趋化因子受体CCR7的免疫学功能研究进展

欧阳容兰，张栋梁，李小毅，张 勇，黄书润



趋化因子受体CCR7的免疫学功能研究进展

欧阳容兰，张栋梁，李小毅，张 勇，黄书润

受体,CCR7；趋化因子CCL19；趋化因子CCL21；免疫

免疫系统的一个重要特点是能够对外来病原体产生保护性免疫应答，而对自身及环境中无害的抗原保持免疫耐受。近来研究表明，趋化因子受体CCR7(CC-chemokine receptor 7)通过参与胸腺结构和功能的构建，介导免疫细胞归巢至淋巴器官(如初始及调节性T细胞通过高内皮微静脉归巢至引流淋巴结、稳态及炎症状态下树突状细胞通过引流淋巴管进入淋巴结)及在淋巴器官内的准确定位，在免疫反应及免疫耐受中发挥重要作用。

1 CCR7及其配体CCL19、CCL21

CCR7属于趋化因子受体超家族中的一员，与其他趋化因子受体一样，是具有7个富含疏水氨基酸的α螺旋跨膜区结构，通过异源三聚体G蛋白及其下游分子调节信号传导。CCR7表达在半成熟和成熟DCs、初始B细胞、T细胞、Treg细胞、特定发育阶段的胸腺细胞、中枢记忆性T细胞、，以及其他非免疫细胞(如各种各样的肿瘤细胞)。

CCR7的配体为次级淋巴组织趋化因子(secondary lymphoidchemokine，SLC)，即CCL21和EB病毒诱导分子-1趋化因子(Epstein-Barr virus-induced molecule-1ligand chemokine，ELC)，即CCL19。CCL19、CCL21均为CC类趋化因子，CCL21通常组成性地高度表达在周围淋巴器官胸腺依赖区高内皮微静脉(high endothelialvenule，HEV)周围，在淋巴管内皮及T细胞富集区基质细胞也有不同程度表达。CCL19主要由淋巴结副皮质区基质细胞产生，其中已迁至该区的成熟DCs自身也可分泌CCL19，又成为淋巴结内ELC的重要来源。相比CCL19，CCL21对T细胞[1]和DCs[2]的趋化性更强。对于同时存在CCL19、CCL21的微环境，CCL19与CCR7结合后能够有效促使CCR7磷酸化和内化，使受体对CCL21失敏，而CCL21则无此作用，表明CCL19对CCR7的作用时限比CCL21短[1]。

2 CCR7调节免疫细胞的迁移

2.1 树突状细胞(dendritic cells, DCs) DCs作为哨兵细胞存在于皮肤及呼吸道、消化道、泌尿生殖道的黏膜层中。在感染和炎症的刺激下，血循环中的未成熟DCs及其前体进入炎症部位，通过受体介导的胞吞、吞噬和吞饮等作用摄取环境中的抗原物质，并逐渐发育成熟，抗原摄取、加工和呈递能力发生显著变化，MHCⅡ类分子、CD80、CD86、CD83等共刺激分子及CCR7表达上调。随后负载抗原的DCs在CCR7的介导下通过输入淋巴管进入淋巴结，并迁移至T细胞富集区与T细胞相遇并呈递抗原，激活初始T细胞从而发动免疫应答。对plt/plt、CCR7-/-和CCR19-/-模型小鼠研究发现，CCR7和CCL21对于稳态及炎症状态下DCs归巢至淋巴结中起着关键作用，而CCL19则可有可无[3-4]。CCR7-/-小鼠和野生型小鼠的皮肤和黏膜层中DCs数量无差别，表明CCR7在招募DCs前体进入皮肤和黏膜层中没有作用。然而，朗格汉斯细胞和真皮DCs不能归巢至引流淋巴结、体液免疫诱导延迟、不能诱导迟发型过敏反应[5]。将CCR7-/-小鼠骨髓源性DCs皮下注射或气管内滴注至野生型小鼠，不能迁移至引流淋巴结[6]，表明DCs自身需要表达CCR7以归巢至淋巴结，而非由于其他类型免疫细胞缺乏CCR7间接影响DCs的归巢。此外，持续不断归巢至淋巴结的DCs还可通过提供淋巴毒素[7]和血管内皮细胞生长因子[4]促进高内皮微静脉的形成、成熟和外周血T细胞归巢至淋巴结，维持淋巴结内T细胞再循环稳态。

