第3章黏附分子课件.ppt
第三章 粘附分子,细胞粘附分子(cell adhesion molecule，CAM)是指由细胞产生、介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的众多分子的统称。粘附分子大多为糖蛋白，分布于细胞表面。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，参与细胞的信号转导与活化、细胞的伸展和移动、细胞的生长及分化、炎症、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈合等一系列重要生理和病理过程。,1,目前已基因克隆成功的粘附分子有数百种，形成一个庞大的粘附分子大家族。由于粘附分子所具有广泛、重要的生物学功能，目前在细胞生物学、分子生物学、免疫学、病理生理学、肿瘤学以及其他生命科学领域里已受到人们普遍的关注，从1993年第五届人白细胞分化抗原国际专题讨论会开始，已将粘附分子单独列为一组CD抗原。,2,第一节 粘附分子的种类和结构,目前按粘附分子的结构特点可将其分为以下五类整合素家族(integrin family)；免疫球蛋白超家族(IgSF)；选择素家族(selectin family)；粘蛋白样血管地址素(mucin1ike vasculal addressins)3钙粘着素或称钙离子依赖的细胞粘附分子家族，又称cadhedn家族。,3,一、整合素家族,整合素是在20世纪80年代提出的概念，描述一个膜受体家族，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故得名。随后发现整合素家族的粘附分子还介导细胞与细胞间相互粘附。 整合素家族的粘附分子都是由、 两条链由非共价键连接组成的异源双体， 、 链均为I型膜蛋白。,4,5,链的分子质量为150210kDa，链的分子质量90110kDa，个别链(如4)分子质量为210kDa。不同的链(或称亚单位)或链(或称亚单位)之间氨基酸序列有不同程度的同源性，在结构上有其共同的特点。链在氨基酸水平上的同源性约4048，含有56个半胱氨酸(4含有48个半胱氨酸)形成四个富含半胱氨酸的重复序列，靠近N端侧的部分氨基酸残基通过链内二硫键紧密折叠在一起。胞浆区较短，约4050个氨基酸残基， 4胞浆区长达1081个氨基酸残基,6,7,链的同源性相对较低，胞膜外区有七个重复序列，每个重复序列由2445个氨基酸组成，约200个氨基酸不含插入区的链在链内有一个二硫键，还原状态下裂解为重链和轻链。亚单位的重复序列中有的与整合素分子结合二价阳离子(Mg2+)有关，并与亚单位共同构成整合素分子的配体结合部位，其中亚单位的二价阳离子结合区与整合素分子配体结合的特异性和亲和力有关。电镜下可见整合素分子有一个球头部，向下伸展有杆状结构穿过细胞膜的磷脂双层。,8,整合素家族有14种亚单位和8种亚单位，大多数整合素分子亚单位均已基因克隆成功。亚单位和亚单位组合构成整合素分子并不是随机的，多数亚单位只能与一种亚单位结合组成异源双体；大部分亚单位则可以结合数种不同的亚单位。,9,目前按亚单位的不同可将整合素家族分为8个不同的组，在同一组中的整合家分子链相同，链不同。已知链和链之间约有20种组合形式。 1、 3、 4, 3和6等亚单位的RNA分子可有不同的剪接形式，更增加了整合素分子的多样性。,10,二、免疫球蛋白超家族,粘附分子中有许多分子具有与IgSF V样、C1或C2样区相似的折叠结构，其氨基酸组成也有一定的同源性。 (一)细胞间粘附分子(ICAM) 细胞间粘附分子特指ICAM(intercellular adhesion molecule)，包括ICAM-1、ICAM-2和ICAM-3，ICAM分子主要同整合素2组结合。,11,1ICAM1,(1)ICAM1分子的结构 ICAM1(CD54)分子质量85110kDa。ICAM1由507氨基酸残基组成，胞膜外区、跨膜区和胞浆区分别有455、23和29个氨基酸残基，胞膜外区有5个IgSF C2样结构域，有8个N-连接的糖基化位点。ICAM-1在细胞表面可能以二聚体形式存在。,12,(2)ICAM1分子的分布 包括造血和非造血细胞。 活化后T细胞、B细胞、胸腺细胞和树突状细胞等ICAM1的表达明显上调。