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趋化因子是一大类指导细胞在发育和免疫防御中迁移的可溶性分泌蛋白。它们与趋化因子受体相互作用,协调各种生理过程中的细胞迁移。CXC型趋化因子亚家族是趋化因子家族的第二大亚家族,由若干成员组成。七鳃鳗是研究免疫系统进化的极佳模型,是现存的最古老无颌类脊椎动物之一。本研究鉴定了七鳃鳗3个CXC型趋化因子配体(CXCL8、CXCL_F5和CXCL12)以及2个CXC型趋化因子受体(CXCR_L1和CXCR_L2),应用生物信息学方法分析了它们的进化特征和分子结构;通过实时荧光定量PCR(q PCR)的方法分析了5个基因在正常东北七鳃鳗(Lampetra morii)各组织中的表达分布情况,鳗弧菌(Vibrio anguillarum)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)感染东北七鳃鳗后,相关免疫组织中5个基因的表达模式变化以及脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)、聚肌苷酸-聚胞苷酸(Polyinosinic acid-polycytidylic acid,poly I:C)和美洲商陆丝裂原(pokeweed mitogen,PWM)刺激日本七鳃鳗(Lampetra japonica)原代白细胞后,5个基因的表达模式变化;构建真核表达载体,转染至人HEK293 T细胞,获得CXCL8和CXCL_F5重组蛋白及表达CXCR_L1和CXCR_L2的细胞进行趋化实验,分析其配体与受体的关系。结果如下:(1)克隆获得了七鳃鳗CXCL8、CXCL_F5和CXCL12三个CXC型趋化因子配体基因。序列分析发现,七鳃鳗CXCL8、CXCL_F5和CXCL12基因具有四个保守的半胱氨酸,而CXCL_F5基因在C端还具有两个额外的半胱氨酸并在C末端区域包含多个带正电的碱性氨基酸;系统进化树分析发现,七鳃鳗CXCL8、CXCL_F5和CXCL12与其它鱼类的同源蛋白聚为一簇;基因组结构和基因共线性分析发现,这3个基因与有颌类脊椎动物同源基因具有相似的基因组结构,但与其它物种的共线性并不保守;通过蛋白三维结构预测分析发现,3个CXCLs基因均具有1个α螺旋和3个β折叠,七鳃鳗CXCL8和CXCL_F5的N末端螺旋的整体拓扑结构分别与人的CXCL8和CXCL9的拓扑结构更相似,而CXCL12的N末端螺旋与3个β折叠的距离较大。(2)克隆获得了七鳃鳗CXCR_L1和CXCR_L2两个CXC型趋化因子受体基因。序列分析发现,CXCR_L1和CXCR_L2基因具有七次跨膜结构域并且在第二个细胞内区域含有保守的DRY基序,并且在N末端区域包含多个带负电的酸性氨基酸;系统进化树分析发现,七鳃鳗CXCR_L1和CXCR_L2聚为一簇,并形成了一个由CXCR1-5和ACKR4组成的大分支。基因组结构和基因共线性分析发现,这两个基因与有颌类脊椎动物同源基因具有相似的基因组结构,但与其它物种的共线性并不保守;通过蛋白三维结构预测分析发现,CXCR_L1和CXCR_L2均包含7个α螺旋,CXCR_L1的预测结构与人CXCR1的预测结构非常相似,CXCR_L2在结构上与人CXCR3更相似。(3)东北七鳃鳗5个基因在各组织中的表达模式分析发现,CXCLs和CXCRs在6个组织(肝脏、肾脏、心脏、肠、鳃和髓样小体)中呈组成性表达,但在六个组织中表达水平不同。CXCL8、CXCL_F5和CXCR_L1在鳃中的表达量最高,而CXCL12和CXCR_L2在髓样小体表达量最高。在肝脏中,CXCL8、CXCL_F5和CXCR_L2的表达最低,而在心脏中CXCL12和CXCR_L1的表达最低。在血液原代白细胞中,CXCL8的表达最高,其次是CXCR_L1、CXCR_L2、CXCL12和CXCL_F5。(4)鳗弧菌和金黄色葡萄球菌感染东北七鳃鳗后分析发现,在感染后CXCL8和CXCL_F5在肾脏和肠中均显著上调,但肠中的变化程度较弱。而CXCL12,CXCR_L1和CXCR_L2的表达仅在鳗弧菌感染后才显著上调,并且变化程度较弱。LPS、poly I:C和PWM刺激日本七鳃鳗原代白细胞后分析发现,这些刺激诱导了CXCL8和CXCL_F5的表达,但CXCL12仅在LPS和PWM刺激12 h后表达上调。在LPS和PWM刺激后,CXCR_L1和CXCR_L2的表达上调,而在poly I:C刺激后CXCR_L1和CXCR_L2的表达受到抑制。(5)趋化实验分析发现,重组CXCL8蛋白促进了转染CXCR_L1 HEK293 T细胞的迁移,但不影响转染CXCR_L2细胞的迁移;相反,重组CXCL_F5蛋白促进了转染CXCR_L2细胞的迁移,但不影响转染CXCR_L1细胞的迁移。总而言之,CXCL8和CXCL_F5分别通过CXCR_L1和CXCR_L2行使趋化功能。上述研究结果表明:我们鉴定了七鳃鳗3个CXC型趋化因子基因和2个CXC型趋化因子受体基因,表明CXC型趋化因子在无颌鱼类中已经分化。CXC型趋化因子和受体基因的基因组结构在七鳃鳗和有颌类脊椎动物中相对保守,但是基因共线性并不保守,这可能是由于第二轮基因组加倍事件所致。CXC型趋化因子和受体基因对PAMPs(模式识别受体的配体)刺激和细菌感染的反应不同,表明它们可以通过PRR介导的信号通路激活。在细菌感染后,它们表现出不同程度的表达变化,暗示它们在抵御病原微生物入侵的免疫应答反应中发挥了不同作用。CXCL8和CXCL_F5分别通过CXCR_L1和CXCR_L2行使趋化功能,趋化因子的C末端区域对于与其受体的N末端区域相互作用的特异性可能至关重要。