Посещений:
ХЕМОКИНЫ И ХЕМОКИНОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ



В норме и при патологии

Chemokines and Chemokine Receptors
Philip M.Murphy
Clinical Immunology (Fifth Edition) Principles and Practice 2019, Pages 157-170.e1

Хемокины образуют крупное семейство, состоящее преимущественно из небольших секретируемых цитокиновых белков, которые координируют доставку лейкоцитов путем соединения с seven-transmembrane (7TM) доменовыми рецепторами. Хемокины обеспечивают в норме защиту хозяина и репарацию тканей; , однако, они могут также поддерживать патологичекие иммунные реакции, включая хроническое воспаление, аутоиммунитет и рак. Система хемокинов является также главной мишенью для уклонения от иммунной системы или для использования патогенами (напр., human immunodeficiency virus [HIV] и Plasmodium vivax). Выявляются дополнительные иммунологические и не иммунологические функции хемокинов. Не иммунологические функции могут быть благоприятными, напр., при эмбриогенезе и вредными, напр., при раке. WHIM (warts, hypogammaglobulinemia, infections, and myelokathexis) синдром является единственным известным менделирующим заболеванием, вызываемым мутациями в хемокине или хемокиновом рецепторе CXCR4. Два антагониста хемокиновых рецепторов одобрены U.S. Food and Drug Administration (FDA): maraviroc, CCR5 антагонист, используемый для лечения human immunodeficiency virus/acquired immunodeficiency syndrome (HIV/AIDS), и plerixafor, CXCR4 антагонист, разрешен для мобилизации трансплантации гематопоэтических стволовых клеток при раке.

Molecular Organization of the Chemokine System


Хемокины определяются по структуре скорее, чем по функции.1 Это отражает высокую консервативность природы структуры их третичной укладки, которая создается с помощью униформно распределенных связанных бисульфидными мостиками цистеинов (Fig. 10.1). Хемокины содержат три β-листка, расположенные в форме Greek key, наложенный на них C-терминальный α-спиральный домен и расположенный сбоку N-терминальный домен, лишенный порядка. Все хемокины имеют, по крайней мере, два цистеина, а остальные кроме двух, по крайней мере, четыре. В группе с 4 цистеинами первые два или находятся по соседству (CC мотив, n = 24) или разделены одной аминокислотой (CXC мотив, n = 16) или тремя аминокислотами (CX3C мотив, n = 1). Дисульфидный мостик обычно C-1 с C-3 и C-2 с C-4. C хемокины (n = 2) имеют только два цистеина, соотв. C-2 и C-4 в др. группах. Идентичных последовательностей имеется менее 30% для любых двух хемокинов из разных групп, но они колеблются в пределах между 30% и 99% для любых двух хемокинов из одной и той же группы. Названия групп обозначаются буквой "L" и числом (напр., CXCL1) в систематике , чтобы различать конкурирующие псевдонимы.

Chemokine and Chemokine Receptors at a Glance

  • Definition: Chemokines are defined by a common structure, the chemokine fold. Chemokine receptors are defined by a common biochemical function: chemokine binding-dependent cell signaling. Most chemokine receptors catalyze guanine nucleotide exchange on Gi-type G proteins. A small group of atypical receptors signal through an arrestin-dependent pathway.
  • Classification: Chemokines form four main structural subclasses (C, CC, CXC, and CX3C) and two main immunological subclasses (inflammatory and homeostatic).
  • Evolution: Chemokines and chemokine receptors arose in vertebrates and have been copied or mimicked by viruses. Chemokines and chemokine receptors rapidly evolve; the repertoires can differ among species and among individuals of the same species.
  • Ligand-receptor promiscuity: The majority of chemokine receptors pair promiscuously with chemokine ligands, usually restricted to a single chemokine subclass; these typically mediate inflammatory responses.
  • Cell biology: Chemokines coordinate leukocyte trafficking but can have prominent nontrafficking functions (e.g., lymphocyte proliferation/apoptosis/differentiation/activation, granulocyte degranulation/superoxide production, direct antimicrobial activity), and nonimmunological effects on other cell types (e.g., development, cancer, angiogenesis).
  • Biology: Chemokines act redundantly or nonredundantly in vivo, depending on the context. Host chemokine receptors mediate antimicrobial defense, but certain pathogens (e.g., HIV and Plasmodium vivax infection) can exploit chemokine receptors to infect the host. Excessive or inappropriate chemokine expression may pathologically amplify immunologically mediated disease.


    • FIG 10.1. Chemokine Classification and Nomenclature.

    Chemokine classes are defined by the number and arrangement of conserved cysteines, as shown. Brackets link cysteines that form disulfide bonds. ELR refers to the amino acids glu-leu-arg. X refers to an amino acid other than cysteine. The underscore is a spacer used to optimize the alignment. The N- and C-termini can vary considerably in length (not illustrated). For molecules with four cysteines, there are approximately 24 amino acids between Cys-2 and Cys-3, and 15 amino acids between Cys-3 and Cys-4. At right are listed the nomenclature system and the number of human chemokines known in each class (N).

    Несколько дополнительных мотивов делают возможной дальнейшее подразделение CC и CXC хемокинов. 7 CXC хемокинов с glu-leu-arg (ELR) N-концом к C-1 обладают наивысшим, более 40% идентичных последовательностей, привлекают нейтрофилы, соединяются с одним и тем же CXCR2 рецептором и являются ангиогенными (Table 10.1). CXCL9, CXCL10 и CXCL11 имеют общий рецептор (CXCR3) , а также большую, чем 40% идентичность, но они ангиостатики.

    TABLE 10.1. Human CXC, CX3C, and C Chemokines

    Две подгруппы CC обладают двумя дополнительными цистеинами. Одни в C-терминальном домене, а др. может обнаруживаться или в C-терминальном домене или между C-2 и C-3 (Table 10.2). CXCL16 и CX3CL1 формируют уникальную мультимодулярную подгруппу. Каждый имеет классический хемокиновый домен, mucin-подобную ножку, трансмембранный домен и C-терминальный цитоплазматический модуль. Каждый может существовать в виде связанной с мембраной форме или shed форме, позволяющих или прямую межклеточную слипчивость или хемотаксис, соотв. Хемокиновые мономеры, димеры и тетрамеры могут возникать, а сложные четвертичные структуры соединяются с glycosaminoglycans (GAGs) на поверхности клеток и важны для функционирования in vivo.1

    TABLE 10.2. CC Chemokines

    NA, not applicable; Mo, monocyte; PMN, polymorphonuclear neutrophil; DC, dendritic cell; EC, endothelial cell; HEV, high endothelial venule; MPC, myeloid progenitor cell; plt, platelet; M?, macrophage; MCP, monocyte chemoattractant protein; MIP, macrophage inflammatory protein; RANTES, regulated upon activation normal T cell expressed and secreted; MRP, MIP-related protein; HCC, hemofiltrate CC chemokine; TARC, thymus and activation-related chemokine; PARC, pulmonary and activation-related chemokine; ELC, Epstein-Barr virus-induced receptor ligand chemokine; LARC, liver and activation-related chemokine; SLC, secondary lymphoid tissue chemokine; MDC, macrophage-derived chemokine; MPIF, myeloid progenitor inhibitory factor; TECK, thymus-expressed chemokine; CTACK, cutaneous T-cell-associated chemokine; MEC, mucosa-associated epithelial cell chemokine.



    Chemokine Receptors


    Хемокиновые рецепторы определяются как медиаторы, которые активируют клеточные реакции в ответ на связывание хемокинов. Идентифицированы 23 подтипа рецепторов хемокинов человека все они члены сверхсемейства рецепторов с seven-transmembrane (7TM) доменом.3 Они могут быть подразделены на 2 основные группы: G protein-coupled chemotactic chemokine receptors (n = 19) и atypical chemokine receptors (n = 4). Связывание хемокина, закрепление на мембране и сигнальные домены рецепторов в обеих группах связаны с одиночной полипептидной цепью. Существуют структурные и биохимические доказательства, что эти рецепторы образуют гомо- и гетеродимеры.
    Некоторые хемокиновые рецепторы соединяются моногамно со своими хемокиновыми лигандами. Большинство, однако, являются разнородными, но ограничены одной структурной группой хемокинов (Fig. 10.2). G protein-coupled рецепторы названы по специфической группе лигандов. Каждый хемокин обладает уникальным профилем специфичности к рецепторам, а каждый рецептор обладает уникальным профилем специфичности к хемокинам. Почти все хемокины являются хемотактическими агонистами, немногие являются антагонистами к одному G protein-coupled хемокиновому рецептору и антагонистом к др. в дополнение к связыванию атипичных рецепторов. Использование дифференциальных рецепторов, дифференциальной регуляции экспрессии и склонности к агонизму может объяснить все неизбыточные функции, наблюдаемые in vivo для хемокинов, действующих на один и тот же G protein-coupled рецептор.

