Fractalkine/CX3CR1信号轴在炎症疾病中的研究进展①

李 茂 龙润莹 张焱皓 秦 欢 罗军敏

(遵义医科大学免疫学教研室,贵州省免疫分子应用研究工程中心，遵义 563003)

趋化因子是指能够吸引免疫细胞迁移到感染部位的细胞因子，在炎症反应中具有重要作用，它既具有趋化功能又具有免疫调节功能。根据其分子氨基端半胱氨酸残基排列方式和数目的不同，可以分为 C、CC、CXC 和 CX3C 4类[1]。不规则趋化因子Fractalkine(FKN)，又称CX3CL1，具有可溶型和膜结合型2种形式，可溶型FKN分子主要起趋化因子的作用，对NK细胞和T细胞具有强效趋化作用，膜结合型FKN主要表达在活化的内皮细胞、活化的成纤维细胞和成骨细胞上，主要起介导黏附的作用。其受体CX3CR1在淋巴细胞、巨噬细胞和破骨细胞上表达，FKN与CX3CR1结合后可使外周血白细胞产生趋化和黏附的作用，同时参与组织损伤的“监视”作用，从而达到快速动员和使效应细胞到达炎症部位的目的。目前在各类炎症疾病如类风湿关节炎、神经系统炎症、动脉粥样硬化、脓毒症等疾病中发现FKN/CX3CR1信号轴参与其发生发展[2,3]。阻断这种配体-受体之间的相互作用，可以减少单核细胞与内皮细胞壁的结合从而达到改善疾病的目的[4]。现就近年来FKN/CX3CR1信号轴在多种炎症疾病中的研究进展做一综述。

1 FKN与CX3CR1

FKN于1997年被发现，是CX3C-类趋化因子中唯一的成员，其基因定位于人染色体 16q13片段，主要由内皮细胞产生,既有趋化作用又有黏附功能,并参与白细胞向炎症组织游走，以可溶型和膜结合型2种形式存在，2种形式的FKN对于介导炎症反应有不同的功能：膜结合型FKN作为黏附分子，诱导表达于单核细胞和白细胞的CX3CR1的黏附[5]。同时，其还具有黏蛋白样杆状结构，这种结构使其能够介导白细胞的迁移和紧密黏附、控制炎症部位白细胞的渗出、介导单核细胞和T淋巴细胞的迁移。1998年Fong等[6]首次发现内皮细胞表达的膜结合型FKN与白细胞上的CX3CR1相互作用后可以对白细胞(T细胞和自然杀伤细胞)进行捕获和黏附，这种捕获和黏附不依赖于整合素的诱导和G蛋白信号通路，也就是说膜结合型FKN与CX3CR1相互作用就足以产生白细胞的黏附从而介导炎症的发生[7]。可溶性FKN从细胞膜上裂解后，在体外诱导白细胞、单核细胞、中性粒细胞的趋化从而促进炎症细胞穿过血管内皮到达炎症部位[7]。CX3CR1是FKN唯一的高亲和力受体，属于G蛋白偶联受体超家族，其基因定位于 3p21-3pter，不仅在单核细胞、T细胞、NK细胞等白细胞上表达，也在内皮细胞、主动脉平滑肌细胞等非髓样细胞上表达[8]。当机体发生炎症反应时，会启动炎症级联反应，产生如IFN-γ、IL-1、 TNF-α、IL-10和IL-6等炎症细胞因子从而激活FKN/CX3CR1轴参与炎症反应[9]。除此之外，FKN能够黏附单核细胞，CD8+T细胞以及CD16+、CD56+NK细胞，也就是说通过作用于化学趋化物和黏附分子，FKN/CX3CR1轴能够对炎性疾病起重要的作用。

2 FKN/CX3CR1信号轴与炎症疾病

炎症细胞到达炎症部位是一个动态的、多步骤的过程，在此过程中FKN/CX3CR1信号轴介导炎症反应的可能机制是通过对中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞等炎症细胞的高效趋化和黏附作用，以促进炎症细胞到达炎症部位从而介导炎症疾病的发生发展。

