Fractalkine/CX3CR1信號軸在炎癥疾病中的研究進(jìn)展①

李 茂 龍潤瑩 張焱皓 秦 歡 羅軍敏

(遵義醫(yī)科大學(xué)免疫學(xué)教研室,貴州省免疫分子應(yīng)用研究工程中心，遵義 563003)

趨化因子是指能夠吸引免疫細(xì)胞遷移到感染部位的細(xì)胞因子，在炎癥反應(yīng)中具有重要作用，它既具有趨化功能又具有免疫調(diào)節(jié)功能。根據(jù)其分子氨基端半胱氨酸殘基排列方式和數(shù)目的不同，可以分為 C、CC、CXC 和 CX3C 4類[1]。不規(guī)則趨化因子Fractalkine(FKN)，又稱CX3CL1，具有可溶型和膜結(jié)合型2種形式，可溶型FKN分子主要起趨化因子的作用，對NK細(xì)胞和T細(xì)胞具有強(qiáng)效趨化作用，膜結(jié)合型FKN主要表達(dá)在活化的內(nèi)皮細(xì)胞、活化的成纖維細(xì)胞和成骨細(xì)胞上，主要起介導(dǎo)黏附的作用。其受體CX3CR1在淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和破骨細(xì)胞上表達(dá)，F(xiàn)KN與CX3CR1結(jié)合后可使外周血白細(xì)胞產(chǎn)生趨化和黏附的作用，同時(shí)參與組織損傷的“監(jiān)視”作用，從而達(dá)到快速動(dòng)員和使效應(yīng)細(xì)胞到達(dá)炎癥部位的目的。目前在各類炎癥疾病如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、動(dòng)脈粥樣硬化、膿毒癥等疾病中發(fā)現(xiàn)FKN/CX3CR1信號軸參與其發(fā)生發(fā)展[2,3]。阻斷這種配體-受體之間的相互作用，可以減少單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞壁的結(jié)合從而達(dá)到改善疾病的目的[4]。現(xiàn)就近年來FKN/CX3CR1信號軸在多種炎癥疾病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 FKN與CX3CR1

FKN于1997年被發(fā)現(xiàn)，是CX3C-類趨化因子中唯一的成員，其基因定位于人染色體 16q13片段，主要由內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生,既有趨化作用又有黏附功能,并參與白細(xì)胞向炎癥組織游走，以可溶型和膜結(jié)合型2種形式存在，2種形式的FKN對于介導(dǎo)炎癥反應(yīng)有不同的功能：膜結(jié)合型FKN作為黏附分子，誘導(dǎo)表達(dá)于單核細(xì)胞和白細(xì)胞的CX3CR1的黏附[5]。同時(shí)，其還具有黏蛋白樣桿狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其能夠介導(dǎo)白細(xì)胞的遷移和緊密黏附、控制炎癥部位白細(xì)胞的滲出、介導(dǎo)單核細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的遷移。1998年Fong等[6]首次發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的膜結(jié)合型FKN與白細(xì)胞上的CX3CR1相互作用后可以對白細(xì)胞(T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞)進(jìn)行捕獲和黏附，這種捕獲和黏附不依賴于整合素的誘導(dǎo)和G蛋白信號通路，也就是說膜結(jié)合型FKN與CX3CR1相互作用就足以產(chǎn)生白細(xì)胞的黏附從而介導(dǎo)炎癥的發(fā)生[7]?？扇苄訤KN從細(xì)胞膜上裂解后，在體外誘導(dǎo)白細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的趨化從而促進(jìn)炎癥細(xì)胞穿過血管內(nèi)皮到達(dá)炎癥部位[7]。CX3CR1是FKN唯一的高親和力受體，屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族，其基因定位于 3p21-3pter，不僅在單核細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞等白細(xì)胞上表達(dá)，也在內(nèi)皮細(xì)胞、主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞等非髓樣細(xì)胞上表達(dá)[8]。當(dāng)機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，會(huì)啟動(dòng)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生如IFN-γ、IL-1、 TNF-α、IL-10和IL-6等炎癥細(xì)胞因子從而激活FKN/CX3CR1軸參與炎癥反應(yīng)[9]。除此之外，F(xiàn)KN能夠黏附單核細(xì)胞，CD8+T細(xì)胞以及CD16+、CD56+NK細(xì)胞，也就是說通過作用于化學(xué)趨化物和黏附分子，F(xiàn)KN/CX3CR1軸能夠?qū)ρ仔约膊∑鹬匾淖饔谩?/p>