    FIG 10.2. Human Chemokine Specificities for Chemokine Receptors.

    Abbreviations: N, neutrophil; NK, natural killer cell; NKT, NK T cell; Mo, monocyte; DC, dendritic cell; B, B lymphocyte; BMVEC, bone marrow vascular endothelial cell; AVEC, aortic vascular endothelial cell; RBC, red blood cell; LEC, lymphatic endothelial cell; LN, lymph node; MG, microglial cells; CTL, cytotoxic T lymphocytes; M?, macrophage; pDC, plasmacytoid dendritic cells; iDC, immature dendritic cells; Ba, basophil; Treg, regulatory T cells; EC, endothelial cells; Ca, cancer; NHC, nonhematopoietic cells; Tfh, T-follicular helper cells; PC, plasma cells; Eo, eosinophil; Tmem, memory T cells; Tcm, central memory T cells; Fb, fibroblasts.



    Atypical Chemokine System Components


    Существует три класса компонентов атипической хемокиновой системы: (1) атипические 7TM хемокиновые рецепторы: они связывают хемокины без разбора без передачи сигналов или с атипичной передачей сигналов. Эти белки, как полагают, функционируют как уборщики хемокинов, но могут также облегчать трансцитоз хемокинов через эндотелиальный барьер;4 (2) эндогенные не хемокиновые агонисты: они действуют на хемокиновых рецепторах (напр.,β-defensin-2 на CCR6); (3) вирусами кодируемые хемокины, 7TM хемокиновые рецепторы, структурно уникальные связывающие хемокины белки (чистильщики), и nonchemokine chemokine receptor лиганды (агонисты или антагонисты);5 примером последнего являются два вирусных хемокина, воспроизводящие кодируемые HIV: the gp120 и tat белки, которые обладают хемокиновой агонистической и антигонистической активностью, соотв. Элементы вирусных хемокинов могут действовать, чтобы ускользать от иммунной системы, рекрутируя новые клетки мишени, перепрограммируя генную экспрессию для пролиферации клеток и ангиогенеза, или целенаправлено воздействуя на проникновение в клетку (напр., HIV gp120).6 Секретируемые хемокин-связывающие белки также были идентифицированы в tick saliva, это может объяснить, по крайней мере, частично отсутствие воспаления, связанного с tick bites.7

    Immunological Classification of the Chemokine System

  • Homeostatic system: Constitutively expressed ligands and receptors. Important in hematopoiesis and immune surveillance. Key receptors: CXCR4 on all leukocytes, especially hematopoietic stem and progenitor cells; CXCR5 on B cells; CCR7 on dendritic cells and T cells; and gut and skin-specific T-cell homing receptors CCR9 and CCR10, respectively.
  • Inflammatory system: In innate immunity, inducible ligands and constitutively expressed receptors (e.g., neutrophil CXCR2, monocyte/macrophage CCR2 and CX3CR1, eosinophil CCR3, and NK cell CX3CR1). In adaptive immunity, inducible ligands and inducible receptors (e.g., CXCR3, CCR4, and CCR6 on Th1, Th2, and Th17 subsets of CD4 T cells, respectively).




    • Immunological Classification


    Каждый подтип лейкоцитов реагирует на хемокины посредством характерного субнабора хемокиновых рецепторов. Хемокиновая система может быть подразделена на две главные подсистемы, гомеостатическую и воспалительную, базируясь на паттернах экспрессии рецепторов. Гомеостатические хемокины дифференциально и постоянно экспрессируются в специфических микроусловиях внутри первичных и вторичных иммунных органов. Они рекрутируют как незрелые, так и зрелые лейкоциты посредством постоянно экспрессирующихся рецепторов. Пагубные стимулы индуцируют воспалительные хемокины в клетках разных тканей и лейкоцитах. Рецепторы воспалительных хемокинов постоянно экспрессируются на миелоидных и natural killer (NK) клетках, но могут быть индуцированы на активированных эффекторных лимфоцитах. Динамические сдвиги в экспрессии рецепторов возникают во время созревания дендритных клеток (DC) и NK клеток, а также во время созревания, активации и дифференцировки лимфоцитов.
    Гены воспалительных CXC и CC хемокинов найдены в двух основных кластерах на хромосомах человека 4q12-q21 и 17q11-q21, соотв. Напротив, гены гомеостатических хемокинов подвергаются рассеянию, приводящему к небольшим кластерам генов на многих хромосомах. 13 из 19 генов хемокиновых рецепторов человека собраны в кластеры на 3p21-23, а CXCR1 и CXCR2 находятся в соседнем 2q34-q35. Репертуар хемокинов и хемокиновых рецепторов может варьировать даж у очень близких видов. Число копий генов (напр., для CCL3) и последовательности могут варьировать межу индивидами одного вида. Эти вариации могут влиять на риск приобретения определенных болезней.

    Chemokine Presentation Mechanisms


    Хемокины действуют локально. Они, по-видимому, прикреплены к белкам внеклеточного матрикса или к эндотелиальным клеткам с помощью связывания с glycosaminoglycans или, для CX3CL1 и CXCL16, с помощью трансмембранных доменов.1 Закрепленные клетки могут продуцировать хемокины или импортировать их с помощью трансцитоза от соседей. Сайт связывания лиганда включает N-конец рецептора и одну или более внеклеточных петель, которые позволяют закрепляться N-loop домену хемокинов, и множественные 7TM домены, которые воспринимают N-концы хемокинов и являются критическими для запуска.

    Leukocyte Responses to Chemokines


    Все подтипы лейкоцитов мигрируют в ответ на действие хемокинов. Однако, каждый подтип может отвечать и дополнительным стереотипическим образом. Лимфоциты могут пролиферировать, подвергаться апоптозу или высвобождать иммуно-регуляторные и цитотоксические факторы. Гранулоциты могут высвобождать антимикробные и воспалительные медиаторы (напр., superoxide, defensins, proteases, histamine, eicosanoids). Механизм миграции лейкоцитов может варьировать в зависимости от подтипа лейкоцитов и окружения.8 Наиболее изучен механизм транс-эндотелиальной миграции (Chapter 11).9 На первоначальной независимой от хемокинов ступени перемещаются на воспаленный эндотелий зависимым от selectin способом. Затем хемокины, оказавшиеся на эндотелии, стимулируют перемещение лейкоцитов, чтобы экспрессировать активированные chemokines posted on endothelium stimulate rolling leukocytes to express activated β2 интегрины, которые обеспечивают крепкую адгезию посредством эндотелиальных intercellular adhesion molecules (ICAMs). Лейкоциты воспринимают градиенты хемокинов, поляризуются и затем становятся способными к перемещению. Движение включает shear-зависимое скоординированное ремоделирование цитоскелета. Сюда входит экспансия ведущего края (lamellipodium), базирующиеся на миозине сокращения в подтягиваемом крае (uropod), освобождению uropod от субстрата, и перемещение липидной мембраны.10 Навигация по ткани может требовать высвобождения хемокинов и адгезивных молекул.

    Chemokine Signaling Pathways


    Хемокины запускают G protein-coupled хемокиновые рецепторы, в основном гетеротримерные Gi-типа G белки, чтобы действовать как guanine nucleotide exchange factors (GEFs). Соединение или высвобождает guanosine diphosphate (GDP) из или присоединяет guanosine triphosphate (GTP) к Gi α субъединице.11 Это приводит к диссоциации G protein на α и βγ субъединицы, которые, в свою очередь, активируют разные зависимые от G белка эффекторы, включая phospholipases A2, C (subtypes β2 и β3) и D, phosphatidylinositol-3-kinase γ (PI3Kγ), protein tyrosine kinases (PTKs) и фосфатазы низкого молекулярного веса guanosine triphosphatases (GTPases) и mitogen-activated protein kinases (Fig. 10.3).

