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. 2015 Jul-Sep;13(3):469–473. doi: 10.1590/S1679-45082015RB3438
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Chemokines and immunity

Diana Carolina Torres Palomino 1,2, Luciana Cavalheiro Marti 1,2
PMCID: PMC4943798  PMID: 26466066

Abstract

Chemokines are a large family of small cytokines and generally have low molecular weight ranging from 7 to 15kDa. Chemokines and their receptors are able to control the migration and residence of all immune cells. Some chemokines are considered pro-inflammatory, and their release can be induced during an immune response at a site of infection, while others are considered homeostatic and are involved in controlling of cells migration during tissue development or maintenance. The physiologic importance of this family of mediators is resulting from their specificity − members of the chemokine family induce recruitment of well-defined leukocyte subsets. There are two major chemokine sub-families based upon cysteine residues position: CXC and CC. As a general rule, members of the CXC chemokines are chemotactic for neutrophils, and CC chemokines are chemotactic for monocytes and sub-set of lymphocytes, although there are some exceptions. This review discusses the potential role of chemokines in inflammation focusing on the two best-characterized chemokines: monocyte chemoattractant protein-1, a CC chemokine, and interleukin-8, a member of the CXC chemokine sub-family.

Keywords: Chemokines/immunology, Cytokines/immunology, Immunity

INTRODUCTION

Chemokines constitute a large family of small cytokines and generally have low molecular weight ranging from 7 to 15kDa. Chemokines and their receptors are able to control the migration and residence of all immune cells. Some chemokines are considered pro-inflammatory and their release can be induced during an immune response at a site of infection, while others are considered homeostatic, and are involved in the control of cells migration during tissue development or maintenance. The physiologic importance of this family of mediators is resulting from their specificity; members of the chemokine family induce recruitment of well-defined leukocyte subsets.1,2

Many chemokines were initially identified by subtraction hybridization as an immediate or early response genes induced by growth factors. Based on this property, it was supposed that chemokines were involved in cellular proliferation and acted as nuclear factors. However, when complete amino acid sequences were deduced, it was clear that chemokines were secretory proteins.

There are two families of chemokines based on the first cysteine residue: the family called CC chemokines (Chart 1), also known as beta-chemokines. The genes encoding the CC chemokines are located on chromosome 17. CC chemokines stimulate mainly monocytes, but also basophils, eosinophils, T-lymphocytes, and natural killer (NK) cells. The other family CXC (Chart 2), known as alpha-chemokines, have an intervening amino acid between the first two cysteines and are located in the chromosome 4.3-5These chemokines, which mainly stimulate neutrophil chemotaxis, contain a Glu-Leu-Arg (ELR) sequence in the N-terminus that is essential for receptor binding.6,7

Chart 1. Chemokines: CC, receptors and immune function.

Chemokine Other names Receptor Immune function
CCL1 I-309 CCR8 Th2 and Treg trafficking
CCL2 MCP-1 CCR2 Monocyte trafficking
CCL3 MIP-1α CCR1, CCR5 Macrophage-NK migration; T cell/DC interaction
CCL4 MIP-1β CCR5 Macrophage-NK migration; T cell/DC interaction
CCL5 RANTES CCR1, CCR3, CCR5 Macrophage-NK migration; T cell/DC interaction
CCL6 C-10 Unknown ?
CCL7 MCP-3 CCR2, CCR3 Monocyte mobilization
CCL8 MCP-2 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 Th2 response
CCL9 MIP-1γ Unknown ?
CCL10 MIP-1γ Unknown ?
CCL11 Eotaxin CCR3 Eosinophil and basophil migration
CCL12 MCP-5 CCR2 Monocyte trafficking
CCL13 MCP-4 CCR2, CCR3, CCR5 Th2 response
CCL14 HCC-1 CCR1 ?
CCL15 HCC-2 CCR1, CCR3 ?
CCL16 HCC-4 CCR1, CCR2, CCR5 ?
CCL17 TARC CCR4 Th2 response, Th2 cell migration, Treg, lung and skin homing
CCL18 PARC CCR8 Th2 response, marker AAM, skin homing
CCL19 MIP-3β CCR7 T cell and DC homing to lymph node
CCL20 MIP-3α CCR6 Th17 response, B cell and DC homing to gut associated lymphoid tissue
CCL21 SLC CCR6, CCR7 T cell and DC homing to lymph node
CCL22 MDC CCR4 Th2 response, Th2 cell migration, T reg migration
CCL23 MIP-3 Unknown ?
CCL24 Eotaxin-2 CCR3 Eosinophil and basophil migration
CCL25 TECK CCR9 T cell homing to gut, thymocyte migration
CCL26 Eotaxin-3 CCR3, CX3CR1 Eosinophil and basophil migration
CCL27 CTAK CCR10 T cell homing to skin
CLL28 MEC CCR3, CCR10 T cell and IgA plasma cell homing to mucosa
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Source: Murphy PM et al.(3)

