趋化因子信号通路（Chemokine Signaling Pathway）研究，看这一篇就够啦

本文要点

> 趋化因子是一类小分子分泌蛋白，它们在组织中形成浓度梯度，引导细胞向高浓度区域移动
根据其N端前两个半胱氨酸残基的排列，趋化因子被分为四个主要亚家族：CC、CXC、CX3C和XC
在人体这个由数万亿细胞组成的繁华都市中，精确的通信和协调是维持秩序和功能所必需的
趋化因子信号网络就扮演着这样一个角色，它是一个精密的分子导航系统，负责引导细胞在体内进行有序的迁移，无论是在胚胎发育、免疫监视还是组织修复中，都发挥着不可或不
配体与受体：信号的发出与接收—这个系统的核心由两部分组成：作为信号分子的趋化因子（Chemokines）和负责接收信号的趋化因子受体

作者：常誉生物 · 发布：2026-08-20 · 更新：2026-10-09

趋化因子是一类小分子分泌蛋白，它们在组织中形成浓度梯度，引导细胞向高浓度区域移动。根据其N端前两个半胱氨酸残基的排列，趋化因子被分为四个主要亚家族：CC、CXC、CX3C和XC 。

快速问答趋化因子是什么：趋化因子（Chemokines）是一类能诱导细胞定向迁移（趋化）的小分子分泌蛋白家族，按半胱氨酸基序分为 CC、CXC、CX3C、XC 四大亚家族，通过与趋化因子受体（如 CCR5、CXCR4）结合发挥作用。 CXCL9 是什么：CXCL9（MIG）是 CXCR3 的配体之一，属 CXC 亚家族，主要由 IFN-γ 诱导表达，参与 Th1 型免疫应答与炎症细胞募集。 CXCL14 中文名称：CXC 亚家族趋化因子 14，又称 BRAK，在多种组织中低表达并参与免疫监视，其具体功能因组织环境而异。趋化因子受体和配体的关系：受体（GPCR 家族）与配体（趋化因子）非一一对应——一种受体可结合多种趋化因子，一种趋化因子也可作用于多个受体，形成复杂的趋化网络。

趋化因子网络的细胞导航作用

本节要点：趋化因子信号网络像分子导航系统，引导细胞在胚胎发育、免疫监视和组织修复中有序迁移。

在人体这个由数万亿细胞组成的繁华都市中，精确的通信和协调是维持秩序和功能所必需的。 趋化因子信号网络 就扮演着这样一个角色，它是一个精密的分子导航系统，负责引导细胞在体内进行有序的迁移，无论是在胚胎发育、免疫监视还是组织修复中，都发挥着不可或不可缺的作用。

配体与受体构成信号系统核心

本节要点：趋化因子作为信号分子、受体作为接收端构成系统核心，一个受体可结合多种配体，形成复杂的趋化网络。

配体与受体：信号的发出与接收—这个系统的核心由两部分组成：作为信号分子的趋化因子（Chemokines）和负责接收信号的趋化因子受体。趋化因子是一类小分子分泌蛋白，它们在组织中形成浓度梯度，引导细胞向高浓度区域移动。根据其N端前两个半胱氨酸残基的排列，趋化因子被分为四个主要亚家族：CC、CXC、CX3C和XC 。功能上，它们可分为在正常生理状态下持续表达的稳态趋化因子和在感染或损伤时被诱导表达的炎症趋化因子。趋化因子受体是安装在细胞表面的专用“邮箱”，分为经典（cCKRs）和非典型（ACKRs）两类。

经典趋化因子受体 (cCKRs)：作为典型的G蛋白偶联受体（GPCRs），它们具有七次跨膜结构，负责将外部信号转导至细胞内部，启动细胞迁移等反应。受体与配体的结合具有一定的“混杂性”，即一个受体可结合多种配体，反之亦然，这为信号调控提供了巨大的复杂性。非典型趋化因子受体 (ACKRs): 这类受体结构与cCKRs相似，但因缺少关键的G蛋白偶联基序，它们不直接传递迁移信号。其主要功能是作为“清道夫”或“诱饵”，通过结合并内吞降解趋化因子，来主动塑造和重塑组织中的趋化因子浓度梯度，从而精确调控信号的范围和强度。这种正向信号传递（cCKRs）与主动信号移除（ACKRs）的动态平衡，共同构建了一个高度精确、可随时空变化的细胞导航信息场。