    FIG 10.3. Chemokine Signal Transduction in Chemotaxis.

    Depicted are key steps in two of the main pathways induced by most chemokines. The PI3K? pathway is particularly important for cell migration. Chemokines are able to activate other pathways as well, including non-Gi-type G proteins, protein tyrosine kinases, and MAP kinases. These pathways influence cell proliferation and activation. The model is modified from the Alliance for Cell Signaling (http://www.signaling-gateway.org). PLC, phospholipase C; PI3K, phosphatidylinositol-3-kinase; RGS, regulator of G protein signaling; DAG, diacylglycerol; IP3, inositol trisphosphate; PIP, phosphatidylinsol phosphate; GAG, glycosaminoglycan; CK, chemokine; PKC, protein kinase C; GRK, G protein-coupled receptor kinase; GEF, guanine nucleotide exchange factor.

    Phospholipase C (PLC) гидролизует PI bisphosphate (PIP2), чтобы сформировать 1,2-diacylglycerol (DAG) и inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). IP3 вызывает высвобождение Ca2+ из внутриклеточных хранилищ, который действует с 1,2-diacylglycerol (DAG), чтобы активировать protein kinase C (PKC). PI3Kγ фосфорилирует PIP2 , чтобы сформировать PIP3, который рекрутирует белки, содержащие pleckstrin homology (PH) или PHOX (PX) домены, в ламеллиподий, превращая тем самым плавные градиенты из аналогов внеклеточных хемокинов в ступенчатые digital внутриклеточные градиенты эффекторов. 4 PH домен содержащих мишени - Akt и GEFs для Rac, Rho и Cdc42 - модулируют отдельные фазы клеточных движений в разных модельных системах. Rho регулирует клеточную адгезию, хемотаксис и контракции миозинов. Rac и Cdc42 контролируют образование ламеллиподий и филоподий, соотв. Нижестоящими мишенями Rac является и Pak1, который также регулирует сокращения миозина.

    Regulation of Chemokine Action


    Экспрессия хемокинов и хемокиновых рецепторов может регулироваться позитивно и негативно на уровне транскрипции с помощью разных факторов, включая способствующие воспалению цитокины, окислительные стрессы, вирусы, бактериальные продукты (напр., lipopolysaccharide [LPS] и N-formyl peptides), клеточную адгезию, потребление антигенов, T-клеточное ко-стимулирование и разные транскрипционные факторы (напр.,NF-?B). При врожденном иммунитете способствующие воспалению цитокины, такие как interleukin-1 (IL-1), tumor necrosis factor (TNF) и IL-15, вызывают экспрессию воспалительных хемокинов, важных для рекрутирования миелоидных и NK клеток. При блогоприобретенном иммунитете сигнатура цитокинов из поляризованных helper T клеток устанавливает петлю позитивной обратной связи для продукции сигнатуры хемокинов, способных специфически рекрутировать эти клетки. Напр., T helper-1 (Th1) клетки продуцируют interferon-γ (IFN-γ), который вызывает экспрессию CXCL9, CXCL10, и CXCL11, хемокиновый агонист, специфичный для сигнатуры Th1 клеточного хемокинового рецептора CXCR3. Это умножает рекрутирование Th1 клеток. Сходным образом, могут существовать петли для Th2 клеток с участием CCL17/CCR4 и IL-4, а также для Th17 клеток с участием CCL20/CCR6 и IL-17. IFNs, глюкокортикоиды и противовоспалительные цитокины (напр., IL-10 и transforming growth factor-β [TGF-β]) могут подавлять экспрессию генов воспалительных цитокинов. Хемокины могут также регулировать уровень стабильности мРНК.
    Хемокиновые гены могут генерировать семейства белков, варьирующие по своей активности и потенциалу к альтернативному сплайсингу и к пост-трансляционным модификациям, особенно к N- и C-терминальному протеолитическому укорочению (trimming).12 Протеазы могут воздействовать на многие хемокины (напр., CD26 [dipeptidyl peptidase IV] и matrix metalloproteinases [MMPs]), или немногие или только на один (напр., TACE [the TNF-α-converting enzyme], plasmin, urokinase plasminogen activator и cathepsin G). Действие хемокинов может быть блокировано с помощью атипических хемокиновых рецепторов (напр., ACKR1), антагонистов эндогенных рецепторов, распада рецепторов и ауто-антител. Цитокины могут также превращать сигнальные рецепторы в ловушки (decoy) (напр., IL-10 активирует CCR2 на моноцитах).

    Chemokine Regulation of Hematopoiesis


    Bone Marrow


    Большинство хемокинов, модулирующих пролиферацию hematopoietic progenitor cell (HPC) ex vivo действуют рано во время гематопоэза и являются ингибирующими. CXCL12, наиболее распространенный хемокин в костном мозге, является важным исключением. Передача сигналов CXCL12 посредством его рецептора CXCR4 является критической для миелопоэза костного мозга и лимфопоэза B-клеток. CXCR2 и CXCR4 оба регулируют выход нейтрофилов из костного мозга, а CXCR4 также является критическим для мобилизации hematopoietic stem cells (HSCs) и HPCs из костного мозга.13 Второй CXCL12 рецептор, ACKR3 (известен также как CXCR7), не регулирует гематопоэз, но он является важным фактором, ответственным за развитие кардиальных клапанов, очевидно благодаря его способности соединяться с не хемокиновым лигандом adrenomedullin. ACKR3 регулирует также позиционирование B-клеток в маргинальной зоне селезенки. CCR2 важен для высвобождения моноцитов из костного мозга.

    Thymus


    Во время развития Т клетки д. мигрировать из коры тимуса в медуллу (Chapter 8). Хемокины и хемокиновые рецепторы дифференциально экспрессируются в тимусе и координируют миграцию.14 CCR9 и его лиганд, CCL25, важны, поскольку конкурентно-способная трансплантация CCR9-/- костного мозга менее эффективна, чем нормального костного мозга при заселении тимуса у летально облученных Rag-1-/- мышей.
    CCL25 экспрессируется медулярными DCs и кортикальными и медулярными эпителиальными клетками. CCR9 экспрессируется на большинстве незрелых CD4+CD8+ тимоцитов, но его экспрессия подавляется во время перехода к CD4+ или CD8+ single-positive стадии (Fig. 10.4). Непосредственно перед выходом из тимуса, тимоциты становятся CCR9 негативными и у них усиливается L-selectin. Переход от CD4+CD8+ тимоцитов в кортексе в CD4+ или CD8+ single-positive тимоциты в медулле ассоциируется с активацией CCR4 и CCR7, рецепторов для CCL22, и CCL19 и CCL21, соотв., которые экспрессируются в медуллярной строме. Соотв. эти хемокины привлекают тимоциты между поздней кортикальной и медуллярной стадиями развития in vitro. Установлено, что выход вновь сформированных Т клеток из плодного тимуса обеспечивается с помощью CCL19, который избирательно располагается на эндотелиальных клетках медуллярных венул и действует на CCR7 на зрелых тимоцитах.

    FIG 10.4. Chemokine Receptor Control of Leukocyte Trafficking.

    Shown are routes among primary and secondary immune organs and the periphery, leukocyte subtypes trafficking on those routes and some of the chemokine receptors that appear to be most important in regulating each route. Tn, naive T cells; Tp, precursor T cells; Tm, memory T cells; TEM, effector memory T cells; TCM, central memory T cells; TFH, T-follicular helper cells; iDC, immature dendritic cells; N, neutrophil; Eo, eosinophil; M?, macrophage; Mo, monocyte; NK, natural killer cell; PC, plasma cell; HSC, hematopoietic stem cell; GC, germinal center. The model is based primarily on studies of mice where the relevant gene has been inactivated by gene targeting.



    Tissue


    Как только миелоидные клетки высвобождаются из костного мозга, они подвергаются трафику по специфическому маршруту и в некоторых случаях оказываются расположенными в ткани. Это регулируется , по крайней мере, частично, с помощью специфических хемокинов. Напр., CXCL14 является важным для позиционирования макрофагов в легких, а CCL11 и его рецептор CCR3 для позиционирования эозинофилов в селезенке и ЖКТ. CCR6 регулирует позиционирование незрелых миелоидов CD11c+CD11b+ DCs в субэпителиальном куполе Peyer участков. CX3CR1 регулирует локализацию миелоидных DCs в Peyer участках и может быть важным для сборки антигенов из кишечника.