然而CCR7并非决定DCs趋化特性的唯一因素。CCR7 趋化特性的发挥还受到DCs对CCR7配体的反应性调节，包括白三烯、前列腺素E2、DAP12、CD38等炎症因子对于保持CCR7对其配体的敏感性均是必需的[8-9]。这些信号分子可能通过影响CCR7与其配体结合后信号级联瀑布的发生发挥调节作用。

2.2 淋巴细胞 包括初始T细胞、Treg细胞及中枢记忆性T细胞在内的大部分T细胞通过高内皮微静脉进入引流淋巴结均需要CCR7的介导。在CCR7-/-小鼠中，淋巴结和派氏集合淋巴结中T细胞数量极度减少[5]。将CCR7-/-小鼠的T细胞过继转移至野生型小鼠中，其不能归巢至引流淋巴结和脾脏白髓。而B细胞虽然也可由CCR7介导经过高内皮微静脉进入淋巴结，且过继转移至野生型小鼠的CCR7-/-B细胞归巢至淋巴结能力受损，但是其淋巴结归巢能力并不完全依赖CCR7，CCR7-/-小鼠淋巴结B细胞数量正常[10]。CCR7不仅是淋巴结归巢受体，也参与初始T细胞、中枢记忆性CD8+T细胞在血液和淋巴组织之间的再循环[11]。此外，CCR7参与效应T细胞从外周组织迁出，并经输入淋巴管进入引流淋巴结，从而建立免疫记忆能力的过程，而CCR7-/-小鼠的效应T细胞则持续局限于外周组织的炎症部位[12-13]。

3 CCR7介导免疫细胞在淋巴结内定向移动和准确定位

稳态或炎症状态下，组织中的DCs在CCR7的介导下归巢并结合至淋巴管内皮上的CCL21[14]，此后随着淋巴流到达淋巴结被膜下窦，接着再次在CCR7的介导下由被膜下窦迁移到副皮质区[15]。初始T细胞进入淋巴结后以“随意行走”的方式在淋巴结副皮质区网状基质细胞上移动。当CCR7信号刺激增强时，T细胞在淋巴结T细胞区的迁移速度提高，迁移范围增大，因此与上述迁移到副皮质区的DCs相遇并相互作用的机会增加[15]。

CCR7和CXCR5一起决定免疫细胞在次级淋巴器官功能微环境中的定位。初始淋巴细胞进入淋巴结后，CCR7介导细胞迁移至T细胞区，而CXCR5介导细胞迁移至B淋巴滤泡[16]。滤泡B细胞被激活后，下调CXCR5的表达而上调CCR7的表达[17]，使得滤泡B细胞短暂迁移至T细胞区，从而获得CD4+辅助性T细胞(TH)的帮助。在随后的免疫反应中，产生一小群低表达CCR7的CD4+CXCR5+TH细胞，这些细胞可迁移至B淋巴滤泡为抗体的产生和免疫球蛋白类型的转换提供帮助[18]。

4 CCR7在免疫反应和周围耐受中的作用

4.1 对病原体和同种异体抗原的反应 由于CCR7及其配体对免疫细胞多方面的作用，以及对淋巴结副皮质区组织结构的重要性，CCR7-/-小鼠在给予单个模式抗原后观察到微弱和延迟的适应性免疫反应[5]。进一步研究观察到，在给予CCR7-/-小鼠水疱性口膜炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)时，抗原水平较高时能产生正常的体液免疫反应，而抗原水平低时，其体液免疫反应功能损害。表明这种不依赖于DCs的CCR7介导的B细胞和TH细胞的相互作用在低抗原水平时发挥重要作用[19]。此外，破伤风类毒素反复全身给药时，CCR7-/-小鼠能够产生全面完整的细胞免疫反应。以上表明，在抗原水平较高时，CCR7对于诱导免疫反应的重要性下降。