IL-1、TNF-和LPS等炎症介质也能明显上调内皮细胞和其他非造血细胞如成纤维细胞、角阮细胞、上皮细胞ICAM1的表达。 血液中存在着可溶性ICAM1的形式。,13,(3)ICAM1分子的配体及与其相关分子 ICAM-l是LFA-1的配体，LFA-1与ICAM-1胞膜外区第一个结构域(D1)结合； ICAM-1还可与透明质酸和纤连蛋白结合； ICAM-1是鼻病毒(rhinovirus)受体； 内皮细胞上ICAM-1是恶性疟原虫感染红细胞的受体。,14,(4)ICAM1分子的功能 内皮细胞上ICAM-1参与白细胞穿越毛细血管壁到达炎症部位的发生过程 在APC细胞上的ICAM-1可能通过与T细胞上 LFA-1相互结合，增强与T细胞的相互作用而参与T细胞的活化， 在T细胞上的ICAM-1是T细胞上协同刺激分子之一 ICAM-1还可能与肿瘤转移有关 ICAM-1是鼻病毒受体，内皮细胞上的ICAM-1是恶性疟原虫感染红细胞的受体,15,16,1. ICAM2,(1)ICAM2分子的结构 ICAM-2分子质量55-65kDa，由254个氨基酸残基组成，胞膜外区、跨膜区和胞浆区分别有202、26和26个氨基酸残基，胞膜外区有2个IgSF C2样结构域。有6个N-连接的糖基化位点。 ICAM-2分子的胞膜外区同ICAM-1和ICAM-3远膜端的两个16SFC2样结构域有近36的同源性。,17,(2)ICAM2分子的分布 ICAM-2广泛分布于除中性粒细胞外的所有白细胞，血管内皮细胞组成型表达高水平ICAM-2。与ICAM-1不同，炎性介质并不能明显上调淋巴细胞和内皮细胞上ICAM-2的表达。 (3)ICAM2分子的配体及与其相关分子ICAM-2是LFA-1的配体，它们的相互结合是Ca2+依赖的。 (4)ICAM2分子的功能 ICAM-2是LFA-1在内皮细胞上主要的配体，可能与淋巴细胞再循环有关。在体外，重组ICAM-2可协同刺激T细胞的活化。,18,3ICAM3,(1)ICAM3分子的结构 ICAM-3(CD50)在中性粒细胞上的分子质量120160kDa，在T淋巴细胞上的分子质量110-130kDa。 ICAM3由518个氨基酸残基组成胞膜外区、跨膜区和胞浆区分别有456、25和27个氨基酸残基，胞膜外区有5个IgSF C2样结构域。有15个N-连接糖基化位点。,19,ICAM-3结构与ICAM-1最为接近。两者胞膜外区5个IgSF C2样结构域的同源性达52。ICAM-3胞浆区与ICAM-1和ICAM-2胞浆区无明显同源性，当细胞活化时，ICAM-3胞浆区酪氨酸和丝氨酸残基发生磷酸化。(2)ICAM3分子的分布 ICAM-3组成型、高水平表达于白细胞和表皮树突状朗格汉斯细胞。ICAM-3从活化淋巴细胞和中性粒细胞脱落下来形成可溶性ICAM-3，并可在血液中检测到。,20,(3)ICAM-3分子的配体及与其相关分子 ICAM-3是LFA-1(CDllaCDl8)的配体，这种识别是通过ICAM-3第一个结构域与LFA-1中CDlla中I结构域相结合。活化细胞LFA-1分子，同ICAM-3(以及ICAM-1和ICAM-2)结合能力增强。,21,与ICAM-1和ICAM-2不同，ICAM-3不结合Mac-1(CDllbCDl8)和p150，95(CDllcCDl8)。用ICAM-3mAb交联刺激T细胞后，ICAM-3分子胞浆区可与Fyn和Lck激酶相连，胞浆Ca2+水平增加。 (4)ICAM3分子的功能 ICAM3主要介导白细胞之间以及T细胞与APC细胞之间的粘附，参与树突状细胞与T细胞相互作用，诱导T细胞早期活化、粘附和增殖。,22,三、选择素(selectin)家族,(一)选择素分子的基本结构 选择素家族分子胞膜外区有较高的同源性结构，均由三种结构域构成。N端约120个氨基酸残基，为钙离子依赖的C型外源凝集素样结构域，可以结合碳水化合物基团，是选择素分子的配体结合部位；紧邻外源凝集素样结构域是表皮生长因子样结构域domain)，约含35个氨基酸残基，EGF样结构域虽不直接参与同配体的结合但对维持选择素分子的构象是必需的；,23,24,近膜部分是数个由约60个氨基酸残基构成的补体调节蛋白重复序列,可能通过增加分子的柔性延伸到细胞表面外侧，使选择素与相应配体的结合变得更加合适。 