第二节 粘附分子
粘附分子(adhesion molecules,AM)是指介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子,大都为糖蛋白,分布于细胞表面或细胞外基质(extracellular matrix,ECM)中。粘附分子以配体受体相对应的形式发挥作用,导致细胞与细胞间、细胞与基质间或细胞-基质-细胞之间的粘附。参与细胞的信号传导与活化、细胞的伸展和移动、细胞的生长及分化、肿瘤转移、创伤愈合等一系列重要生理和病理过程。
目前按粘附分子的结构特点,可将其分为粘合素超家族的粘附分子、免疫球蛋白超家族的粘附分子、选择凝集素家族粘分子、钙离子依赖的细胞粘附素家族粘附分子及其它未归类的粘附分子。
一、粘合素超家族
粘合素超家族(integrin superfamily)的粘附分子主要介导细胞与细胞外基质的粘附,使细胞得以附着而形成整体(integration),故得名。此外,粘合素超家族的粘附分子还介导白细胞与血管内皮细胞的粘附。
(一)粘合素分子的基本结构
粘合素超家族的粘附分子都是由α、β两条链由非共价键连接组成的异源双休(heterodimer)。α链的分子量为120~180kD,β链的分子量为90~110kD,不同的α链(或称亚单位)或β链(或称亚单位)氨基酸组成和序列有不同程度的共源性,在结构上有其共同的特点。α和β亚单位均由胞浆区、穿膜区、胞膜外区三部分组成。胞浆区一般较短,可能与细胞骨架相联。穿膜区富含疏水氨基酸。β亚单位的胞膜外部分含有4个富含半胱氨酸的重复序列,靠近外侧N端的40~50kD的氨基酸残基通过链内二硫键紧密折叠在一起(图6-1)。
>图6-1 粘附分子结构模式图
(二)粘合素分子的组成
目前已知至少有14种α亚单位和8种β亚单位,除α7和αIEL外其它粘附分子亚单位均已基因克隆成功。α亚单位和β亚单位组合构成粘合素分子并不是随机的,多数α亚单位只能与一种β亚单位结合成异源双体,而大部分β亚单位则可以结合数种不同α亚单位。目前按β亚单位的不同可将粘合素超家族分为7个不同的组,在同一组粘合素分子的不同成员中,β链相同,α链不同。已知α链和β链有20种左右的组合形式。表6-3概括了目前常见的粘合素超家族粘附分子β1、β2和β3组的结构及其相应配体。
表6-3 粘合素超家族粘附分子β1、β2、β3组结构及其相应配体
分组 |
成员 |
α/β亚单位 分子量(kD) |
亚单位 结构 |
分布 |
|
IGSF粘附分子 |
分布 |
分子量(Kd) |
配体 | ||
LFA-2(CD2) |
T细胞、胸腺细胞、大颗粒淋巴细胞 |
50 |
LFA-3(IGSF) | ||
LFA-3(CD58) |
广泛 |
40~65 |
LFA-2(IGSF) | ||
ICAM-1(CD54) |
白细胞、内皮细胞、某些肿瘤细胞、上皮细胞、肝细胞、平滑肌细胞 |
80~114 |
LFA-1(粘合素超家族) | ||
ICAM-2(CD102) |
内皮细胞 |
60 |
LFA-1(粘合素超家族) | ||
ICAM-3(CD50) |
T细胞、单核细胞、中性粒细胞 |
140/108 |
|||
CD4 |
抑制细胞诱导亚群、辅助细胞诱导亚群 |
55 |
MHC-Ⅱ(IGSF) | ||
CD8 |
抑制性T细胞/杀伤性T细胞 |
34/34 |
MHC-Ⅰ(IGSF) | ||
MHC-Ⅰ |
广泛 |
44 |
CD8(IGSF) | ||
MHC-Ⅱ |
B细胞、活化T细胞、活化内皮细胞、巨噬细胞 |
32~34/29~32 |
CD4(IGSF) | ||
CD28 |
T细胞 |
44 |
B7/B7(IGSF) | ||
B7/B71(CD80) |
活化B细胞、活化单核细胞 |
60 |
CD28(IGSF) | ||
N-CAM-Ⅰ |
神经元、胚胎细胞 |
97~220 |
N-CAM-Ⅰ(IGSF) | ||
VCAM-Ⅰ(CD106) |
内皮细胞、上皮细胞、树突细胞、巨噬细胞 |
100,110 |
VLA-4粘合素超家族 | ||
PECAM-Ⅰ(CD31) |
白细胞、血小板、内皮细胞 |
140 |
PECAM-Ⅰ(IGSF) |
>注:LFA:淋巴细胞功能相关抗原;ICAM:细胞间粘附分子;VDAM:血管细胞粘附分子;PECAM:血小板内皮细胞粘附分子;N-CAM:神经细胞粘附分子。
三、选择素家庭
选择素(selectin)家庭最初被称为外源凝集素细胞附分子家庭(selectincellabhesion moleculefamily,LEC-CAM家族)。selectin是由select和lectin两词衍生而来,目前国内尚无统一译法,选择素一词似为妥当。
(一)选择素分子的基本结构
