粘附分子

　粘附分子

　　粘附分子（adhesion molecules)是指由细胞产生、存在于细胞表面、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。粘附分子大多为糖蛋白，少数为糖脂，分布于细胞表面或细胞外基质（extracellular matrix,ECM)中。粘附分子以配体一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。

　　对于细胞间相互接触、粘附的现象人们早有认识。80年代以后，由于单克隆抗体技术和分子生物学技术的发展和应用，极大地推动了对粘附分子的研究，使人们得以从分子水平上提出粘附分子的概念，并逐渐认识其作用机理。目前已基因克隆成功的粘附分子有几十种，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、肿瘤学以及其它生命科学领域里已受到人们普遍的关注，1993年第五届人白细胞分化抗原国际专题讨论会上，已将粘附分子单独列为一组新抗原。本章主要介绍粘粘附分子的种类和结构、粘附分子表达的调节、粘附分子的功能以及可溶性粘附分子等内容。

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四类：（1）粘合素家族（integrin family)的粘附分子；（2）免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily,IGSF)的粘附分子；（3）凝集素家族（selectin family);(4)钙离子依赖的细胞粘附素家庭（Ca²⁺ -dependent cell adhesion molecule family)的粘附分子或称Cadherin。此外还有一些其它未归类的粘附分子。

　　一、粘合素超家族

　　国内将integrin译为粘合素、整合素等，本书暂命名为粘合素。integrin是最初在1986年提出的概念，描述一个膜受体家族，此家族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，粘合素家族的粘附分子还介导白细胞与血管内皮细胞的粘附。

图2-1 integrin分子的结构（示意图）

　　注：a .integrin分子电镜下所见（模式图），黑区部分显示integrin分子α、β亚单位所　　　　　组成的球部，为配体结合域；
　　　b.integrin分子的结构模式图，显示出α亚单位的二价阳离子（Mg²⁺ ）结合区和α、　　　　　β亚单位的重复序列。

　　（一）粘合素分子的基本结构

　　粘合素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体（heterodimer)，α、β链均为Ⅰ类穿膜蛋白。α链的分子量为120～210kKa，β链的分子量为90～130kDa，个别β链（如β4）分子量为220kDa。不同的α链（或称α亚单位）或β链（或称β亚单位）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。α和β亚单位均由胞膜外区、胞浆区、穿膜区三部分组成。胞浆区一般较短，可能和细胞骨架相联。空膜区富含疏水氨基酸。β亚单位的胞膜外区含有4个富含半胱氨酸的重复序列，靠近外侧N端的40～50kDa的氨基酸残基通过链内二硫键紧密折叠在一起；α亚单位的胞膜外部分有7个同源重复序列，靠近外侧N端的3个或4个重复序列中含有Asp-X-Asp-X-Asp-Gly-X-X-Asp或类似结构，与integrin分子结合二价阳离子（Mg²⁺ ）有关，并与β亚单位共同构成粘合素分子的配体结合部位，其中α亚单位的二价阳离子结合区与 integrin分子配体结合的特异性和亲和力有关。某些integrin分子的α亚单位在转录后被剪接为两段，一段为劳作膜部分，较小，约20～30kDa；另一段为胞膜外部分，较大，两者通过二硫键连接起来（图2-1）。电镜下可见integrin分子有一个球状头部，向下伸展有两条杆状结构穿过细胞膜的磷脂双层。

　　（二）粘合素超家族的组成

　　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，其它粘合素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亚单位结合构成异源双体，但也有的α亚单位可与几种不同的β亚单位组合，如αV（CD51）可分别同β1、β3、β5、β6和β8亚单位组成integrin分子，而大部分β单位则可以结合数种不同的α亚单位。目前按β亚单位的不同可将粘合素家族分为8个不同的组，在同一组中的粘合素分子不同成员β链相同，α链不同。已知α链和β链有20种组合形式（表2-1），β1、β3、β4、α3和α6等亚单位的mRNA分子可有不同的剪接形式，更增加了粘合素分子的多样性。

