人和小鼠GM-CSF分别由144和141氨基酸残基组成,均包含17氨基酸的先导序列。成熟的人和小鼠GM-CSF分子分别由127和124个氨基酸残基组成,在氨基酸水平上有54%同源性,但生物学作用具有种属特异性。GM-CSF含有高度保守结构的2个链内二硫键,其中51个与93位之间形成的二硫键对该因子的生物学活性有重要作用。人GM-CSF分子中第21~31和78~94氨基酸残基对刺激造血功能极为重要,而糖基无论在体内或体外对GM-CSF的生物效应似乎无影响。
用GM-CSF转基因小鼠造血细胞为研究模型,发现这类小鼠有高水平的GM-CSF,同时伴有许多细胞组织的损伤。自分泌GM-CSF的造血细胞同时转录IL-1α、TNF和FGF(成纤维细胞生长因子)mRNA。
13.GM-CSF的生物学活性 GM-CSF有多种生物学活性(表4-4和4-7)。
表4-7 GM-CSF的生物学活性
体外实验 | |
刺激细胞增殖 | 骨髓细胞,粒细胞,巨噬细胞祖细胞,红样,巨核细胞祖细胞,AML,白血病细胞系,BFU-E,内皮细胞,单核-巨噬细胞,淋巴细胞,骨髓来源树突状细胞祖细胞,成骨肉瘤细胞,腺癌细胞 |
促进功能 | |
中性粒细胞 | 存活和蛋白合成,移动抑制,氧化代谢,脱颗粒,细胞因子分泌,再循环,IgA介导吞噬作用,ADCC吞噬和杀死病原体,表面受体调变,花生四烯酸释放,白三烯和PAF合成 |
嗜酸性粒细胞 | 存活,细胞毒,白三烯合成 |
嗜碱性粒细胞 | 组胺释放 |
巨噬细胞 | 细胞因子合成(如IL-1、TNF-α),杀灭寄生虫,表面受体、抗原表达,杀灭肿瘤,粘附,氧化代谢 |
朗罕氏细胞 | 成熟,存活力和功能 |
体内 | |
促进造血,嗜酸细胞增多 | |
降低血清胆固醇 | |
髓样细胞增殖综合征 | |
失明和肌肉炎细胞浸润(转基因动物) |
有报导GM-CSF和IL-3的融合蛋白可明显增强造血功能,如融合蛋白PIXY321与同时表达GM-CSFR和IL-3R细胞株结合,亲和力增加5~10倍,促进细胞增殖作用是GM-CSF加IL-3作用的10倍,刺激BFU-E、CFU-E、CFU-GM、CFU-GEMM造血细胞集落作用比单独使用IL-3、GM-CSF或两者联合应用要高10~20倍。
4.GM-CSF受体 人和小鼠 GM-CSFR均由α、β两条链组成,单独α链与配体的结合为低亲合力,β链单独不结合配体,但与α链共同组成高亲和力受体,在信号转导中起主要作用。GM-CSFR。α、β两条链胞膜外结构均属于造血因子受体超家族(或称红细胞生成素受体超家族)成员。已证实GM-CSFRβ链为IL-3、IL-5受体所共用,但在人和小鼠β链的共同情况有所差异。
(1)小鼠GM-CSFR:α链又称STH分子,由包括信号肽在内的396个氨基酸组成,成熟分子约70kDa,与IL-3结合为低亲和力,Kd值4×10-8M。小鼠GM-CSFr β链有AIC2A和AIC2B两种分子,其中AIC2A为GM-CSFR所特有,AIC2B则为GM-CSFR、IL-3R、IL-5R所共有。β链与GM-CSFRα链组成高亲和力受体,Kd为3×10-10M。AIC2A由包括信号肽在内878个氨基酸组成,成熟分子120kDa,糖蛋白,胞浆部分413个氨基酸,不含激酶结构,但可被酪氨酸激酶磷酸化,在信号转导过程中发挥重要作用。
(2)人GM-CSFR:α链为低亲和力受体。人β链又称KH97分子,与小鼠GM-CSFr β链AIC2B有56%同源性,人GM-CSFR β链cDNA编码897个氨基酸,成熟分子120kDa,有16个氨基酸的先导序列,胞膜外区422个氨基酸,穿膜区26个氨基酸,胞浆区433个氨基酸,β链为IL-3、IL-5、GM-CSF受体所共用,其信号转导与酪氨酸磷酸化有关,有关信号转导机理参见本章第三节。
(3)GM-CSFR的分布:GM-CSFR主要分布于髓系细胞,但分布的方式有所不同。在中性粒细胞表面仅有GM-CSFR的α和β链,而无IL-5R和IL-3R的α链,因而IL-3、IL-5对GM-CSF与中性粒细胞表面GM-CSFR结合不发生竞争,由于α链数目少于或等于β链的数目,所以中性粒细胞表面仅有高亲和力GM-CSFR,而无低亲和力受体。IL-3、GM-CSF两种细胞因子均可作用于单核细胞,而且可以相互竞争结合。单核细胞可同时表达IL-3、GM-CSF的高亲和力受体,也表达这两种低亲和力受体,提示在单核细胞表面这两种细胞因子受体α链表达的数目多于β链。在嗜酸性粒细胞表面同时表达IL-3、IL-5和GM-CSF三种受体,而且IL-3、IL-5和GM-CSF三种配体均可相互竞争抑制。嗜碱性粒细胞亦具有这三种受体,但结合相应配体的能力依次是GM-CSF>IL-3>IL-5。