CXCR7在CXCL12生物学功能中的研究进展＊

邹 杰，戴小珍，朱 力

1.成都医学院 基础医学院（成都 610500）；2.成都医学院第一附属医院 耳鼻咽喉－头颈外科（成都 610500）；3.成都医学院 生物医学系（成都 610500）

1 CXCR7的发现及其配体CXCL12

CXCR7又名RDC1，是G蛋白偶联的七次跨膜蛋 白 受 体（seven－transmembrane receptors，7－TMRs），基因定位于人类染色体2q37，它最初是从狗的甲状腺cDNA序列中分离出来的［1］。通常认为，CXCR7有2个趋化因子配体CXCL12和CXCL11。CXCL12又称基质细胞衍生因子－1（stromal cell derived factor－1，SDF－1）或前 B细胞刺激因子，具有七次跨膜α螺旋结构，属于CXC类趋化因子亚家族成员，编码基因位于人类染色体10q11.1，主要在淋巴结、肺、肝和骨髓中高表达，而在小肠、肾、皮肤、脑和骨骼肌中表达量较少［2］。在一些病理性疾病如炎症、缺血和缺氧，以及在促血管生成的环境下如肿瘤和自身免疫疾病中，CXCL12表达量升高［3－4］。CXCL12作为未成熟和成熟造血细胞的高效趋化因子，在包括心脏和神经元的发育、新生血管形成、干细胞迁移、肿瘤发生、炎症和免疫监督方面发挥了重要作用［5］。而CXCL12也可以与CXCR4受体结合，但其与CXCR7的亲和性远高于 CXCR4［6－7］。

2 CXCR7的表达

CXCR7在不同的组织器官和病理生理状态下表达量是不同的。对正常组织CXCR7蛋白和核酸水平分析表明，心脏、脑、脾、肾、肺、睾丸、卵巢、甲状腺［1，6－8］和人胎盘中，CXCR7是高表达的，而肝以及胸腺中表达量却很少［6］。有研究证明，在免疫系统、胚胎发育、雌激素和疾病的调节过程中，CXCR7的表达也会有所变化。在人类骨髓中，CXCR7表达在淋巴细胞和粒细胞上；在外周血中，CXCR7却表达在单核细胞、粒细胞和血小板中［9］；在免疫系统的分化和成熟过程中，例如树突状细胞体外用不同诱导剂来刺激活化细胞，也可能会影响CXCR7的表达量：脂多糖诱导成熟的人类树突状细胞检测到了CXCR7的表达［10］，然而肿瘤坏死因子 TNF－α诱导的细胞CXCR7却不表达［11］。在胚胎发育过程中，CXCR7的表达也会有所不同，如在鼠的肝脏发育过程中，CXCR7在发育阶段E11～E13是高表达的，而在E15～E17阶段表达量却下降［6］，用CXCR7缺陷的小鼠来做相关实验，也证明了CXCR7在血管系统形成过程的重要作用［12］。从雌激素调节的相关报道得出，在哺乳动物中，根据CXCR7的功能，可以把它分为CXCR7a和CXCR7b，而雌激素可以调节CXCR7b的表达。在人类乳腺癌细胞中，雌激素也已经被证明可以上调CXCL12和CXCR4的表达，但抑制了CXCR7的表达［13］。最后，在疾病相关研究中总结出，炎症、感染、缺血和肿瘤形成中，CXCL12是高表达的，相应地上调了CXCR7表达。例如，在有肠炎症的病人外周血淋巴细胞中，CXCR7表达是上升的［14］；另外，在许多恶性细胞包括乳腺、肺、颈部、胰脏、骨髓、神经胶质和前列腺等癌细胞中，都检测到了 CXCR7的表达［6，9，15］。各种类型的肿瘤组织做免疫组化表明，与正常组织相比，CXCR7表达是明显升高的［16－17］。另外，有研究者［17］也发现，人类微血管内皮细胞在缺氧和酸性环境下，CXCR7表达是上升的。由此可见，CXCR7的表达存在一定的组织特异性，它在不同的细胞系及发育阶段、激素调节和疾病等相关生理病理过程中，表达量明显不同。

3 CXCR7对CXCL12生物学功能的影响

7－TMRs通常作为治疗疾病的靶点受体，然而对CXCR7在作为独立受体和HIV共受体方面的功能研究明显晚于CXCR4［18］。随着许多实验方法的发展与完善，CXCR7在CXCL12诱导细胞迁移和黏附、促进细胞增殖及存活、促进血管新生和调节细胞分化等方面的功能已得到大量证实。

