集落刺激因子（CSF）(3)

 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。

　　（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。

　　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