表1：主要趋化因子家族、受体及其关键功能概述

家族

关键配体（示例）

关键受体

主要细胞靶点与功能

关键疾病关联 CXC趋化因子 CXCL8/IL-8

CXCR1, CXCR2

中性粒细胞招募，炎症反应

炎症，慢性阻塞性肺病（COPD）

CXCL12/SDF-1

CXCR4, ACKR3

干细胞归巢，胚胎发育，血管生成

癌症转移，艾滋病（HIV）

CXCL9, CXCL10, CXCL11

CXCR3

Th1细胞招募，抗病毒/抗肿瘤免疫

自身免疫病（如多发性硬化） CC趋化因子 CCL2/MCP-1

CCR2

单核细胞/巨噬细胞招募，炎症

动脉粥样硬化，类风湿关节炎

CCL5/RANTES

CCR1, CCR3, CCR5

T细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞招募

过敏性炎症，HIV

CCL19, CCL21

CCR7

树突状细胞和T细胞归巢至淋巴结

免疫监视，癌症转移 CX3C趋化因子 CX3CL1/Fractalkine

CX3CR1

单核细胞、NK细胞、T细胞的粘附与迁移

神经炎症，动脉粥样硬化 XC趋化因子 XCL1/Lymphotactin

XCR1

T细胞和NK细胞招募

适应性免疫应答当趋化因子与受体结合，会触发经典的G蛋白循环。受体激活异源三聚体G蛋白，使其Gα亚基释放GDP并结合GTP，随后Gα-GTP与Gβγ二聚体解离，二者作为活化的信号分子，各自启动下游通路。信号的终止由G蛋白偶联受体激酶（GRKs）和β-抑制蛋白（β-arrestin）介导的受体脱敏和内吞，以及G蛋白信号调节蛋白（RGS）加速GTP水解来共同完成。解离的G蛋白亚基会激活多个关键的下游信号级联—PLC/PKC通路：Gβγ二聚体激活磷脂酶Cβ（PLCβ），水解PIP2生成IP3和DAG 。IP3触发内质网释放钙离子，DAG与钙离子共同激活蛋白激酶C（PKC），这对于免疫细胞的快速反应至关重要。PI3K/Akt通路： Gβγ二聚体激活IB型磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3Kγ），生成PIP3，进而招募并激活Akt/PKB 。该通路是细胞内最重要的生存信号通路之一，调控细胞的生存、增殖和生长。MAPK/ERK通路：通过激活Ras-Raf-MEK-ERK磷酸化瀑布，活化的ERK进入细胞核调控基因表达，影响细胞的增殖、分化和生存等长期应答。这些信号通路最终汇聚于对细胞骨架的精密调控。通过激活Rho家族的小GTP酶（RhoA，Rac1，Cdc42），细胞得以实现定向迁移。在趋化因子梯度的指引下，Cdc42和Rac1在细胞前端驱动伪足伸出，而RhoA在细胞后端驱动肌球蛋白收缩，推动细胞体向前移动。

偏向性激动编码信号特异性

本节要点：偏向性激动指不同配体结合同一受体时优先激活特定下游通路，使看似冗余的趋化信号实际编码高度特异的指令。

值得注意的是，一个被称为“偏向性激动”（biased agonism）的概念揭示了趋化因子信号更深层的复杂性。它指的是不同配体结合同一受体时，能优先激活特定的下游通路。这意味着，过去被认为是“冗余”的现象，实际上是一种编码高度特异性指令的机制，使细胞能根据信号的“身份”做出更精细的响应。趋化因子信号网络是维持机体健康的基石，其功能贯穿于整个生命过程。

