Chemokines and renal disease. 

U O Wenzel, H E Abboud

American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation 1995 Dec;26(6):982-94 doi:10.1016/0272-6386(95)90065-9

PMID:7503075

趨化因子是低分子炎性細(xì)胞因子，其主要生物學(xué)作用是趨化。它們至少被分為兩個(gè)科。C-X-C趨化因子(α亞家族)主要作用于中性粒細(xì)胞，而C-C趨化因子優(yōu)先作用于單核細(xì)胞。趨化因子受體是G蛋白偶聯(lián)受體，形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的蛋白質(zhì)家族。趨化因子在細(xì)胞和組織中被誘導(dǎo)，以響應(yīng)促炎細(xì)胞因子。它們由腎小球、管狀間質(zhì)和血管細(xì)胞產(chǎn)生。有充分的證據(jù)表明趨化因子有助于中性粒細(xì)胞和單個(gè)核細(xì)胞浸潤腎小球和間質(zhì)。它們的表達(dá)在腎臟疾病中增加，體內(nèi)使用抗體的中和研究證明某些趨化因子在介導(dǎo)腎臟病理和蛋白尿中的作用。IL-8、RANTES和MCP是腎臟中研究得最好的趨化因子。特異性抗體和受體拮抗劑的開發(fā)應(yīng)該有助于確定這些介質(zhì)在腎臟疾病中的確切作用。這項(xiàng)工作可能產(chǎn)生重要的治療意義。

“趨化因子”一詞于1999年在奧地利舉行的第三屆趨化細(xì)胞因子國際研討會(huì)上提出。該術(shù)語是趨化細(xì)胞因子(Chemotactic cytokine)的縮寫，反映了這些細(xì)胞因子作為炎癥細(xì)胞趨化劑和調(diào)節(jié)劑的早期特征。以前用于趨化因子家族的名稱是“intercrines”，SIS(小誘導(dǎo)分泌)，或趨化細(xì)胞因子。應(yīng)該注意的是，并非所有具有趨化活性的細(xì)胞因子都被認(rèn)為是趨化因子，因?yàn)橼吇蜃舆@個(gè)術(shù)語是基于結(jié)構(gòu)和功能的考慮。這些令人眼花繚亂的首字母縮寫和代碼從平淡無奇的(PF4血小板因子4)到冗長的RANTES(調(diào)節(jié)激活，正常T細(xì)胞表達(dá)和分泌)。以下綜述集中在趨化因子生物學(xué)的某些方面及其在腎臟疾病中的潛在作用。關(guān)于趨化因子的生物學(xué)及其在其他疾病中的病理生理作用的詳細(xì)討論已經(jīng)在其他地方得到了廣泛的回顧。趨化因子的歷史背景、性質(zhì)和受體趨化因子構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的蛋白質(zhì)大家族(圖1；表1和表2)具有高度保守的氨基酸序列，表明它們起源于單一的祖先基因。趨化因子家族的大多數(shù)成員的蛋白質(zhì)分子量在8到10 kd范圍內(nèi)，并且是基本的肝素結(jié)合多肽。在結(jié)構(gòu)上，趨化因子形成了一個(gè)由至少22個(gè)已知蛋白質(zhì)組成的超家族，其特征是四個(gè)半胱氨酸基序。