Chart 2. Chemokines: CXC, receptors and immune function.

Chemokine Other names Receptor Immune function
CXCL1 GROα CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL2 GROβ CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL3 GROγ CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL4 PF4 ? Pro-coagulant
CXCL5 ENA78 CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL6 GCP-2 CXCR1, CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL7 NAP-2 CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL8 IL-8 CXCR1, CXCR2 Neutrophil trafficking
CXCL9 MIG CXCR3 Th1 response, Th1, CD8 and NK trafficking
CXCL10 IP-10 CXCR3 Th1 response, Th1, CD8 and NK trafficking
CXCL11 I-TAC CXCR3 Th1 response, Th1, CD8 and NK trafficking
CXCL12 SDF-1 CXCR4 Bone marrow homing
CXCL13 BLC CXCR5 B cell and Tfh positioning in lymph node
CXCL14 BRAK ? Macrophage skin homing
CXCL15 Lungkine ? ?
CXCL16 5R-PSOX CXCR6 NKT and ILC migration and survival
CXCL17 DMC ? ?
XCL1 SCM-1α XCR1 Cross-presentation by CD8+ DC
XCL2 SCM-1β XCR2 Cross-presentation by CD8+ DC
CX3CL1 Fractalkine CX3CR1 NK, monocyte and T cell migration
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Source: Murphy PM et al.(3)

Chemokine receptors are differentially expressed by all leukocytes and can be divided into two groups: G protein-coupled chemokine receptors, which is activated by pertussis toxin (PTX)-sentive Gi-type G protein; and an atypical chemokine receptors, which appear to form chemokine gradients and dampen inflammation by scavenging chemokines in a G protein independent manner.8

Nowadays approximately 50 endogenous chemokines ligands and 20 G-protein-coupled receptors have been described. However, there is still a lot to be comprehended in this field, particularly regarding mechanisms during diseases development. In this review, we focused on a timeline basic knowledge in chemokines.

MONOCYTE CHEMOATTRACTANT PROTEIN-1 (CCL2/MCP-1) AND CC CHEMOKINES

Acute inflammation is a complex process characterized by the coordinated migration of effector cells to the site of inflammation, as well as displacement of immune cells from peripheral sites to draining lymphoid organs to initiate immune response. Such coordinated movement of cells requires the induced expression of inflammatory chemokines and their respective receptors on target cells. The interaction between chemoattractant and immune cells trigger a series of biochemical and cellular coordinate events.8,9

CCL2 is typically secreted in two predominant forms with similar molecular weights of 9 and 13kDa. They have the same protein core and differ by the addition of O-linked carbohydrates to the larger form.10 Despite this difference, they have identical activities in vitro. 11

CCL2 stimulates chemotaxis of monocytes and several cellular events associated with chemotaxis, including Ca2 flux and integrin expression. It is also a weak inducer of cytokine expression in monocytes and, at high concentrations, elicits a respiratory burst leading to generation of reactive oxygen species.11,12

Monocytes utilize different chemoattractant molecules to migrate; however, CCL2 and CCL7 are rapidly produced by stromal cells and immune cells after pattern-recognition receptors (PRR) activation or after cytokine stimulation. CCL2 dimerizes and binds to extracellular matrix glycosaminoglycans, thus establishing a stable gradient for CCR2+ inflammatory monocytes.8,13

CCL2 expression has been identified upregulated in certain cell types of some diseases, such as macrophages/foam cells and smooth muscle cells in atherosclerosis; delayed-type of hypersensitivity reactions in the skin mononuclear phagocytes, endothelial cells, and keratinocytes; melanoma cells in skin cancer and synoviocites of rheumatoid arthritis.14-17

