SDF1/CXCR4生物学轴对巨核系造血的调控作用

作者                    作者单位

谭凤娇  汕头大学医学院第一附属医院血液内科,汕头 515041

刘元生  汕头大学医学院第一附属医院血液内科,汕头 515041

1 SDF1及其受体CXCR4在造血系统的表达及对HSPCs

造血调控的影响1.1 SDF1及其受体CXCR4在造血系统的表达 SDF1属于趋化因子CXC亚家族成员，人类SDF1基因定位于第十号染色体(10q11.1)，在骨髓中主要由骨髓内皮细胞和不成熟的成骨细胞分泌;其特异性受体CXCR4是一个有7个跨膜结构域的G蛋白偶联受体，定位于第4号染色体[3]。CXCR4在造血细胞广泛表达，包括早期的CD 34+ 、CD 38- 、Lin- 祖细胞和髓系、淋系定向祖细胞[4]。CXCR4大部分存在于细胞胞浆内，细胞通过内摄作用调节CXCR4在胞膜上的表达，这可能有利于动态调节HSPCs对SDF1信号应答作用进而促进HSPCs归巢、增殖[5]。小鼠SDF1/CXCR4基因敲除会导致HSPCs从胎肝迁移至骨髓功能缺陷、骨髓淋系和髓系造血功能缺陷。此外还影响到胚胎发育中神经干细胞的迁移，血管与心脏的发生等[4]。早期认为CXCR4是SDF1的唯一受体，它们之间是一对一的受体配体关系， 但最近的研究发现[6]，SDF1还存在另一受体CXCR7，其表达于多种肿瘤细胞、激活的内皮细胞及胎肝细胞，通过与SDF1相互作用，影响肿瘤细胞的黏附、生长和转移，但其对造血系统的影响尚未见报道。

1.2 SDF1/CXCR4生物学轴促进HSPCs归巢、增殖及分化和生存 目前体外和体内实验均证实：SDF1/CXCR4生物学轴在HSPCs的归巢中起关键性的作用。SDF1/CXCR4通过调节HSPCs与骨髓微环境相互作用，调控其归巢及定位于造血微环境、增殖、分化及生存[7]。作为目前已知的最强的HSPCs趋化因子，SDF1依靠其在骨髓和外周血之间存在的浓度梯度诱导HSPCs 迁移至骨髓微环境中[3]。HSPCs能够特异识别和黏附表达SDF1和E选择蛋白的骨髓微血管并发生迁移。SDF1介导HSPCs的迁移是PKC激活依赖的：当持续增加细胞内cAMP浓度激活PKC时，CD 34+ 细胞表面CXCR4的表达增加，从而促进SDF1介导的HSPCs的迁移 [8]。Hidalgo等[9] 研究发现，HSPCs迁移至血管微环境后的定位是通过介导、活化黏附分子之间的应答实现的：SDF1通过活化CD 34+ 细胞的LAF1、VLA4、VLA5等黏附分子受体，从而增强LAF1/ICAM1、VLA4/VCAM1的相互作用介导CD 34+ 细胞黏附内皮细胞和跨内皮迁移，此种相互作用可以被百日咳毒素和细胞松弛素D抑制，提示该效应需Gαi蛋白下游信号参与和完整的细胞骨架。同时，SDF1与CXCR4相互作用可活化影响细胞分泌的重要转录因子NFκB，刺激CXCR4阳性的HSPCs分泌基质金属蛋白酶(MMPs，如MMP2和MMP9)、NO和VEGP等细胞因子，有助于细胞外基质中成分的降解及HSPCs发生穿越细胞外基质的移行，而利于HSPCs归巢及定位于造血微环境[10]。