CCR7及其配体作为同种异体移植免疫治疗靶点备受关注。持续应用高浓度可溶性或稳态CCL19及CCL21，可通过CCR7影响细胞发育周期，从而引发小鼠和人CD4+、CD8+T细胞增殖障碍，减弱同种异体混合淋巴细胞反应[20]。全身应用CCL19-IgG可延缓心、肾移植物排斥的发生，阻止T细胞及DC共定位于次级淋巴器官中，且大大影响Ag诱导的T细胞增殖[21]。通过慢病毒转染间充质干细胞从而上调CCR7的表达水平，可促进其移植后更有效地归巢至淋巴结发挥免疫调节作用，从而降低经致死剂量照射小鼠骨髓移植后GVHD的发生率，延长存活时间[22]。类似的，CCL21体外预处理的Treg细胞可上调CCR7的表达，其归巢至淋巴结的能力增加，从而与抗原提呈细胞共定位于淋巴结副皮质区发挥免疫调节作用，诱导同种异体角膜移植免疫耐受[23]。

由于CCR7介导多种免疫细胞的迁移和功能，其对移植排斥反应影响的研究结果也不尽相同。在CCR7-/-小鼠同种异体心脏或皮片移植模型中，移植物T细胞浸润减少[24]、TH1细胞反应性降低[21]，从而移植物存活时间轻微延长。然而，由于CCR7的缺陷，致耐受性抗原提呈细胞如浆细胞样树突状细胞归巢至淋巴结[25]和Treg细胞迁移至移植物受限[26]，均对移植物存活产生不利影响。在用抗CD40L单克隆抗体阻断共刺激途径联合供者特异性脾细胞输注诱导同种异体移植耐受的实验中，主要组织相容性复合体错配的野生型小鼠之间能成功诱导心脏移植物耐受，而以CCR7-/-小鼠为受体时，由于Treg细胞和类浆细胞样DCs归巢至淋巴结受限，其耐受诱导失败。选择性输入受体来源的CCR7+/+Treg或类浆细胞样DCs则能显著延长此诱导方案下移植物存活时间[25]。

4.2 对环境中抗原的耐受 在稳态下，外周DCs(CD11+MHCⅡhighDC)不断摄取自身和外来无害抗原并缓慢地持续不断地迁往引流淋巴结，从而诱导对自身和环境中无害抗原产生免疫耐受[27]。DCs的这种自发迁移机制仍不清楚，然而这种所谓的半成熟或致耐受性DCs通过引流淋巴管进入淋巴结完全依赖于CCR7[27]。在无菌条件下饲养的野生型小鼠，约2%～4%淋巴结细胞表面表达CD11+MHCⅡhigh的DCs标志，而CCR7-/-小鼠则缺乏这群细胞[27]。由于负载抗原的DCs不能从肠黏膜固有层迁移至肠系膜淋巴结，CCR7-/-小鼠不能用卵白蛋白(OVA)诱导口服免疫耐受[28]。直接吸入或经气管内滴入OVA，CCR7-/-小鼠淋巴结中同样存在DCs负载从肺脏来源的可溶性抗原，但不能将之呈递给CD4+和CD8+T细胞。因此，野生型小鼠能够诱导全身耐受，而CCR7-/-小鼠则不能[6]。在暴露OVA气溶胶之前，CCR7-/-小鼠气管内过继转移野生型骨髓来源DCs可避免免疫耐受诱导的失败[6]。存在于黏膜层的DCs在稳态下不断摄取自身及外来无害性抗原并CCR7依赖地呈递给引流淋巴结中的T细胞，从而诱导免疫耐受。