    Chemokine Regulation of the Immune Response


    Врожденная и приобретенная иммунная система приводится в действие каждая по своему, но собирается, по крайней мере, частично с помощью специфических наборов хемокинов и хемокиновых рецепторов (see Fig. 10.4).15

    Innate Immunity
    Platelet-Derived Chemokines


    Продуцируемые сначала во время развития тромбоцитов, хранящиеся в тромбоцитах α гранулы, быстро высвобождаются по время дегрануляции тромбоцитов, CXCL4 и CXCL7 находятся среди первых хемокинов, появляющихся в месте тканевых повреждений и инфекции. Если появились кровоизлияния и сосудистые повреждения, то концентрация хемокинов может достигать очень высоких уровней.16 CXCL7 может действовать как непосредственно ранний медиатор рекрутирования нейтрофилов, высвобождаемых из тромбоцитов в месте воспаления. Хотя он и не является главным хемо-аттрактантом лейкоцитов и не вызывает дегрануляцию нейтрофильными лизосомными энзимами, CXCL4 способен индуцировать экзоцитоз вторичных гранул из нетрофилов и высвобождать энзимы, деградирующие матрикс, которые могут облегчать проникновение нейтрофилов в инфицированные и поврежденные ткани.

    CXCL8 and CXCR2


    Все 7 ELR+ CXC хемокины преимущественно рекрутируют нейтрофилы in vitro путем соединения с CXCR2. Два из них, CXCL6 и CXCL8, является также мощными агонистами для CXCR1, который совместно экспрессируется на сходных уровнях в нейтрофилах.17 Эти 7 хемокинов быстро индуцируются, но могут отличаться биологически из-з временных и пространственных различий в экспрессии. Эти различия обеспечивают механизм градированной навигации нейтрофилов через ткани. Была продемонстрирована важность CXCL8 и CXCR2 в накоплении нейтрофилов в ответ на инфекционные и не инфекционные стимулы. Внутрикожные инъекции CXCL8 у людей вызывали быстрое (менее 30 мин) и избирательное накоплене блльших количеств нейтрофилов в периваскулярных регионах кожи, не вызывая отека.
    Ткане-специфическая избыточная экспрессия трансгена мышиного паралога CXCL8 KC и MIP-2 указывает, что in vivo эти факторы могут рекрутировать клетки, но не активировать независимо цитотоксические механизмы. У моделей человеческой пузырчатки (blister) эндогенные пики CXCL8 достигаются ~24 ч, тогда как C5a и leukotriene B4, которые также рекрутируют нейтрофилы, появляются раньше. Т.о., первичная роль CXCL8 может быть умножена ранними воспалительными реакциями, инициируемыми самыми ранними хемо-аттрактантами, такими как leukotriene B4.18 CXCL1, -2, -3, -7 и 8 способны также индуцировать хемотаксис базофилов и высвобождение гистамина in vitro, которые совместно с др. факторами, такими как происходящие из комплемента anaphylatoxins, способствуют расширению сосудов во время ранней стадии реакции врожденного иммунитета.
    Рекрутирование моноцитов обычно сопровождает накопление нейтрофилов с задержанной кинетикой. Рекрутирование может быть обусловлено множественными воспалительными CC рецепторами и CX3CR1. CCR2 и CX3CR1 особенно важны и предопределяются двумя моноцитарными субнаборами, CX3CR1hiCCR2 и CX3CR1loCCR2+, которые обозначаются как "резидентные" и "воспалительные" моноциты, из-за их различающихся характеристик доставки.19

    Natural Killer Cells


    Субнаборы NK клеток человека экспрессируют уникальные репертуары хемокиновых рецепторов.20 Субнабор CD56dimCD16+, который ассоциирует с высокой цитотоксической способностью и низкой продукцией цитокинов, экспрессирует преимущественно CXCR1 и CX3CR1. Минорный субнабор CD56brightCD16dim, который продуцирует большие количества цитокинов, но обладает низкой способностью убивать, преимущественно экспрессирует CCR7. Точный профиль экспрессии хемокиновых рецепторов может быть модулирован с помощью слипчивости и стимулирования ex vivo с помощью IL-2. Соотв. хемокины являются хемо-аттрактантами NK клеток и способствуют дегрануляции и убийству.
    Важность хемокинов для функционирования NK клеток in vivo продемонстрирована на инфекции мышиным цитомегаловирусом (MCMV), вызывающим гепатит. MCMV вызывает продукцию CCL3 в печени и необходим для привлечения NK клеток. NK клетки являются основным источником IFN-γ в этой модели. IFN-γ индуцирует CXCL9, который необходим для защиты. Этот каскад cytokine-chemokine-cytokine необходим для обеспечиваемой с помощью NK клеток защиты хозяина от этого патогена.

    Dendritic Cells and Transition to the Adaptive Immune Response


    Переход от врожденной к адаптивной фазе иммунной реакции нуждается в потреблении антигенов с помощью antigen-presenting cells (APCs), особенно DCs, что обеспечивается с помощью Fc и комплекта фагоцитарных рецепторов, а также паттерн-распознающих рецепторов (PRRs), включая DC-SIGN и Toll-like receptors (TLRs) (Chapter 3). Передача сигналов TLR2 и TLR4 индуцирует экспрессию CCL3, CCL4 и CCL5. Однако, TLR2 избирательно индуцирует CXCL8, тогда как TLR4 избирательно индуцирует CXCL10. CXCL8 усиливает миграцию нейтрофилов в места, где CXCL10 усиливает трафик NK клеток или Th1 effector T-клеток. Патогены могут изменять природу и величину иммунной реакции в специфическом направлении посредством специфических лигандов для pattern recognition receptor (PRR).
    Хемокиновые рецепторы, экспрессируемые на DCs, варьируют в зависимости от природы воспалительных стимулов и типа. Напр., происходящие из крови плазмоцитоидные и миелоидные DCs экспрессируют сходный репертуар воспалительных chemoattractant рецепторов, но они функциональны только на миелоидных DCs. CCL3, CCL4 и CCL5 могут быть особено важны для привлечения дополнительных моноядерных фагоцитов и DCs к местам инфекции. Это может усиливать позднюю стадию врожденной иммунной реакции. В крайних случаях это может переходить в эндотоксический шок. В соотв. с этой идеей, генетическое разрушение CCL3/CCL4/CCL5 рецептора CCR5 делает мышей относительно резистентными к вызываемому LPS эндотоксикозу.

    Adaptive Immunity


    Afferent Trafficking to Secondary Lymphoid Tissue


    Гомеостатические рецепторы CXCR5 и CCR7 и их лиганды являются главными регуляторами иммунной реакции. Они действуют на уровне поставки B и T лимфоцитов и DCs в и внутри вторичной лимфоидной ткани.21, 22 Созревание DC в периферических тканях ассоциировано с подавлением воспалительных рецепторов, это важно для рекрутирования, миграции и удерживания на периферии, а реципрокная активация CCR7, которая обеспечивает миграцию зрелых DC для дренирования лимфатических узлов. Воспалительные рецепторы, такие как CCR2, также могут вносить вклад в афферентный трафик. CCR7 является также главным рецептором для трафика в лимфатические узлы для нативных Т клеток и может обеспечивать выход активированных Т клеток из воспаленной ткани.
    CCR7 лиганд CCL21 постоянно экспрессируется в афферентном лимфатическом эндотелии, high endothelial venules (HEVs), стромальных клетках и переплетающихся, DCs в T зонах лимфатических узлов, Peyer участках, в ассоциированной со слизистой лимфоретикулярной ткани и селезенке.8 Он не экспрессируется в зонах B-клеток или синусов. CCL19, др. лиганд для CCR7, также ограничен T-клеточной зоной и экспрессируется в переплетающихся DCs.
    CCR7-/- мыши и plt мыши, которые от природы дефицитны по CCL19 и CCL21 изоформе, экспрессируемым во вторичных лимфоидных органах, имеют сходные фенотипы: атрофические зоны T клеток содержат мало нативных Т клеток. Это и неспособность активировать DCs, чтобы мигрировать в лимфатические узлы из кожи этих мышей, объясняют, почему контактная чувствительность, задержанный тип гиперчувствительности и продукция антител, сильно нарушены. Однако, поставки в лимфатические узлы устранены не полностью у этих мышей, у которых может возникать аутоиммунный феномен.
    CXCR5 экспрессируется во всех периферических клетках крови и В клетках лимфатических узлов, а также в некоторых T клетках. Его лиганд, CXCL13, экспрессируется постоянно на фолликулярных HEVs и контролирует поставки CXCR5 позитивных B и T клеток из крови в фолликулы. У CXCR5-/- мышей, B клетки не мигрируют в лимфатические узлы, Peyer участки, они аномальные, а лимфатические паховые узлы отсутствуют. CXCL13 также необходим для удержания B1 клеток, продукции природных антител и иммунитета полостей тела. CXCR5-/- мыши всё ещё могут продуцировать антитела, вообще-то, частично из-за В клеток и фолликулярных DCs может формировать эктопические герминальные центры внутри T-клеточных зон периартериальных лимфоцитов оболочки селезенки.