Two other chemokines structurally related to CCL2 are named CCL8 (MCP-2) and CCL7 (MCP-3). Generally, CCL2 and CCL7 have similar properties, although CCL7 may exhibit characteristics from both CCL2 and CCL5 (RANTES), suggesting that it has a broader range of chemokine binding. Others CC chemokines include macrophage inflammatory protein 1α (MlP-1α/CCL3), macrophage inflammatory protein-1β (MIP-1β/CCL4), T-cell activation gene-3 (TCA-3/CCL1), and CCL5, which support and regulate activated T-cells.12,18,19

Eosinophil is a leukocyte present in high numbers during inflammatory allergic reactions, such as asthma and rhinitis; there is evidence that links accumulation and activation of these cells with tissue injury and lung dysfunction.20-22 Humbles et al. purified and sequenced a CC-chemokine from bronchoalveolar lavage fluid of allergen-challenged sensitized animal model. They also identified CCL11 (Eotaxin-1) as a local chemoattractant responsible for eosinophil recruitment, via CCR3, a chemokine receptor highly expressed on eosinophils.23 These leukocytes express CCR1 and CCR3 and can respond to a variety of chemokines including CCL11, CCL24 (Eotaxin-2) and CCL26 (Eotaxin-3).24,25

CCL19 (MIP-3β) and CCL21 (SLC) are expressed mainly by stromal cells in T cell-rich zones of lymph nodes. They are mediators of homeostatic trafficking of naïve T cells, but also play a role on T cell priming and activation, as well as on lymphocytes recruitment to inflamed tissue. The pathway signaling of both proteins take place via CCR7, which is expressed on T cells and mature dendritic cells. Although CCL19 and CCL21 exhibit the same affinity for CCR7, only CCL19 has ability to desensitize and internalize the receptor.8

T cells and progenitor cells enter the thymus in response to CCL21/SLC and CCL25/TECK, which are produced by thymic epithelium and surrounding structures. CCR9 guides these cells to the subcapsular zone. Subsequent thymic maturation from double-positive through single-positive thymocytes occurs in concert with their migration into the medulla, which is dependent on CCR7 and perhaps another chemokine yet to be defined.26

In general, chemokines CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL11 and CCL13 are classified as inflammatory; CCL18, CCL19, CCL21, CCL25 and CCL27 as homeostatic. CCL1, CCL17, CCL20 and CCL22 with dual function inflammatory and homeostatic while CCL14, CCL15, CCL16 and CCL23 are related with plasma or platelet.27

INTERLEUKIN-8 AND CXC CHEMOKINES

lnterleukin-8 (IL-8/CXCL8) is a prototypical member of CXC chemokine family. The IL-8 gene encodes a 99-aminoacid translation product. It undergoes proteolytic cleavage of the amino terminal yielding several different products. IL-8 in solution is thought to exist as non-covalently linked dimer, and, in vitro, it is a potent chemoattractant for neutrophils. It has been reported to be also a chemoattractant for a subset of T-lymphocytes.28

IL-8 has also been named neutrophil activating protein-1 (NAP-1), since it stimulates release of neutrophil granules. Like many other chemoattractants, IL-8 induces re-arrangement of cytoskeleton, changes in intracellular Ca2 levels, activation of integrins, exocytosis of granule proteins, and respiratory burst.29There are some chronic inflammatory diseases, such as psoriasis, rheumatoid arthritis, as well as pulmonary diseases, in which IL-8 is overexpressed, and high levels of IL-8 are also seen after septic shock or systemic administration of endotoxin.30-32

Regarding other CXC-chemokines members, neutrophils are the main responsive cell type, since they express receptors CXCR1 and CXCR2, which are able to bind to CXCL1, CXCL2, CXCL5, CXCL6, CXCL7 and CXCL8. In acute inflammation initiated by bacterial invasion, neutrophils are the first cells that infiltrate into the tissue. Neutrophils play a critical role during infection control, first by their capacity of microorganism phagocytosis, and second by releasing other chemotactic mediators, such as CXCL1, CXCL8, CXCL9 and CXCL10 that recruit other leucocytes to the affected tissues.33