炎症趋化因子与适应性免疫衔接

本节要点：CXCL8与CCL2形成梯度招募中性粒细胞和单核细胞，趋化因子引导携带抗原的树突状细胞迁移至淋巴结，连接先天与适应性免疫。

在免疫防御中，炎症趋化因子（如CXCL8和CCL2）在感染或损伤部位形成浓度梯度，将中性粒细胞和单核细胞等招募至前线，清除病原体并启动修复。同时，趋化因子引导捕获了抗原的树突状细胞迁移至淋巴结，启动特异性的适应性免疫应答，连接了先天与适应性免疫。在稳态下，CXCL12、CCL19等趋化因子则负责维持淋巴器官的精细结构，确保免疫细胞的有序归巢和日常监视。

趋化因子在发育与血管生成中的作用

本节要点：CXCL12/CXCR4轴引导胚胎细胞迁移，含ELR基序的CXC趋化因子促进血管生成，不含该基序者则抑制血管生长。

趋化因子信号在免疫系统之外同样至关重要。在胚胎发育中，CXCL12/CXCR4信号轴引导着原始生殖细胞、神经嵴细胞的精确迁移，对器官形成至关重要。在血管生成方面，趋化因子扮演着双向调控角色：含ELR基序的CXC趋化因子（如CXCL8）促进血管生成，而不含该基序的（如CXCL10）则抑制血管生长，维持着精妙的平衡。此外，在创伤愈合过程中，趋化因子系统协调炎症细胞、成纤维细胞和内皮细胞的有序活动，完成组织修复。

趋化因子与癌症、自身免疫和HIV

本节要点：肿瘤细胞借CXCR4-CXCL12轴向远端器官转移，RA与MS中趋化因子引导免疫细胞致炎，CCR5-Δ32突变者对HIV-1具天然抵抗。

趋化因子系统一旦失调或被“劫持”，就会成为多种重大疾病的推手—癌症与转移：肿瘤细胞利用趋化因子系统实现定向转移，为“种子与土壤”假说提供了分子解释。表达特定受体（如CXCR4）的肿瘤细胞，会被分泌相应配体（如CXCL12）的远端器官（如骨髓、肺）所吸引并定植。同时，肿瘤细胞还会分泌趋化因子来改造肿瘤微环境，例如招募抑制免疫反应的细胞，或直接通过激活PI3K/Akt和MAPK等通路促进自身增殖与生存。自身免疫与炎症性疾病—在类风湿关节炎（RA）和多发性硬化（MS）等自身免疫病中，趋化因子系统错误地将自我反应性免疫细胞引导至关节或中枢神经系统，引发慢性炎症和组织损伤。HIV感染—趋化因子研究与艾滋病研究在20世纪90年代发生交汇，科学家发现HIV-1病毒入侵细胞需要CD4受体以及一个共受体，最终锁定为趋化因子受体CCR5和CXCR4 。病毒通过其包膜蛋白gp120先后结合CD4和这两个共受体之一，从而实现与细胞膜的融合。这一发现解释了为何携带CCR5基因突变（CCR5-Δ32）的个体对HIV-1具有天然抵抗力，因为他们细胞表面缺少这一关键的“入侵门户” 。

鉴于趋化信号通路在疾病中的核心作用，趋化因子系统已成为药物研发的热点。RayBiotech推出的高通量信号通路芯片也越来越受到全世界科学家的欢迎。

CXCR4 下游信号机制：一图看懂

在趋化因子系统中，CXCL12（SDF-1）与受体 CXCR4（及非典型受体 ACKR3）的结合是研究最集中的信号轴之一。下面用一张简图梳理 CXCR4 被激活后的下游信号传导流程：

CXCL12（SDF-1）

↓ 结合

CXCR4（GPCR） / ACKR3（非典型受体）

↓ 激活异源三聚体 G 蛋白：Gα 释放 GDP、结合 GTP，与 Gβγ 解离

PLC/PKC
IP3 → 内质网释放 Ca²⁺；DAG + Ca²⁺ → PKC

PI3K/Akt
PI3Kγ → PIP3 → 招募激活 Akt

MAPK/ERK
Ras-Raf 级联激活

↓ 输出：免疫细胞快速反应、生存与增殖等

信号终止：GRK 与 β-arrestin 介导受体脱敏内吞；RGS 加速 GTP 水解

需要实测趋化信号通路时，可用人趋化信号通路芯片（货号 AAH-BLG-CHE）一次筛查 175 个关键蛋白，或用 AKT 磷酸化通路芯片（AAH-AKT-1）检测 18 个磷酸化位点——详见下文产品介绍。

