細(xì)胞因子受體的結(jié)構(gòu)和分類介紹

一、細(xì)胞因子受體的結(jié)構(gòu)和分類

根據(jù)細(xì)胞因子受體cDNA序列以及受體胞膜外區(qū)氨基酸序列的同源性和結(jié)構(gòu)性,可將細(xì)胞因子受體主要分為四種類型:免疫球蛋白超家族(IGSF)、造血細(xì)胞因子受體超家族、神經(jīng)生長因子受體超家族和趨化因子受體。此外,還有些細(xì)胞因子受體的結(jié)構(gòu)尚未完全搞清,如IL-10R、IL-12R等;有的細(xì)胞因子受體結(jié)構(gòu)雖已搞清,但尚未歸類,如IL-2Rα鏈(CD25)。

(一)免疫球蛋白超家族

該家族成員胞膜外部分均具有一個(gè)或數(shù)個(gè)免疫球蛋白(Ig)樣結(jié)構(gòu)。已知,屬于IGSF成員的細(xì)胞因子受體的IL-1RtI(CD121a)、IL-1RtⅡ(CD121b)、IL-6Rα鏈(CD126)、gp130(CDw130)、G-CSFR、M-CSFR(CD115)、SCFR(CD117)和PDGFR,并可分為幾種不同的結(jié)構(gòu)類型,不同IGSF結(jié)構(gòu)類型的受體其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也有差別。

(1)M-CSFR、SCFR和PDGFR:胞膜外區(qū)均含有5個(gè)Ig樣結(jié)構(gòu)域,其中靠近胞膜區(qū)為1個(gè)V樣結(jié)構(gòu),其余4個(gè)為C2樣結(jié)構(gòu)。受體通常以二聚體形式與相應(yīng)的同源二聚體配體結(jié)合。受體胞漿區(qū)本身含有蛋白酷氨酸激酶(proteintyrosinekinase,PTK)結(jié)構(gòu)。

(2)IL-1RtI和IL-1RtⅡ:胞膜外區(qū)均含有3個(gè)C2樣結(jié)構(gòu),受體胞漿區(qū)絲氨酸/蘇氨酸磷酸化可能與受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。

(3)IL-6Rα鏈、gp130以及G-CSFR:胞膜外區(qū)N端均含1個(gè)C2樣區(qū),在靠近胞膜側(cè)各有1個(gè)紅細(xì)胞生成素受體超家族結(jié)構(gòu)域,此外在胞有胞膜外區(qū)還含有2-4個(gè)纖粘連素結(jié)構(gòu)域。gp130胞漿區(qū)酷氨酸磷酸化與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)類型的受體其相應(yīng)配體IL-6、OSM、LIF和G-CSF在氨基酸序列和分子結(jié)構(gòu)上也有很大的相似性。

(二)造血細(xì)胞因子受體超家族

造血細(xì)胞因子受體超家族(haemopoieticcytokinereceptorsuperfamily)又稱細(xì)胞因子受體家族(cytokinereceptorfamily),可分為紅細(xì)胞生成素受體超家族(erythropoietinreceptorsuperfamily,ERS)和干擾素受體家族(interferonreceptorfamily)。

1.ERSERS所有成員胞膜外區(qū)與紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)受體胞膜外區(qū)體在氨基酸序列上有較高的同源性,分子結(jié)構(gòu)上也有較大的相似性,故得名。

(1)ERS的成員:屬于ERS的成員有EPOR、血小板生成素R、IL-2β鏈(CD122)、IL-2Rγ鏈、IL-3Rα鏈(CD123)、IL-3Rβ、IIL-4R(CDw124)、IL-5Rα鏈、IL-5βα鏈、IL-5Rβ鏈、IL-6Rα鏈(CD126)、gp130(CDw123)、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-1240kDa亞單位、G-CSFR、GM-CSFRα鏈、GM=CSFRβ鏈、LIFR、CNTFR等,此外,某些激素如生長激素受體(GRGR)和促乳素受體(PRLR)亦屬于ERS。

