(三)G-CSF
1.G-CSF的产生 内毒素、TNF-α和IFN-γ可活化单核细胞和巨噬细胞产生粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor,G-CSF)。此外,成纤维细胞、内皮细胞、星状细胞和骨髓基质细胞等在LPS、IL-1或TNF-α刺激活化后也可分泌G-CSF。某些白血病细胞以及CHu-2人口腔癌细胞、5637人膀胱癌细胞、MIAPa Ca-2胰腺癌细胞可组成性地表达G-CSF。
2.G-CSF的分子结构和基因 1986年G-CSF cDNA克隆成功,G-CSF基因全长2.5kb,包括5个外显子和4个内含子,人G-CSF基因位于17号染色体,与小鼠G-CSF基因约有73%同源性,与IL-6无论在基因水平以及氨基酸水平上都有很高同源性,包括外显子、内含子组成,Cys数目,两对二硫键位置以及分子的三级结构等。小鼠G-CSF分子共含有208个氨基酸,30个氨基酸先导序列,成熟蛋白为178个氨基酸。人类有两种不同的G-CSf cDNA,分别编码含207和204氨基酸的前体蛋白,均有30个氨基酸的先导序列,成熟蛋白分子分别为177和174个氨基酸,前者除了在成熟分子N端35位处插入了3个氨基酸外,其余的序列与174氨基酸分子相同。人G-CSF分子量为19.6kDa,PI6.1,O-糖基化,对酸碱(pH2~10)、热以及变性剂等相对较稳定。G-CSF有5个半胱氨酸,Cys 36与Cys42,Cys74与Cys64之间形成两对二硫健,Cys17为不配对半胱氨酸,二硫键对于维持G-CSF生物学功能是必须的因素。人和小鼠G-CSF在氨基酸水平有73%同源性,并具有相互交叉的生物学活性。
3.G-CSF受体 1990年G-CSF受体cDNA克隆成功,基因组16.5kb长,有17个外显子。G-CSFR为高亲和力受体,表达在造血祖细胞和中性粒细胞、胎盘细胞、内皮细胞和髓样白血病细胞株如HL-60细胞等,每个中性粒细胞有300~1000个G-CSFR,Kd为100pM。小鼠G-CSFR是高度糖基化的,含812个氨基酸。膜型G-CSFR包括胞膜外区、穿膜区和胞浆区。胞膜外区含有3个区域:(1)N端1个Ig样区;(2)1个红细胞生成素受体超家族结构域,这是识别G-CSF配体的部位;(3)三个串连的Ⅲ型纤维粘连素(fibronectin)结构区。人G-CSF R含813氨基酸,与小鼠G-CSFR有62%同源性。此外,人G-CSFR还有一种759氨基酸的异型(isoform),这种异型G-CSFR除C端序列不同外,其它部分与前者相同。G-CSFR还可以可溶性形式(sG-CSFR)存在于体液中。
4.G-CSF的生物学作用 G-CSF主要作用于中性粒细胞系(lineage)造血细胞的增殖、分化和活化。在体外G-CSF刺激骨髓造血祖细胞中中性粒细胞集落的形成,延长成熟中性粒细胞的存活时间,活化中性粒细胞,促进其ADCC,超氧阴离子的产生和碱性磷酸酶的合成。最近研究表明,单独G-CSF或与SCF协同可促进多能造血干细胞的增殖、干细胞母细胞集落形成以及体内CFU-S的形成。G-CSF还具有对人粒细胞、单核细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞以及成肌纤维细胞的趋化作用。肿瘤患者注射G-CSF后可提高血循环中中性粒细胞的水平,这种作用可能与缩短某些骨髓细胞进入S期的时间以及增加生成粒细胞的祖细胞数量有关。
(四)M-CSF
巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor,M-CSF)又称CSF-1,最初发现其存在于血清、尿或其它体液中,能刺激骨髓造血祖细胞巨噬细胞集落的形成。