　　（三）粘合素分子的分布

　　粘合素分子的体内分布很广泛，多数粘合素分子可以表达于多种组织细胞，如VLA组的粘合素分子在体内广泛分布于各种细胞细胞；而多数细胞可同时表达数种不同的粘合素分子，对体外哺乳动物来源的细胞系粘合素分子表达研究发现，每一种细胞系可同时一有达2～10种不同的粘合素分子，但不同类型的细胞表达粘合素分子的种类是不同的。某些粘合素分子的表达则具有明显的细胞类型特性，如gpⅡb/Ⅲa(Ⅱb/β3）主要表在宾巨核细胞和血小板；LAF-1、Mac-1、P150/95只表达在白细胞表面；α6β4特异性表达在上皮细胞。每一种细胞粘合素分子的表达可随其分化与生长状态的改变而变化。

　　（四）粘合素分子识别配体的短肽序列

　　粘合素分子在与配体结合时所识别的只是配体分子中由数个氨基酸组成的短肽序列。不同的粘合素分子可能识别相同的短肽序列或同一个配体中不同的短肽序列。由于同一短肽序列可以存在于几种不同的配体中，因此，每一种粘合素分子可能有几种细胞外间质成分做为配体，而每一种细胞外间质中的配体也可能被几种不同的粘合素分子所识别。

　　1.识别RGD序列的粘合素分子　α5β1、αvβ1、αⅡbβ3、αvβ3、αvβ5、αvβ6都可以识别配体分子中的RGD序列，多种细胞外间质成分（包括FN、VN、FB、vWF）都含有RGD序列，它们在体内的分布极为广泛。含有RGD序列的人工合成肽可以抑制上述粘合素分子与配体的结合。

　　2.识别非RGD序列的粘合素分子　α2β1、α4β1、αxβ2、αⅡbβ3、α4β7可分别识别其配体分子中DGEA、EILDV、GPRP、KQAGDV、EILDV等短肽序列，其中KQAGDV具有与RGD类似的结构。上述短肽序列可以与RGD序列在于同一个配体分子中，如FN分子中同时存在RGD和EILDN序列。

表2 -1 integrin家族及其相应配体

分组	成员	α/β亚单位分子量（kDa）	亚单位结构	分布	配体	结合位点
VLA组 （β1组）	VLA-1	210/130（CD49a/CD29）	α1β1	广泛	CA，LM
VLA-2	165/130  （CD49b/CD29）	α2β1	广泛	CA，LM	DGEA
VLA-3	135+25/130  （CD49c/CD29)	α3β1	广泛	FN，LM，CA	RGD?
VLA-4	150/130  (CD49d/CD29)	α4β1	白细胞Mo	FN，VCAM-1	EILDV
VLA-5（FNR）	135+25/130 (CD49e/CD29	α5β1	广泛	FN	RGD
VLA-6（LNR）	120+30/130 (CD49f/CD29	α6β1	广泛	LM
α7β1		α7β1		LM
α8β1		α8β1		？
VNR-β1	150/130 (CD51/CD29	αvβ1		VN，FN	RGD
白细胞粘 附受体组 （β2组）	LFA-1	180/95 (CD11a/CD18)	αLβ2	白细胞	ICAM-1 ICAM-2 ICAM-3
Mac-1	165/95 (CD11b/CD18)	αMβ2	吞噬细胞大颗粒细胞	C3bi,FB X因子， ICAM-1
P150，95	150/95 (CD11c/CD18	αXβ2	吞噬细胞大颗粒细胞	FB，C3bi	GPRP
血小板糖  （β3组）	gpⅡbⅢa	120+24/105 (CD41/CD61)	αⅡbβ3	血小板En,Mo, PMN	FB，FN，vWF Thr,	RGD KQAGDV
VNR-β3	125+24/105 (CD51/CD61)	αvβ3	广泛	VN,FB, vWE,Thr FN,CA	RGD
β4组	α6β4	120+30/105 （CD49f/CD104)	α6β4	表皮细胞	LM
β5组	VNR-β5	125+25/110 (CD51/-)	αvβ5	广泛	VN,FN	RGD
β6组	αvβ6	125+25/106 (CD51/-)	αvβ6		FN	RGD
β7组	α4β7 (LPAM-1)	150/- (CD49d/-)	α4β7 αIELβ7		FN,VCAM-1 ?	EILDV
β8组	αvβ8	150/- (CD51/-)	αvβ8		?