(2)ERS的結(jié)構(gòu)特征:紅細(xì)胞生成素受體超家族成員在胞膜外與配體結(jié)合部位有一個(gè)約含210氨基酸殘基的牲性同源區(qū)域,主要特點(diǎn)①同源區(qū)靠近N端有4個(gè)高并能保守的半胱氨酸殘基Cysl、Cys2、Cys3、Cys4和1個(gè)保守的鈀氨酸,Cys1與Cys2之間、Cys3與Cys4之間形成兩個(gè)二硫鍵。②同源區(qū)靠近細(xì)胞膜處,約在細(xì)胞膜外18～22氨基酸基處有一個(gè)色氨酸一絲氨酸-X-色氨酸-絲氨酸基序,所謂Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser即WSXWS基序,其生物學(xué)功能尚不明了。IL-3α鏈、IL-3Rβ鏈、GM-CSFRβ鏈、LIFR辦有兩個(gè)ERS結(jié)構(gòu)域,其中GM-CSFRβ鏈第一個(gè)ERS結(jié)構(gòu)中有一個(gè)類似WSXWS基序,即為脯氨酸一絲氨酸-賴氨酸-色氨酸-絲氨酸(PSKWS)基序。1994年Hilton等合成WSXWS基序相應(yīng)的寡核苷酸為探針,從成鼠肝cDNA文庫中克隆小鼠IL-11受體α鏈cDNA獲得成功。IL-6Rα鏈和gp130以及G-CSFrN端有一個(gè)IGSF結(jié)構(gòu)。IL-7R靠近N端側(cè)的部位只有Cys1和Cys3,與其它成員相比,缺乏Cys2和Cys4以及色氨酸殘基。IL-1240kDa亞單位有ERS的同源結(jié)構(gòu),但為非膜結(jié)合的,而且與IL-12另一35kDa亞單位通過二硫鍵開成異源雙體。GM-CSFrN端在ERS中可以看作由2個(gè)Ⅲ型纖維粘連素組成,每個(gè)Ⅲ型纖維粘連素結(jié)構(gòu)域由7股反平行β折疊股形成一個(gè)桶狀結(jié)構(gòu),兩個(gè)桶狀結(jié)構(gòu)之間的槽是配體膜外保守區(qū)域有明顯的進(jìn)化同源性,這種同源性的程度與IGSF成員間相似。EPoR似科與其它家族成員有更高的同源性,在進(jìn)化上可能處于主導(dǎo)的地位。ERS的胞漿區(qū)長度不一,從54個(gè)氨基酸殘基到568個(gè)氨基酸殘基,除IL-2Rβ鏈與EPOR之間胞漿區(qū)有一定同源性外,其它成員在胞漿區(qū)未見明顯的同源性。ERS成員胞漿區(qū)本身均不具備PTK結(jié)構(gòu),其信號傳遞的途徑和機(jī)理也有所不同。IL-2Rβ鏈胞漿區(qū)的本雙重性區(qū)與胞漿中酪氨酸激酶相關(guān)聯(lián),富含絲氨酸區(qū)與非激酶信賴途徑有關(guān)。IL-2Rγ鏈胞漿區(qū)具有SH2結(jié)構(gòu),參與信號傳遞。細(xì)胞漿中的PTK和PKC可能參與IL-4R介導(dǎo)的信號傳遞。gp130胞漿區(qū)絲氨酸富含區(qū)以及酷氨酸磷酸化與gp130介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。此外,酪氨酸磷酸化與IL-7R、GM-CSFRβ鏈、IL-3Rβ鏈、IL-5Rβ鏈介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。

2.干擾素受體家族屬于這一家族的成員有IFN-α/βR、IFN-γR和組織因子(TF)(為凝固白酶因子Ⅶ的細(xì)胞膜受體),其結(jié)構(gòu)與紅細(xì)胞生成素受體家族相似,但N端只含有兩個(gè)保守性的Cys,兩個(gè)Cys之間有7個(gè)氨基酸。近膜處也有兩個(gè)保守的Cys,兩個(gè)Cys之間間隔有20-22個(gè)氨基酸。IFN-α/βR由兩個(gè)上述的結(jié)構(gòu)域所組成。

(三)神經(jīng)生長因子受體超家族

1.NGFR超家族的成員屬于該家族成員,除神經(jīng)生長因子受體(nervegrowthfactorreceptorNGFR)外,還有TNF-RⅠ(CD120a)、TNF-RⅡ(CD120b)、CD40、CD27、T細(xì)胞cDNA-41BB編碼產(chǎn)物、大鼠T細(xì)胞抗原OX40和人髓樣細(xì)胞表面活化抗原Fas(CD95)。

2.NGFR超家族的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)NGFR超家族成員其胞膜外由3-6個(gè)約40個(gè)氨基酸組成的富含Cys區(qū)域,如NGFR、TNF-RⅠ、TNF-RⅡ有4個(gè)結(jié)構(gòu)域,CD95有3個(gè)結(jié)構(gòu)域,CD30有6個(gè)結(jié)構(gòu)域。所有成員N端第一個(gè)區(qū)域中均含6個(gè)保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr殘基各一個(gè),其它區(qū)域亦含4-6個(gè)Cys。TNF-RⅠ、CD95、CD40分子之間胞漿區(qū)約有40-50%同源性。