    Migration Within Lymph Node Microenvironments


    CXCR5 экспрессируется в большинстве memory CD4 T клеток в фолликулах воспаленных миндалин. T-follicular helper cells (TFH), CD57+ субнабор из CXCR5+ T клеток, лишен CCR7, это позволяет им перемещаться из T зоны после активации в фолликулы, где они предоставляют помощь в созревании B клеток и продукции антител. Соответственно, B клетки, активированные антигеном в фолликулах усиливают активность CCR7 и перемещаются в направлении T-клеточной зоны. Т.о., взаимодействие B-T может быть облегчено с помощью реципрокных перемещений этих клеток, на это можно влиять путем балансировки хемокинов, осуществляемой в соседних лимфоидных зонах.23 Передача сигналов CXCR4 также важна для поставки нативных и memory B-клеток в герминальные центры. Лиганды для CCR5 могут проводить нативные CD8 T клетки к местам взаимодействия CD4 T cell-DC в лимфатических узлах.

    Efferent Trafficking


    Нативные лимфоциты, которые не сталкиваются с антигеном продолжают ре-циркулировать между кровью и вторичной лимфоидной тканью, не приобретая каких-либо ткане-специфичных homing свойств. Большинство стимулированных антигенами Т клеток погибат в результате апоптоза. Выжившие могут делиться в функциональные определенные субнаборы, маркированные характерными паттернами экспрессии хемокиновых рецепторов. В целом поставка этих клеток изучена недостаточно.
    Среди CD4 T клеток присутствуют три memory субнабора и два субнабора основных эффекторов. Memory субнаборы включают TFH клетки, описанные выше, а также effector memory cells (TEM), central memory cells (TCM) и tissue resident memory cells (TRM). TEM не экспрессируют L-selectin или CCR7. Они поставляются через периферические ткани как надзирающие за иммунитетом клетки, быстро высвобождают цитокины в ответ на активацию с помощью "воскрешиз" (recall) антигенов. TCM клетки экспрессируют CCR7 и лимфатических узлов homing рецепторы. Они перемещаются между кровью и вторичными лимфоидными органами, но не поляризуются и лишены непосредственной эффекторной функции. Вместо этого они эффективно взаимодействуют с DCs лимфатических узлов и дифференцируются в эффекторные клетки после вторичной стимуляции. Чрезвычайно гетерогенные, мультифункциональные человеческие TEM клетки продуцируются рано во время дифференцировки и могут становиться стабильными покоящимися клетками.24
    После активации антигеном классический субнабор эффекторных CD4 T-клеток, Th1, Th2 и Th17, подавляет CCR7 и усиливает активность воспалительных хемокиновых рецепторов. Выход из лимфатических узлов посредством эфферентных лимфатических сосудов обеспечивается с помощью дополнительных механизмов, включая передачу сигналов S1P1 (sphingosine 1 phosphate type 1 receptor), которая может быть блокирована с помощью лекарства FTY720. In vivo, Th1 клетки наиболее часто экспрессируют CXCR3, CXCR6, CCR2, CCR5 и CX3CR1, чем Th2 клетки, а паттерн экспрессии рецепторов является функцией созревания и возраста.25 Напротив, Th2 клетки чаще всего экспрессируют CCR3, CCR4, и CCR8 по сравнению с Th1 клетками.
    Экспрессия CXCR3 наиболее устойчиво ассоциирована с иммунной реакцией Th1 и Th1-ассоциированными болезнями. Его агонисты CXCL9-11 исключительно индуцируются с помощью IFN-γ, но не IL-4. "Th1 chemokines" помогают поддерживать доминирование Th1 благодаря их способности блокировать CCR3. Сходным образом, в иммунитете Th2, IL-4 и IL-13 продуцируются в воспаленных сайтах по периферии, индуцируя продукцию CCL7, CCL11 и др.CCR3 лигандов, лигандов для CCR4 CCL17 и CCL22, и лигандов для CCR8 CCL1 и у мышей, CCL8. CCR3 экспрессируется в субнаборе Th2 лимфоцитов, также как в эозинофилах и базофилах, трех основных типах клеток, ассоциированных с Th2-типом аллергического воспаления. Th2 клетки также ассоциированы с экспрессией CCR4. Прибытие Th2 клеток умножает петли обратной позитивной связи благодаря секреции дополнительных IL-4. CCL7 и CCL11 могут блокировать реакции Th1 путем противодействующих CCR2, CXCR3 и CCR5. Все Th17 клетки обнаруживаются внутри субнабора CCR6+ из CD4 T клеток.26 Существует также петля позитивной обратной связи для IL-17 индукции лиганда для CCR6 CCL20 в качестве механизма привлечения дополнительных Th17 клеток к месту воспаления.

    Tissue-Specific Lymphocyte Homing


    Cutaneous lymphocyte-associated antigen (CLA+) T лимфоциты, которые располагаются в коже, преимущественно экспрессируют CCR4 и CCR10.24 Для CCR4 лиганд CCL22 продуцируется с помощью резидентных кожных макрофагов и DCs, тогда как CCR10 лиганд CCL27 продуцируется кератиноцитами. Блокирование обоих этих путей, но ни одного из них, как было установлено, ингибирует рекрутирование лимфоцитов в кожу с помощью delayed-type hypersensitivity способа. Это указывает на то, что эти две молекулы действуют перекрываясь, а также независимо от воспалительных хемокинов.
    Расположение в тонком кишечнике предопределяется частично с помощью экспрессии T-лимфоцитами интегрина α4β7 и CCR9.27 Лиганд α4β7 MAdCAM-1 и для CCR9 лиганд CCL25 локализуются совместно на нормальном, а также воспаленном эндотелии тонкого кишечника. Большинство T клеток во внутри-эпителиальной и lamina propria зонах тонкого кишечника экспрессируют CCR9. Эти клетки, которые являются в основном TCRγδ+ или TCRαβ+CD8αβ+, снижены в тонком кишечнике CCR9-/- мышей.
    ТКогда В клетки дифференцируются в плазматические клетки, они подавляют CXCR5 и CCR7 и покидают лимфатические узлы. B иммунобласты, экспрессирующие immunoglobulin G (IgG), координированно усиливают активность CXCR4, это способствует их удержанию в костном мозге, тогда как B иммунобласты, экспрессирующие IgA, специфически мигрируют в сайты слизистой. Подобно располагающимися в кишечнике T клеткам, B иммунобласты, находящиеся в тонком кишечнике, экспрессируют α4β7 интегрин и CCR9 и реагируют на CCL25.
    Наше понимание хемокин-зависимых механизмов трафика субнабора лейкоцитов в большинстве тканей остается рудиментарным. Имеются сотни субнаборов, которые необходимо оценить в здоровой ткани и в болезненном состоянии.

    Chemokines and Disease


    Здесь представлена только выборка работ по этой теме.