Chemokines control innate immune cell trafficking between the bone marrow, blood, and peripheral tissues during inflammation. At the same time, systemic levels of G-CSF lead to a reduction on CXCL12 production by bone marrow and decreased CXCR4 expression by neutrophils. Release of neutrophil from bone marrow into the blood is triggered by the switch of activated receptor, from CXCR4 to CXCR2.8

Mast cells also play an important role in acute inflammation because they express a wide variety of PRR and contain large granules of preformed inflammatory mediators. LPS stimulated murine peritoneal mast cells leads to immediate release of CXCL1- and CXCL2-containing granules, but not histamine-containing granules, as well as transcriptional activation of CXCL1 and CXCL2. This promotes early neutrophil recruitment that is abolished in mast cell-depleted mice, but not macrophage-depleted mice.8

CX3CL1 (or fractalkine) is an atypical chemokine with a documented role in the development of numerous inflammatory diseases, including atherosclerosis. It represents the only known member of the CX3C family and was first characterized by Bazan et al.34 It is a unique chemotactic factor existing in both membrane-bound and soluble form. The human CX3CL1 molecule consists of 373 amino acids and it is functionally divided into four domains: an extracellular domain of 76 amino acids connected to an extended 241 amino acid mucin-like stalk, followed by transmembrane and intracellular domains of 21 and 35 amino acids, respectively. CX3CL1 is synthesized as a membrane-bound molecule with the chemokine domain presented on a mucin-like stalk, which mediates the direct capture of circulating leukocytes. Cleavage at the base of this stalk by a protease, namely the tumor necrosis alpha-converting enzyme, generates a soluble chemokine, which function as a potent chemoattractant of target cells.34,35

The fractalkine receptor CX3CR1 is a well-established marker of anti-inflammatory or patrolling monocytes known by providing pro-survival signal to anti-inflammatory monocytes, but is also present in NK cells, T cells, and smooth muscle cells, where it mediates migration, adhesion and proliferation. CXCR3 is also present on pro-inflammatory monocytes and may play a role on normal function of inflammatory monocytes.8

In general, chemokines CXCL1, CXCL2, CXCL3, CXCL5, CXCL6, CXCL7 and CXCL8 are classified as inflammatory; CXCL12 and CXCL13 as homeostatic. CXCL9, CXCL10, CXCL11 and CXCL16 with dual function inflammatory and homeostatic, while CXCL4 is plasmatic or platelet related.27

ACKNOWLEDGMENTS

We are grateful to Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) grant number 2014/15504-7 and to Sociedade Beneficente Israelita Brasileira Hospital Albert Einstein for their support.

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Einstein (Sao Paulo). 2015 Jul-Sep;13(3):469–473. [Article in Portuguese]

Quimiocinas e imunidade

Diana Carolina Torres Palomino 1,2, Luciana Cavalheiro Marti 1,2

Abstract

Quimiocinas são uma grande família de pequenas citocinas e seu peso molecular varia de 7 a 15kDa. As quimiocinas e seus receptores são capazes de controlar a migração e a residência de células imunes. Algumas quimiocinas são consideradas pró-inflamatórias e podem ser induzidas durante a resposta imune no sítio de infecção, enquanto outras são consideradas homeostáticas e estão envolvidas no controle da migração celular durante o desenvolvimento ou a manutenção dos tecidos. A importância fisiológica dessa família de mediadores é resultado de sua especificidade − os membros da família de quimiocinas induzem ao recrutamento de subtipos bem definidos de leucócitos. Existem duas grandes subfamílias de quimiocinas baseadas na posição dos resíduos de cisteínas: CXC e CC. Como regra geral, membros da família de quimiocinas CXC são quimiotáticos de neutrófilos, e as quimiocinas CC são quimiotáticos de monócitos e subtipos de linfócitos, apesar de existirem algumas exceções. Esta revisão discute o potencial papel das quimiocinas na inflamação focando nas duas quimiocinas mais bem caracterizadas: a proteína quimioatraente de monócitos-1, uma quimiocina CC, e a interleucina 8, uma quimiocina membro da subfamília CXC.