超家族可以根據(jù)基因的染色體位置、整體序列同源性以及四個(gè)保守半胱氨酸殘基中的前兩個(gè)的分布，分為α和β兩個(gè)亞家族。在C-X-C或α亞家族中，前兩個(gè)半胱氨酸由一個(gè)中間殘基分開；在C-C亞族中，它們是相鄰的。C-X-C趨化因子聚集在人類染色體4上，主要作用于中性粒細(xì)胞。另一方面，C-C趨化因子優(yōu)先作用于單核細(xì)胞，并聚集在人類17號(hào)染色體上。小鼠的C-C簇位于11號(hào)染色體上。Schall*最近基于淋巴趨化素的克隆和表征提出了一類新的趨化因子C亞家族，淋巴趨化素是一種淋巴細(xì)胞趨化劑，在四半胱氨酸趨化因子基序中缺乏第一和第三半胱氨酸。趨化因子家族最初只不過是一組編碼功能未知的小結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白質(zhì)的cdna。Boyden在1962年引入趨化室，允許在確定的可溶性趨化劑梯度下對(duì)白細(xì)胞遷移進(jìn)行體外定量，這是30年后趨化因子功能描述的先決條件。雖然許多C-X-C趨化因子是通過蛋白質(zhì)化學(xué)純化首先確定的，但大多數(shù)C-C趨化因子是通過分子克隆技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。研究人員發(fā)現(xiàn)了以細(xì)胞特異性或激活狀態(tài)特異性方式表達(dá)的新基因。趨化因子的三個(gè)共同特性是顯而易見的。首先，趨化因子在體外吸引一種或多種髓系細(xì)胞類型。其次，它們的產(chǎn)生和/或分泌明顯受促炎刺激，如脂多糖(LPS)、腫瘤壞死因子-a (TNF-α)或白細(xì)胞介素-1 (IL-1)誘導(dǎo)。最后，所有這些已被測試的趨化因子在皮內(nèi)注射到動(dòng)物體內(nèi)時(shí)誘導(dǎo)炎癥浸潤。除了趨化活性外，大多數(shù)趨化因子還激活白細(xì)胞的幾種功能，如脫顆粒和氧化劑爆裂。趨化因子的其他生物學(xué)活性包括調(diào)節(jié)白細(xì)胞粘附性、血管收縮、增加血管通透性、刺激或抑制增殖以及血管生成。為了進(jìn)入間質(zhì)組織腔室，循環(huán)的白細(xì)胞必須首先粘附在血管壁的內(nèi)皮細(xì)胞上，通過內(nèi)皮細(xì)胞連接遷移，并穿透基底膜。所謂的粘附級(jí)聯(lián)已經(jīng)審查，涉及一個(gè)三步過程。第一步是通過選擇素家族中的一種分子將白細(xì)胞滾動(dòng)和松散地結(jié)合或“捆綁”到內(nèi)皮上。接下來是觸發(fā)，其中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到白細(xì)胞將非活性整合素分子轉(zhuǎn)化為活性黏附結(jié)構(gòu)。最后一步是由白細(xì)胞整合素與內(nèi)皮細(xì)胞上的配體結(jié)合介導(dǎo)的強(qiáng)粘附。隨后向組織遷移。趨化因子似乎在這些步驟中都起作用。所有趨化因子都是堿性的，會(huì)與肝素結(jié)合，因此，可能會(huì)與細(xì)胞外基質(zhì)成分結(jié)合。這一特性使人們認(rèn)為它們是通過觸趨性起作用的，即目標(biāo)細(xì)胞沿著吸引劑的梯度向上移動(dòng)，而吸引劑在細(xì)胞外液中是固定的，而不是自由的?？扇苄约?xì)胞因子會(huì)被血流迅速從產(chǎn)生區(qū)域沖走。蛋白聚糖是呈現(xiàn)促黏附和趨化細(xì)胞因子的良好候選者，因此觸發(fā)白細(xì)胞遷移。IL-8的觸控特性已得到證實(shí)。

