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趋化因子受体的种类和结构

发布时间:2020-06-11 17:50 |  点击次数:

趋化因子受体

1988年IL-8基因克隆成功以来,已形成了称之为趋化因子(chemokine)的一个家族。到目前为止,趋化因子家族的成员至少有19个。部分趋化因子的受体已基本搞清,它们都性属于G蛋白偶联受体(GTP-binding protein coupled receptor),由于此类受体有7个穿膜区,又称7个穿膜区受体超家族(sevenpredicated transmembrane domain receptor superfamily,STR superfamily)。G蛋白偶联受体(或STR)包括的范围很广,除了趋化因子受体外,如某些氨基酸、乙酰胆硷、单胺受体,经典的趋化剂(C5a、fMLP、PAF)受体等都属于G蛋白偶联受体/STR。

趋化因子受体

图7-6

注:TNF-RⅠ和TNF-RⅡ胞膜外均有4个结构域,N端第一个区域均有6个Cys,TMF-RⅠ其它3个区域均含6个Cys,TNF-RⅡ第二个区域含6个Cys,第3、4区域各含4个Cys。

1.趋化因子受体的种类和结构

(1)趋化因子受体的种类:已发现的趋化因子受体种类有IL-8RA、IL-8RB、MIP-1α/RANTEsR、NCP-1R和细胞趋化因子受体(red bloodcell chemokine receptor,RBCCKR)。有人将能与IL-8结合的IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR(Duffy抗原)归为IL-8受体家族。趋化因子受体的种类和分布见表4-17。

表4-17 趋化因子受体的种类和分布

 

趋化因子受体种类 受体基因(a)、(c)染色体定位 受体长度 (氨基酸) 受体分布 (b) 相应配体
IL-8RA 2q34-q35 350 中性粒细胞、内皮细胞、单核细胞、T细胞、黑素瘤细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞 IL-8
IL-8RB 2q34-q35 355 中性粒细胞、髓样细胞前体、成纤维细胞、嗜碱性粒细胞 IL-8
GROα
GROβ
GROγ
NAP-2
MCP-1R 3q21 355 单核细胞、T细胞、髓样细胞前体细胞、B细胞、嗜碱性粒细胞、嗜碱性粒细胞

 

单核细胞、髓样细胞前体、嗜碱性粒细胞

MIP-1α
RANTES  
MCP-1  
RBCCKR 1q21-q25 339 红细胞、肾脏 大脑 IL-8
GROα
NAP-2
MCP-1
RANTES

 

注 :(a)趋化因子受体有功能基因目前已克隆成功4种。MCP-1R cDNA最近已分离成功,但尚未见有基因染色体定位的报道。

(b)受体分布主要根据功能试验和/或配体结合试验。

(c)α亚族中γIP-10、NAP-4、PE-4和ENA-78以及β亚族中CPP-2、MCP-3、MIP-1β和I-309相应受体尚未鉴定出。

(2)趋化因子受体的结构:所有趋化因子受体都属于G蛋白偶联受体/STR,N端在胞膜外,C端位于胞浆内。7个穿膜区(transmembranedomain,TMD)为α螺旋,在TMDⅡ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ由α螺旋内保守的肺腑氨酸所扭结(kinked),胞膜外和胞浆内各有由亲水氨基酸所组成的三个一不,分别简称为e1~e3(e:extracellular connecting loops)和il~i3(i:intracellular connecting loops)。e1和e2之间由两个保守的Cys形成一个二硫键,有些受体在胞外N端和e3之间也形成二硫键,如IL-8Ra30Cys与277ys形成二硫键。在STR超家族中,趋化因子受体以及经典的趋化剂受体具有以下特点:(1)其长度在STR超家族中最短,约为350氨基酸,其主要原因是N端、C端较短,i3环只含16~22个氨基酸;(2)在氨基酸水平上同源性大于20%;(3)i3富含碱性氨基酸,带正电;(4)N端仿酸,带负是电;(5)胞浆区含有多个丝氨酸和苏氨酸,可能是磷酸化位点;(6)mRNAs多表达于白细胞。

图4-7 趋化因子受体结构模式图

2.IL-8受体家族IL-8R家族是趋化因子受体中能与IL-8结合的不同受体的总称,包括IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR。

(1)IL-8RA:IL-8RA cDNA1991年基因克隆成功,是Holmes等从中性粒细胞cDNA表达文库中分离得到,人IL-8RA基因定位于染色体2q35,与IL-8RB基因密切连锁和高度同源,可能是从同一祖先基因经复制而来。从cDNA推算出IL-8RA由350氨基酸组成,有5个N连接的糖基化位点。裸肽分子量为40kDa,糖基化后55~69kDa,在氨基酸水平上与IL-8RB的同源性为77%。IL-8RA只与配体IL-8(碱性,PI8.0~8.5)结合,这与IL-8RA的结构有关,IL-8Ra N端酸性氨基酸是与IL-8结合的位置,N端Asp11和e3中Gly275和Arg280对于与配体结合至关重要,由于Cys30与Cys277之间形成二硫键,Asp11、Glu275和Arg 280在空间置上十 分接近,共同参与同配体的结合。IL-8RA基因表达的细胞种类较为广泛,如中性粒细胞、单核细胞、PGA活化的T细胞、单核细胞样细胞系、黑素瘤细胞、滑液成纤维细胞、HL60细胞和前髓样细胞系THP-1等。