Keywords: Quimiocinas/imunologia, Citocinas/imunologia, Imunidade

INTRODUÇÃO

As quimiocinas formam uma grande família de pequenas citocinas, geralmente de baixo peso molecular, que varia entre 7 e 15kDa. As quimiocinas e seus receptores são capazes de controlar a migração e a residência de todas as células imunes. Algumas quimiocinas são consideradas pró-inflamatórias e sua liberação pode ser induzida durante uma resposta imune em um sítio de infecção, enquanto outras são consideradas homeostáticas e estão envolvidas no controle da migração celular durante o desenvolvimento ou a manutenção dos tecidos. A importância fisiológica dessa família de mediadores é resultado de sua especificidade. Os membros da família das quimiocinas induzem ao recrutamento de subtipos bem definidos de leucócitos.1,2

Muitas quimiocinas foram identificadas inicialmente por meio da hibridização subtrativa, como genes de resposta imediata ou precoce induzidos por fatores de crescimento. Com base nessa propriedade, supôs-se que as quimiocinas estivessem envolvidas na proliferação celular e atuassem como fatores nucleares. No entanto, quando sequências completas de aminoácidos foram deduzidas, ficou claro que as quimiocinas eram proteínas secretoras.

Há duas famílias de citocinas com base no primeiro resíduo de cisteína; a primeira é a família chamada quimiocinas CC (Quadro 1), também conhecidas como beta-quimiocinas. Os genes que codificam as quimiocinas CC estão localizados no cromossomo 17. As quimiocinas CC estimulam principalmente os monócitos, mas também os basófilos, eosinófilos, linfócitos-T e as células natural killer (NK). A outra família é a das quimiocinas CXC (Quadro 2), conhecidas como as alfa-quimiocinas, que têm um aminoácido que intervém entre as duas primeiras cisteínas, localizadas no cromossomo 4.3-5 Essas quimiocinas, as quais estimulam principalmente a quimiotaxia de neutrófilos, contêm uma sequência Glu-Leu-Arg (ELR) no N-terminal que é essencial para a ligação de receptores.6,7

Quadro 1. Quimiocinas: CC, receptores e função imune.

Quimiocina Outros nomes Receptor Função imune
CCL1 I-309 CCR8 Tráfego de Th2 e Treg
CCL2 MCP-1 CCR2 Tráfego de monócito
CCL3 MIP-1α CCR1, CCR5 Migração macrófago NK; interação célula T/DC
CCL4 MIP-1β CCR5 Migração macrófago NK; interação célula T/DC
CCL5 RANTES CCR1, CCR3, CCR5 Migração macrófago NK; interação célula T/DC
CCL6 C-10 Desconhecido ?
CCL7 MCP-3 CCR2, CCR3 Mobilização de monócito
CCL8 MCP-2 CCR1, CCR2, CCR3, CCR5 Resposta Th2
CCL9 MIP-1γ Desconhecido ?
CCL10 MIP-1γ Desconhecido ?
CCL11 Eotaxina CCR3 Migração de eosinófilo e basófilo
CCL12 MCP-5 CCR2 Tráfego de monócito
CCL13 MCP-4 CCR2, CCR3, CCR5 Resposta Th2
CCL14 HCC-1 CCR1 ?
CCL15 HCC-2 CCR1, CCR3 ?
CCL16 HCC-4 CCR1, CCR2, CCR5 ?
CCL17 TARC CCR4 Resposta Th2, migração de célula Th2, Treg e homing (endereçamento) para pulmão e pele
CCL18 PARC CCR8 Resposta Th2, marcador AAM e homing (endereçamento) para pele
CCL19 MIP-3β CCR7 Célula T/DC com homing (endereçamento) para linfonodo
CCL20 MIP-3α CCR6 Resposta Th17, célula B e DC com homing (endereçamento) para tecido linfoide associado ao intestino
CCL21 SLC CCR6, CCR7 Célula T e DC com homing (endereçamento) para linfonodo
CCL22 MDC CCR4 Resposta Th2, migração de célula Th2, migração de T reg
CCL23 MIP-3 Desconhecido ?
CCL24 Eotaxina-2 CCR3 Migração de eosinófilo e basófilo
CCL25 TECK CCR9 Homing (endereçamento) de célula T para intestino, migração de timócito
CCL26 Eotaxina-3 CCR3, CX3CR1 Migração de eosinófilo e basófilo
CCL27 CTAK CCR10 Célula T com homing (endereçamento) para pele
CLL28 MEC CCR3, CCR10 Célula T e plasmócitos de IgA com homing (endereçamento) mucosa
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Fonte: Murphy PM et al.(3)

Quadro 2. Quimiocinas: CXC, receptores e função imune.