趨化因子受體是G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員。趨化因子受體和它們的配體一樣，形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的蛋白質(zhì)家族，可分為四類:只結(jié)合一種趨化因子的特定受體；共享α或β趨化因子特異性受體，但不是兩者都有；白細(xì)胞α或β趨化因子受體的皰疹病毒同源物；以及Duffy紅細(xì)胞抗原，它混雜地結(jié)合幾種α和β趨化因子。最近已發(fā)表了詳細(xì)的概述。Duffy抗原/趨化因子受體定位于腎臟毛細(xì)血管后小靜脈的內(nèi)皮細(xì)胞。毛細(xì)血管后小靜脈是一個(gè)動(dòng)態(tài)界面，可能是炎癥期間白細(xì)胞從血管間隙轉(zhuǎn)移到組織腔室的重要部位。該受體可以作為一種對(duì)接蛋白，將配體集中在細(xì)胞表面，以呈現(xiàn)給適當(dāng)靶細(xì)胞上的特定受體。或者，它可能作為血管內(nèi)生理“下沉”，它可以結(jié)合和滅活循環(huán)趨化因子。這可能會(huì)產(chǎn)生趨化因子梯度，在內(nèi)皮下基質(zhì)中發(fā)現(xiàn)更高濃度的趨化因子，促進(jìn)白細(xì)胞外滲和遷移。腎臟中Duffy抗原/趨化因子受體的生理和病理生理相關(guān)性顯然需要進(jìn)一步研究。C-X-C類趨化因子的實(shí)驗(yàn)研究歷史更悠久，其原型PF4于1955年首次被描述。PF4最初被認(rèn)為能夠與肝素結(jié)合，導(dǎo)致肝素抗凝血功能失活。雖然對(duì)炎癥細(xì)胞的趨化活性很小，但PF4是一種有效的血管生成抑制劑。這一活性導(dǎo)致了對(duì)其抗腫瘤特性的評(píng)估。目前正在進(jìn)行一期和二期臨床試驗(yàn)，以測試其療效。生長相關(guān)癌原(GRO)- α、- β和- γ是密切相關(guān)的C-X-C趨化因子，其中GRO- α最初被描述為黑色素瘤生長刺激活性。nh2末端截?cái)嘈问降难“寤镜鞍装ńY(jié)締組織激活蛋白III， β -血栓球蛋白和中性粒細(xì)胞激活蛋白-2。當(dāng)血小板堿性蛋白從血小板顆粒中釋放并被單核細(xì)胞來源的蛋白酶水解裂解時(shí)，nh2端截?cái)嘈问疆a(chǎn)生。這個(gè)家族中研究最廣泛的趨化因子是IL-8(表3)，以前稱為“中性粒細(xì)胞激活蛋白1”(表4)。1987年IL-8的發(fā)現(xiàn)揭示了一類新的小細(xì)胞因子的存在，現(xiàn)在稱為“趨化因子”。與C-C家族的MCP-1相似，IL-8由一系列免疫和非免疫細(xì)胞產(chǎn)生。除了是一種有效的趨化劑和中性粒細(xì)胞的激活劑外，它最近被認(rèn)為是一種有效的內(nèi)皮細(xì)胞趨化和血管生成以及血管平滑肌細(xì)胞有絲分裂的刺激劑。