1.M-CSF的产生 多种细胞均可产生M-CSF,包括:成纤维细胞、子宫内膜中分泌型上皮细胞、骨髓基质细胞、脑星状细胞、成骨细胞;LPS等激活的巨噬细胞、B细胞、T细胞和内皮细胞等;此外,多种肿瘤细胞如原粒细胞性白血病、淋巴母细胞性白血病、肺腺癌细胞、乳腺癌和卵巢癌等。
2.M-CSF分子的结构和基因 人和小鼠天然M-CSF为糖蛋白,由二硫键连接的同源双体,分子量40~90kDa。人M-CSF前体长度554~256个氨基酸不等,均有32个氨基酸的信号肽和23个氨基酸的穿膜部分。膜结合型M-CSF表达在单层培养的成纤维细胞,可刺激表达M-CSF受体的巨噬细胞的粘附和增殖。成熟M-CSF分子靠近N端150氨基酸在与M-CSF受体结合中起关键作用,人和小鼠M-CSF分子这个区域结构高度保守,其同源性达80%。
3.M-CSF受体 M-CSFR由c-fms原癌基因所编码。人和小鼠M-CSF和M-CSF受体基因分别定位于第5和第11对染色体,与GM-CSF、IL-3、IL-4、IL-5、IL-13和酸性FGF基因密切连锁。M-CSF受体为高亲和力,表达于循环的单核细胞和组织巨噬细胞以及胎盘滋养层细胞。人M-CSFR为穿膜糖蛋白,胞膜外区512个氨基酸,组成5个免疫球蛋白样区,穿膜区25个氨基酸,胞浆区435个氨基酸,并具有蛋白酪氨酸激酶区。通常M-CSFR是以同源二聚体形式存在。
4.M-CSF的生物学作用 M-CSF主要的生物学作用是促进单核-吞噬细胞包括破骨细胞在内的存活、增殖和活化。妊娠妇女尿中M-CSF水平明显增加,可能与胎盘的形成有关。M-CSF是炎症反应中的介质,并可提高巨噬细胞杀伤肿瘤细胞和微生物的能力。人M-CSF可作用于小鼠,而小鼠的M-CSF生物学作用则具有种属的特异性。
图4-3 细胞因子与造血细胞分化
合理应用重组人M-CSF有助于提高机体免疫应答水平,现已用于治疗某些肿瘤,提高化疗后总白细胞和粒细胞水平,还可治疗小儿慢性中性粒细胞减少症。医学 全在.线提供www.lindalemus.com
M-CSF可能与某些癌症、全身性红斑狼疮和骨质疏松症等疾病发生有关。白血病、淋巴细胞恶性增生、骨髓及外骨髓增殖性疾病、卵巢癌、子宫内膜癌、全身性红斑狼疮以及免疫性血小板减少性紫瘢病人血清或血浆中M-CSF的水平可升高。
(五)SCF
干细胞因子(stem cell factor,SCF)又称肥大细胞生长因子(mast cell growth factor,MGF),最初是从Buffalo大鼠肝细胞系中cDNA克隆成功,在小鼠MGF基因位于第10号染色体SL基因,是C-kit的配体(C-kit ligand,KL),因此也称之造血生长因子KL。
1.SCF的产生 主要由肝细胞产生。
2.SCF的分子结构 人和小鼠SCF分别由248和220个氨基酸组成,约有80%同源性。SCF可以可溶性和膜结合两种形式存在,可能与SCf mRNA剪接或蛋白酶切割位点不同有关。在体内SCF以非共价相连同源二聚体形式存在,单体分子量约31kDa,单体中含有4个半胱氨酸残基,形成分子内二硫键。糖基对SCF生物学活性并非必需。医学全在线www.med126.com
3.SCF受体 SCF受体即是C-kit,成熟SCF受体分子由953个氨基酸组成,其中胞膜外区497个氨基酸,属免疫球蛋白超家族成员,组成5个Ig样的结构域,与M-CSFR、PDGFR有较高的同源性;穿膜区由23个疏水性氨酸组成;胞浆区433个氨基酸,含有酪氨酸激酶和自身磷酸化的结构域。SCFR表达于多种干细胞、集落形成细胞和肥大细胞等。
4.SCF的生物学作用
(1)促进IL-3依赖的早期造血前体细胞的增殖和分化,可以IL-3、G-CSF、GM-CSF和EPO等细胞因子协同促进髓样、淋巴样和红细胞样细胞的产生。
(2)促进肥大细胞增殖。
(3)促进黑素母细胞(melanoblasts)的增殖。
SCF在骨髓移植、造血功能障碍以及干细胞基因治疗中有潜在的应用价值。目前SCF已进入临床Ⅰ期试验,主要治疗乳腺癌和淋巴瘤病人。