Quimiocina Outros nomes Receptor Função imune
CXCL1 GROα CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL2 GROβ CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL3 GROγ CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL4 PF4 ? Pró-coagulante
CXCL5 ENA78 CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL6 GCP-2 CXCR1, CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL7 NAP-2 CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL8 IL-8 CXCR1, CXCR2 Tráfego de neutrófilos
CXCL9 MIG CXCR3 Resposta Th1, tráfego de Th1, CD8 e NK
CXCL10 IP-10 CXCR3 Resposta Th1, tráfego de Th1, CD8 e NK
CXCL11 I-TAC CXCR3 Resposta Th1, tráfego de Th1, CD8 e NK
CXCL12 SDF-1 CXCR4 Homing (endereçamento) para medula óssea
CXCL13 BLC CXCR5 Posicionamento de célula B e Tfh no linfonodo
CXCL14 BRAK ? Homing (endereçamento) de macrófago para a pele
CXCL15 Lungkine ? ?
CXCL16 5R-PSOX CXCR6 Migração e sobrevida de NKT e ILC
CXCL17 DMC ? ?
XCL1 SCM-1α XCR1 Apresentação cruzada por CD8+ DC
XCL2 SCM-1β XCR2 Apresentação cruzada por CD8+ DC
CX3CL1 Fractalquina CX3CR1 Migração de NK, monócito e célula T
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Fonte: Murphy PM et al.(3)

Os receptores de quimiocinas são expressos de forma diferenciada por todos os leucócitos e podem ser divididos em dois grupos: os receptores de quimiocina acoplados à proteína G, que são ativados pela proteína G do tipo Gi sensível à toxina pertússis (PTX); e os receptores atípicos de quimiocina, que parecem formar gradientes de quimiocina e reduzir a inflamação ao sequestrarem as quimiocinas de uma forma que não depende da proteína G.8

Atualmente, cerca de 50 ligantes endógenos das quimiocinas e 20 receptores acoplados à proteína G já foram descritos. No entanto, ainda há muito por compreender nessa área, especialmente com relação a mecanismos que ocorrem durante o desenvolvimento de doenças. Nesta revisão, nós nos concentramos em uma cronologia de conhecimento básico sobre as quimiocinas.

PROTEÍNA QUIMIOTÁTICA DE MONÓCITOS 1 (CCL2/MCP-1) E QUIMIOCINAS CC

A inflamação aguda é um processo complexo caracterizado pela migração coordenada de células efetoras para o sítio de inflamação, além do deslocamento de células imunes de locais periféricos até os órgãos linfoides drenantes, para iniciar a resposta imunológica. Essa movimentação coordenada de células exige a expressão induzida de quimiocinas inflamatórias e de seus respectivos receptores nas células-alvo. A interação entre os quimiotáticos e as células imunes desencadeia uma série de eventos bioquímicos e celulares coordenados.8,9

A CCL2 é secretada tipicamente em duas formas predominantes, com pesos moleculares semelhantes de 9 e 13kDa. Tem o mesmo núcleo proteico e difere pela adição de carboidratos O-ligados à forma maior.10 Apesar da diferença, tem atividades idênticas in vitro. 11

A CCL2 estimula a quimiotaxia de monócitos e vários eventos celulares associados à quimiotaxia, incluindo o fluxo de Ca2 e a expressão de integrinas. Ela é também um indutor fraco da expressão de citocina em monócitos e, em altas concentrações, desperta respiratory burst, que gera espécies reativas de oxigênio.11,12

Os monócitos utilizam diferentes moléculas quimiotáticas para migrar; entretanto, CCL2 e CCL7 são produzidas rapidamente por células estromais e células imunes após a ativação dos receptores de reconhecimento padrão (PRR) ou depois da estimulação de citocinas. A CCL2 forma um dímero e se liga a glicosaminoglicanos da matriz extracelular, estabelecendo, dessa forma, um gradiente estável para os monócitos inflamatórios CCR2+.8,13