早期的研究认为，SDF1虽能促进鼠HSPCs增殖和激活人HSPCs的JAKSTAT途径，但并不能影响后者的增殖和生存。但Kahn等[11]研究发现，病毒转染人脐血CD 34+ 细胞使其过度表达CXCR4，可激活PI3KAKT和MAPK途径，能明显增强其对低浓度SDF1的应答，加强SDF1介导的趋化作用及肌动蛋白的聚合作用，增强CD 34+ 细胞在体外的增殖、生存及其在NOD/SCID小鼠的植入能力。另一方面，Karen等[12]应用SDF1类似体CTCE0214低浓度(0.01ng/ml)长时间(4 d)与TPO等细胞因子协同作用于人外周血CD 34+ 细胞，可明显扩增CD 34+ Lin 细胞数量及促进BFUE、CFUG、CFUM、 CFUGM 和CFUMix集落形成，并能增强其在NOD/SCID小鼠的植入能力;而短时间(4 h)高浓度(500 ng/ml)CTCE0214作用下的CD 34+ 细胞扩增程度虽不及低浓度短时间CTCE0214的作用，但植入细胞存活数量明显增加，这提示了SDF1与CXCR4的相互作用对CD 34+增殖与生存的作用具有浓度和时间特异性，同时CTCE0214也为临床利用SDF1CXCR4轴提供了理论依据。Van等[13]还发现，SDF1CXCR4轴可促进与骨髓基质细胞共培养的体外长期培养人外周血HSPCs的增殖，其可能机制除SDF1本身具有促增殖效应外，还与其能促进骨髓基质细胞分泌IL6、IL11、GMCSF等细胞因子有关。由此可见，SDF1CXCR4轴促进HSPCs归巢、增殖、分化和生存的效应是HSPCs与骨髓微环境相互作用的结果。

2 SDF1/CXCR4生物学轴促进巨核系归巢、增殖及分化

2.1 SDF1/CXCR4生物学轴促进巨核系归巢 1998年，Wang 等[1]首次报道了CXCR4在巨核系的表达。用FCM、RTPCR检测显示骨髓CD 34+、CD 61+ 细胞、外周血小板和巨核细胞型白血病细胞株的细胞表面均表达CXCR4，且CXCR4表达程度与巨核细胞的成熟程度相平行。SDF1/CXCR4在巨核系造血中的作用进而得到了越来越多的关注。体内外实验证实，SDF1/CXCR4通过影响巨核细胞的迁移、归巢、定位、分泌、CFUMK的形成、核多倍体化及血小板形成等促进巨核系造血。SDF1诱导MK迁移至骨髓微环境同样是依靠其在骨髓和外周血之间建立的浓度梯度。Wang等[1]用体外Transwell培养体系观察到SDF1对巨核细胞跨内皮迁移有强烈趋化作用，并呈现剂量依赖性。Porecha等[14]利用逆转录病毒转染使MO7e细胞过表达CXCR4从另一面证明了上述观点：过表达CXCR4能显著增强MO7e细胞趋化性和细胞生存，更为重要的是细胞过表达CXCR4可对极低水平的SDF1产生应答，诱导细胞归巢。其可能机制为：SDF1与未成熟MK结合，通过G蛋白受体偶联介导细胞内钙流动和肌动蛋白聚合，诱导细胞迁移、归巢[15]。Avecill等[16]的研究进而发现，SDF1可进一步通过影响巨核祖细胞在造血微环境中的定位来影响巨核细胞与造血微环境之间相互作用，间接对增殖、生存和分化产生影响。SDF1可增强表达在巨核祖细胞上的VLA4和表达于微血管龛的VCAM1之间的相互作用，使巨核祖细胞能够迁移定位于微血管龛，从而促进巨核祖细胞生存、增殖、发育成熟和血小板释放。SDF1亦能活化αIIbβ3+巨核细胞转录因子NFκB而分泌MMP9及VEGP，有利于MK与血管内皮相互作用、穿过血管基质膜，促进巨核细胞归巢及定位[17]。

2.2 SDF1/CXCR4生物学轴促进巨核系增殖及分化 早期研究认为，虽然SDF1与未成熟MK结合在诱导细胞归巢和CD 62P的表达中起重要作用，但对巨核细胞增殖并无影响[15]。Guerriero等[2]在体外实验中观察到在不含血清培养条件下，SDF1可加速TPO对人外周血来源的巨核细胞分化过程中多倍体的形成过程，SDF1组产生巨核细胞数目明显增多，血小板产量亦增多，这种效果呈剂量依赖性，最有效的SDF1浓度是100 ng/ml，这个水平接近骨髓基质细胞生理条件下的释放浓度，证实骨髓造血微环境基质细胞分泌的SDF1对MK的增殖起重要作用。同时Perez等[18]的研究也证实，人脐血CD 34+ 细胞移植后的NOD/SCID小鼠，增加血浆内SDF1浓度，可明显增加小鼠体内人CD 41+细胞及外周血小板数(7~10倍);随着体内SDF1浓度的下降血小板数也随之下降，进一步证实SDF1对MK造血的重要调控作用。

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