    Clinical Relevance

    Examples of Chemokine and Chemokine Receptor Determinants of Human Disease
  • WHIM syndrome: Mendelian combined immunodeficiency disorder caused by gain-of-function mutations in CXCR4
  • Plasmodium vivax malaria: Protection conferred by a nonfunctional promoter variant in ACKR1/Duffy that abrogates expression of the receptor on red blood cells preventing use of the receptor by the parasite for cell entry
  • HIV infection: Protection from cell entry by the virus conferred by homozygous mutation CCR5?32
  • AIDS disease progression rate: Slowed by heterozygous CCR5?32
  • West Nile virus disease: Increased risk with homozygous CCR5?32
  • Kaposi's sarcoma: Human herpesvirus 8 vGPCR
  • Age-related macular degeneration: Increased risk with CX3CR1 M280 allele
  • Cardiovascular disease: Decreased risk with CX3CR1 M280 allele
  • Autoimmune heparin-induced thrombocytopenia: Caused by CXCL4 autoantibodies
  • Chronic renal allograft rejection: Reduced risk with homozygous CCR5?32
  • Rheumatoid arthritis: Reduced risk with CCR5?32
  • Eosinophilic esophagitis: Associated with CCL26 variant






    • Opposite Effects of CCR5 in HIV and West Nile Virus Infection


    HIV оболочки гликопротеин gp120 обеспечивает слияние вирусной оболочки с мембраной клетки мишени путем соединения с CD4 и специфическим хемокиновым рецептором, который в этой связи обозначается как HIV ко-рецептор.6 CCR5 и CXCR4, наиболее важные HIV ко-рецепторы, как было установлено, физически ассоциируют с CD4 и gp120. HIV вирусы распределяются на три основных подтипа по предпочтительному использованию хемокиновых рецепторов: X4 линии, которые используют CXCR4 для проникновения; R5 линии, которые используют CCR5; и R5X4 линии, которые используют любой из ко-рецепторов. Предпочтительные корецепторы являются основными детерминанатами определенного цитотропизма для первичных макрофаов и культивируемых Т клеточных линий, которые обнаружены для этих типов.
    Важность CCR5 для клиники HIV/AIDS выявляется наиболее четко по CCR5Δ32, нефункциональному аллелю, который встречается в ~20% Сев. Американских белых. Гомозиготы очень устойчивы к R5 HIV, к главной передающейся линии, а HIV-инфицированные гетерозиготы обнаруживают более медленное прогрессирование болезни. Гомозиготы выглядят здоровыми, как не подвергнутые стрессу CCR5 нокаутные мыши. Это привело к разработке и разрешению US Food and Drug Administration (FDA) использования специфического антагониста CCR5 maraviroc для лечения пациентов с HIV/AIDS.28 Важность для клиники CCR5 при HIV болезни также иллюстрируется исходом у HIV+ пациента в Германии, который имел лейкемию и случайно получил трансплантацию костного мозга от CCR5Δ32 гомозигот после cytoreductive терапии от лейкемии. Удивительно, этот пациент продолжал чувствовать себя хорошо при неопределенной вирусной нагрузке без анти-ретровирусной терапии, указывающей на функциональное "излечение".29 Это подвигло к разработке zinc finger нуклеазы, CRISPR (clustered regularly interspersed short palindromic repeats) и др. генетических методов для инактивации гена CCR5 в качестве лечебной стратегии у инфицированных пациентов. Положительные предварительные результаты были описаны для CCR5 zinc finger нуклеазы.

    Clinical Relevance

    FDA-Approved Drugs Targeting the Chemokine System

  • Maraviroc: CCR5 antagonist for human immunodeficiency virus/acquired immunodeficiency syndrome (HIV/AIDS) that works by blocking HIV target cell entry
  • Plerixafor: CXCR4 antagonist indicated together with granulocyte-colony-stimulating factor (G-CSF) for hematopoietic stem cell (HSC) mobilization in autologous stem cell transplantation of patients with multiple myeloma and non-Hodgkin lymphoma receiving cytoreductive therapy


    • CCR5 также важен для патогенеза инфекции West Nile virus (WNV), но в этом сулчае он играет защитную роль.30 Механизм заключается, по-видимому, в повышении противовирусной защиты за счет усиления привлечения CCR5+ лейкоцитов в головной мозг. Теоретически, CCR5 , блокируя агенты, может повышать риск болезни WNV у инфицированных индивидов, особенно с HIV/AIDS, где иммунная система уже нарушена.

    Malaria


    Plasmodium vivax также использует хемокиновые рецепторы для целенаправленного проникновения в клетки.31 Лиганд паразита, наз. Plasmodium vivax Duffy Binding Protein (PvDBP), экспрессируется в micronemes мерозигот и соединяется с N-терминальным доменом ACKR1 (известен также как Duffy, а позднее как DARC [Duffy Antigen Receptor for Chemokines]) на эритроцитах посредством домена, богатого цистеином. Это взаимодействие необходимо для формирования соединения во время инвазии, но не для инициального связывания или ориентации паразита. P. vivax-малярия редка в sub-Saharan Africa из-за генетического дефицита ACKR1/Duffy, вызываемого одиночной нуклеотидной заменой в промоторе гена (-46 C), затрагивающего erythroid-специфичный GATA-1 сайт. Фиксация этой мутации в Африке, по-видимому, возникла под действием положительного отбора против малярии. Дефицит ACKR1/Duffy у людей и Ackr1 нокаутных мышей не связан с известными проблемами со здоровьем.

    WHIM Syndrome


    Мутации, укорачивающие C-хвост CXCR4, которые усиливают передачу сигналов рецептора, являются главной причиной синдрома WHIM, редкой болезни, характеризующейся бородавками, hypogammaglobulinemia, инфекциями и myelokathexis (neutropenia without maturation arrest).32 Myelokathexis и инфекция могут быть объяснены преувеличенной задержкой нормального костного мозга, функции CXCR4 для миелоидных клеток, подавляющей их выход в кровь. Точный механизма, лежащий в основе избирательной предрасположенности к инфекциям к человеческому papillomaviru, неизвестен. Вызов паталогически повышенной активности CXCR4 специфическими агонистами CXCR4 является непосредственной и рациональной стратегией лечения пациентов с синдромом WHIM. В этом отношении проводятся клинические испытания с перепрофилированием plerixafor (Mozobil, AMD3100), антагониста CXCR4, разрешенные FDA для granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), чтобы мобилизовать HSCs для аутологичных трансплантаций у пациентов со множественными миеломами или лимфомами, после cytoreductive терапии.33, 34
    Удивительно, идентифицирован пациент, который спонтанно вылечился от WHIM синдрома с помощью chromothripsis (chromosome shattering) на хромосоме 2, которая содержит ген CXCR4.35 Chromothripsis это вновь описанный редкий пример геномной нестабильности, впервые описанный при раке. Событие chromothriptic у пациента, по-видимому, возникло в одиночной HSC, которая не только выжила, но и лишилась WHIM аллеля (но не нормального аллеля CXCR4) , а также приобрела селективные преимущества, которые позволили заполнить ей костный мозг, приведя в результате к коррекции panleukopenia и клиническому излечению. Этот случайный эксперимент природы был воспроизведен на экспериментальных мышах, продемонстрировал прямо, что гаплонедостаточность по CXCR4 способствует приживлению HSC и поэтому может быть важной или даже единственным механизмом лечения пациентов. Эти находки подчеркивают потенциальную генетическую терапевтическую стратегию для синдрома WHIM, которая может быть применена более широко в качестве вспомогательного средства с целью трансплантации откорректированных по гену клеток при др. генетических болезнях крови.

    Atherosclerosis


    Макрофаги являются доминирующими лейкоцитами, присутствующими при атеросклеротических повреждениях, и ассоциированы с присутствием нацеленных на макрофаги хемокинов, таких как CCL2, CCL5 и CX3CL1.36 Ccl2-/-, Ccr2-/-, Cx3cl1-/- и Cx3cr1-/- мыши на атерогенном ApoE-/- генетическом фоне демонстрируют более слабые повреждения и пониженное накопление макрофагов в стенках сосудов. Исследования по переносу костного мозга Cxcr2-/- мышей также выявили роль CXCR2, способствующую атеросклерозу у модельных мышей, по-видимому, за счет помощи в адгезии моноцитов в раннем атеросклеротическом эндотелии путем взаимодействия с его мышиным лигандом KC и активацией VLA-4/VCAM-1 адгезивной системы.
    CX3CR1 генетический вариант CX3CR1-M280, лишенный нормальной зависимой от CX3CL1 адгезивной функции в условиях физиологического тока, оказывается ассоциированным с пониженным риском атеросклеротической сосудистой болезни у людей. Исследования подтвердили, что CX3CL1 на гладкомышечных клетках коронарных артерий закрепляет макрофаги посредством CX3CR1.