3.1 CXCR7对CXCL12诱导细胞迁移和黏附的影响

有大量研究表明，CXCR7对CXCL12诱导的细胞黏附与迁移主要发生在胚胎发育、骨髓象、肿瘤转移和免疫疾病中。大部分淋巴细胞CXCR4／CXCR7异二聚体的形成，可以促进CXCL12的趋化性，但CXCR7促进迁移的效果取决于配体的表达量［19］。而在胚胎发育过程中，集体迁移是重要的标志之一［20］。斑马鱼的有关实验中，原始干细胞的迁移主要是通过趋化因子CXCL12活化两个独立的受体 CXCR4b［21］和 CXCR7［22］来诱导的，而CXCR7的沉默表达则是通过Wnt／β－抑制蛋白信号通路来调节［20］。同时，有研究者［23］发现，在中间神经元迁移形成外皮质板的过程中，CXCR7是短暂表达的，并且CXCR7比CXCR4的作用更明显。有报道［24］指出，虽然在CXCL12刺激的整联蛋白活化或CD34＋祖细胞和T淋巴细胞的活性方面，CXCR7并没有起到作用，但它可以维持B细胞在骨髓中的量保持不变，并且CXCL12与CXCR7的结合可以减少骨髓中趋化因子的水平，从而促进干细胞再生。而在有严重肾脏损害的小鼠模型里可以看到，CXCL12诱导的迁移过程中，CXCR7在肾祖细胞黏附到内皮细胞上起到了关键作用［25］。对肿瘤的研究［15，26］发现，CXCR7在前列腺肿瘤细胞的侵袭和转移中起到了重要作用；而在乳腺癌细胞中，CXCR7的过表达也增强了肿瘤细胞与内皮脐静脉细胞的黏附［6］。另外，有研究者［27］发现，自身免疫疾病内皮中，CXCR7的过表达对炎症的浸润起到了关键作用。在病理过程中，内皮细胞CXCR7的过表达对于增强细胞黏附也是至关重要的。

3.2 CXCR7对CXCL12促进细胞增殖及存活的影响

有学者研究发现，CXCL12／CXCR7这一信号轴在不同的病理进程尤其是肿瘤发展过程中，可促进细胞的增殖和存活。在正常的人类造血干／祖细胞上，只观察到了极低水平的CXCR7表达，并且这个受体在细胞的增殖过程中没有起到直接作用［9］，表明在疾病发生时，CXCR7的误调节可能促进了细胞增殖。例如，CXCR7是促进被EB病毒感染的淋巴细胞增殖的重要因素，敲除CXCR7则抑制了这些细胞的存活和扩增［28］。另外，在急性肾功能衰竭下的肾祖细胞和在低氧环境下的神经祖细胞，也是通过CXCR7受体来激活CXCL12诱导的存活信号转导［25，29］。有报道［30］指出，CXCR7信号促进肿瘤细胞增殖及存活，在前列腺癌细胞系中，CXCR7通过促进CXCL12介导的细胞存活、黏附和趋化作用调节细胞增殖；在结肠癌和胰腺癌细胞株中，CXCL12／CXCR7轴也显著促进了细胞增殖；在乳腺癌中，CXCL12／CXCR7通过抗凋亡作用间接地促进了细胞增殖［31］。经CXCR7转染的人乳腺癌或肺癌细胞株，在免疫缺陷小鼠体内能长成较大的肿瘤，而采用siRNA下调CXCR7的表达则体内生长的肿瘤较小，这也证明CXCR7促进了肿瘤细胞的增殖和存活［32］。

3.3 CXCR7对CXCL12促进血管新生的影响

CXCR7对CXCL12促进血管新生主要表现在胚胎发育中的血管发生，以及肿瘤生长和转移过程中的新生血管形成。例如，CXCR7缺陷小鼠由于严重的心脏损害，在24h内超过95%的围产期死亡率，而这种致命的表型就是由于内皮细胞CXCR7表达的严重缺乏而导致的。通过对CXCR7表达阴性的小鼠基因分析表明，该受体的表达对瓣膜形成、血管保护或内皮细胞的生长及存活是至关重要的［12］。CXCR7和CXCR4在CXCL12介导的大鼠骨髓来源内皮祖细胞（endothelial progenitor cell，EPC）参与血管生成的过程中，发挥着缺一不可的作用。在调节EPCs黏附、掺入基质、跨内膜转移和形成血管样结构的过程中，CXCR7和CXCR4共同参与调节；而CXCL12调节EPCs在应激条件下的存活能力，是通过受体CXCR7而不是CXCR4相互作用而实现的［33］。进一步考察了CXCR7在人脐带血来源EPCs中的作用，结果［34］发现，CXCR7在人脐带血来源EPCs中的作用与大鼠骨髓源EPCs中的作用大体一致，表明CXCR7在EPCs归巢和参与血管生成的过程中发挥着重要作用，可能是血管生成相关疾病治疗的又一新靶点。另外，通过对斑马鱼CXCR7基因的敲除，间接证明了CXCR7在血管发生与形成过程中的关键作用［15］。而在鼠的乳腺癌细胞中，CXCR7的过表达通过增强血管形成来促进肿瘤生长。Kollmar等［32］将CXCR7抗体注入皮下种植肿瘤的小鼠腹腔后，能显著减少其成瘤组织的新生血管密度，从而减缓小鼠皮下肿瘤生长速度。另有研究者发现，在人类乳腺癌、肺癌和黑色素瘤中，与肿瘤相关的血管中CXCR7是高表达的，而在正常的血管中并不表达。刘臻等［35］发现，肝癌组织中有CXCL12及CXCR7蛋白的表达，同正常肝组织相比，表达量明显升高，并且CXCL12表达与门静脉癌栓有关，CXCR7表达与肝内病灶数目和门静脉癌栓有关，提示CXCL12／CXCR7生物学轴通过促进新生血管生成，参与肝细胞癌的侵袭和转移。另外，在人类前列腺癌和膀胱癌细胞中，CXCR7也调节了促血管生长因子IL－8和VEGF的表达和分泌，从而进一步促进了肿瘤血管的形成［26，30］。这些结果表明，在阻止肿瘤血管形成方面，CXCR7可能会成为好的靶点。