2 FKN/CX3CR1信號軸與炎癥疾病

炎癥細(xì)胞到達(dá)炎癥部位是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、多步驟的過程，在此過程中FKN/CX3CR1信號軸介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的可能機(jī)制是通過對中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的高效趨化和黏附作用，以促進(jìn)炎癥細(xì)胞到達(dá)炎癥部位從而介導(dǎo)炎癥疾病的發(fā)生發(fā)展。

2.1類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎 類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種病因未明的慢性全身性炎癥性疾病，最終導(dǎo)致患者骨和關(guān)節(jié)軟骨的破壞，使患者喪失勞動(dòng)能力，其特點(diǎn)是多關(guān)節(jié)的慢性炎癥[10]。RA的特征之一是在RA滑膜液中存在高水平的促炎細(xì)胞因子的浸潤，如TNF和IL-1[11]。2001年Ruth等[12]首次發(fā)現(xiàn)FKN參與RA發(fā)病機(jī)制，RA患者滑膜液中可溶性FKN水平較骨關(guān)節(jié)炎患者升高，同時(shí)在RA患者的滑膜液中的巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了FKN表達(dá)。在進(jìn)一步的研究中還發(fā)現(xiàn)，RA患者炎癥性關(guān)節(jié)中提取的滑膜液在FKN耗盡后其誘導(dǎo)單核細(xì)胞趨化的能力降低，提示該趨化因子是單核細(xì)胞浸潤炎癥性關(guān)節(jié)所必需的[12]。同時(shí)，刺激成纖維樣滑膜細(xì)胞中的FKN會(huì)引起基質(zhì)金屬蛋白酶-2的產(chǎn)生，其通過軟骨降解和血管生成而導(dǎo)致RA的發(fā)生[13]。另有研究表明，在RA滑膜組織中的CD16+單核細(xì)胞中觀察到了高水平的CX3CR1表達(dá)，且可溶性FKN有效地激活了這些細(xì)胞群的趨化性。Yano等[14]發(fā)現(xiàn)可溶性FKN可通過活化單核細(xì)胞誘導(dǎo)IL-1和IL-6的產(chǎn)生，F(xiàn)KN介導(dǎo)CD16+單核細(xì)胞的遷移和募集，并促進(jìn)滑膜組織炎癥。Rennert等[15]發(fā)現(xiàn)，CD16+單核細(xì)胞的招募可能是FKN趨化特性的結(jié)果。此外，阻斷FKN和CX3CR1相互作用或許有利于RA的治療。Nanki等[16]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用抗FKN單克隆抗體全身治療可抑制炎癥細(xì)胞向滑膜的浸潤從而改善RA的發(fā)展。Tanaka等[17]發(fā)現(xiàn)對RA患者使用抗FKN單克隆抗體E6011可觀察到炎癥細(xì)胞局部浸潤減少，滑膜骨侵蝕減少。這些數(shù)據(jù)表明，阻斷FKN/CX3CR1軸也許可以通過抑制炎癥細(xì)胞向滑膜的浸潤從而改善RA[3]。綜上所述，F(xiàn)KN/CX3CR1信號軸在RA的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色，許多研究表明FKN/CX3CR1參與RA的疾病進(jìn)程，但其具體機(jī)制仍不明確。雖然使用CX3CR1的拮抗劑可能對RA的病理過程有益，但是這些化合物是否對機(jī)體有不利作用以及是否具有特異性靶向作用仍需進(jìn)一步探索。