5 CCR7对Treg细胞发育和功能的作用

FOXP3+CD4+CD25+Treg细胞对自身及外来抗原的免疫抑制是外周耐受的有效机制之一。Treg细胞能在CCR7-/-小鼠的胸腺中发育，并且数量与野生型小鼠无差别[29]。CCR7-/-小鼠的Treg细胞在体外抑制T细胞增殖的能力与野生型小鼠相当[29]。然而，Treg细胞在体内迁移至淋巴结及在淋巴结T细胞区定位的能力受损，CCR7-/-小鼠的淋巴结中Treg细胞数量显著减少，导致CCR7-/-Treg细胞体内的免疫抑制作用严重损害，其带来的结果比CCR7-/-初始T细胞淋巴结归巢障碍更严重[29]。与野生型相比，CCR7-/-小鼠及plt/plt小鼠均表现出延迟而更加剧烈的接触致敏反应[29-30]。

Treg细胞在淋巴结内发挥免疫抑制效应的机制仍存在争议，可能是多种不同机制共同参与的结果。血循环中天然存在的Treg细胞均表达CCR7，在其介导下Treg细胞通过高内皮微静脉进入淋巴结并迁移至T细胞区从而发挥免疫抑制效应：①与同样由CCR7介导的摄取抗原并通过引流淋巴管进入淋巴结的DCs发生接触，接受DCs提呈的抗原后增殖[29]。②抑制同样识别DCs提呈的抗原而引起的Th细胞的增殖。同时，Treg细胞还可通过干扰Th细胞的归巢及诱导其凋亡而减少Th细胞的数量[29]。产生免疫应答后，淋巴结中的CCR7配体表达下调[31]，其支持所有CCR7+/+T细胞归巢和生存的能力不足。因此，Treg细胞和Th细胞在淋巴结中可能存在相互竞争T细胞归巢和存活的信号，而CCR7配体则可提供这种信号[32]。③抑制效应性T细胞的增殖和分化。以上Treg细胞发挥免疫抑制效应的所有机制,不管是与DCs或T细胞相互作用，均发生在淋巴结T细胞区，因此不可避免的依赖于CCR7介导的Treg细胞、DCs、Th细胞的归巢。

6 CCR7对胸腺结构和功能的影响

CCR7参与胸腺对骨髓造血祖细胞的招募[33]及特定发育阶段的胸腺细胞的迁移，CCR7-/-小鼠和plt/plt小鼠由于胸腺细胞的迁移受损，其胸腺形态和结构紊乱、胸腺细胞数量减少及T细胞发育不良、TH1/TH2平衡破坏[34]、阴性选择受损[35]伴随中枢耐受的缺失及导致自身免疫性疾病[35]。

总之，CCR7及其配体CCL19、CCL21对于不同亚群T细胞(如初始T细胞、Treg细胞、中枢记忆性T细胞)和DCs归巢至淋巴结，及在淋巴结特定区域内DCs与T细胞相互作用从而引起抗原特异性免疫应答是必需的。同时，这种CCR7依赖的T细胞与DCs的归巢及在次级淋巴器官中的相互作用对于免疫耐受的诱导同样起着重要作用。此外，CCR7对于稳态下胸腺内T细胞的发育及阴性选择不可或缺。通过研究CCR7及其配体在免疫反应及耐受中的作用，以CCR7介导的信号通路为干预靶点，有望在与其相关疾病(如移植排斥反应、自身免疫性疾病、过敏性疾病、肿瘤等)的研究与治疗中取得突破。

[1] Nandagopal S, Wu D, Lin F. Combinatorial guidance by CCR7 ligands for T lymphocytes migration in co-existing chemokine fields[J].PLoS One， 2011,6(3):e18183.

[2] Haessler U, Pisano M, Wu M,etal. Dendritic cell chemotaxis in 3D under defined chemokine gradients reveals differential response to ligands CCL21 and CCL19[J].Proc Natl Acad Sci U S A， 2011,108(14):5614-5619.