选择素分子为穿膜的糖蛋白、可分为胞膜外区、穿膜区和胞浆区。选择素家族各成员胞膜外部分有较高的同源性,结构类似,均由三个功能区构成:①外侧氨基端(约120个氨基酸残基)均为钙离子依赖的外源凝集素功能区(calcium depenednt Icetindomain),可以结合碳水化合物基团,是选择素分子的配体结合部位;②紧邻外源凝集素功能区的表皮生长因子样功能区(epidermal growth factor like domain, EGF样区),约含35个氨基残,EGF样功能区虽不直接参加与配体的结合,但对维持选择素分子的适当构型是必需的;③靠近膜部分是数个由约60个氨基本酸残基构成的补体结合蛋白(complement binding protein)重复序列。各种选择素分子的穿膜区和胞浆没有同源性。选择素分子的胞浆区与细胞内骨架相联。
(二)选择素家族的组成
目前已发现选择素家族中有三个成员:L-选择素、P-选择素和E-选择素,L、P和E分别代表白细胞、血小板和内皮细胞。这三种细胞是最初发现相应选择素分子的细胞,故得名。选择素家族成员的细胞分布和相应配体见表6-5。
选择素家族组成 |
分子量(kD) |
分布 |
配体 |
>注:LAM:白细胞粘附分子;ELAM:内皮细胞白细胞粘附分子;LECAM:白细胞内皮细胞粘附分子:PNAd:外周淋巴结定居素;GMP:颗粒蛋白:Slewis;唾液酸化的路易斯寡糖;PADGEM:血小板活化依赖的颗粒外膜蛋白CLA:皮肤淋巴细胞相关抗原
(三)选择素分子识别的配体 与其它粘附分子不同,选择素分子识别的配体都是一些寡糖基团,主要是具有唾液酸化的路易斯寡糖(Sialyl-Lewis)或类似结构的分子。与蛋白质分子抗原不同,直接决定细胞表面某种寡糖表达的因素,主要是与某些特的糖基转移酶或碳水化合物修饰酶的作用有关。这些酶的作用可能与细胞的生长与代谢状态有密切关联。一种寡糖基团可以存在于多种糖蛋白或糖脂分子上,并分布于多种细胞表面,因此选择素分子的配体在体内的分布较为广泛。已发现然白细胞、血管内皮细胞、血管内皮细胞、某些肿瘤细胞表面及血清中某些糖蛋白分子上都存在有选择素分子识别的碳水化合物基因。 四、钙离子依赖的粘附分子家族 最初发现一种介导细胞间相互聚集的粘附分子,在有Ca2+存在时可以抵抗蛋白酶的水解作用。以后又发现另外两种作用和特性与其类似的粘附分子,它们的氨基酸组成也有同源性,因此将其命名为钙离子依赖的粘附分子家族(Ca2+dependent cell adhesion molecule family,Cadherm家族)。钙离子依赖的粘附分子家族的粘附分子对于生长发育过程中细胞的选择性聚集具有至关重要的作用。 (一)Cadheria分子结构 Cadherin分子均为单链糖蛋白,约含723-748个氨基酸残基,不同的Cadherin分子在氨基酸水平上有43%-58%的同源性。Cadherin分子由胞浆区、穿膜区和胞膜外区三部分组成,其胞膜区有数个重复功能区,并含有由3-5个氨基酸残基组成的重复序列。近膜部位含有4个保守的半胱氨酸残基,分子外侧N端的113个氨基酸残基构成Cadherin分子的配体结合部位。此外胞膜外部分具有结合钙离子的作用。Cadherin分子的胞膜内部分高度保守,并与细胞内骨架相连。 (二)Cadherin家庭的组成和分布 目前已知Cadherin家族共有3个成员,E-Cadeherin、N-Cadherin和P-Cadherin。不同的Cadherin分子在体内有其独特的组织分布,它们的表达随细胞生长发育状态的不同而改变。Cadherin分子以其独特的方式相互作用,其配体是自身相同的Cadherin分子。 表6-6 Cadherin家族的组成、分布及其配体
五、其它未归类的粘附分子 除了上述四为类粘附分子外,还有一些粘附分子目前尚未归类,包括一组作为selectin分子的配体的CD15、CD15s(s-Lewis),此外,还有CD44、MAd、MLA等粘附分子,兹列于表6-7。 粘附分子参与机体许多重要的生理和病理过程,主要包括:①通过表达于白细胞粘附分子CD11a/CD18、CD11b/CD18、 CD11c/CD18、VLA-4、L-selectin、CD15、CD15s、和P-selectin相互粘附,参与炎症的发生;②通过表达于淋巴细胞上的归巢(Iymphocyte homing receptor,LHR)、L-selectin、CLA、LFA-1、VLA-4、CD44、LPAM-2分别与表达于血管内皮细胞上的定居素(addressin)PNAd、E-selectin、ICAM-1、ICAM-2、VCAM-1、MAd、CAM相互粘附使淋巴细胞向外周淋巴器官,皮肤炎症部位或粘膜相关淋巴组织的回归;③通过CD/MHCⅡ类分子非多态部分、CD8/MHC1类分子非多态部分、LFA-1/ICAM-1、LFA-2/LFA-3、CD28/B7的相互作用参与免疫应答中APC呈提抗原、抗原识别、免疫细胞相互协作以及CTL杀伤靶细胞等多个环节;④通过Cadherin、N-CAM、CD31等分子的自身粘附,以及某些粘附分子与细胞外基质的粘附,参与细胞的发育、分化、附着及移动;⑤E-Cadherin、家庭些成员以及CD44分子等与肿瘤的浸润、转移有关;⑥通过血小板表达的粘附分子参与动脉、静脉中血栓形成以及其它形式的凝血过程。 表6-7 尚未归类粘附分子的主要特征
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