第三节　细胞因子受体

　　细胞因子是由多种细胞产生的，具有广泛调节细胞功能作用的多肽分子，细胞因子不仅作用于免疫系统和造血系统，还广泛作用于神经、内分泌系统，对细胞间相互作用、细胞的增殖分化和效应功能有重要的调节作用。细胞因子发挥广泛多样的生物学功能是通过与靶细胞膜表面的受体相结合并将信号传递到细胞内部。因此，了解细胞因子受体的结构和功能对于深入研究细胞因子的生物学功能是必不可少的。随着对细胞因子受体的深入研究，发现了细胞因子受体不同亚单位中有共用链现象，这对阐明众多细胞因子生物学活性的相似性和差异性从受体水平上提供了依据。绝大多数细胞因子受体存在着可溶性形式，掌握可溶性细胞因子受体产生的规律及其生理和病理意义，必将扩展人们对细胞因子网络作用的认识。检测细胞因子及其受体的水平已成为基础和临床免疫学研究中的一个重要的方面。

　　一、细胞因子受体的结构和分类

　　根据细胞因子受体cDNA序列以及受体胞膜外区氨基酸序列的同源性和结构征，可将细胞因子受体主要分为四种类型：免疫球蛋白超家族（IGSF）、造血细胞因子受体超家族、神经生长因子受体超家族和趋化因子受体。此外，还有些细胞因子受体的结构尚未完全搞清，如IL-10R、IL-12R等；有的细胞因子受体结构虽已搞清，但尚未归类，如IL-2Rα链（CD25）。

　　（一）免疫球蛋白超家族

　　该家族成员胞膜外部分均具有一个或数个免疫球蛋白（Ig）样结构域，有关Ig超家族的结构特点参见第三章。目前已知，属于IGSF成员的细胞因子受体的IL-1Rt I（CD121a）、IL-1RtⅡ（CD121b）、IL-6Rα链（CD126）、gp130(CDw130)、G-CSFR、M-CSFR（CD115）、SCFR（CD117）和PDGFR，并可分为几种不同的结构类型，不同IGSF结构类型的受体其信号转导途径也有差别。

　　（1）M-CSFR、SCFR和PDGFR：胞膜外区均含有5个Ig样结构域，其中靠近胞膜区为1个V样结构，其余4个为C2样结构。受体通常以二聚体形式与相应的同源二聚体配体结合。受体胞浆区本身含有蛋白酷氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）结构。

　　（2）IL-1Rt I和IL-1RtⅡ：胞膜外区均含有3个C2样结构，受体胞浆区丝氨酸/苏氨酸磷酸化可能与受体介导的信号转导有关。

　　（3）IL-6Rα链、gp130以及G-CSFR：胞膜外区N端 均含1个C2样区，在靠近胞膜侧各有1个红细胞生成素受体超家族结构域，此外在胞有胞膜外区还含有2～4个纤粘连素结构域。gp130胞浆区酷氨酸磷酸化与信号转导有关。这种结构类型的受体其相应配体IL-6、OSM、LIF和G-CSF在氨基酸序列和分子结构上也有很大的相似性。

　　（二）造血细胞因子受体超家族

　　造血细胞因子受体超家族（haemopoietic cytokine receptor superfamily）又称细胞因子受体家族（cytokine receptor family），可分为红细胞生成素受人本超家族（erythropoietin receptor superfamily,ERS）和干扰素受体家族（interferon receptor family。

　　1.ERSERS所有成员胞膜外区与红细胞生成素（erythropoietin,EPO）受体胞膜外区体在氨基酸序列上有较高的同源性，分子结构上也有较大的相似性，故得名。

　　（1）ERS的成员：属于ERS的成员有EPOR、血小板生成素R、IL-2β链（CD122）、IL-2Rγ链、IL-3Rα链（CD123）、IL-3Rβ、IIL-4R（CDw124）、IL-5Rα链、IL-5βα链、IL-5Rβ链、IL-6Rα链（CD126）、gp130(CDw123)、IL-7R、IL-9R、IL-11R、IL-1240kDa亚单位、G-CSFR、GM-CSFRα链、GM=CSFRβ链、LIFR、CNTFR等，此外，某些激素如生长激素受体（GRGR）和促乳素受体（PRLR）亦属于ERS。