(四)趨化因子受體

1988年IL-8基因克隆成功以來,已形成了稱之為趨化因子(chemokine)的一個(gè)家族。到目前為止,趨化因子家族的成員至少有19個(gè)。部分趨化因子的受體已基本搞清,它們都性屬于G蛋白偶聯(lián)受體(GTP-bindingproteincoupledreceptor),由于此類受體有7個(gè)穿膜區(qū),又稱7個(gè)穿膜區(qū)受體超家族(sevenpredicatedtransmembranedomainreceptorsuperfamily,STRsuperfamily)。G蛋白偶聯(lián)受體(或STR)包括的范圍很廣,除了趨化因子受體外,如某些氨基酸、乙酰膽堿、單胺受體,經(jīng)典的趨化劑(C5a、fMLP、PAF)受體等都屬于G蛋白偶聯(lián)受體/STR。

1.趨化因子受體的種類和結(jié)構(gòu)

(1)趨化因子受體的種類:已發(fā)現(xiàn)的趨化因子受體種類有IL-8RA、IL-8RB、MIP-1α/RANTEsR、NCP-1R和細(xì)胞趨化因子受體(red blood cell chemokine receptor,RBCCKR)。有人將能與IL-8結(jié)合的IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR(Duffy抗原)歸為IL-8受體家族。

(2)趨化因子受體的結(jié)構(gòu):所有趨化因子受體都屬于G蛋白偶聯(lián)受體/STR,N端在胞膜外,C端位于胞漿內(nèi)。7個(gè)穿膜區(qū)(transmembranedomain,TMD)為α螺旋,在TMDⅡ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ由α螺旋內(nèi)保守的肺腑氨酸所扭結(jié)(kinked),胞膜外和胞漿內(nèi)各有由親水氨基酸所組成的三個(gè)一不,分別簡稱為e1-e3(e:extracellularconnectingloops)和il-i3(iintracellularconnectingloops)。e1和e2之間由兩個(gè)保守的Cys形成一個(gè)二硫鍵,有些受體在胞外N端和e3之間也形成二硫鍵,如IL-8Ra30Cys與277ys形成二硫鍵。在STR超家族中,趨化因子受體以及經(jīng)典的趨化劑受體具有以下特點(diǎn):(1)其長度在STR超家族中最短,約為350氨基酸,其主要原因是N端、C端較短,i3環(huán)只含16-22個(gè)氨基酸;(2)在氨基酸水平上同源性大于20%;(3)i3富含堿性氨基酸,帶正電;(4)N端仿酸,帶負(fù)是電;(5)胞漿區(qū)含有多個(gè)絲氨酸和蘇氨酸,可能是磷酸化位點(diǎn);(6)mRNAs多表達(dá)于白細(xì)胞。

2. IL-8受體家族IL-8R家族是趨化因子受體中能與IL-8結(jié)合的不同受體的總稱,包括IL-8RA、IL-8RB和RBCCKR。

(1)IL-8RA:IL-8RAcDNA1991年基因克隆成功,是Holmes等從中性粒細(xì)胞cDNA表達(dá)文庫中分離得到,人IL-8RA基因定位于染色體2q35,與IL-8RB基因密切連鎖和高度同源,可能是從同一祖先基因經(jīng)復(fù)制而來。從cDNA推算出IL-8RA由350氨基酸組成,有5個(gè)N連接的糖基化位點(diǎn)。裸肽分子量為40kDa,糖基化后55～69kDa,在氨基酸水平上與IL-8RB的同源性為77%。IL-8RA只與配體IL-8(堿性,PI8.0-8.5)結(jié)合,這與IL-8RA的結(jié)構(gòu)有關(guān),IL-8RaN端酸性氨基酸是與IL-8結(jié)合的位置,N端Asp11和e3中Gly275和Arg280對于與配體結(jié)合至關(guān)重要,由于Cys30與Cys277之間形成二硫鍵,Asp11,Glu275和Arg280在空間置上十分接近,共同參與同配體的結(jié)合。IL-8RA基因表達(dá)的細(xì)胞種類較為廣泛,如中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、PGA活化的T細(xì)胞、單核細(xì)胞樣細(xì)胞系、黑素瘤細(xì)胞、滑液成纖維細(xì)胞、HL60細(xì)胞和前髓樣細(xì)胞系THP-1等。

