第七章白细胞分化抗原和黏附分子.doc

第七章 白细胞分化抗原和黏附分子免疫应答过程有赖于免疫系统中细胞间的相互作用，包括细胞间直接接触和通过分泌细胞因子或其他生物活性分子介导的作用。免疫细胞之间相互识别的分子基础是表达于细胞表面多种多样的功能分子，包括细胞表面的多种抗原、受体和黏附分子等。有些细胞表面功能分子也称为细胞表面标记（cell surface marker）。第一节人白细胞分化抗原一、人白细胞分化抗原的概念（一）白细胞分化抗原的概念 白细胞分化抗原（leukocyte differentiation antigen）主要是指造血干细胞在分化成熟为不同谱系（lineage）、各个谱系分化不同阶段，以及成熟细胞活化过程中，出现或消失的细胞表面分子。白细胞分化抗原除表达在白细胞外，还表达在红系和巨核细胞/血小板谱系，并广泛分布于许多非造血细胞如血管内皮细胞、成纤维细胞、上皮细胞、神经内分泌细胞等。显然，白细胞分化抗原并非指只表达在白细胞表面的分子。白细胞分化抗原大都是跨膜的糖蛋白，含胞膜外区、跨膜区和胞质区；有些白细胞分化抗原是以糖基磷脂酰肌醇（glycosyl-phosphatidylinositol, GPI）连接方式，锚定在细胞膜上。少数白细胞分化抗原是碳水化合物。根据人白细胞分化抗原胞膜外区结构特点，可分为不同的家族（family）或超家族（superfamily）。常见的有免疫球蛋白超家族（IgSF）、细胞因子受体家族、C型凝集素超家族、整合素家族、肿瘤坏死因子超家族（TNFSF）和肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF）等。（二）CD的概念 应用以单克隆抗体鉴定为主的方法，将来自不同实验室的单克隆抗体所识别的同一种分化抗原归为同一个分化群，简称CD（cluster of differentiation）。在许多情况下，抗体及其识别的相应抗原都用同一个CD编号，在阅读教科书和文献时需加注意。人CD的编号已从CD1命名至CD350，可大致划分为14个组（表7-1），有关CD分子的主要特征参见本书附录。表7-1 人CD分组（2005年）分 组CD分子（举例）T细胞CD2、CD3、CD4、CD5、CD8、CD28、CD152（CTLA-4）、CD154（CD40L）、CD278（ICOS）B细胞CD19、CD20、CD21、CD40、CD79a（Iga）、CD79b（Igb）、CD80（B7-1）、CD86（B7-2）髓样细胞CD14、CD35（CR1）、CD64（FcgR）、CD284（TLR4）血小板CD36、CD41（整合素ab）、CD51（整合素av）、CD61（整合素b3）、CD62P（P选择素）NK细胞CD16（FcgR）、CD56（NCAM-1）、CD94、CD158（KIR）、CD161（NKR-P1A）、CD314（NKG2D）、CD335（NKp46）、CD336（NKp44）、CD337（NKp30）非谱系CD30、CD32（FcgR）、CD45RA、CD45RO、CD46（MCP）、CD55（DAF）、CD59、CD279（PD-1）黏附分子CD11a-CD11c、CD15s（sLex）、CD18（整合素b2）、CD29（整合素b1）、CD49a-CD49f、CD54（ICAM-1）、CD62E（E选择素）、CD62L（L选择素）细胞因子/趋化因子受体CD25（IL-2Ra）、CD95（Fas）、CD178（FasL）、CD183（CXCR3）、CD184（CXCR4）、CD195（CCR5）内皮细胞CD106（VCAM-1）、CD140（PDGFR）、CD144（VE钙黏蛋白）碳水化合物结构CD15u、CD60a-CD60c、CD75树突状细胞CD83、CD85（ILT/LIR）、CD206（苷露糖受体）干细胞/祖细胞CD34、CD117（SCF受体）、CD133、CD243基质细胞CD331-CD334（FGFR1-FGFR4）红细胞CD233-CD242（多种血型抗原和血型糖蛋白）注：（1）CD分子14个组划分的特异性是相对的，实际上，许多CD抗原组织细胞分布较为广泛。