C-X-C趨化因子可進(jìn)一步分為含有或缺乏蛋白質(zhì)的ELR。ELR基序表示緊接在蛋白質(zhì)的第一個(gè)半胱氨酸氨基酸殘基之前的三種氨基酸glu-leu-arg。該motif在中性粒細(xì)胞受體/配體相互作用中很重要。缺乏趨化因子如PF4、IP-10和MIG的ELR基序只是中性粒細(xì)胞的弱趨化劑(表1)。然而，在PF4 N端插入ELR基序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為強(qiáng)效中性粒細(xì)胞激活劑和吸引劑，與IL-8受體結(jié)合。C-X-C趨化因子與腎臟體外和體內(nèi)證據(jù)表明，該家族的趨化因子可能參與介導(dǎo)腎臟病理。大鼠系膜細(xì)胞被誘導(dǎo)表達(dá)KC，小鼠模擬gro - α，以響應(yīng)IL- 1。4腫瘤壞死因子-a在人腎小球上皮細(xì)胞' 5和近端小管上皮細(xì)胞中誘導(dǎo)IL-8的表達(dá)。“'培養(yǎng)中的人系膜細(xì)胞，當(dāng)TNF-(I!和IL-l，也表達(dá)與細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)的IL-8 mRNA和蛋白。地塞米松治療部分抑制了細(xì)胞外IL-8的釋放，而IL-8 mRNA和細(xì)胞相關(guān)IL-8沒有明顯改變。間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤是同種異體腎移植失敗的重要組成部分。急性排斥反應(yīng)時(shí)，單個(gè)核細(xì)胞和多形核細(xì)胞均可浸潤腎間質(zhì)。細(xì)胞被吸引到小管間質(zhì)室的機(jī)制仍有待完全闡明。人腎皮質(zhì)上皮細(xì)胞對(duì)IL- 1、LPS或TNF-a以時(shí)間和劑量依賴的方式表達(dá)和分泌IL-8急性同種異體移植排斥反應(yīng)患者腎活檢標(biāo)本的近端和遠(yuǎn)端上皮細(xì)胞IL-8染色強(qiáng)烈。環(huán)孢素通過與親環(huán)蛋白等免疫調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合發(fā)揮其免疫抑制活性。白細(xì)胞介素-8可以特異性結(jié)合環(huán)孢素?；贗L-8和環(huán)孢素之間的結(jié)構(gòu)相似性，可以確定環(huán)孢素與IL-8的假定結(jié)合位點(diǎn)。這種結(jié)合的生物學(xué)重要性需要進(jìn)一步研究。Wada等人發(fā)現(xiàn)，幾種增殖性腎小球腎炎患者尿中IL-8的排泄增加，尿中IL-8水平升高與病變腎小球中IL-8的免疫組織學(xué)檢測有關(guān)。這些研究表明，IL-8可能促進(jìn)急性同種異體移植排斥反應(yīng)和增殖性腎小球腎炎中多形核細(xì)胞(PMNs)的浸潤。急性腎盂腎炎患者血清和尿液中IL-8水平升高。急性腎盂腎炎期間尿中IL-8濃度高的患者隨訪時(shí)與尿中IL-8水平低的患者相比，腎小球?yàn)V過率較低。這提示腎細(xì)胞分泌IL-8可能參與了腎炎癥的發(fā)生和維持，并可能參與了腎小球?yàn)V過率的下降趨化因子表達(dá)與中性粒細(xì)胞或單核細(xì)胞浸潤之間存在密切的時(shí)間關(guān)系?“在腎小球腎炎的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，使用中和抗體也有很好的證據(jù)表明C-X-C趨化因子有助于白細(xì)胞的涌入和腎臟病理的發(fā)展?！痹诖笫笞⑸淇鼓I小球基底膜抗體后的第一個(gè)小時(shí)內(nèi)，中性粒細(xì)胞迅速涌入腎小球。Wu等人最近證實(shí)，細(xì)胞因子誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞趨化劑(人gro - α和小鼠KC的大鼠對(duì)應(yīng)物)的mRNA在腎臟中被誘導(dǎo)。腎炎誘導(dǎo)后分離腎小球制備相應(yīng)蛋白。此外，在體內(nèi)給藥抗細(xì)胞因子誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞趨化抗體選擇性地減弱了中性粒細(xì)胞流入腎小球的60%，并相應(yīng)地減少了蛋白尿，這強(qiáng)烈表明細(xì)胞因子誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞趨化劑在伴隨免疫復(fù)合物介導(dǎo)的腎小球腎炎的早期事件中起作用。& Feng等人發(fā)現(xiàn)另一種趨化因子MIP-2在類似的腎炎模型中表達(dá)增加45對(duì)MIP-2的中和抗體使中性粒細(xì)胞的流入減少了40%，并減少了蛋白尿，這表明MIP-2，一種中性粒細(xì)胞趨化劑，有助于抗腎小球基底膜抗體疾病中中性粒細(xì)胞的流入值得注意的是，在這兩項(xiàng)研究中，pmn的流入減少了，但沒有消除。這些數(shù)據(jù)表明，在腎小球損傷模型中，不止一種趨化因子可能是中性粒細(xì)胞浸潤腎小球的原因。在單個(gè)炎癥部位釋放多個(gè)趨化因子可能確實(shí)是規(guī)律而不是例外，這表明需要中和多個(gè)趨化因子或共同受體來防止或減弱炎癥細(xì)胞浸潤。