(2)IL-8RB:IL-8RBcDNA是首先從HL60細(xì)胞中克隆成功,推斷的氨基酸殘基數(shù)為335,有一個(gè)潛在的N連接糖基化位點(diǎn)。IL-8RB可與CXC亞族中IL-8、GROα、GROβ、GROγ和NAP-2結(jié)合。人IL-8RB主要表達(dá)于髓樣細(xì)胞,如中性粒細(xì)胞、HL60、THP-1和AML193細(xì)胞。

(3)RBCCKR:這種受體結(jié)合配體的特異性較寬,又稱multi-specificreceptor,可結(jié)合CXC亞族中的IL-8、NAP-2、GROα和CC亞族中的MCP-1和RANTES。人RBCCKRcDNA1993年克隆成功,基因定位于1q21-q25,成熟受體分子由338個(gè)氨基酸組成,分子量為39kDa,與IL-8RB和MIP-1α/RANTESR分別有27%和23%同源性。胞膜外區(qū)為66個(gè)氨基酸,含有2個(gè)潛在的N連接糖基化點(diǎn),酸性。C端胞漿區(qū)長24個(gè)氨基酸殘基,RBC-CKR似乎不G蛋白調(diào)節(jié),可能是一種G蛋白的非偶聯(lián)受體。RBCCKR是人紅細(xì)胞Duffy抗原(gpD),也是微小間日瘧原蟲(Plasmodiumvivax)受體。Duffy血型陰性個(gè)體盡管存在著該血型的原因,但不表達(dá)Duffy抗原/RBCCKR。RBCCKR作為一種清除受體(clearancereceptor)清除血液中趨化因子。這種受體與配體結(jié)合的親和力Kd為5nM,正常血清中IL-8水平在pM水平。在成人呼吸窘迫綜合征(ARDS)、膿毒癥時(shí),血清IL-8水平可升高至8nM,過高水平的IL-8結(jié)合到RBCCKR而得以清除。IL-8等趨化因子結(jié)合到紅細(xì)胞上后即失去了對靶細(xì)胞作用。紅細(xì)胞的這種清除作用的意義還在于維持一個(gè)合適的趨化因子濃度,保證中性粒細(xì)胞等敏感地從血液中向趨化因子濃度高的炎癥部位動。RBCCKR除表達(dá)在紅細(xì)胞上外,還表達(dá)在腎臟、大腦,基因表在這還見于脾、肺和胸腺等。

3.受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)IL-8RA和IL-8RB中緊接第三個(gè)穿膜區(qū)(TMDⅢ)的第二個(gè)胞內(nèi)環(huán)(i2)有一段高度保守的DRYLAIVHA序列,與受體信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān),其中DRY對于受體有效地偶聯(lián)G蛋白是必要的,如用突變方法改變此序列,雖然不影響受體與配體的結(jié)合,但幾乎完全喪失了配體刺激的生物學(xué)活性。IL-8R與配體結(jié)合后使與受體結(jié)合的異源三體G蛋白分解為α亞單位和βγ亞單位,α亞單位活化磷脂酶C(phospholipaseCPLC),導(dǎo)致胞漿內(nèi)三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG)增加,分別誘導(dǎo)胞漿內(nèi)Ca庫釋放Ca2 和PKC的活化。此外,IL-8RA和IL-8RBC端絲氨酸和蘇氨酸殘基的磷酸化可能與信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。

4.趨化因子受體與病毒發(fā)現(xiàn)某些感染人或靈長類病毒的開放讀框產(chǎn)物與某些趨化因子受體有較高的同源性,這可能與病毒的致病以及病毒所具有的某些生物學(xué)特性有關(guān)。

(1)人巨細(xì)胞病毒(humancytomegalovirusHCMV):是一種可感染人上皮細(xì)胞、髓樣和淋巴樣細(xì)胞的β皰疹病毒(βHerpesvirus)。HCMV3個(gè)開放讀框US27、US28和UL33所推斷的氨基酸序列在分子結(jié)構(gòu)上均可模擬STR,其中US28產(chǎn)物與人MIP-1α/RANTEsR約有30%同源性,與該受體N端的同源性高達(dá)56%。US28產(chǎn)物可與趨化因子β亞族中MIP-1α、MIP-1β、MCP-1和RANTES相結(jié)合,但不能結(jié)合α亞族中的趨化因子。

