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多功能分子-CD31

日期:2019-08-29 11:31:08

CD31抗原,又稱為血小板內皮細胞黏附分子(PECAM-1),是相對分子質量為130kDa 的I 型跨膜糖蛋白,屬于免疫球蛋白超家族成員,可在內皮細胞、循環的血小板、單核細胞、中性細胞及T細胞亞群表面表達。在2015年ASCO會議上,Michael J. Birrer, MD團隊結合他們的研究提出CD31是卵巢癌中貝伐單抗療效的潛在標志物。因為貝伐單抗對無進展生存期和總生存期的影響在高CD31的患者中最為明顯。這一發現再次引起了國內外學者對CD31的關注。本文就CD31的定義、結構、共受體、功能、信號通路及相關疾病進行簡單介紹。

1. 什么是CD31?

CD31是是由位于17號染色體長臂末端的75kb基因編碼的跨膜糖蛋白。CD31最早是Newman及其同事于1990年發表于Science上的一篇報告中提出。該文通過血小板整膜糖蛋白抗體結合實驗發現了新的免疫球蛋白超家族細胞粘附分子(cell adhesion molecule,CAM)成員即是曾經確定為CD31的粒一單核細胞分化抗原[1] [2] [3]

細胞粘附分子(CAM)是參與細胞與細胞之間及細胞與細胞外基質之間相互作用的分子。可大致分為五類:鈣粘素(cadherin)、選擇素(selectin)、免疫球蛋白超家族(IgSF)、整合素(integrin)及透明質酸粘素(hyaladherin)。免疫球蛋白超家族中的細胞粘附分子還有各種神經細胞粘附分子(N-CAM),細胞問粘附分子(I-CAM)及脈管細胞粘附分子(V-CAM)等,其中N-CAM和CD31屬于親同性CAM(兩相鄰細胞表面的同種CAM分子間的相互識別與結合);I-CAM和V-CAM屬于親異性CAM(兩相鄰細胞表面的不同種CAM分子間的相互識別與結合)。

2. CD31的結構

CD31是分子量為130kDa的跨膜糖蛋白。由于糖基化差異在不同細胞類型中分子有些許不同。人的CD31蛋白包含三個結構域,分別是胞外結構域,跨膜結構域和胞內結構域。其中,胞外結構域由574個氨基酸組成,跨膜結構域包含19個疏水氨基酸,胞內結構域包含118個氨基酸。功能區主要集中在胞外結構域和胞內結構域。結構如圖一所示:

Schematic Diagram of CD31 Protein

圖1 Schematic Diagram of CD31 Protein

2.1 胞外結構域

CD31的胞外部分,除了信號肽之外,剩余的氨基酸形成6個免疫球蛋白亞單位組成的同源區,每個同源區由一個單獨的外顯子編碼,并借助半胱氨酸殘基形成的二硫鍵組成保守的IgC2型亞單位, 每個亞單位約含100個氨基酸殘基。

CD31胞外區的第一、二免疫球蛋白樣區(IgD1和IgD2)為嗜同種性粘附的結合位點,共同介導嗜同種性粘附,第六免疫球蛋白樣區可調節CD31的粘附表型。增加受體與配體之間的第一、二免疫球蛋白樣區的親和力;CD31胞外區的第二免疫球蛋白樣區為異嗜性粘附的結合位點,第二免疫球蛋白樣區的肝素結合序列可介導異嗜粘附,且依賴于氨基葡聚糖的存在[4]

2.2 胞內結構域

CD31胞內結構域的結構是由二維核磁共振確定,含有由非控制區域隔開的兩個脂質相關區域。CD31基因通常由16額外顯子組成(每個外顯子之間由內含子隔開)。該結構域由8個外顯子組成(如figure1所示)。

CD31胞內結構域含有兩個共有序列,分別形成兩個免疫受體酪氨酸抑制基序(ITIM),是含有SH2的酪氨酸磷酸酶2(SHP-2)停泊的特異位點,這兩個特定的酪氨酸為Y663和Y686。SHP-2與磷酸化的Y663和Y686的結合引發反饋抑制性信號轉導的發生,從而具有多種生理效應。CD31的胞內區含有12個Ser殘基,4個Thr殘基,5個Tyr殘基。這些都是可進行磷酸化的位點。

通過編碼胞漿區的變化性拼接可產生異構的CD31,因為異構的CD31可含有(或無)上述位點的氨基酸殘基,所以可產生不同表型的CD31。胞漿區有助于CD31定位于細胞間連接和介導細胞間粘附,去除部分胞漿區可明顯改變CD31的結合特性,使得CD31介導的粘附性由異嗜性向同種性轉變[5] [6]

3. CD31的共受體

大量研究證實CD31的共受體之一是其本身。親和作用力通常是由CD31分子的第一和第二C2結構域(胞外第一和第二個IgD結構域)介導。另外,整聯素的IgSF/CAM也可以與CD31結合,目前已證實的CD31共受體整聯蛋白是αvβ3(或CD51 / CD61)整聯蛋白。 盡管整聯蛋白在T細胞,NK細胞,肥大細胞和內皮上表達,但它作為IgSF配體有點不尋常,因為所有其他ICAM / VCAM受體都是β1,β2或β7整聯蛋白類型。