2.2神經(jīng)系統(tǒng)炎癥 FKN/CX3CR1軸通過控制神經(jīng)系統(tǒng)疾病過程中炎癥細(xì)胞因子的釋放和突觸可塑性，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和功能、神經(jīng)元的存活和突觸的功能。其多重功能導(dǎo)致FKN/CX3CR1軸在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起著有利或有害的雙重作用。阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是老年人最常見的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，其特征是淀粉樣蛋白β蛋白積聚和因過度磷酸化聚集的tau蛋白而形成的細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)。在AD中，F(xiàn)KN/CX3CR1信號軸發(fā)揮著不可忽視的作用。Merino等[18]發(fā)現(xiàn) FKN/CX3CR1軸促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化和吞噬作用，從而增強(qiáng)了細(xì)胞外淀粉樣蛋白β斑塊的清除，并減弱p-tau過度磷酸化和神經(jīng)元內(nèi)聚集。此外，F(xiàn)KN-CX3CR1信號傳導(dǎo)可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活和吞噬作用，并影響IL-1β和TNF-α等促炎細(xì)胞因子的釋放，從而減弱AD中的神經(jīng)炎癥和Aβ沉積[19]；帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是第二常見的神經(jīng)退行性錐體外系疾病，主要表現(xiàn)為黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元丟失[20，21]。趨化因子參與PD如多巴胺神經(jīng)元丟失的病理過程，有研究證實(shí)FKN可降低6-羥多巴胺介導(dǎo)的PD模型大鼠SNpc中的神經(jīng)毒性、小膠質(zhì)細(xì)胞的活化以及壞死神經(jīng)元的激活[22]。FKN/CX3CR1信號軸可在炎癥條件下抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活性，也許激活CX3CR1可預(yù)防小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)毒性。Pabon等[22]發(fā)現(xiàn)CX3CL1處理的大鼠紋狀體損傷體積更小，神經(jīng)元損失更少，也就是說FKN在多巴胺能損傷中具有神經(jīng)保護(hù)作用。此外，He等[23]發(fā)現(xiàn)下調(diào)自噬神經(jīng)元上CX3CL1 FKN的表達(dá)會(huì)促進(jìn)腦卒中的小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥損傷?？偟膩碚f，F(xiàn)KN/CX3CR1在維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用，深入研究它是如何在不同的神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)展過程中發(fā)揮不同的作用，將為開拓有效抑制神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病發(fā)展的靶向治療新途徑提供可能。

2.3動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，其特征是單核細(xì)胞逐漸滲入內(nèi)皮，形成含有脂質(zhì)、白細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和炎癥介質(zhì)的斑塊[24]。這些斑塊可能會(huì)變得不穩(wěn)定并容易破裂，引發(fā)急性血栓性血管事件，導(dǎo)致心肌梗死、中風(fēng)和猝死。在動(dòng)脈粥樣硬化病變的各個(gè)階段中,單核細(xì)胞在分化為巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞起到重要作用[25]。White等[26]發(fā)現(xiàn)在FKN、無血清培養(yǎng)基(serum-free medium,SFM)和胎牛血清(fetal calf serum,FSC)這3種環(huán)境中刺激生長的健康人單核細(xì)胞中，只有FKN能夠增加單核細(xì)胞的存活率，且FKN在兩個(gè)單核細(xì)胞亞群中均有明顯的延長生存作用。一些研究證明，F(xiàn)KN及其受體CX3CR1參與了動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的過程，且FKN和CX3CR1的基因變異也許會(huì)影響冠狀動(dòng)脈疾病中的動(dòng)脈粥樣硬化的過程，Zhang等[27]發(fā)現(xiàn)與正常動(dòng)脈相比，動(dòng)脈粥樣硬化冠狀動(dòng)脈和頸動(dòng)脈斑塊中FKN/CX3CR1表達(dá)增加，且與相應(yīng)的野生型基因型相比，F(xiàn)KN rs170364和CX3CR1 rs17793056增加了冠心病的易感性。有研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物模型中阻斷FKN/CX3CR1信號對于動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展有抑制作用[28]，但用于阻斷該通路的技術(shù)目前還難以應(yīng)用于人體試驗(yàn)。此外，Zhou等[29]發(fā)現(xiàn)使用DNA疫苗接種阻斷CX3CR1通路可能對動(dòng)脈粥樣硬化起到積極的作用。Riopel等[4]發(fā)現(xiàn)利用CX3CL1-Fc治療可以抑制單核細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞黏附，從而降低動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病率。綜上所述，F(xiàn)KN/CX3CR1信號軸在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中扮演重要角色，雖然近年來針對阻斷FKN/CX3CR1信號軸能夠?qū)?dòng)脈粥樣硬化疾病進(jìn)程有積極作用的研究增多，但具體能否應(yīng)用于人體試驗(yàn)并不明確，更加清楚的解釋FKN/CX3CR1信號軸參與動(dòng)脈粥樣硬化的過程及其在臨床治療中的應(yīng)用，有利于相關(guān)治療方式的研發(fā)。