(2)IL-8RB:IL-8RB cDNA是首先从HL60细胞中克隆成功,推断的氨基酸残基数为335,有一个潜在的N连接糖基化位点。IL-8RB可与CXC亚族中IL-8、GROα、GROβ、GROγ和NAP-2结合。人IL-8RB主要表达于髓样细胞,如中性粒细胞、HL60、THP-1和AML193细胞。

(3)RBCCKR:这种受体结合配体的特异性较宽,又称multi-specificreceptor,可结合CXC亚族中的IL-8、NAP-2、GROα和CC亚族中的MCP-1和RANTES。人RBCCKRcDNA1993年克隆成功,基因定位于1q21-q25,成熟受体分子由338个氨基酸组成,分子量为39kDa,与IL-8RB和MIP-1α/RANTESR分别有27%和23%同源性。胞膜外区为66个氨基酸,含有2个潜在的N连接糖基化点,酸性。C端胞浆区长24个氨基酸残基,RBC-CKR似乎不G蛋白调节,可能是一种G蛋白的非偶联受体。最近研究表明,RBCCKR是人红细胞Duffy抗原(gpD),也是微小间日疟原虫(Plasmodium vivax)受体。Duffy血型阴性个体尽管存在着该血型的原因,但不表达Duffy抗原/RBCCKR。RBCCKR作为一种清除受体(clearance receptor)清除血液中趋化因子。这种受体与配体结合的亲和力Kd为5nM,正常血清中IL-8水平在pM水平。在成人呼吸窘迫综合征(ARDS)、脓毒症时,血清IL-8水平可升高至8nM,过高水平的IL-8结合到RBCCKR而得以清除。IL-8等趋化因子结合到红细胞上后即失去了对靶细胞作用。红细胞的这种清除作用的意义还在于维持一个合适的趋化因子浓度,保证中性粒细胞等敏感地从血液中向趋化因子浓度高的炎症部位动。RBCCKR除表达在红细胞上外,还表达在肾脏、大脑,基因表在这还见于脾、肺和胸腺等。

表4-18 IL-8R家族三个成员的特性比较

 

  IL-8RA IL-IRB RBCCKR
分子量(kDa) 60 60 39
糖基化
G蛋白连接 可能无
信号转导中Ca2+  
受体特异性 IL-8特异性 CXC亚族中几种配体共同 更宽,结合CXC和CC亚族中多种配体(微小间日疟受体)
配体结合亲和力 IL-8(lnM) IL-8(lnM) IL-8、NAP-2、RANTES、MCP-1(5nM)
  NAP-2(450nM) NAP-2(1~2nM)  

 

3.受体的信号转导 IL-8RA和IL-8RB中紧接第三个穿膜区(TMDⅢ)的第二个胞内环(i2)有一段高度保守的DRYLAIVHA序列,与受体信号的转导密切相关,其中DRY对于受体有效地偶联G蛋白是必要的,如用突变方法改变此序列,虽然不影响受体与配体的结合,但几乎完全丧失了配体刺激的生物学活性。IL-8R与配体结合后使与受体结合的异源三体G蛋白分解为α亚单位和βγ亚单位,α亚单位活化磷脂酶C(phospholipase C,PLC),导致胞浆内三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)增加,分别诱导胞浆内Ca库释放Ca2+和PKC的活化。

此外,IL-8RA和IL-8RB C端丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化可能与信号的转导有关。

4.趋化因子受体与病毒最近发现某些感染人或灵长类病毒的开放读框产物与某些趋化因子受体有较高的同源性,这可能与病毒的致病以及病毒所具有的某些生物学特性有关。

(1)人巨细胞病毒(human cytomegalovirus,HCMV):是一种可感染人上皮细胞、髓样和淋巴样细胞的β疱疹病毒(βHerpesvirus)。HCMV3个开放读框US27、US28和UL33所推断的氨基酸序列在分子结构上均可模拟STR,其中US28产物与人MIP-1α/RANTEsR约有30%同源性,与该受体N端的同源性高达56%。US28产物可与趋化因子β亚族中MIP-1α、MIP-1β、MCP-1和RANTES相结合,但不能结合α亚族中的趋化因子。

(2)Saimiri疱疹病毒(Herpesvirus saimiri,HVS):是一种感染灵长类动物嗜T细胞的γ疱疹病毒(γHerpesvirus)。HVS开放读框ECRF3产物与IL-8R有近30%的同源性,与IL-8Rb N端的同源性为44%。ECRF3产物与IL-8、GROα和NAP-2均可发生一定程度的结合。

HCMV-US28和HVS-ECRF3探针不能与人基因组DNA杂交,提示疱疹病毒不仅从宿主体内获得了趋化因子受体基因拷贝,而且进行了修饰。类似的现象见于嗜人B淋巴细胞的γ疱疹病毒-EB病毒(EBV),EBV开放读框BCRF1是从宿主体内获得的IL-10基因,BCRF1产物又称为病毒IL-10(vIL-10),可模拟哺乳动物IL-10的抗炎症和抗增殖效应。