    On the Horizon

    The Viral Chemokine System

    Studies of the viral chemokine system can yield insight into the role of chemokines in immunoregulation. Viral chemokine elements may also have applications as therapeutic agents.

    Structural Classification .
  • Chemokines (e.g., HHV8 vMIP-I, II, and III)
  • 7TM chemokine receptors (e.g., HCMV US28, HHV8 vGPCR)
  • Chemokine-binding proteins (e.g., ?HV68 vCKBP-III)
  • Chemokine mimics (e.g., HIV gp120)


    • Functional Classification

  • Cell entry factors (e.g., HIV gp120)
  • Leukocyte chemoattractants (e.g., HHV8 vMIP-II)
  • Immune evasion
  • Chemokine scavengers (e.g., γHV68 vCKBP-III)
  • Chemokine receptor antagonists (e.g., MCV MC148-R)
  • Angiogenic factors (e.g., HHV8 vGPCR)
  • Growth factors (e.g., HHV8 vGPCR)
  • In mice, overexpression of this viral chemokine receptor induces Kaposi's sarcoma (KS)-like lesions.




    • Kaposi's Sarcoma


    HHV8 является примером вируса, нагруженного генами, кодирующими пиратские хемокины и хемокиновые рецепторы. Он кодирует три CC хемокина, vMIP-I, -II и -III, а также постоянно активный CC/CXC хемокиновый рецептор vGPCR, кодируемый ORF74. Все эти факторы являются ангиогенными и могут вносить вклад в патогенез Kaposi's sarcoma (KS), снабженную многочисленными сосудами мульти-центрическую не клональную опухоль, вызываемую HHV8, обычно сопровождаемую иммуносупрессией, как при HIV/AIDS. В соответствии с этим vGPCR индуцирует KS-подобные опухоли, будучи экспрессированным у трансгенных мышей. Механизм может быть связан с активацией NF-κB и индукцией ангиогенных фактров и способствующих воспалению цитокинов. Этот вирус, по-видимому, обладает преобразованным hijacked рецептором, вероятно CXCR2, вставленным в регулятор генной экспрессии.37

    Autoimmunity


    Идентифицированы две болезни человека, в которых хемокины действуют как ауто-антигены в отношении ауто-антител. Первая, heparin-induced thrombocytopenia (HIT), единственная аутоиммунная болезнь человека, непосредственно сцепленная механистически с хемокинами.38 Известная в качестве фактора риска у пациентов, леченных heparin, и вызываемая ауто-антителами, которые связываются специфически с комплексами CXCL4-heparin в плазме. Вторая, аутоиммунный миозит, ассоциированный с ауто-антителами к histidyl transfer RNA (tRNA) synthetase, фактору синтеза белка, который также способен индуцировать DC хемотаксис, очевидно в результате действия в качестве агониста CCR5. Его точное значение в обеспечении воспаления при миозите не установлено.
    В целом, зависимые от Т клеток аутоиммунные болезни у людей, такие как псориаз, множественный склероз (MS), ревматоидный артрит (RA) и type 1 diabetes mellitus, ассоциированы с воспалительными хемокинами и инфильтрацией тканей Т лимфоцитами и моноцитами, экспрессирующими воспалительные хемокиновые рецепторы. В мышиных моделях immune complex-induced артритов, специфические вклады Ccr1, Cxcr2, Blt1 (a leukotriene B4 receptor) и C5a рецепторов были выявлены в деталях в венулах суставов на уровне адгезии и транс-эндотелиальной миграции. Доминантно негативный агонист CCL2 подавляет артрит у MRL-lpr модельных мышей RA, подтверждая потенциальную роль CCL2 и CCR2. Met-RANTES, химически модифицированный вариант CCL5, блокирующий CCR1, CCR3 и CCR5, как было установлено, благоприятен при collagen-индуцированных артритов у модельных DBA/I мышей.
    Относительное значение этих болезней человека неизвестно. Лекарства целенаправленно воздействующие на CCR1 оказались непригодными при клинических испытаниях при RA. Сходным образом, при RA, антагонист CCR5 maraviroc оказался неэффективным у пациентов с RA.
    Парадоксально, в некоторых случаях блокирование хемокиновых рецепторов могло приводить к повышению воспаления, как в случае CCR1 иCCR2 у мышей. моделирующих nephrotoxic nephritis и glomerulonephritis. Это было связано с усилением потребления почками CD4 и CD8 T клеток, макрофагов и с усилением иммунной реакции Th1. Механизм остается неясным.

    Acute Neutrophil-Mediated Inflammatory Disorders


    Многие обусловленные нейтрофилами болезни человека, включая псориаз, подагру, острый гломерулонефрит, acute respiratory distress syndrome, RA и ischemia reperfusion повреждения, оказываются ассоциированными с присутствием CXCL8. Системное применение нейтрализующих anti-CXCL8 антител оказывается защитным у разных моделей нейтрофилами обеспечиваемого острого воспаления у кроликов (skin, airway, pleura, glomeruli), подкрепляет концепцию, что CXCL8 является единственным медиатором врожденного иммунитета и острого патологического воспаления в этих условиях. Нокаутные CXCR2 мыши менее чувствительны к острому uratecrystal-индуцированному подагрическому синовииту. Кроме того, SB-265610, не-пептидный низкомолекулярный антагонист с утонченной избирательностью к CXCR2, предупреждает накопление нейтрофилов в легких новорожденных крысят, подвергшихся гипоксии. Итак, эти результаты идентифицируют CXCL8 и его рецепторы в качестве кандидатов на роль лекарственных мишеней при болезнях, обусловленных острым нейтрофильным воспалением. CXCR2 нокаутные мыши также обнаруживают задержку в заживлении ран. Интересно, что изучение инфекции Candida albicans и Pseudomonas aeruginosa у мышей подтвердило, что высоко родственный нейтрофильный рецептор Cxcr1 не способствует рекрутированию нейтрофилов в места инфекций , а вместо этого участвует в активации механизмов антимикробнынх эффекторов.

    Transplant Rejection


    В случаях отторжения трансплантата у человека и животных время проблем с антигенами точно известно. Наиболее обширный анализ роли хемокинов при отторжении трансплантатов проведен с моделями у мышей отторжения кардиальных алло-трансплантатов в отношении major histocompatibility complex (MHC) class I/II-mismatched, которое обеспечивается с помощью иммунной реакции Th1. Сходные наборы воспалительных хемокинов обнаружены у мышиных моделей болезней человека, появляющихся в строгой временной последовательности.
    Анализ нокаутных мышей продемонстрировал, что многие хемокиновые рецепторы вносят вклад в отторжение у этих моделей, но имеется заметная последовательность рангов: Cxcr3 > > Ccr5 > Ccr1 = Cx3cr1 = Ccr2. Наиболее впечатляют, что отторжение и артериосклероз трансплантатов не возникают, если мыши реципиенты, были лечены кратковременно subtherapeutic курсом cyclosporine, если они были Cxcr3-/- или если донорское сердце было Cxcl10-/- . Это выявило ось CXCR3/CXCL10 в качестве потенциальной мишени для лечения. Нейтрализация Cxcl9, лиганда для Cxcr3, который появляется позднее, чем Cxcl10, также может удлинить выживание алло-трансплантата.
    У людей CCR5 может быть важен при хроническом отторжении алло-трансплантата почек, поскольку индивиды, гомозиготные по CCR5Δ32 оказываются в меньшем числе среди пациентов с таким исходом в большой группе трансплантаций почек в Германии.