目前已經(jīng)鑒定出9種不同的C-C趨化因子。其中包括MCP-1、2和3；MIP- 1 α和β；RANTES；I 309, FIC，和C10(圖1；表2)最近發(fā)現(xiàn)了一種新的C-C趨化因子eotaxin。許多編碼MCP-1和MIP-1蛋白的cDNA及其人類同源物已被不同的小組使用各種方法獨(dú)立分離出來(表5)。RANTES是該家族中唯一一個(gè)在造血細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄不能迅速誘導(dǎo)的成員。缺乏快速的誘導(dǎo)可能解釋了為什么RANTES在這個(gè)家族中不尋常，因?yàn)樗鼪]有被許多群體獨(dú)立隔離。與腎臟病理相關(guān)的研究主要集中在RANTES和MCP-1的潛在作用。人類RANTES首先通過其在選定的cDNA文庫中的差異表達(dá)被鑒定，其cDNA在T細(xì)胞中的表達(dá)水平高于B細(xì)胞。RANTES是單核細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和T細(xì)胞的趨化劑。MCP-1的歷史可以追溯到Co&ran等人于19852年發(fā)現(xiàn)小鼠腦炎，隨后由Rollins及其同事于19885年克隆和鑒定。JE被發(fā)現(xiàn)是一種在成纖維細(xì)胞中由血小板衍生生長因子快速誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄本。1984年，Valente等人從狒狒血管平滑肌細(xì)胞中純化出一種趨化蛋白，并稱之為平滑肌源性趨化因子；這種蛋白質(zhì)后來被確定為mcp - 1的凈化。人類MCP從神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系(glioma-derived趨化因子(GDCFI)和單核細(xì)胞的細(xì)胞系(單核細(xì)胞趨化和激活因子[MCAF])由兩個(gè)不同的團(tuán)體在1989.56中,實(shí)現(xiàn)了57隨后克隆的cDNA MCP-1顯示它非常類似于小鼠JE.54The MCP-1蛋白質(zhì)62%相同的小鼠我68年區(qū)域共享的氨基端殘留,但小鼠腦炎在分子的羧基部分增加了49個(gè)殘基。雖然人們普遍認(rèn)為JE和MCP- 1是物種同源，但預(yù)測的蛋白質(zhì)差異的意義尚不清楚。MCP- 1在氨基酸水平上也與IL-8有21%的同源性。大鼠乙腦基因與鼠乙腦基因同源性為82%。人MCP-1是一個(gè)含有76個(gè)殘基的多肽。MCP-1在十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)上分解為8 ~ 18kd的多種分子質(zhì)量。Leonard和Yoshimura報(bào)道了一種膠質(zhì)瘤細(xì)胞系可分泌15和13-kd，分別被命名為MCP- 1-alpha和MCP- 1-beta。I4大小的差異不是由于不同的氨基酸組成，而是由于翻譯后修飾。Rollins等人報(bào)道了COS細(xì)胞中三種主要形式的重組蛋白的分泌，即使在n -鏈糖基化抑制劑被衣霉素的存在下。54另一方面，Jiang等人的數(shù)據(jù)表明，o -鏈碳水化合物加工過程的差異導(dǎo)致了不同細(xì)胞系產(chǎn)生MCP-1的異質(zhì)性已描述了人MCP- 1基因的序列組織。該基因的三個(gè)外顯子和兩個(gè)內(nèi)含子橫跨大約1,900個(gè)DNA堿基對(duì)。在5 '側(cè)翼區(qū)域的595個(gè)堿基對(duì)中已經(jīng)描述了幾個(gè)調(diào)控DNA序列。Ueda等人最近克隆了人MCP- 1啟動(dòng)子，并描述了IL- 1、TNF和LPS誘導(dǎo)MCP- 1所必需的上游NFkB元件。@-“我們已經(jīng)分離出一個(gè)1874堿基對(duì)克隆的5 '側(cè)翼區(qū)域。將熒光素酶轉(zhuǎn)染血管平滑肌細(xì)胞表明凝血酶對(duì)MCP-1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。MCP- 1受體的信號(hào)通路包括細(xì)胞內(nèi)鈣的動(dòng)員和百日咳毒素敏感G蛋白對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的抑制。@ Van Damme等人最近的報(bào)告揭示了MCP-2和MCP-3的存在，與MCP-1.65有62%和73%的氨基酸相同。大多數(shù)細(xì)胞或組織在激活時(shí)產(chǎn)生MCP-1。然而，MCP-1的靶點(diǎn)似乎僅限于單核細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和最近報(bào)道的淋巴細(xì)胞。MCP- 1激活新分離的單核細(xì)胞，誘導(dǎo)顆粒相關(guān)酶n -乙酰β - d -葡萄糖苷酶的釋放和超氧陰離子的產(chǎn)生。Rollins等人還證明MCP-1刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生H202 69，而Leonard和Yoshimura發(fā)現(xiàn)單核細(xì)胞對(duì)MCP-1的反應(yīng)很少或不釋放超氧化物。i4 MCP-1也刺激由IL-3啟動(dòng)的人類嗜堿性粒細(xì)胞釋放組胺。池田等人最近報(bào)道，白細(xì)胞并不是MCP-1的唯一靶標(biāo)。這些研究人員發(fā)現(xiàn)MCP-1對(duì)大鼠血管平滑肌細(xì)胞增殖有微小但顯著的抑制作用?！斑@是第一份證明MCP-1對(duì)體細(xì)胞有生物學(xué)作用的報(bào)告。