此外，有的CD抗原可从不同分类角度归入不同组，如某些属于T细胞、B细胞、髓样细胞或NK细胞组的CD抗原实际上也是黏附分子。 （2）表中某些CD分子后加了括号，列出其相应的分子名称，以便联系本书中相应章节的内容。二、人白细胞分化抗原的功能人白细胞分化抗原按其执行的功能，主要可分为受体、共刺激（或抑制）分子以及黏附分子等，其中受体可包括特异性识别抗原受体及其辅助受体、模式识别受体（pattern-recognition receptor, PRR）、细胞因子受体、补体受体，NK细胞受体以及Ig Fc受体等。有关人白细胞分化抗原的主要功能见表7-2、图7-1和图7-2。有关TCR、BCR、NK细胞受体、PRR、补体受体和细胞因子受体等内容在本书相关章节中介绍。表7-2 与免疫功能相关的CD分子（举例）表面分子的种类主要分布细胞CD分子及其参与的功能细胞受体T细胞受体（TCR）复合物及其辅助受体T细胞CD3参与TCR信号转导，CD4和CD8辅助TCR识别抗原，参与信号转导B细胞受体（BCR）复合物及其辅助受体B细胞CD79a和CD79b参与BCR信号转导，CD19/CD21/CD81复合物辅助BCR识别抗原，参与信号转导NK细胞受体 NK细胞CD94、CD158CD161、CD226、CD314（NKG2D）和CD335-CD337（NCR1-NCR3）等，调节NK细胞杀伤活性，参与信号转导补体受体（CR）吞噬细胞CR1CR4（分别为CD35、CD21、CD11b/CD18和CD11c/CD18），参与调理吞噬、活化免疫细胞Ig Fc受体（FcR）吞噬细胞，DC，NK细胞，B细胞肥大细胞IgG Fc受体（CD64、CD32、CD16）、Ig A Fc受体（CD89）、IgE Fc受体（FceR、CD23），参与调理吞噬、ADCC和超敏反应细胞因子受体广泛包括多种白细胞介素受体、集落刺激因子受体、肿瘤坏死因子超家族受体、趋化因子受体等，介导细胞因子刺激后的信号转导，参与造血以及细胞活化、生长、分化和趋化等模式识别受体（PRR）吞噬细胞，DCTLR-1TLR11（CD281CD291），参与固有免疫，感应危险信号 死亡受体广泛TNFR（CD121a）、Fas(CD95)等，分别结合TNF和FasL，诱导细胞凋亡黏附分子共刺激分子T细胞，B细胞APCT细胞（CD40L）-B细胞（CD40），T细胞（CD28，CTLA-4）-APC（CD80，CD86），参与T细胞活化和T-B细胞间协作归巢受体和地址素白细胞，内皮细胞白细胞（LFA-1即CD11a/CD18）-内皮细胞（ICAM-1/CD54），初始T细胞（L-选择素）-高内皮微静脉（CD34等），参与淋巴细胞再循环和炎症第二节 黏附分子细胞黏附分子（cell adhesion molecules，CAM）是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质（extracellular matrix，ECM）间相互接触和结合分子的统称。黏附分子以受体-配体结合的形式发挥作用，使细胞与细胞间或细胞与基质间发生黏附，参与细胞的识别，细胞的活化和信号转导，细胞的增殖与分化，细胞的伸展与移动，是免疫应答、炎症发生、凝血、肿瘤转移以及创伤愈合等一系列重要生理和病理过程的分子基础。黏附分子与CD分子是从不同角度来命名。黏附分子是以黏附功能来归类，其配体有膜分子、细胞外基质以及血清体液中的可溶性因子和补体C3片段。CD分子范围十分广泛，其中包括了黏附分子组，因此大部分黏附分子已有CD的编号，但也有部分黏附分子尚无CD编号。黏附分子根据其结构特点可分为免疫球蛋白超家族、整合素家族、选择素家族、黏蛋白样血管地址素、钙黏蛋白家族等，此外还有一些尚未归类的黏附分子。