(2)Saimiri皰疹病毒(HerpesvirussaimiriHVS):是一種感染靈長類動物嗜T細(xì)胞的γ皰疹病毒(γHerpesvirus)。HVS開放讀框ECRF3產(chǎn)物與IL-8R有近30%的同源性,與IL-8RbN端的同源性為44%。ECRF3產(chǎn)物與IL-8、GROα和NAP-2均可發(fā)生一定程度的結(jié)合。

HCMV-US28和HVS-ECRF3探針不能與人基因組DNA雜交,提示皰疹病毒不僅從宿主體內(nèi)獲得了趨化因子受體基因拷貝,而且進(jìn)行了修飾。類似的現(xiàn)象見于嗜人B淋巴細(xì)胞的γ皰疹病毒-EB病毒(EBV),EBV開放讀框BCRF1是從宿主體內(nèi)獲得的IL-10基因,BCRF1產(chǎn)物又稱為病毒IL-10(vIL-10),可模擬哺乳動物IL-10的抗炎癥和抗增殖效應(yīng)。

二、細(xì)胞因子受體中的共享鏈

大多數(shù)細(xì)胞因子受體是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞單位組成的異源二聚體或多聚體,通常包括一個(gè)特異性配體結(jié)合α鏈和一個(gè)參與信號的β鏈。α鏈構(gòu)成低親和力受體,β鏈一般單獨(dú)不能與細(xì)胞因子結(jié)合,但參與高親和力受體的形成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。應(yīng)用配體競爭結(jié)合試驗(yàn)、功能相似性分析以及分子克隆技術(shù)發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞因子受體中存在著不同細(xì)胞因子受體共享同一種鏈的現(xiàn)象。

(一)細(xì)胞因子受體共享鏈的種類

在眾多的細(xì)胞因子中,某些細(xì)胞因子的作用十分相似,如IL-3、IL-5、GM-CSF都作用于造血系統(tǒng),促進(jìn)造血干細(xì)胞或定向干細(xì)胞的增殖。IL-6、IL-11、LIF、OSM都能作用于肝細(xì)胞、巨核細(xì)胞、漿細(xì)胞瘤,發(fā)揮相似的生物學(xué)作用。IL-2、IL-4、IL-7、IL-9和IL-13均具有刺激T細(xì)胞或和B細(xì)胞增殖的作用。上述細(xì)胞因子功能的相似性已部分在受體水平得到解釋,在很大程度上是由細(xì)胞因子受體共享鏈所決定的。已知,細(xì)胞因子共享鏈主要有g(shù)p310、GM-CSFRβ鏈和IL-2Rγ鏈。

1、gp130/LIFR為IL-6R、單抗MT18在骨髓瘤細(xì)胞系U266共沉淀中得到一種130kDa的糖蛋白,命名為gp130。1990年Hibi克隆成功,gp130,屬于造血因子受體家族。IL-6、IL-11均能刺激IL-6信賴的小鼠漿細(xì)胞瘤系T1165的增殖,能在IL-3、GM-CSF的作用下縮短骨髓多能干細(xì)胞的Go期,增強(qiáng)IL-3依賴的人和小鼠的巨核細(xì)胞集落的形成,促進(jìn)體內(nèi)、體外的特異性抗體反應(yīng),誘導(dǎo)肝細(xì)胞急性期蛋白的產(chǎn)生?？筭p130能阻斷IL-6、IL-11兩種細(xì)胞因子分別誘導(dǎo)的TF1細(xì)胞的增殖,而抗IL-5R只能阻斷IL-6誘導(dǎo)的TF1的增殖,表明IL-6、IL-11受體共用一個(gè)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈。OSM受體存在著低親和力及高親和力兩種受體,低親和力受體即gp130,gp130與LIFR構(gòu)成高親和力受體。與在IL-6R、IL-11R中不同,gp130在OSMR中只形成低親和力受體且不能單獨(dú)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞因子信號。高親和力的LIF受體由LIFR和gp130組成,OSM與LIF能競爭結(jié)合高親和力LIF受體,但不競爭結(jié)合低親和力的LIF受體。

(4)IL-11Rα鏈(小鼠)與IL-6Rα鏈和CNTFRα鏈氨基酸同源性分別為24%和22%。

2、KH97/AIC2B為IL-3R、IL-5R、GM-CSFR所共用。在造血方面,IL-3與GM-CSF均能促進(jìn)未成熟細(xì)胞、混合細(xì)胞及粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落的形成,激活單核細(xì)胞,促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞集落形成。IL-5除了促進(jìn)B細(xì)胞分化和分泌抗體外,也具有刺激嗜酸性粒細(xì)胞分化作用。用GM-CSFRβ鏈分別與IL-3、IL-5、GM-CSFRα鏈共轉(zhuǎn)染的試驗(yàn)證明,這三種細(xì)胞因子高親和力受體中的β鏈在小鼠和人分別為AIC2B和KH97,它們有56%的同源性。