2.1类风湿关节炎 类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种病因未明的慢性全身性炎症性疾病，最终导致患者骨和关节软骨的破坏，使患者丧失劳动能力，其特点是多关节的慢性炎症[10]。RA的特征之一是在RA滑膜液中存在高水平的促炎细胞因子的浸润，如TNF和IL-1[11]。2001年Ruth等[12]首次发现FKN参与RA发病机制，RA患者滑膜液中可溶性FKN水平较骨关节炎患者升高，同时在RA患者的滑膜液中的巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和树突状细胞中也发现了FKN表达。在进一步的研究中还发现，RA患者炎症性关节中提取的滑膜液在FKN耗尽后其诱导单核细胞趋化的能力降低，提示该趋化因子是单核细胞浸润炎症性关节所必需的[12]。同时，刺激成纤维样滑膜细胞中的FKN会引起基质金属蛋白酶-2的产生，其通过软骨降解和血管生成而导致RA的发生[13]。另有研究表明，在RA滑膜组织中的CD16+单核细胞中观察到了高水平的CX3CR1表达，且可溶性FKN有效地激活了这些细胞群的趋化性。Yano等[14]发现可溶性FKN可通过活化单核细胞诱导IL-1和IL-6的产生，FKN介导CD16+单核细胞的迁移和募集，并促进滑膜组织炎症。Rennert等[15]发现，CD16+单核细胞的招募可能是FKN趋化特性的结果。此外，阻断FKN和CX3CR1相互作用或许有利于RA的治疗。Nanki等[16]发现应用抗FKN单克隆抗体全身治疗可抑制炎症细胞向滑膜的浸润从而改善RA的发展。Tanaka等[17]发现对RA患者使用抗FKN单克隆抗体E6011可观察到炎症细胞局部浸润减少，滑膜骨侵蚀减少。这些数据表明，阻断FKN/CX3CR1轴也许可以通过抑制炎症细胞向滑膜的浸润从而改善RA[3]。综上所述，FKN/CX3CR1信号轴在RA的发生发展中扮演重要角色，许多研究表明FKN/CX3CR1参与RA的疾病进程，但其具体机制仍不明确。虽然使用CX3CR1的拮抗剂可能对RA的病理过程有益，但是这些化合物是否对机体有不利作用以及是否具有特异性靶向作用仍需进一步探索。

2.2神经系统炎症 FKN/CX3CR1轴通过控制神经系统疾病过程中炎症细胞因子的释放和突触可塑性，调节小胶质细胞的活化和功能、神经元的存活和突触的功能。其多重功能导致FKN/CX3CR1轴在神经系统疾病中起着有利或有害的双重作用。阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)是老年人最常见的进行性神经退行性疾病，其特征是淀粉样蛋白β蛋白积聚和因过度磷酸化聚集的tau蛋白而形成的细胞内神经纤维缠结。在AD中，FKN/CX3CR1信号轴发挥着不可忽视的作用。Merino等[18]发现 FKN/CX3CR1轴促进小胶质细胞活化和吞噬作用，从而增强了细胞外淀粉样蛋白β斑块的清除，并减弱p-tau过度磷酸化和神经元内聚集。此外，FKN-CX3CR1信号传导可抑制小胶质细胞激活和吞噬作用，并影响IL-1β和TNF-α等促炎细胞因子的释放，从而减弱AD中的神经炎症和Aβ沉积[19]；帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是第二常见的神经退行性锥体外系疾病，主要表现为黑质致密部多巴胺神经元丢失[20，21]。趋化因子参与PD如多巴胺神经元丢失的病理过程，有研究证实FKN可降低6-羟多巴胺介导的PD模型大鼠SNpc中的神经毒性、小胶质细胞的活化以及坏死神经元的激活[22]。FKN/CX3CR1信号轴可在炎症条件下抑制小胶质细胞活性，也许激活CX3CR1可预防小胶质细胞神经毒性。Pabon等[22]发现CX3CL1处理的大鼠纹状体损伤体积更小，神经元损失更少，也就是说FKN在多巴胺能损伤中具有神经保护作用。此外，He等[23]发现下调自噬神经元上CX3CL1 FKN的表达会促进脑卒中的小胶质细胞炎症损伤。总的来说，FKN/CX3CR1在维持脑内稳态方面发挥着重要作用，深入研究它是如何在不同的神经系统疾病发展过程中发挥不同的作用，将为开拓有效抑制神经系统炎症疾病发展的靶向治疗新途径提供可能。