    Allergic Airway and Intestinal Disease


    Хемокиновые рецепторы, ассоциированные с астмой, включают CXCR2, CCR3, CCR4 и CCR8.39 CCR3 присутствует в эозинофилах, базофилах, мастоцитах и некоторых Th2 T клетках. CCR4 и CCR8 характеризуют Т клетки воздушных путей у сенсибилизированных аллергеном пациентов с атипической астмой.
    Ccr8 нокаутные мыши обнаруживают пониженное аллергическое воспаление воздушных путей в ответ на три разных Th2-поляризующих антигена: Schistosoma mansoni растворимый яйцевой антиген, ovalbumin, и антиген таракана.
    Роль CCR3 оси в астме была подтверждена путем нейтрализации Ccl11 у морских свинок и нокаутных по гену Ccr3 мышей. Эффект нокаута Ccr3 драматически зависит от специфических методов сенсибилизации и оказывается проблематичным из-за сложных противоположных эффектов на трафик эозинофилов и мастоцитов. Т.о., Ccr3-/- мыши, сенсибилизированные внутри-брюшинно обнаруживают пониженный выход из кровотока эозинофилов в легкие, но повышенное привлечение мастоцитов в клетки трахеи. Результатом в целом становится парадоксальное увеличение чувствительности воздушных путей к холинергической стимуляции. Мобилизация мастоцитов не обнаруживается после epicutaneous сенсибилизации и такие животные обнаруживают пониженную эозинофилию в воздушных путях в ответ на воздействия и не обнаруживают гиперчувствительности воздушных путей.
    Ccr6-/- обнаруживают пониженное аллергическое воспаление воздушных путей в ответ на сенсибилизацию и воздействие антигенов таракана, это согласуется с индукцией его лиганда Ccl20 в этой модели. Ccr6-/- мыши оказываются также защищены от моделируемого псориаза, это связано с экспрессией Ccr6 на моноцитах и экспрессией IL-17 в γδ T клетках. Эзофагия эозинофилов ассоциирует с вариантом CCL26. Хотя не существует гомолога CCL26 у мышей, др. мышиные CCR3 лиганды участвуют у мышей, моделирующих эту болезнь.
    CCR9 является привлекательной мишенью для лекарств при болезни Crohn's, из-за его важной роли в возвращении T клеток в кишечник; однако, антагонист CCR9 использованный в клинических испытаниях при данной болезни не выявил эффективности.

    Cancer


    Многие хемокины и подтипы лейкоцитов были выявлены in situ в опухолях, а раковые клетки, как было установлено, продуцируют хемокины и экспрессируют хемокиновые рецепторы. Однако, роли, выполняемые эндогенными ассоциированными с опухолями хемокинами в рекрутировании инфильтрирующих опухоль лейкоцитов и ассоциированных с опухолями макрофагов и в обеспечении противоопухолевой иммунной реакции, недостаточно выяснены. Напротив, имеются данные на мышиных моделях, подтверждающие, что общий эффект может способствовать туморогенезу, из-за дополнительных эффектов на клеточный рост, ангиогенез, апоптоз, иммунное избегание и метастазирование.39 Контроль баланса ангиогенных и ангиостатических хемокинов может быть особенно важен. Хемокиновые рецепторы на опухолевых клетках, как было установлено, непосредственно обеспечивают зависимую от хемокинов пролиферацию. В Японии моноклональные antibodymogamulizumab, блокирующие CCR4, были разрешены для лечения у взрослых T-клеточной лейкемии или лимфом, которые экспрессируют этот рецептор на высоких уровнях.

    Therapeutic Applications


    Chemokines and Chemokine Receptors as Targets for Drug Development


    Попытка разработать хемокины, блокирующие агентов привели за 20 лет к разрешению FDA двух лекарств: maraviroc, нацеленного на CCR5, в качестве фактора проникновения вируса при HIV/AIDS; и plerixafor, нацеленный на CXCR4 для мобилизации HSC из костного мозга для трансплантаций у раковых пациентов (see above).28, 33 Хемокиновые рецепторы явились первыми цитокиновыми рецепторами, для котрых идентифицированы мощные, избирательные непептидные малые молекулы, работающие in vivo. Направляющие детерминанты хозяина, как в случае CCR5 при HIV/AIDS, стали новым подходом в разработке антимикробных агентов. Др. болезнями кандидатами стали ACKR1/Duffy при P. vivax малярии; CXCR4 при синдроме WHIM; CXCR2 при остром обусловленном нейтрофилами воспалении; CXCR3 и CCR2 при Th1-управляемой болезни; CCR2 и CX3CR1 при атеросклерозе; CCR3 и возможно CCR4 и CCR8 при Th2 болезнях, таких как астма; CCR9 при воспалительной болезни толстого кишечника; и CCR6 при Th17 болезнях, таких как псориаз.
    Описаны мощные и избирательные не пептидные малые молекулы антагонисты хемокиновых рецепторов, включая CXCR2, CXCR3, CXCR4, CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 и CCR9.40 Эти молекулы обладают общей богатый азотом сердцевиной и, по-видимому, блокируют связывание лиганда путем воздействия на законсервированные аллостерические сайты, аналогичные сайтам, связывающим в сетчатке трансмембранный регион родопсина. Хотя малые молекулы, принимаемые как пилюли, имеют главной целью др. блокирующие стратегии, они также принимаются во внимание, такие как (1) ribozymes; (2) модифицированные хемокины (напр., модифицированные по N-концу версии CCL5); (3) intrakines, которые являются модифицированными формами хемокинов, доставляемые с помощью генотерапии, которые остаются в эндоплазматическом ретикулуме и блокируют экспрессию на поверхности вновь синтезированных рецепторов; (4) моноклональные антитела; и (5) специфически отредактированные гены, с использованием zinc finger нуклеаз, TALENs и CRISPR/Cas9.
    Тот факт, что вирусные и tick анти-хемокины обычно блокируют многие хемокины, действуя на многие рецепторы, указывает, что большинство клинически эффективных нацеленных на хемокины противовоспалительных стратегий может потребоваться для охвата широкого спектра. В этом отношении вирусные и tick анти-хемокины сами по себе могут использоваться для терапии, хотя вопрос антигенности может ограничивать использование их для хронических воспалительных болезней.

    Chemokines as Biological Response Modifiers


    Воспалительные и гомеостатические хемокины были оценены в отношении терапевтического потенциала как модификаторы биологических реакций, действующих в основном как иммуномодуляторы или регуляторы ангиогенеза. Исследования не выявили существенных проблем с токсичностью, а их эффективность продемонстрирована на моделях рака, воспаления и инфекций. Клинические испытания по защите раковых и стволовых клеток выявили неутешительные результаты. Хемокины были разработаны и в качестве vaccine adjuvants. Использование генов хемокинов также выявило индукцию нейтрализующих антител против закодированных хемокинов, которые были способны блокировать иммунные реакции и ослаблять экспериментальный аллергический энцефаломиелит и артрит у модельных грызунов.
    Многие хемокины, будучи доставлены фармакологически как рекомбинантные белки с помощью плазмидных ДНК или введены в опухолевые клетки, способны индуцировать иммунологически обусловленные антимутационные эффекты в мышиных моделях и могут быть использованы в клинике. Механизмы могут отличаться в зависимости от модели, но они могут использовать привлечение моноцитов, NK клеток и цитотоксических CD8 T клеток в опухоли. Хемокины могут быть использованы как вспомогательные средства для опухолевых антигенных вакцин. Слияние хемокинов с опухолевыми антигенами представляет собой новую вариацию этого подхода, облегчающего потребление опухолевых антигенов с помощью APCs с помощью нормального процесса интернализации лиганд-рецептор. Non-ELR CXC хемокины, такие как CXCL4, также осуществляют противоопухолевые эффекты посредством ангиостатических механизмов. Наконец, использование базирующихся на хемокинах иммунотоксинов, чтобы целенаправленно воздействовать на болезненные клетки, ассоциированные хемокиновыми рецепторами, вполне возможно.

    Conclusion


    The chemokine system occupies a central place in immunoregulation and is an attractive source of potential drug targets for any disease with an innate or adaptive immune component. A basic outline of how the system works has been established by using mouse models, and there has been tangible progress in the application of this knowledge in clinical practice. Two major pioneering successes, CCR5 inhibition in HIV/AIDS and CXCR4inhibition for HSC mobilization, have demonstrated the feasibility of targeting the chemokine system therapeutically in humans. However, both are eccentric indications that address unusual, niche roles of chemokine receptors. Satisfactory treatments for chronic immune-mediated diseases remain a major unmet medical need, and in this context, the chemokine system offers many drug targets, as well as difficult challenges for the future.