[3] Britschgi M R, Favre S, Luther S A. CCL21 is sufficient to mediate DC migration, maturation and function in the absence of CCL19[J].Eur J Immunol， 2010,40(5):1266-1271.

[4] Wendland M, Willenzon S, Kocks J,etal. Lymph node T cell homeostasis relies on steady state homing of dendritic cells[J].Immunity， 2011,35(6):945-957.

[5] Forster R, Schubel A, Breitfeld D,etal. CCR7 coordinates the primary immune response by establishing functional microenvironments in secondary lymphoid organs[J].Cell， 1999,99(1):23-33.

[6] Hintzen G, Ohl L， del Rio M L,etal. Induction of tolerance to innocuous inhaled antigen relies on a CCR7-dependent dendritic cell-mediated antigen transport to the bronchial lymph node[J].J Immunol， 2006,177(10):7346-7354.

[7] Moussion C, Girard J P. Dendritic cells control lymphocyte entry to lymph nodes through high endothelial venules[J].Nature， 2011,479(7374):542-546.

[8] Randolph G J, Sanchez-Schmitz G, Angeli V. Factors and signals that govern the migration of dendritic cells via lymphatics: recent advances[J].Springer Semin Immunopathol， 2005,26(3):273-287.

[9] Muthuswamy R, Mueller-Berghaus J, Haberkorn U,etal. PGE(2) transiently enhances DC expression of CCR7 but inhibits the ability of DCs to produce CCL19 and attract naive T cells[J].Blood， 2010,116(9):1454-1459.

[10]Park C, Hwang I Y, Sinha R K,etal. Lymph node B lymphocyte trafficking is constrained by anatomy and highly dependent upon chemoattractant desensitization[J].Blood， 2012,119(4):978-989.

[11]Stein J V, Rot A, Luo Y,etal. The CC chemokine thymus-derived chemotactic agent 4 (TCA-4, secondary lymphoid tissue chemokine, 6Ckine, exodus-2) triggers lymphocyte function-associated antigen 1-mediated arrest of rolling T lymphocytes in peripheral lymph node high endothelial venules[J].J Exp Med, 2000,191(1):61-76.

[12]Brown M N, Fintushel S R, Lee M H,etal. Chemoattractant receptors and lymphocyte egress from extralymphoid tissue: changing requirements during the course of inflammation[J].J Immunol, 2010,185(8):4873-4882.

[13]Hopken U E, Winter S, Achtman A H,etal. CCR7 regulates lymphocyte egress and recirculation through body cavities[J].J Leukoc Biol, 2010,87(4):671-682.

[14]Tal O, Lim H Y, Gurevich I,etal. DC mobilization from the skin requires docking to immobilized CCL21 on lymphatic endothelium and intralymphatic crawling[J].J Exp Med, 2011,208(10):2141-2153.

[15]Braun A, Worbs T, Moschovakis G L,etal. Afferent lymph-derived T cells and DCs use different chemokine receptor CCR7-dependent routes for entry into the lymph node and intranodal migration[J]. Nat Immunol， 2011, 12(9): 879-887.

[16]Malhotra D, Fletcher A L, Astarita J,etal. Transcriptional profiling of stroma from inflamed and resting lymph nodes defines immunological hallmarks[J].Nat Immunol, 2012,13(5):499-510.

[17]Reif K, Ekland E H, Ohl L,etal. Balanced responsiveness to chemoattractants from adjacent zones determines B-cell position[J].Nature, 2002,416(6876):94-99.

[18]Arnold C N, Campbell D J, Lipp M,etal. The germinal center response is impaired in the absence of T cell-expressed CXCR5[J].Eur J Immunol, 2007,37(1):100-109.

[19]Scandella E, Fink K, Junt T,etal. Dendritic cell-independent B cell activation during acute virus infection: a role for early CCR7-driven B-T helper cell collaboration[J].J Immunol, 2007,178(3):1468-1476.