3、IL-2受體γ鏈除IL-2R含有γ鏈外,IL-4R、IL-7R、IL-9R和IL-13R復(fù)合物中也共用IL-2Rγ鏈(γc)。這些受體的相應(yīng)配體是一組主要作用于T細(xì)胞的生長因子。以IL-2γ鏈異常為主要特征的X聯(lián)鎖嚴(yán)重免疫缺陷綜合癥患者顯示出T細(xì)胞發(fā)育異常,T細(xì)胞的缺乏或數(shù)量明顯減少,提示IL-2γ鏈在T細(xì)胞的發(fā)育中起至關(guān)重要的作用。IL-4、IL-7均在T細(xì)胞的發(fā)育中起作用,它們共用一條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈IL-2Rγ鏈來傳遞T細(xì)胞增殖的信號。在IL-2受體系統(tǒng)中,α鏈構(gòu)成低親和力受體,中親和力受體由β、γ鏈組成,高親和力受體由α、β、γ三條鏈組成,其中,γ鏈相當(dāng)于其它細(xì)胞因子受體的β鏈,參參與信號傳遞,而αβ鏈則相當(dāng)于α鏈,主要發(fā)揮識別和結(jié)合配體的作用。

(二)共享鏈與細(xì)胞因子受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)首先需要配體與受體結(jié)合并誘導(dǎo)受體二聚體(或三聚體)的形成,使二聚體(或三聚體)胞漿部分的相互作用,由此引起不同途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。在IL-2R系統(tǒng)中,受β、γ鏈的二聚作用對于信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)是必須的,缺乏β鏈胞漿區(qū)的IL-2R不能轉(zhuǎn)導(dǎo)IL-2刺激所發(fā)生的信號。大多數(shù)的細(xì)胞因子對細(xì)胞的刺激及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與酪氨酸激酶的活化及細(xì)胞內(nèi)蛋白的酪氨酸磷酸化有關(guān),細(xì)胞因子與受體結(jié)合可以引起受體成分的酪氨酸磷酸化。ERS胞漿區(qū)近膜端的60個(gè)氨基酸殘基是高度保守的,這段同源序列對IL-6、G-CSF、EPO、IL-7的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起著關(guān)鍵作用,提示這些受體可能利用相似的胞膜內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。

1、gp130介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在IL-6R、IL-11R、OSMR、LIFR、CNTFR的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)共用鏈gp130中,其胞漿區(qū)約277個(gè)氨基酸殘基中包含絲氨酸富含區(qū)、核苷酸結(jié)合區(qū)及4個(gè)GTP結(jié)合模式區(qū)。其中的絲氨酸富含區(qū)也存在于G-CSFR、IL-2Rβ、IL-4R和EPOR,其它的ERS成員有著明顯的同源性。其中一個(gè)片段在所有ERS成員中都是保守的,另一個(gè)片段存在于G-CSFR、EPOR、KH97中。這兩個(gè)短的片段中,無論哪個(gè)發(fā)生突變都將使gp130不能發(fā)生酪氨酸磷酸化,喪失信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的能。LIFR/gp130異源雙體也與酪氨酸磷gp130不能發(fā)生要酪氨酸磷酸化,喪失信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能。LIFR/gp130異源雙體也與酪氨酸磷酸化有關(guān)。雖然大多數(shù)造血因子受體家族成員均不具有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域,但它們與酪氨酸激酶型生長因子受體相似,生長因子引起與之相關(guān)的受體酪氨酸激酶二聚體的形成和激活,而造血因子可能是誘導(dǎo)其受體的二聚體形成并導(dǎo)致相關(guān)酪氨酸激酶的活化。發(fā)現(xiàn)在IL-6、IL-11刺激的TF1細(xì)胞中檢測出分子量97/95kDa的蛋白發(fā)生了酪氨酸磷酸化,抗gp130的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中很重要。在不同的細(xì)胞系3T3-L1、B細(xì)胞雜交瘤、髓樣白血病系中發(fā)現(xiàn)有不同分子量蛋白的要酪氨酸磷酸化,提示在不同的細(xì)胞系中存在細(xì)胞特異的酪氨酸激酶及各自特異的底物,這可能是共用gp130的IL-6、IL-11、LIF、CNTF、OSM在不同細(xì)胞中生物學(xué)作用差異的原因一。JAK2是一種非受體型的酪氨酸激酶,可以被EPO、IL-3、G-CSF、IL-6等多種細(xì)胞因子刺激所激活,JAK2可能是這些不同的細(xì)胞因子受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一個(gè)共同因素,這種與受體相聯(lián)的JAK2激酶可能因受體結(jié)構(gòu)的不同而催化不同的底物,從而導(dǎo)致了JAK2介導(dǎo)了許多不同的生物學(xué)功能。此外,gp130在IL-6、IL-11、CNTF、LIF的刺激后也發(fā)生了自身的酪氨酸磷酸化。