有关免疫球蛋白超家族中某些常见的黏附分子如CD4、CD8、CD22、CD28、CTLA-4、ICOS、ICAM-1、CD80和CD86等在本书相应章节中加以介绍。本节简要介绍整合素家族和选择素家族。一、整合素家族整合素家族（integrin family）最初是因此类黏附分子主要介导细胞与细胞外基质的黏附，使细胞得以附着而形成整体（integration）而得名。（一）整合素分子的基本结构 整合素家族的成员都是由a、b两条链（或称亚单位）经非共价键连接组成的异源二聚体。a、b链共同组成识别配体的结合点。（二）整合素家族的组成 整合素家族中至少有17种a亚单位和8种b亚单位，以含有b亚单位的不同可将整合素家族分为8个组（b1组b8组）。同一个组不同成员中，b链均相同，a链不同。大部分a链结合一种b链，有的a链可分别结合两种或两种以上的b链。已知a链和b链之间有24种之多的组合形式。表7-3列举了整合素家族b1、b2、b3三个组中某些成员的结构、分布、相应配体和主要功能。 （三）整合素分子的分布 整合素分子在体内分布十分广泛，一种整合素可分布于多种细胞，同一种细胞也往往有多种整合素的表达。某些整合素的表达有显著的细胞类型特异性，如白细胞黏附受体组（b2组）主要分布于白细胞，gpba分布于巨核细胞和血小板。整合素分子的表达水平可随细胞活化和分化状态发生改变。表7-3 整合素家族b1、b2、b3组中某些成员的主要特征(举例)分 组成 员举 例a/b亚单位分子量(kDa)亚单位结 构分 布配 体主要功能VLA组(b1组)（有12个成员）VLA-4150/130(CD49d/CD29)a4b1淋巴细胞，胸腺细胞单核细胞，嗜酸性粒细胞FN, VCAM-1MAdCAM-1参与免疫细胞黏附，为T细胞活化提供协同刺激信号白细胞黏附受体组(b2组)（有4个成员）LFA-1180/95(CD11a/CD18) aLb2淋巴细胞，髓样细胞ICAM-1,2,3为T细胞活化提供协同刺激信号，参与淋巴细胞再循环和炎症Mac-1（CR3）170/95(CD11b/CD18)aMb2髓样细胞，淋巴细胞iC3b, FgICAM-1参与免疫细胞黏附、炎症和调理吞噬血小板糖蛋白组(b3组)（有2个成员）gpba125+22 /105(CD41/CD61)aIIbb3血小板，内皮细胞巨核细胞Fg,FN,vWF TSP血小板活化和凝集注：Fg(fibrinogen)：血纤蛋白原；FN(fibronectin)：纤连蛋白；iC3b：灭活C3b片段； ICAM-1(2,3)(intercellular adhesion molecule-1,2,3)：细胞间黏附分子-1(2,3)；LFA-1(lymphocyte function associated antigen-1)：淋巴细胞功能相关抗原1；MAdCAM-1(mucosal addressin cell adhesion molecul 1)：黏膜地址素细胞黏附分子1；TSP（thrombospondin）：血小板反应蛋白；VCAM-1(vascular cell adhesion molecule-1)：血管细胞黏附分子-1；VLA(very late antigen)：迟现抗原；vWF（von Willebrand factor）：威勒布兰德因子。 二、选择素家族选择素家族（selectin family）成员有L-选择素、P-选择素和E-选择素，在白细胞与内皮细胞黏附，炎症发生以及淋巴细胞归巢中发挥重要作用。（一）选择素分子的基本结构 选择素为跨膜分子，选择素家族各成员胞膜外区结构相似，均由C型凝集素样（CL）结构域、表皮生长因子（EGF）样结构域和补体调节蛋白（CCP）结构域组成。其中CL结构域可结合某些碳水化合物，是选择素结合配体部位。选择素分子胞质区与细胞骨架相连。