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编号:10221060
解离素对细胞粘附功能的影响
http://www.100md.com 《广州医学院学报》 2000年第2期
     作者:张梅 余清声 综述 管锦霞 审核

    单位:张梅(广州医学院广州蛇毒研究所,广州 510182);余清声(广州医学院广州蛇毒研究所,广州 510182);管锦霞(广州医学院广州蛇毒研究所,广州 510182)

    关键词:解离素;整合素;整合素受体;粘附

    广州医学院学报000233 中图分类号 R977.6 文献标识码:A

    文章编号:1008-1836(2000)02-0085-06

    解离素(disintegrin)是一类从多种蛇毒和水蛭毒素中分离出来的,含有精-甘-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)序列或赖-甘-天冬氨酸(Lys-Gly-Asp,KGD)序列,半胱氨酸含量丰富,分子量为5~9KDa的小分子多肽[1]。整合素(integrin)为广泛表达的细胞粘附受体家族,它粘附于细胞外基质和不同的细胞上,介导细胞粘附的相互作用。所有整合素均由异二聚体组成,它们与多种细胞外配体相互作用,涉及许多基本生理过程,包括胚胎形成、器官形成、伤口愈合、炎症、肿瘤细胞迁移和白细胞移动。整合素可以识别配基中特异的氨基酸序列,研究发现最好的是含有RGD序列的基质蛋白质,包括纤维蛋白原(fibrinogen)、玻璃连接蛋白(fibronectin)、纤维连接蛋白(fibronectin)、凝血酶敏感蛋白(thrombospondin)、骨桥蛋白(osteopontin)和血管性假血友病因子(von Willebrand factor,vWF)等[2]。解离素为整合素超家族中β1和亚β3亚家族的特异性抑制剂,包括对纤维蛋白原受体、玻璃连接蛋白受体、纤维连接蛋白受体的抑制[3]。解离素最初是在1987年由Huang TF等人发现并作为血小板聚集抑制剂来报道的,它的抑制细胞粘附作用在1988年由Knudsen KA等人提出,但直到90年代后,才对其作用机制和性质有了深入的了解,发现它可以和很多细胞表面的整合素受体结合,包括中性粒细胞、破骨细胞、肿瘤细胞、血管内皮细胞等。这种结合是通过解离素分子内部的RGD序列和细胞表面的多种整合素受体的作用来实现的,抑制细胞粘附,从而影响肿瘤转移、血管生成、骨吸收等体内过程。本文就解离素对各种细胞粘附功能影响的进展,作简要的综述如下。
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    1 抑制血小板粘附、聚集,抗血栓形成

    多种解离素和血小板膜上的糖蛋白(GPⅡb/Ⅲa)一纤维蛋白原受体结合,竞争性拮抗纤维蛋白原和血小板的结合,防止了血小板的活化和GPⅡb/Ⅲa受体构象的改变,阻断受体与多种配体的结合,从而抑制了血小板聚集的最终共同通路,阻断血栓的形成。解离素由于存在天然的立体空间结构,它的抗血小板作用比人工合成的线状RGD多肽强2000多倍,对各种激动剂如ADP、凝血酶、胶原、肾上腺素、花生四烯酸等引起的血小板聚集均有抑制作用。解离素已广泛的进行临床实验和研制,将成为一类很有前景的抗血栓药物。

    1.1 对经皮冠状动脉腔内成形术后的血管闭塞和再狭窄的作用

    尽管经皮冠状动脉腔内成形术(PTCA)自1977年开展后,用于各种冠状动脉狭窄和闭塞性心脏病(心绞痛、心肌梗塞等)的治疗,已取得很大进展,但由于术后突发的冠状动脉闭塞和后期的狭窄,限制了PTCA的开展[4]。毋庸置疑,过多的血小板沉积在血管成形术后的部位,在冠状动脉闭塞和狭窄的病理生理中起了重要作用[5]。解离素,这类新的抗血栓物质,作为纤维蛋白原受体的拮抗剂,抑制了血小板的活化和聚集反应,防止血小板在手术部位和粥样硬化部位的聚集,影响内壁血栓形成。对PTCA术后冠状动脉闭塞和再狭窄有预防作用[6]
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    1.2 在急性心肌梗死治疗中的作用

    从Agkistrodon rhodostoma venom 中纯化的含有68个氨基酸的多肽Kistrin,在急性心肌梗死(AMI)的溶栓治疗中,与组织型纤维蛋白原激活因子(tissue-type plasminogen activitor,t-PA)合用,减少t_PA的用药剂量,并增强t-PA的溶栓作用,对防止梗塞血管的再闭塞有良好作用,且能轻微抑制血小板和延长出血时间[7]

    1.3 在脑血管梗死中的作用

    和急性心肌梗死一样,血小板聚集在血栓性脑梗死中同样起了重要作用。从Trimeresurus flavoviridis venom 中纯化的7.5KDa的解离素Triflavin,在鼠中脑动脉血栓模型中,通过其抑制血小板粘附、聚集的作用,延长闭塞性血栓形成的时间,降低缺血性脑损害面积,可用于预防脑动脉血栓形成[8]
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    1.4 对血小板的保护作用