2.3动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，其特征是单核细胞逐渐渗入内皮，形成含有脂质、白细胞、平滑肌细胞和炎症介质的斑块[24]。这些斑块可能会变得不稳定并容易破裂，引发急性血栓性血管事件，导致心肌梗死、中风和猝死。在动脉粥样硬化病变的各个阶段中,单核细胞在分化为巨噬细胞和树突状细胞起到重要作用[25]。White等[26]发现在FKN、无血清培养基(serum-free medium,SFM)和胎牛血清(fetal calf serum,FSC)这3种环境中刺激生长的健康人单核细胞中，只有FKN能够增加单核细胞的存活率，且FKN在两个单核细胞亚群中均有明显的延长生存作用。一些研究证明，FKN及其受体CX3CR1参与了动脉粥样硬化发生的过程，且FKN和CX3CR1的基因变异也许会影响冠状动脉疾病中的动脉粥样硬化的过程，Zhang等[27]发现与正常动脉相比，动脉粥样硬化冠状动脉和颈动脉斑块中FKN/CX3CR1表达增加，且与相应的野生型基因型相比，FKN rs170364和CX3CR1 rs17793056增加了冠心病的易感性。有研究发现，在动物模型中阻断FKN/CX3CR1信号对于动脉粥样硬化发生发展有抑制作用[28]，但用于阻断该通路的技术目前还难以应用于人体试验。此外，Zhou等[29]发现使用DNA疫苗接种阻断CX3CR1通路可能对动脉粥样硬化起到积极的作用。Riopel等[4]发现利用CX3CL1-Fc治疗可以抑制单核细胞以及内皮细胞黏附，从而降低动脉粥样硬化的发病率。综上所述，FKN/CX3CR1信号轴在动脉粥样硬化的发展中扮演重要角色，虽然近年来针对阻断FKN/CX3CR1信号轴能够对动脉粥样硬化疾病进程有积极作用的研究增多，但具体能否应用于人体试验并不明确，更加清楚的解释FKN/CX3CR1信号轴参与动脉粥样硬化的过程及其在临床治疗中的应用，有利于相关治疗方式的研发。

2.4脓毒症 脓毒症是指宿主对感染的免疫反应失调从而引起的全身炎症反应综合征[30]。有研究证明，脓毒症与肾脏单核细胞浸润以及FKN水平升高有关[31]。单核细胞在脓毒症发生的促炎和抗炎现象中起着至关重要的作用，FKN的受体CX3CR1在脓毒症生理病理过程中起到了保护作用[32]。Chousterman等[33]通过在脓毒症小鼠中，对CX3CR1的激活来调节和控制单核细胞的黏附及促炎和抗炎细胞因子，从而证实了炎症单核细胞通过CX3CR1依赖的黏附机制对脓毒症的病理机制产生保护作用。另有研究发现CX3CR1 mRNA表达改变与患者死亡率相关。Alexandre等[34]发现脓毒症患者血清FKN浓度升高，而单核细胞中CX3CR1 mRNA的表达下调，且患者预后也会随之变差。这和Friggeri等[35]发现的CX3CR1 mRNA表达降低与死亡率升高相关一致。总之，FKN/CX3CR1信号轴可作为脓毒症发生发展的相关因素之一，在今后的研究中，明确FKN/CX3CR1信号轴是否能成为脓毒症治疗的新靶点及其具体的调控机制将是该病治疗领域的新突破点。

3 讨论

综上所述，FKN/CX3CR1信号轴在RA、神经系统炎症、动脉粥样硬化、脓毒症等多种炎症相关疾病中具有关键作用，这也提示FKN/CX3CR1信号轴可能成为控制炎症性疾病的一个作用靶点，为评价炎症疾病的严重程度以及干预治疗提供更多的可能性。然而，由于其对于白细胞的趋化和黏附机制中具有双重作用，从而产生了相互矛盾的结果，这些冲突的数据也提示FKN/CX3CR1信号轴在不同的炎症疾病中也许会有不同的结果。目前对于FKN/CX3CR1信号轴相关作用机制以及其在临床治疗中的应用仍不够深入，将来也许可以通过干预FKN/CX3CR1信号轴进而影响临床炎症相关疾病的发生。