A expressão de CCL2 foi identificada aumentada em certos tipos de células de algumas doenças, como nos macrófagos/células espumosas e nas células musculares lisas de aterosclerose; nas reações de hipersensibilidade tardia em fagócitos mononucleares, células endoteliais e nos queratinócitos da pele; nas células de melanoma no câncer de pele e nos sinoviócitos em artrite reumatoide.14-17

Duas outras quimiocinas estruturalmente relacionadas à CCL2 são chamadas de CCL8 (MCP-2) e CCL7 (MCP-3). Geralmente, CCL2 e CCL7 têm propriedades semelhantes, apesar da última poder exibir características tanto da CCL2 quanto da CCL5 (RANTES), sugerindo que ela possui maior amplitude de ligação com outras quimiocinas. Outras quimiocinas CC incluem a proteína inflamatória de macrófagos-1α (MlP-1α/CCL3), a proteína inflamatória de macrófagos-1β (MIP-1β/CCL4), o gene-3 de ativação de células T (TCA-3/CCL1), e a CCL5, a qual auxilia e regula as células T ativadas.12,18,19

O eosinófilo é um leucócito presente em grandes quantidades durante reações inflamatórias alérgicas, como a asma e a rinite; há indícios que ligam o acúmulo e a ativação dessas células à lesão tecidual e à disfunção pulmonar.20-22 Humbles et al. purificaram e sequenciaram uma quimiocina-CC do fluido de lavado broncoalveolar de modelo animal sensibilizado e desafiado com alérgeno. Também identificaram a CCL11 (Eotaxina-1) como um quimiotático local responsável pelo recrutamento de eosinófilos, via CCR3, um receptor de quimiocinas altamente expresso em eosinófilos.23 Esses leucócitos expressam CCR1 e CCR3, e podem responder a diferentes quimiocinas, incluindo a CCL11, a CCL24 (Eotaxina-2) e a CCL26 (Eotaxina-3).24,25

A CCL19 (MIP-3β) e a CCL21 (SLC) são expressas principalmente por células estromais na zona de células T dos linfonodos. São mediadoras do tráfego homeostático de linfócitos T virgens, mas também têm papel no priming e na ativação das células T, bem como no recrutamento de linfócitos para tecidos inflamados. A via de sinalização de ambas as proteínas ocorre por meio do CCR7, o qual é expresso em células T e em células dendríticas maduras. Apesar de CCL19 e CCL21 exibirem a mesma afinidade pelo CCR7, somente CCL19 tem a capacidade de dessensibilizar e internalizar o receptor.8

As células T e as células progenitoras entram no timo em resposta a CCL21/SLC e a CCL25/TECK, que geralmente são produzidas pelo epitélio tímico e estruturas adjacentes. O CCR9 guia essas células até a zona subcapsular. A maturação tímica subsequente de timócitos duplo-positivos em timócitos simples-positivos ocorre conjuntamente com sua migração para dentro da medula, que é dependente do CCR7 e talvez de outra quimiocina ainda a ser definida.26

Geralmente, as quimiocinas CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL11 e CCL13 são classificadas como inflamatórias, enquanto as quimiocinas CCL18 CCL19, CCL21, CCL25 e CCL27 são homeostáticas. As quimiocinas CCL1, CCL17, CCL20 e CCL22 têm dupla função inflamatória e homeostática, enquanto as quimiocinas CCL14, CCL15, CCL16 e CCL23 estão relacionadas ao plasma ou às plaquetas.27

INTERLEUCINA-8 E QUIMIOCINAS CXC

A interleucina 8 (IL-8/CXCL8) é um membro exemplar da família das quimiocinas. O gene IL-8 codifica um produto da tradução de 99 aminoácidos. Ele passa por uma clivagem proteolítica do amino-terminal, resultando em vários produtos diferentes. Acredita-se que a IL-8 em solução exista sob a forma de um dímero ligado de maneira não covalente e, in vitro, ela é um quimiotático potente para os neutrófilos. Também há relatos de que é quimiotática para um subgrupo de linfócitos-T.28

A IL-8 também já foi chamada de proteína ativadora de neutrófilos-1 (NAP-1), já que estimula a liberação de grânulos neutrófilos. Assim como vários outros quimiotáticos, a IL-8 induz à reorganização do citoesqueleto, alterações nos níveis de Ca2 intracelular, ativação de integrinas, exocitose de proteínas granulares e respiratory burst.29 Há algumas doenças inflamatórias crônicas, como a psoríase, artrite reumatoide, bem como doenças pulmonares, em que há a superexpressão da IL-8. Altos níveis de IL-8 também são observados após choque séptico ou administração sistêmica de endotoxinas.30-32