4. CD31的功能

CD-31 通常位于血管內皮細胞、血小板、巨噬細胞和kuffer細胞、粒細胞、T/NK細胞、淋巴細胞、巨核細胞、破骨細胞、嗜中性粒細胞。在某些腫瘤也發現CD31的表達,如上皮樣血管內皮瘤、上皮樣肉瘤樣血管內皮瘤、其他血管腫瘤、組織細胞性惡性腫瘤和漿細胞。在循環血小板和白細胞中,CD31主要是通過調節其胞內結構域磷酸化順序而限制細胞活化反應,通常是作為抑制性受體起作用。 另外,D31也在內皮細胞細胞間連接處高度表達,作為機械傳感器,白細胞運輸的調節劑和維持內皮細胞連接完整性起作用。

與CD31相關的大多數活性可歸因于嗜同性CD31-CD31相互作用。其中包括白細胞外滲、骨髓造血和血管發育。CD31可以促進各種白細胞相關整聯蛋白與ICAM/VCAM IgSF成員的結合,并幫助外周血白細胞穿過內皮屏障。促進CAM-IgSF結合是由于白細胞CD31-內皮細胞CD31參與后,β1和β2整聯蛋白活性的普遍上調引起的。

5. CD31信號傳導

如2.2部分所述,胞內結構域中存在許多絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基。CD31介導的信號傳導通常是由702位絲氨酸的磷酸化引發,然后與質膜結合釋放ITIM的686位酪氨酸,進而磷酸化Src-家族激酶Lyn。此外,ITIM的663位酪氨酸會繼續發生順序磷酸化。一旦ITIM的663位酪氨酸完成磷酸化,CD31會募集Src同源性2結構域蛋白,比如酪氨酸磷酸酶SHP-2。

2010年,Federica M. Marelli-Berg團隊的一項研究揭示了T細胞中CD31作用機制。在初始T細胞中,細胞表面CD31表達下調與穩態增殖有關,當胸腺流出減少時,CD31負責維持T細胞庫中T細胞含量的穩定。而在記憶T細胞中,CD31調節記憶T細胞的流量,但不影響它們的激活[7]

CD31最顯著的特征是在其細胞質結構域中存在兩個ITIM。這些ITIM在TCR活性后磷酸化,隨后募集蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP),例如Src同源性2(SH2),抑制TCR信號傳導。如圖2所示[8]

CD31 Signaling Pathways in T-lymphocytes

圖2 CD31 Signaling Pathways in T-lymphocytes

6. CD31相關疾病

CD31可在所有白細胞中表達,包括T細胞、B細胞和樹突細胞。CD31復雜的生物學功能主要源于其在免疫和血管系統中粘附和信號傳導功能的整合。CD31的異常表達可引發多種疾病,例如動脈粥樣硬化、炎癥和血液病等。

6.1、CD31與動脈粥樣硬化

在動脈粥樣硬化的過程中,CD31的作用主要表現在對冠狀斑塊穩定性的影響。在心肌梗塞(MI)病人中,血小板CD31復合物濃度是升高的,而在動物模型中梗死區抗CD31抗體的濃度是下降的[9]。在延遲或失敗的溶栓病人中血小板CD31復合物表達是增高的。另外,有研究證實過氧化物酶有抗血管氧化的作用,而CD31則影響酶與內皮的接觸,從而起到機械性控制粥樣硬化的進程。所以推測CD31基因變異在冠心病的進展中有深遠的影響。此外,研究發現心絞痛,急性心肌梗死,心源性休克,猝死等均好發于清晨6時到12時這段時間。這與CD31的水平在夜晚和清晨達高峰有一定時間上的吻合性[10]

6.2 CD31與炎癥

大量研究數據表明,在急性腹膜炎、急性肺損傷、心肌缺血再灌注損傷和皮膚炎癥模型中,CD31抗體可阻斷中性粒細胞和單核細胞的募集。Steren等人報道稱,在抗CD31抗體處理的鼠腸系膜靜脈中,白細胞位于血管腔面,但不能外滲。其中一些研究也存在分歧,Gza.Rlek等發現,在鼠的急性胰腺炎模型中,大部分粘附、活化和遷移的白細胞都伴有氧自由基的釋放,而Murat.Turegun等研究發現,在獵的心肌缺血再滔注損傷模型中.抗CD31抗體不能顯著抑制中性粒細胞釋放氧自由基[11]

The Diagram of CD31 and Inflammation

圖3 The Diagram of CD31 and Inflammation

在炎癥反應中,白細胞與內皮細胞之間的相互作用是關鍵環節,它使得白細胞進入炎癥部位并引起組織損傷。CD31特異地定位于血管內皮細胞腔面側的漿膜,參與不同類型白細胞外滲的最后步驟。因此CD31在炎癥微循環損傷中有重要作用,但作用機制尚未弄清楚,還需進一步研究[12] [13]

6.3 CD31與血液疾病

Karen Ballen[14]等人發現,在再生障礙貧血患者外周血及骨髓中,再障組骨髓及外周血單個核細胞CD31、CD44抗原水平明顯低于正常對照組。而且相關分析發現,骨髓、外周血單個核細胞CD31、CD44水平與外周血白細胞數、血紅蛋白、血小板,骨髓中粒系比例、紅系比例、巨核細胞均呈正相關。這些數據表明粘附分子表達異常可能在再障發病中起一定作用。

根據Gordon等[15]的研究可推測,細胞粘附分子能夠提示瞄定位點,從而使初始造血細胞粘附到骨髓基質,并提供調節信號,從而使初始造血細胞從骨髓釋放前進一步分化。認為再障三系減少與粘附分子表達缺陷密切相關,是再障造血衰竭的重要因素之一。但其確切作用機制仍需要進一步的探討。

Reference:

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