一、Human Chemokine Signaling Pathway Array L1，人趋化信号通路芯片，货号：AAH-BLG-CHE，一次筛选检测人趋化信号通路中的175个关键蛋白的相对表达情况，适用于血清，血浆，细胞上清，细胞裂解液，组织裂解液等多种液体样品，175个关键的蛋白列表如下：

二、Human TGF beta Pathway Phosphorylation Array C1，人TGF-β信号通路磷酸化芯片，货号：AAH-TGFB-1，一次筛选检测8个TGF-β信号通路上的关键的磷酸化位点，适用于各种液体样品，强烈推荐组织裂解液或者细胞裂解液样品，8个磷酸化位点列表如下：

三、Human/Mouse AKT Pathway Phosphorylation Array C1，人/小鼠AKT磷酸化信号通路芯片，货号：AAH-AKT-1：一次检测人或小鼠样本中 AKT 信号通路中的 18 个关键磷酸化位点，适用于各种液体样品，强烈推荐组织裂解液或者细胞裂解液样品， 18 个关键磷酸化位点列表如下：

四、Human/Mouse MAPK Phosphorylation Array，人/小鼠MAPK磷酸化信号通路芯片，货号：AAH-MAPK-1：一次性检测人或小鼠样本中 MAPK 通路的 17 个关键蛋白的磷酸化水平，适用于各种液体样品，强烈推荐组织裂解液或者细胞裂解液样品，17 个关键磷酸化位点列表如下：

然而，由于趋化因子系统的复杂性和“冗余”特性，许多的科研工作可能会暂时的碰壁或者遇到瓶颈，但是我们深信，随着RayBiotech推出越来越多高通量的专门针对信号通路的芯片，信号通路研究的效率将会大大加速。同时，越来越多的迹象表明，在药物研发领域，药物研发的焦点正转向利用偏向性激动作用。这一概念指的是不同配体能选择性地激活同一受体的部分下游通路。这为设计“智能药物”开辟了新思路，即选择性地阻断致病通路，同时保留有益通路的功能，从而在提高疗效的同时降低副作用。这代表了从“阻断受体”到“调控受体信号”的范式转变，为开发更安全、更有效的靶向药物带来了巨大的希望。

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常见问题

趋化因子是什么？

一类小分子分泌蛋白，在组织中形成浓度梯度，引导细胞向高浓度区域移动，在胚胎发育、免疫监视和组织修复中发挥分子导航作用。

趋化因子分为几个亚家族？

根据 N 端前两个半胱氨酸残基的排列，分为四个主要亚家族：CC、CXC、CX3C 和 XC。

CXCR4 下游信号通路有哪些？

CXCL12（SDF-1）与 CXCR4 结合后，激活异源三聚体 G 蛋白：Gα 释放 GDP、结合 GTP，并与 Gβγ 解离，随后启动多条下游级联——PLC/PKC 通路（IP3 触发内质网释放钙离子，DAG 与钙离子共同激活 PKC）、PI3K/Akt 通路（PI3Kγ 生成 PIP3，招募并激活 Akt，调控细胞生存与增殖）、MAPK/ERK 通路（Ras-Raf 级联）。信号终止由 GRK 与 β-arrestin 介导的受体脱敏内吞、以及 RGS 加速 GTP 水解共同完成。

趋化因子信号通路怎么检测？

可用 RayBiotech 人趋化信号通路芯片（货号 AAH-BLG-CHE）一次筛查人趋化信号通路中 175 个关键蛋白的相对表达情况，适用于血清、血浆、细胞上清、细胞裂解液、组织裂解液等样品；磷酸化层面可用 AKT 磷酸化通路芯片（货号 AAH-AKT-1）一次检测 18 个关键磷酸化位点。