[20]Ziegler E, Oberbarnscheidt M, Bulfone-Paus S,etal. CCR7 signaling inhibits T cell proliferation[J].J Immunol, 2007,179(10):6485-6493.

[21]Ziegler E, Gueler F, Rong S,etal. CCL19-IgG prevents allograft rejection by impairment of immune cell trafficking[J].J Am Soc Nephrol, 2006,17(9):2521-2532.

[22]Li H, Jiang Y M, Sun Y F,etal. CCR7 Expressing Mesenchymal Stem Cells Potently Inhibit Graft-versus-Host Disease by Spoiling the Fourth Supplemental Billingham's Tenet[J].PLoS One, 2014,9(12):e115720.

[23]Chauhan S K, Saban D R, Dohlman T H,etal. CCL-21 conditioned regulatory T cells induce allotolerance through enhanced homing to lymphoid tissue[J].J Immunol, 2014,192(2):817-823.

[24]Beckmann J H, Yan S, Luhrs H,etal. Prolongation of allograft survival in ccr7-deficient mice[J].Transplantation, 2004,77(12):1809-1814.

[25]Liu X, Mishra P, Yu S,etal. Tolerance induction towards cardiac allografts under costimulation blockade is impaired in CCR7-deficient animals but can be restored by adoptive transfer of syngeneic plasmacytoid dendritic cells[J].Eur J Immunol, 2011,41(3):611-623.

[26]Gregson A L, Hoji A, Palchevskiy V,etal. Protection against bronchiolitis obliterans syndrome is associated with allograft CCR7+ CD45RA- T regulatory cells[J].PLoS One, 2010,5(6):e11354.

[27]Ohl L, Mohaupt M, Czeloth N,etal. CCR7 governs skin dendritic cell migration under inflammatory and steady-state conditions[J].Immunity, 2004,21(2):279-288.

[28]Worbs T, Bode U, Yan S,etal. Oral tolerance originates in the intestinal immune system and relies on antigen carriage by dendritic cells[J].J Exp Med, 2006,203(3):519-527.

[29]Schneider M A, Meingassner J G, Lipp M,etal. CCR7 is required for the in vivo function of CD4+ CD25+ regulatory T cells[J].J Exp Med， 2007，204(4):735-745.

[30]Mori S, Nakano H, Aritomi K,etal. Mice lacking expression of the chemokines CCL21-ser and CCL19 (plt mice) demonstrate delayed but enhanced T cell immune responses[J].J Exp Med, 2001,193(2):207-218.

[31]Mueller S N, Hosiawa-Meagher K A, Konieczny B T,etal. Regulation of homeostatic chemokine expression and cell trafficking during immune responses[J].Science, 2007,317(5838):670-674.

[32]Link A, Vogt T K, Favre S,etal. Fibroblastic reticular cells in lymph nodes regulate the homeostasis of naive T cells[J].Nat Immunol, 2007,8(11):1255-1265.

[33]Calderon L, Boehm T. Three chemokine receptors cooperatively regulate homing of hematopoietic progenitors to the embryonic mouse thymus[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2011,108(18):7517-7522.

[34]Moschovakis G L, Bubke A, Dittrich-Breiholz O,etal. Deficient CCR7 signaling promotes TH2 polarization and B-cell activation in vivo[J].Eur J Immunol, 2012,42(1):48-57.

[35]Winter S, Rehm A, Wichner K,etal. Manifestation of spontaneous and early autoimmune gastritis in CCR7-deficient mice[J].Am J Pathol, 2011,179(2):754-765.

南京军区重点基金项目(11Z025)

362000 福建 泉州，解放军180医院烧伤整形外科(欧阳容兰、李小毅、张勇、黄书润)；710000 西安，第四军医大学西京医院整形外科研究所(张栋梁)

黄书润，E-mail：ronglan789@yeah.net

R392.12

A

2095-140X(2015)04-0108-05

10.3969/j.issn.2095-140X.2015.04.028

2015-01-15 修回时间：2015-02-28)