2、KH97/AIC2B介導(dǎo)信號傳導(dǎo)在IL-3、IL-5、GM-CSF的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈KH97/AIC2B的胞漿區(qū)內(nèi)也存在著兩個(gè)產(chǎn)生不同信號所必需的區(qū)域:一個(gè)是Glu517上游近膜端的約60個(gè)氨基酸的區(qū)域,它是誘導(dǎo)c-myc和pim-1所必需的;另一個(gè)區(qū)域是Leu623至Ser763約140個(gè)氨基酸的胞漿區(qū)域,是Ras、Raf、MAP(絲裂原激活的蛋白激酶)的激活以c-fos、c-jun的誘導(dǎo)所必需的。hGM-CSFRα、β鏈無任何已知酶的催化區(qū),共轉(zhuǎn)染hGM-CSFα、β鏈的Ba/F3細(xì)胞的地冽同C-Myc、pim-1水平的延長增加相關(guān)聯(lián)的。在小鼠淋巴細(xì)胞系轉(zhuǎn)染GM-CSFα、β鏈后可以引韋胞內(nèi)數(shù)種蛋白的酪氨酸磷酸化并引起增殖反應(yīng),α、β鏈共轉(zhuǎn)染小鼠NIH3T3細(xì)胞表達(dá)GM-CSFR高親和力受體,可引起表達(dá)的β鏈胞漿區(qū)和另外一個(gè)有包漿內(nèi)40-45kDa蛋白的酪氨酸快速磷酸化。

三、可溶性細(xì)胞因子受體

在自然狀態(tài)下,細(xì)胞因子受體(cytokine receptor,CK-R)主要以膜結(jié)合細(xì)胞因子受體(membrane-bound cytokine receptor,mCK-R)和存在于血清等體液中可溶性細(xì)胞因子受體(soluble cytokine receptor,sCK-R)兩種形式存在。細(xì)胞因子復(fù)雜的生物學(xué)活性主要是通過基與相應(yīng)的mCK-R結(jié)合后所介導(dǎo)的,而sCK-R卻具有獨(dú)特的生物學(xué)意義。sCK-R水平變化與某些疾病的關(guān)系日益受到學(xué)者們的重視。部分重組sCK-R(rsCK-R)基因工程產(chǎn)品已進(jìn)入臨床驗(yàn)證,關(guān)于sCK-R的產(chǎn)生機(jī)理,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基免疫學(xué)功能等方面的基礎(chǔ)研究也取得了長足的進(jìn)展。

(一)sCK-R的產(chǎn)生機(jī)理及作用特點(diǎn)

人T細(xì)胞白血病病毒I型(HTLV-I)感染的HUT102B2、MT-2等細(xì)胞,髓樣白血病細(xì)胞(HL-60,KG1)及某些人B細(xì)胞系(Raji)除了表達(dá)多種mCK-R外還可以通過不同方式產(chǎn)生sCK-R,如HUT102B2細(xì)胞培養(yǎng)豐清中也可檢出高水平sCK-2R和sIL-6R。人PMC體外經(jīng)PHA刺激培養(yǎng)后也產(chǎn)生大量sCK-2R和sCK-6R。

1.sCK-R的產(chǎn)生大多sCK-R主要來自膜受體的脫落,因此將膜受體陽笥細(xì)胞溶解是獲得大量sCK-R的一種方法。大多數(shù)sCK-R氨基酸序列與mCK-R胞膜外區(qū)同源,只缺少跨膜區(qū)及胞漿區(qū),但仍可與相應(yīng)配體發(fā)生特異性結(jié)合所應(yīng)。除了膜受體的裂解、脫落產(chǎn)生sCK-R形式外,另一種產(chǎn)生sCK-R的機(jī)理是通過受體mRNA不同剪接,產(chǎn)生分泌型mRNA,通過翻譯后直接分泌到細(xì)胞外,已經(jīng)證實(shí),細(xì)胞內(nèi)可含有同一種CK-R不同形式的cDNA。sIL-4R、sIL-5Rα鏈、sIL-6Rα鏈、sIL-7R以及sG-CSFR等可以這種形式產(chǎn)生。