Com relação a outros membros das quimiocinas-CXC, os neutrófilos são o principal tipo de célula responsivo, já que eles expressam os receptores CXCR1 e CXCR2, ao quais podem se ligar a CXCL1, CXCL2, CXCL5, CXCL6, CXCL7 e CXCL8. Em uma inflamação aguda iniciada por invasão bacteriana, os neutrófilos são as primeiras células a infiltrarem os tecidos. Os neutrófilos têm um papel essencial durante o controle da infecção, primeiro devido à sua capacidade de fagocitar microrganismos, e segundo por liberarem outros mediadores quimiotáticos, como CXCL1, CXCL8, CXCL9 e CXCL10, os quais recrutam outros leucócitos para os tecidos afetados.33

As quimiocinas controlam o tráfego de células imunes inatas entre a medula óssea, o sangue e os tecidos periféricos durante a inflamação. Ao mesmo tempo, níveis sistêmicos de G-CSF levam à redução da produção de CXCL12 pela medula óssea e à diminuição da expressão de CXCR4 pelos neutrófilos. A liberação de neutrófilos da medula óssea para o sangue é desencadeada pela mudança do receptor ativado de CXCR4 para CXCR2.8

Os mastócitos também desempenham um papel importante na inflamação aguda, pois expressam uma grande variedade de PRR e contêm grandes grânulos pré-formados de mediadores inflamatórios. Mastócitos peritoneais de murinos estimuladas por LPS levam à liberação imediata de grânulos contendo CXCL1 e CXCL2, mas não de grânulos contendo histamina, bem como à ativação transcricional de CXCL1 e CXCL2. Isso promove um recrutamento precoce de neutrófilos, que é abolido em camundongos depletados de mastócitos, mas não em animais depletados de macrófagos.8

A CX3CL1 (ou fractalquina) é uma quimiocina atípica com um papel documentado no desenvolvimento de várias doenças inflamatórias, incluindo a aterosclerose. Ela representa o único membro conhecido da família CX3C e foi caracterizada pela primeira vez por Bazan et al.34 É um fator quimiotático único existente tanto na forma solúvel, quanto na forma ligada à membrana. A molécula CX3CL1 humana consiste de 373 aminoácidos e é funcionalmente dividida em quatro domínios: um domínio extracelular com 76 aminoácidos ligados a uma haste estendida semelhante à mucina com 241 aminoácidos, seguido por domínios transmembrana e intracelulares de 21 e 35 aminoácidos, respectivamente. A CX3CL1 é sintetizada como uma molécula ligada à membrana, com o domínio quimiocina apresentado em uma haste semelhante à mucina, o qual media a captura direta de leucócitos circulantes. Uma clivagem na base dessa haste por uma protease, chamada enzima conversora de fator de necrose tumoral-alfa, gera uma quimiocina solúvel que funciona como um potente quimiotático das células-alvo.34,35

O receptor CX3CR1 é um marcador bem estabelecido de monócitos anti-inflamatórios ou circulantes conhecidos por fornecerem sinal pró-sobrevivência para monócitos anti-inflamatórios, mas também está presente em células NK, células T e células musculares lisas, onde mediam migração, adesão e proliferação. O CXCR3 também está presente em monócitos pró-inflamatórios e pode atuar na função normal de monócitos inflamatórios.8

Geralmente, as quimiocinas CXCL1, CXCL2, CXCL3, CXCL5, CXCL6, CXCL7 e CXCL8 são classificadas como inflamatórias, enquanto a CXCL12 e a CXCL13 são homeostáticas. As quimiocinas CXCL9, CXCL10, CXCL11 e CXCL16 têm dupla função inflamatória e homeostática, enquanto a CXCL4 está relacionada ao plasma ou às plaquetas.27

AGRADECIMENTOS

A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo projeto de pesquisa número 2014/15504-7, e à Sociedade Beneficente Israelita Brasileira Hospital Albert Einstein, pelo apoio.

Articles from Einstein are provided here courtesy of Instituto de Ensino e Pesquisa Albert Einstein

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