化蛋白,參與炎癥的形成,是重要炎癥調(diào)節(jié)因子。有理由推測(cè)該CC型趨化因子炎癥反應(yīng)中起一定的作用。NoriyukiKuroda等在鯛魚中發(fā)現(xiàn)了七個(gè)、在鯊魚中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)CC型趨化因子,所有這些因子均有四個(gè)保守的半胱氨酸結(jié)構(gòu)域。這些因子為90~100個(gè)氨基酸殘基,在氨基端有20~25個(gè)氨基酸殘基形成的信號(hào)肽。RutchKhattiya等克隆了日本比目魚一個(gè)CC型趨化因子的cDNA,它包含315個(gè)堿基,編碼一個(gè)104個(gè)氨基酸殘基組成的多肽。它的基因從起始密碼子到終止密碼子大約由750個(gè)堿基,包含3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子,同樣有四個(gè)保守的半胱氨酸殘基,進(jìn)行重組表達(dá)后,對(duì)日本比目魚的外周血液中白細(xì)胞具有誘導(dǎo)活性。ChongboHe等通過河鯰和藍(lán)鯰的30000個(gè)EST進(jìn)行分析,鑒定了14個(gè)CC型趨化因子。4魚類趨化因子與微生物指標(biāo)的關(guān)系近些年來,已經(jīng)分離、鑒定了多種魚類趨化因子,并證明了其在免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)造血、及炎癥反應(yīng)等