　　（2）ERS的结构特征：红细胞生成素受体超家族成员在胞膜外与配体结合部位有一个约含210氨基酸残基的牲性同源区域，主要特点①同源区靠近N端有4个高并能保守的半胱氨酸残基Cysl、Cys2、Cys3、Cys4和1个保守的钯氨酸，Cys1与Cys2之间、Cys3与Cys4之间形成两个二硫键。②同源区靠近细胞膜处，约在细胞膜外18～22氨基酸基处有一个色氨酸一丝氨酸-X-色氨酸-丝氨酸基序，所谓Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser即WSXWS基序，其生物学功能尚不明了。IL-3α链、IL-3Rβ链、GM-CSFRβ链、LIFR办有两个ERS结构域，其中GM-CSFRβ链第一个ERS结构中有一个类似WSXWS基序，即为脯氨酸一丝氨酸-赖氨酸-色氨酸-丝氨酸（PSKWS）基序。1994年Hilton等合成WSXWS基序相应的寡核苷酸为探针，从成鼠肝cDNA文库中克隆小鼠IL-11受体α链cDNA获得成功。IL-6Rα链和gp130以及G-CSFr N端有一个IGSF结构。IL-7R靠近N端侧的部位只有Cys1和Cys3，与其它成员相比，缺乏Cys2和Cys4以及色氨酸残基。IL-1240kDa亚单位有ERS的同源结构，但为非膜结合的，而且与IL-12另一35kDa亚单位通过二硫键开成异源双体。GM-CSFr N端在ERS中可以看作由2个Ⅲ型纤维粘连素组成，每个Ⅲ型纤维粘连素结构域由7股反平行β折叠股形成一个桶状结构，两个桶状结构之间的槽是配体膜外保守区域有明显的进化同源性，这种同源性的程度与IGSF成员间相似。EPo R似科与其它家族成员有更高的同源性，在进化上可能处于主导的地位。ERS的胞浆区长度不一，从54个氨基酸残基到568个氨基酸残基，除IL-2Rβ链与EPOR之间胞浆区有一定同源性外，其它成员在胞浆区未见明显的同源性。ERS成员胞浆区本身均不具备PTK结构，其信号传递的途径和机理也有所不同。IL-2Rβ链胞浆区的本双重性区与胞浆中酪氨酸激酶相关联，富含丝氨酸区与非激酶信赖途径有关。IL-2Rγ链胞浆区具有SH2结构，参与信号传递。细胞浆中的PTK和PKC可能参与IL-4R介导的信号传递。gp130胞浆区丝氨酸富含区以及酷氨酸磷酸化与gp130介导的信号转导有关。此外，酪氨酸磷酸化与IL-7R、GM-CSFRβ链、IL-3Rβ链、IL-5Rβ链介导的信号转导有关。

　　注：根据ERS胞膜外结构特点，可分为以下四种类型：

　　（a）1个ERS结构域的穿膜受体，包括IL-2Rβ、IL-2Rγ、IL-4R、IL-5R、IL-7R、IL-9R、GM-CSFR、EPOR；

　　（b）2个ERS结构域的穿膜受体，包括LIFR、KH97、AIC2A、AIC2B；

　　（c）N端有1个IGSF结构域和1个ERS结构域的穿膜受体，包括IL-6R、IL-11R（？）、G-CSFR和gp130；

　　（d）N端1个IGSF结构域和1个ERS结构域GPI连接的受体，如CNTFR。

　　2.干扰素受体家族属于这一家族的成员有IFN-α/βR、IFN-γR和组织因子（TF）（为凝固白酶因子Ⅶ的细胞膜受体），其结构与红细胞生成素受体家族相似，但N端只含有两个保守性的Cys，两个Cys之间有7个氨基酸。近膜处也有两个保守的Cys，两个Cys之间间隔有20～22个氨基酸。IFN-α/βR由两个上述的结构域所组成。

　　（三）神经生长因子受体超家族

　　1.NGFR超家族的成员属于该家族成员除神经生长因子受体（nerve growth factor receptor,NGFR）外，不有 TNF-RⅠ（CD120a）、TNF-RⅡ（CD120b）、CD40、CD27、T细胞cDNA-41BB编码产物、大鼠T细胞抗原OX40和人髓样细胞表面活化抗原Fas（CD95）。各成员的主要功能参见表4-16。

表4-16NGFR超家族成员的功能

　　2.NGFR超家族的结构特点NGFR超家族成员其胞膜外由3～6个约40个氨基酸组成的富含Cys区域，如NGFR、TNF-RⅠ、TNF-RⅡ有4个结构域，CD95有3个结构域，CD30有6个结构域。所有成员N端第一个区域中均含6个保守的Cys以及Tyr、Gly、Thr残基各一个，其它区域亦含4～6个Cys。TNF-RⅠ、CD95、CD40分子之间胞浆区约有40～50%同源性。

　　（四）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（seven predicated 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。

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/RANTEs R、NCP-1R和细胞趋化因子受体（red blood cell 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（transmembrane domain,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-8Ra 30Cys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-specific receptor,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

　　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/RANTEs R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。