    手术后出血时间延长,血小板功能损害是体外循环手术需要解决的问题。由Viper Echis Carinatus venom 中提取出来的解离素,Echistatin在体外循环中,暂时可逆地抑制血小板粘附、β-血栓球蛋白的释放及血小板与ADP的聚集,阻止了血小板的活化,保持了术后血小板对ADP的敏感性,保护血小板的功能[9]

    1.5 抑制血小板和胶原的粘附

    胶原本身不直接引起血小板聚集,但胶原在血管损伤后暴露出来,引起血小板聚集,是形成血栓的重要物质之一。从Bothrops jararaca 中提取的高分子量(55KDa)溶血性金属蛋白酶Jararhagin,属于金属蛋白酶/解离素/丰富半胱氨酸(A Disintegrin and metalloproteinase,ADAM)家族的一员。它具有很强的抑制由整合素受体α2β1(GPIα/Ⅱα)亚单位介导的血小板和胶原的粘附。Jararhagin的活性和非活性形式的半数抑制深度(IC50)分别为40nmol/L和140nmol/L。如此高的抑制效果表明,除了Jararhagin的解离素结构域外,它的金属蛋白酶结构域也参与了这种抑制作用。研究结果表明,Jararhagin先通过解离素结构域和α2亚单位结合,随之金属蛋白酶水解β1亚单位,使整合素α2β1结构丧失,失去和大分子配体的结合的作用,从而抑制了胶原和血小板的聚集[10~11]
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    2 抑制血管生成,诱导细胞凋亡

    从Agkistrodon acutus viper venom中分离出来的短链解离素家族的一员Accutin,不仅能抑制多种激动剂(如凝血酶、胶原、ADP、肾上腺素)引起的血小板聚集,而且特异性抑制单抗7 E3对人类脐静脉内皮细胞(HUVEC)的结合。Accutin抑制HUVEC粘附到静止的纤维蛋白原、纤维连接蛋白、玻璃边接蛋白以及毛细血管的形成,并诱导凋亡细胞DNA的断裂。它是通过阻断血管内皮细胞的整合素受体αvβ3和细胞外基质(ECM)的作用,并诱导凋亡来抑制血管形成[12]

    从Agkistrodon halys brevicaudus venom 中提取的新的解离素Salmosin,可抑制由碱性纤维生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)引起的牛毛细血管内皮细胞的增殖,但对正常生长的细胞无效。Salmosin阻断bFGF诱导的绒毛膜血管形成,而对胚胎血管没有影响。对老鼠体内转移性肿瘤和原发性肿瘤,Salmosin均可有效抑制其生长。Salmosin是通过阻断血管内皮细胞表面的整合素受体αvβ3,发挥其肿瘤特异性抗血管形成作用,来抑制肿瘤生长[13]。解离素这一抗血管生成作用,可用来开发有潜力的抗肿瘤转移制剂。
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    3 抑制破骨细胞的粘附,减少骨吸收

    破骨细胞表面表达整合素受体,这些整合素受体和骨及骨的重吸收有关。Echistatin在纳摩尔浓度就对培养的动物破骨细胞引起的骨吸收表现出明显的抑制作用[14~15]。而且进一步研究还表明,Echistatin是体内破骨细胞介导的骨吸收的有效抑制剂。Echistatin通过RGD序列和破骨细胞表面的玻璃连接蛋白受体αvβ3结合,从而竞争性阻断了破骨细胞和骨外基质的相互作用[16]。King 等人研究发现,Kistrin这一小分子多肽,也是体内、体外骨吸收的有效抑制剂[17]

    从Agkistrodon contortrix contortrix venom中分离的Contortrostatin(CTS),为由二硫键连接的含有两个RGD位点的一个新的同二聚体蛇毒解离素,有效抑制破骨细胞和ECM中组分的粘附,中止破骨细胞介导的骨吸收。CTS和破骨细胞表面的αvβ3整合素受体作用,抑制由αvβ3介导的破骨细胞粘附[18]。对这一类解离素和破骨细胞作用机制的进一步研究,有可能设计开发出治疗骨质疏松和其它骨骼疾病的抗骨吸收药物。
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    4 抑制视网膜色素上皮细胞引起的牵引性视网膜脱离

    Echistatin和flavoridin(从Trimeresurus flavoviridis venom中提取)明显抑制视网膜色素皮(RPE)细胞和ECM的粘附。这两个解离素和RPE细胞表达的整合素受体α2β1、α5β1结合,抑制了RPE细胞和ECM的粘附。该作用比甘-精-甘-天冬-丝氨酸(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser,GRGDS)肽强150~300倍,且呈剂量依赖性。在体内试验中,两个解离素均明显抑制由RPE细胞诱导的牵引性视网膜脱离,而且通过细胞毒性测试,证明解离素对RPE细胞和视网膜无毒[19]。所以解离素和它的类似物可作为增殖性玻璃体视网膜病变中潜在的抗粘附治疗用药。