3.4 CXCR7对CXCL12细胞分化的影响

既往研究［10，36］表明，CXCL12是通过CXCR4来调节细胞分化，如今越来越多的证据证明，CXCR7在细胞分化中也起到了调节作用。例如，CXCR7和CXCR4受体被证明都参与了肌细胞和单核－巨噬细胞的分化作用［36］。在单核细胞和T细胞中，CXCL12通过与CXCR4和CXCR7相结合，下调转录因子RUNX3的水平，以沉默CD4表达，促进细胞向CD8＋胸腺细胞分化［37］。另外，CD8＋T细胞CXCR7表达的减少，证明了CXCL12／CXCR7信号通路在阻止CD4沉默表达方面起关键作用，且血液中记忆B细胞CXCR7的表达量也与其分化到浆细胞的能力密切相关［10］。

4 CXCL12／CXCR7的作用机制研究

一般认为，趋化因子是通过7－TMRs来传递信号。有报道［38－39］指出，7－TMRs具有共同的催化作用机制，并且这个机制不依赖与之结合的配体结构，配体与受体的细胞外部分结合触发了它们在TM区域的重组和细胞内部分的构象变化，允许蛋白质的结合，从而初始化下游信号通路。但对于有关CXCR7作用机制的研究尚存在很大争议，与传统的趋化因子受体表达经典的DRYLAIV（Asp－Arg－Tyr－Leu－Ala－Ile－Val）模式不同［12］，CXCR7表达DRYLSIT（Asp－Arg－Tyr－Leu－Ser－Ile－Thr）模式，并且脱离了G蛋白调节的信号通路，因此，它被归为非典型趋化因子受体群［40］。有研究者［41］发现，CXCL12或CXCL11与CXCR7结合可以稳定CXCR7与β－抑制蛋白之间的作用。而CXCR7通过与β－抑制蛋白－2信号通路的结合来实现趋化因子的细胞内吞作用也已经被证实［7，42］。CXCR7被普遍接受作为一个清道夫受体来发挥作用，从而使CXCL12从细胞外环境移除。CXCL12通过与CXCR7结合导致细胞内吞，使CXCL12转移到溶酶体，并且使 CXCR7重新回到细胞膜上［7，42］。虽然，其他研究者并没有观察到细胞表达内源性CXCR7的浓度达到饱和，但仍有人提出，在CXCR7转染细胞内高浓度配体阻止了CXCR7的重复再利用，并且这一结果与它作为CXCL12和CXCL11的清道夫受体作用相一致［42］。相关报道［12］证明，CXCR7对G蛋白信号通路的调节是由于它与CXCR4形成的异二聚体的作用，这些异二聚体可增强CXCL12诱导的钙信号转导和延迟ERK的活化，但越来越多的报道支持CXCR7是完全独立于G蛋白的信号受体（图1）。

图1 CXCR7独立于G蛋白作用机制示意图

在前列腺癌、神经胶质瘤、横纹肌肉瘤、星型细胞和施万细胞中，观察到CXCL12通过与CXCR7结合直接活化 Akt途径［16，26］。Rajagopal等［43］证实CXCR7以独立于配体和G蛋白的方式，通过募集β－抑制蛋白－2进行信号传导。而与这些结果相一致的是，CXCR7／CXCR4的共表达导致了β－抑制蛋白的募集，从而促进了CXCL12介导的、依赖β－抑制蛋白的下游信号转导，包括ERK1／2、p38MAPK和SAPK等路径，同时也提出，CXCR7通过β－抑制蛋白路径来诱导细胞迁移［44］。并且，与传统G蛋白介导的信号通路相比，β－抑制蛋白介导的信号转导可以维持更长的时间。

综上所述，CXCR7的表达和功能均存在一定的组织和细胞特异性，在许多病理过程如炎症和肿瘤发生发展过程中，CXCR7的表达显著上调，因此，CXCR7受体可能是这些疾病治疗的重要靶点。但是，CXCR7的作用机制尚存在很大争议。有研究者认为，CXCR7是一个清道夫受体，通过调节环境中CXCL12的水平，参与CXCR4信号的调节；另有研究者认为，CXCR7是通过与CXCR4形成异二聚体，参与CXCL12作用的调节；还有研究者认为，CXCR7是独立于G蛋白的信号受体。因此，CXCR7受体作为治疗的靶点及其作用机制将是下一步的研究重点，尤其CXCR7拮抗剂／抑制剂在抗癌、抗转移和抗炎治疗中的研究，将会引起越来越多的重视及关注。

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