补体受体(如CRl、CR2等)和C4结合蛋白(C4bp)分子中也有CCP结构域。 各种选择素分子的跨膜区和胞浆区没有同源性。选择素分子的胞浆区与细胞内骨架相联，去除胞浆部分的选择素分子虽仍可结合相应配体，却失去介导细胞间黏附的作用。,25,(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分别表示白细胞、血小板和内皮。选择素家族成员的基因都定位于1号染色体。 E选择素 E选择素即CD62E，又称内皮细胞白细胞粘附分子-1(EIAM-1)或白细胞内皮细胞粘附分子2。,26,27,(1)E选择素分子的结构 E选择素分子质量有97kDa和107115kDa两种，由589个氨基酸残基组成，胞膜外区、跨膜区和胞浆区分别有535、22和22个氨基酸残基。E选择素胞膜外区由N端的一个C型凝集素样结构域、一个EGF样结构域和六个CCP结构域组成，有11个N连接糖基化位点。,28,(2)E选择素分子的分布 E选择素表达于炎症部位的内皮细胞，各种炎症性因子可诱导培养内皮细胞表达E选择素。IL-1p、TNF-a和LPS体外可迅速诱导内皮细胞表达 E选择素，于4-6小时达到高峰，24-48小时表达水平逐渐回落。血浆中存在有可溶性的E选择素(sE选择素)。,29,(3)E选择素分子识别的配体 E选择素通过其C型凝集素结构域同白细胞糖脂和糖蛋白上的唾液酸化的路易斯糖x、唾液酸化的路易斯糖a和相关的岩藻糖基化的N-乙酰乳糖胺结合。 E选择素另一种糖蛋白配体是表达于髓样细胞的ESI-1蛋白。 E选择素还结合CD62P配体CDl62(PSGL-1)，PSGL-1表达于淋巴细胞、中性粒细胞和单核细胞。,30,(4)E选择素分子的功能CD62E主要介导白细胞(中性粒细胞、单核细胞和CD4记忆性T细胞)在内皮细胞表面最初的滞留和滚动，以及随后迁移到炎症的组织。 CD62E和CD62P缺陷小鼠炎症部位募集白细胞能力严重缺陷，对条件致病菌感染敏感。 E选择素参与肿瘤细胞的转移如HT29肿瘤细胞系体外可结合到细胞因子激活的内皮细胞。,31,四、粘蛋白样血管地址素,粘蛋白样血管地址素包括CD34、GIyCAM1和MadLAM1，它们都可结合L选择素，参与白细胞与内皮细胞的相互作用。,32,CD34,(1)CD34分子的结构 CD34为I型跨膜分子，是高度糖基化的唾液粘蛋白，CD34分子质量为90120kDa，由354个氨基酸残基组成，胞膜外区、跨膜区和胞浆区分别309、22和73个。 靠近N端的130个氨基酸有多个0-连接糖基化位点和一个粘蛋白样结构，与此相邻的100个氨基酸中有六个Cys，可能形成球状结构。 胞浆区有两个PKC作用位点和一个酪氨酸磷酸化位点。,33,(2)CD34分子的分布 CD34主要表达于多能造血干细胞(HSC)、定向祖细胞、骨髓基质细胞和血管内皮细胞。 部分急性非淋巴细胞白血病(NALL)细胞、急性B淋巴细胞白血病以及血管来源的肿瘤细胞也表达CD34。,34,(3)CD34分子识别的配体及其相关的分子 不同部位细胞表达的CD34分子可能由于糖基化不同，结合配体有所不同。如淋巴结内HEV CD34分子发生硫酸盐化和岩藻糖基化，可与L选择素(CD62L)结合，与淋巴细胞归巢有关。 (4)CD34分子的功能 内皮细胞上的CD34分子主要参与同淋巴细胞的结合。造血干细胞上CD34分子的功能尚不清楚，可能介导信号的传导。,35,五、钙粘着素家族,cadherin是Ca2+依赖的细胞粘附分子的缩写，国内译为钙粘附蛋白或钙粘着素。目前已至少有20多种结构和功能相类似的钙粘着素分子，形成了一个家族。根据钙粘着素家族中粘附特性和与结合细胞骨架蛋白的不同可分为两个亚家族：,36,37,经典的钙粘着素 这个亚家族的成员特点是具有Ca2+依赖的同型粘附，介导细胞与细胞之间的粘附作用，胞浆区同，连环蛋白(catenin)相连，形成多种蛋白的复合体，是钙粘着素发挥细胞间粘附作用的分子基础。经典钙粘着素不仅为维持实体组织之必需，也是胚胎时期细胞发生重排的重要分子条件。,38,非经典的钙粘着素,分子胞浆区不与连环蛋白相连，主要包括：原钙粘着素，其胞浆区结合分子尚未鉴定出；钙粘着素相关神经受体，胞浆区与Ser家族的Fyn相连；桥粒钙粘着素，是角质细胞主要的细胞粘附蛋白，与某些自身免疫性疾病有关。,39,