　　注:FN(fibronectin,纤粘连蛋白）
　　 LM(lamnin,层粘连蛋白）
　　 Thr(thrombospondin,血栓海绵蛋白）
　　 VLA（very alte appearing antigen,很晚出现的抗原）
　　 CA(collagen,胶原蛋白）
　　 VN(vitronectin,玻璃粘连蛋白）
　　 FB（fibronogen,血纤维蛋白）
　　 vWF(von Willebrand factor,von Willebrand 因子）
　　 RGD：Arg-Gly-Asp(精-甘-天冬）
　　 KQAGDV:Lys-Gln-Ala-Gsp-Val(赖-谷氨酰胺-丙-甘-天冬-缬）
　　 DGEA:Asp-Gly-Glu-Ala(天冬-甘-谷-丙）
　　 GPRP:Gly-Pro-Arg-Pro(甘-脯-精-脯）
　　 EILDV:Glu-Ile-Leu-Asp-Val(谷-异亮-亮-天冬-缬）
　　 ICAM-1:intercellular adhesion molecule-1,细胞间粘附分子-1
　　 ICAM-2:intercellular adhesion molecule-2,细胞间粘附分子-2
　　 ICAM-3:intercellular adhesion molecule-3,细胞间粘附分子-3
　　 VCAM-1:vasccular cell adhesion molecule-1,血管细胞粘附分子-1
　　 IEL:intraepithelial lymphocyte, 上皮内淋巴细胞
　　 LPAM-1:leukocyte platelet adhesion molecule-1,白细胞血小板粘附分子-1

　　3.识别序列尚未明确的粘合素分子 包括α1β1、α6β1、α7β1、α8β1、αLβ2、αMβ2、α6β4、αIELβ7、αvβ8等。

　　（五）纤维粘连蛋白

　　integrin分子的配体包括多种细胞外基质成份，其中纤粘连蛋白（fibronectin,FN)与β1、β3、β5、β6和β7等多组integrin分子受体结合，对细胞的生长、分化、活化、移动等过程具有重要的调节作用。

　　FN的分子量约为550kDa，由α、β两条多肽链构成，两条链在羧基端以二硫键相连。α链和β链的氨基酸组成和结构相似，α链略长。FN由成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞等合成和分泌，通常以两种形式存在：（1）血浆FN，以二聚体形式存在，含量可高达300μg/ml；（2）存在于结缔组织有关的基底膜及多种细胞表面，为多聚体。两种形式的FN结构有所差异。不同种属的FN具有高度同源性，分子中均含有三类同源重复序列，每类重复序列有其特定的肽链折叠方式。①Ⅰ型重复序列（type I repeat):由约45个氨基酸残基构成，分布于FN分子的氨基端和羧基端；②Ⅱ型重复序列（type Ⅱ repeat):由约60个氨基酸组成，插入氨基端Ⅰ型重复序列之间；③Ⅲ型重复序列（type Ⅲ repeat):由约90个氨基酸构成，分布于肽链的中间部分（图2-2）。

　　不同细胞来源的FN分子结构亦略有差异，这是由于mRNA水平上不同的剪接方式造成的，表现为（1）分子中两个特定位置上Ⅲ型重复序列的存在或缺如；（2）位于FN分子羧基端的可变片段，全长为120个氨基酸残基；不同细胞来源的FN分子多肽链中具有此片段的全部或其中某一部分（图2-2）。在人体内其它分子中也可发现FN分子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型重复序列的同源序列，如凝血因子Ⅻ分子中有Ⅰ型同源重复序列，凝血酶原中有Ⅱ型同源重复序列，IL-6受体胞外部分含有Ⅲ型同源重复序列。

图2-2 纤粘连蛋白分子结构模式图

　　纤维粘连蛋白分子可以结合多种分子，如胶原蛋白、肝素、血纤维蛋白及细胞表面受体，其中与细胞表面受体的结合主要是通过纤粘连蛋白分子中的RGD序列。