    5 抑制肿瘤细胞的粘附和转移

    解离素被发现在相当数量的不同肿瘤性疾病中,可有效抗肿瘤细胞粘附和侵袭。
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    5.1 对鼠黑色素瘤细胞的粘附抑制

    Soszka等人在1991年研究发现,从Trimerexurus albolabris venom中分离出来的7.5KDa的多肽Albolabrin,抑制鼠黑色素瘤细胞B16-F10与ECM粘附[20]。Echistatin显示呈剂量依赖性的抑制鼠黑色素瘤细胞B16-BK6与纤维连接素、玻璃连接素、层粘蛋白的粘附[21]。此外还发现Eristostatin(从Eristocophis macmahoni venom 中纯化的短链解离素)和Barbourin抑制鼠黑色素瘤细胞B16-F10的实验性肺转移[22]

    5.2 抑制人类结肠腺癌细胞的粘附、转移

    通过免疫荧光显微镜和流式细胞仪分析,发现Sw-480人类结肠腺癌细胞表面有αⅡbβ3、αvβ3、α5β1、α6β1整合素受体。从Calloselasma rhodostoma venom 中分离出来的含68个氨基酸的解离素Rhodostomin,能抑制结肠腺癌细胞与纤维连接蛋白及几种抗癌细胞整合素的单抗的结合。Rhodostomin通过它的RGD序列和结肠癌癌细胞表面的整合素受体αⅡbβ3、αvβ3、α5β1结合,发挥它的抑制粘附作用[23~24]
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    5.3 抑制人类肝癌细胞的粘附

    Sheu 等研究表明,Triflavin抑制人类肝癌细胞 CJ-5引起的血小板聚集,是通过分子内RGD序列和血小板膜上纤维蛋白原受体(αⅡbβ3)结合发挥作用[25]。后来的研究表明,肝癌细胞表面表达有α3β1,α5β1、α6β1、αvβ3整合素受体。Triflavin通过RGD序列和肝癌细胞表面的多种整合素受体作用,抑制肝癌细胞和ECM中的纤维蛋白、纤维蛋白原、I型胶原及玻璃连接蛋白结合,抑制肝癌细胞的粘附和转移[26]

    5.4 抑制人类宫颈癌细胞的粘附

    Triflavin剂量依赖性的抑制人类宫颈癌HeLa细胞和ECM(纤维连接蛋白、纤维蛋白原和玻璃连接蛋白)的粘附,但对HeLa细胞和层粘蛋白及胶原粘附抑制不明显。克分子浓度时,Triflavin抑制细胞粘附的作用就比GRGDS肽强800倍左右[27]。它的这一作用也是通过分子内部的RGD序列和表达在细胞表面的整合素受体结合来实现的。
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    5.5 对其它肿瘤细胞的粘附抑制

    chiang等还证明Rhodostomin具有抑制骨肉瘤Saos-2细胞和ECM的粘附。Saos-2细胞表面有表达的整合素受体αvβ3,α5β1和α6β1,Rhodostomin通过和这些整合素受体的作用抑制Saos-2细胞和ECM的粘附,以及由Saos-2细胞引起的血小板聚集[28]。Fry et al 研究表明,Contortrostatin抑制高度转移性的人类乳房癌细胞(MDA-MB-435)和静止的人类纤维连接蛋白及玻璃连接蛋白的粘附。进一步证明Contortrostatin还具有抑制MDA-MB-435细胞对多层基底膜的入侵[29]

    上面的研究结果表明,解离素可作为一类有潜能的临床抗肿瘤转移药物。
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    6 其它

    从Bothrops jararaca中提取的6KDa的小分子肽Jarastatin,和中性粒细胞表面的整合素受体结合,诱导中性粒细胞的趋化性,并增加细胞内肌动蛋白的含量,触发肌动蛋白系统动力学的改变,为整合素介导的细胞信号传导通路之一[30]。Candinas等发现GPⅡb/Ⅲa拮抗剂,通过抑制血小板聚集减少异种移植物内微血栓形成,同时减轻白细胞浸润。可延缓迟发性移植排斥反应的发生,延长移植物存活时间[31]

    整合素除介导细胞外的粘附功能,还作为介导外源性蛋白内吞进入胞内可调节性的分泌颗粒内。Kistrin,Barbourin这两种解离素通过与巨核细胞/血小板谱系表面的αⅡbβ3和αvβ3整合素作用,抑制血小板α颗粒和巨核细胞对纤维蛋白原的内吞、摄取[32~33]
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    小结

    到目前为止,已从几十种蛇毒中分离出解离素,它们和细胞表面的整合素超家族各类受体作用,对血管生成、肿瘤转移、骨质疏松、血小板聚集等多种体内过程发生影响。有关这方面的研究,正在进行临床各期的实验和开发。解离素将作为临床某些疾病的治疗和诊断中的一类很有发展前景的药物。

    作者简介:张梅,女(1971.12-),98级硕士研究生。研究方向:血液药理学。

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    (收稿:2000-01-10), http://www.100md.com