2.sCK-R的生物學(xué)作用多數(shù)sCK-R與相應(yīng)細(xì)胞因子結(jié)合的親和力較與mCK-R為低,可能與sCK-R為單鏈結(jié)構(gòu)或缺少某些結(jié)構(gòu)區(qū)域有關(guān)。也有的sCK-R如sIL-4R同天然mIL-4R與相應(yīng)配體結(jié)合的親和力是相同的,即使低劑量sIL-4R也可特異地抑制IL-4誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖反應(yīng)。sCK-R以其多種方式發(fā)揮其獨(dú)特的免疫學(xué)功能。

(1)做為細(xì)胞因子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,將細(xì)胞因子運(yùn)至機(jī)體有關(guān)產(chǎn)啊位,造成局部細(xì)胞因子高濃度區(qū)以充分發(fā)揮細(xì)胞因子的生物學(xué)效應(yīng)。

(2)是膜受體正常代謝途徑,有利于處于活化狀態(tài)細(xì)胞恢復(fù)至正常水平。

(3)競爭性地結(jié)合mCK-R相應(yīng)配體,抑制mCK-R所介導(dǎo)的生物學(xué)作用。

(二)sCK-R與臨床

1.檢測sCK-R水平在臨床中的應(yīng)用檢測某些sCK-R水平輔助臨床對某些疾病的早期診斷,了解病程的發(fā)展與轉(zhuǎn)歸,并可對患者免疫功能狀態(tài)及預(yù)后進(jìn)行評估,對臨床治療也有一定指導(dǎo)意義。

(1)sIL-2R的檢測:來國內(nèi)外學(xué)者對sIL-2R進(jìn)行了大量研究,發(fā)現(xiàn)其在血清及其他體不認(rèn)中水平的變化與臨床多種疾病如器官移植排異反應(yīng)、病毒性感染、惡性腫瘤、創(chuàng)傷及自身免疫性疾病等的病情、病程密切相關(guān)。

(2)其他sCK-R的檢測:在尿中發(fā)現(xiàn)一種50kDasIL-6R分子稱為IL-6R-SUP,可以促進(jìn)小劑量IL-6誘導(dǎo)的小鼠漿細(xì)胞瘤T1165的生長。多發(fā)性骨髓瘤病人血漿中sIL-6R水平明顯升高。風(fēng)濕性疾病患者血清sTNFR水平異常增設(shè),關(guān)工了腔滑液中亦可檢出高水平sTNF-R,且活動期水平明顯高于非活動期。正常婦女尿中僅可檢測到TNF-RⅡ類型的sTNFR,而妊娠婦女尿中TNF-rI和TNF-RⅡ兩種類型sTNFR均可被檢出,隨胎齡增加sTNFR水平逐漸升高,分娩后隨之降低,這可能是使胎兒免受TNF作用的一種防護(hù)機(jī)制。肝臟感染性腹水及癌性腹水中亦可檢出高水平sTNFR。此外還發(fā)現(xiàn),sTNFR水平的增設(shè)與患者腎功能的減退密切相關(guān)。

2.sCK-R在臨床應(yīng)用前景大多數(shù)sCK-R與細(xì)胞因子結(jié)合后陰斷細(xì)胞因子與膜受體結(jié)合,從而抑制細(xì)胞因子的生物學(xué)活性,應(yīng)用sCK-R減輕或防止炎癥性細(xì)胞因子造成的病理損害提供了新的治療途徑。動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,局部注射sIL-1R可抑制IL-1介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。sIL-1R可降低小鼠同種異體心臟移植的排異反應(yīng)以及大鼠實(shí)驗(yàn)性關(guān)節(jié)炎和過敏性大腦炎。在體外sIL-1R可明顯抑制急性髓樣白血病病人骨髓細(xì)胞的增殖。應(yīng)用IL-1R基因工程產(chǎn)品開始對治療關(guān)節(jié)炎、糖尿病以及防治器官移植排斥等進(jìn)入臨床驗(yàn)證。動物體內(nèi)注射sIL-4R可延長同種異人本移植物的存活,抑制GVHR,降低I型超敏反應(yīng)。應(yīng)用sTNFR可減輕TNF在自身免疫性疾病中所介導(dǎo)的病理損害,并可減輕敗血癥休克。