（二）选择素家族的组成 选择素家族有L-选择素（CD62L）、P-选择素（CD62P）和E-选择素（CD62E）三个成员，L、P和E分别表示这三种选择素最初发现表达在白细胞、血小板或血管内皮细胞。三种选择素的分布、配体和主要功能见表7-4。表7-4 选择素的分布、配体和功能选 择 素分 布配 体功 能L-选择素(CD62L)白细胞，活化后下调CD15s（sLex）、外周淋巴结HEV上CD34、GlyCAM-1白细胞与内皮细胞黏附，参与炎症、淋巴细胞归巢到外周淋巴结和派氏集合淋巴小结P-选择素(CD62P)血小板，巨核细胞，活化内皮细胞CD15s（sLex）、CD15、PSGL-1白细胞与内皮细胞黏附，参与炎症E-选择素(CD62E)活化内皮细胞CD15s（sLex）、CLA、PSGL-1、ESL-1白细胞与内皮细胞黏附，参与炎症注：CLA：皮肤淋巴细胞相关抗原； ESL-1：E-选择素配体-1蛋白；GlyCAM-1：糖基化依赖的细胞黏附分子1；HEV：高内皮微静脉；PSGL-1：P-选择素糖蛋白配体-1；sLex：唾液酸化的路易斯寡糖x。（三）选择素分子识别的配体 与大多数黏附分子所结合的配体不同，选择素识别的是一些寡糖基团，主要是唾液酸化的路易斯寡糖（sialyl-Lweisx，sLex即CD15s）或类似结构分子，这些配体主要表达于白细胞和内皮细胞表面。三、黏附分子的功能黏附分子参与机体多种重要的生理功能和病理过程，概述如下。（一）免疫细胞识别中的辅助受体和协同刺激或抑制信号 辅助受体（co-receptor）和协同刺激信号是指免疫细胞在接受抗原刺激的同时，还必须有辅助受体提供辅助活化信号才能被活化。辅助受体的种类很多，在不同的环境中发挥的作用也不相同，T细胞-APC识别时最为常见的提供协同刺激信号的黏附分子有：CD4-MHC类分子、CD8-MHC类分子、CD28-CD80或CD86、CD2-CD58、LFA-1-ICAM-1等。T细胞识别APC细胞提呈的抗原后，专职APC上表达的CD80（或CD86）分子与T细胞表达的CD28结合，提供T细胞活化的第二信号，刺激T细胞活化、增殖和分化；如APC细胞不表达CD80/CD86，则T细胞缺乏CD80/CD86-CD28相互作用提供的辅助刺激信号，抗原刺激后的T细胞会处于免疫应答无能（anergy）状态。（二）炎症过程中白细胞与血管内皮细胞黏附 特定细胞上的黏附分子是不同类型炎症发生过程中重要的分子基础。以中性粒细胞为例，在炎症发生初期，中性粒细胞表面的唾液酸化的路易斯寡糖（sLex）与内皮细胞表面炎症介质所诱导表达的E-选择素的相互作用，介导了中性粒细胞沿血管壁的滚动和最初的结合；随后，中性粒细胞IL-8受体结合内皮细胞表面膜型IL-8，通过IL-8受体介导的信号途径刺激中性粒细胞表面LFA-1和Mac-1等整合素分子表达上调和活化，并同内皮细胞表面由促炎因子诱导表达的ICAM-1结合，LFA-1或Mac-1同ICAM-1的结合对于中性粒细胞与内皮细胞紧密的黏附和穿出血管内皮细胞到炎症部位发挥关键的作用。（三）淋巴细胞归巢 淋巴细胞归巢（lymphocyte homing）是淋巴细胞的定向迁移，包括淋巴细胞再循环和白细胞向炎症部位迁移。其分子基础是表达在淋巴细胞上称之为淋巴细胞归巢受体（lymphocyte homing receptor，LHR）的黏附分子，与表达在内皮细胞上称之为血管地址素（vascular addressin）的相应配体相互作用。第三节 CD和黏附分子及其单克隆抗体的临床应用CD和黏附分子及其相应的单克隆抗体已在临床免疫学中得到十分广泛的应用，本书第二十二章免疫学检测的基本原理和二十三章免疫学防治中将详细的阐述，此处仅就在疾病的发病机制、诊断、预防和治疗中的应用举例加以介绍。（一）阐明发病机制 CD4分子胞膜外区第一个结构域是人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus, HIV）囊膜糖蛋白gp1