2.4膿毒癥 膿毒癥是指宿主對感染的免疫反應(yīng)失調(diào)從而引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征[30]。有研究證明，膿毒癥與腎臟單核細(xì)胞浸潤以及FKN水平升高有關(guān)[31]。單核細(xì)胞在膿毒癥發(fā)生的促炎和抗炎現(xiàn)象中起著至關(guān)重要的作用，F(xiàn)KN的受體CX3CR1在膿毒癥生理病理過程中起到了保護(hù)作用[32]。Chousterman等[33]通過在膿毒癥小鼠中，對CX3CR1的激活來調(diào)節(jié)和控制單核細(xì)胞的黏附及促炎和抗炎細(xì)胞因子，從而證實(shí)了炎癥單核細(xì)胞通過CX3CR1依賴的黏附機(jī)制對膿毒癥的病理機(jī)制產(chǎn)生保護(hù)作用。另有研究發(fā)現(xiàn)CX3CR1 mRNA表達(dá)改變與患者死亡率相關(guān)。Alexandre等[34]發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者血清FKN濃度升高，而單核細(xì)胞中CX3CR1 mRNA的表達(dá)下調(diào)，且患者預(yù)后也會(huì)隨之變差。這和Friggeri等[35]發(fā)現(xiàn)的CX3CR1 mRNA表達(dá)降低與死亡率升高相關(guān)一致。總之，F(xiàn)KN/CX3CR1信號軸可作為膿毒癥發(fā)生發(fā)展的相關(guān)因素之一，在今后的研究中，明確FKN/CX3CR1信號軸是否能成為膿毒癥治療的新靶點(diǎn)及其具體的調(diào)控機(jī)制將是該病治療領(lǐng)域的新突破點(diǎn)。

3 討論

綜上所述，F(xiàn)KN/CX3CR1信號軸在RA、神經(jīng)系統(tǒng)炎癥、動(dòng)脈粥樣硬化、膿毒癥等多種炎癥相關(guān)疾病中具有關(guān)鍵作用，這也提示FKN/CX3CR1信號軸可能成為控制炎癥性疾病的一個(gè)作用靶點(diǎn)，為評價(jià)炎癥疾病的嚴(yán)重程度以及干預(yù)治療提供更多的可能性。然而，由于其對于白細(xì)胞的趨化和黏附機(jī)制中具有雙重作用，從而產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果，這些沖突的數(shù)據(jù)也提示FKN/CX3CR1信號軸在不同的炎癥疾病中也許會(huì)有不同的結(jié)果。目前對于FKN/CX3CR1信號軸相關(guān)作用機(jī)制以及其在臨床治療中的應(yīng)用仍不夠深入，將來也許可以通過干預(yù)FKN/CX3CR1信號軸進(jìn)而影響臨床炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生。