细胞粘附分子研

1、会计学1细胞粘附分子研细胞粘附分子研CAMs能够介导细胞之间以及细胞与细胞能够介导细胞之间以及细胞与细胞外基质外基质(extracellular matrix，CEM)间的间的识别和结合，它们的功能：识别和结合，它们的功能：参与胚胎发育和细胞的信号转导；参与胚胎发育和细胞的信号转导；调节细胞生长、分化、运动、凋亡等；调节细胞生长、分化、运动、凋亡等；维持组织和器官的结构、形状及力学性质维持组织和器官的结构、形状及力学性质；在凝血、免疫调节、炎症反应、血栓形成在凝血、免疫调节、炎症反应、血栓形成、损伤修复、病毒和原虫感染以及肿瘤转、损伤修复、病毒和原虫感染以及肿瘤转移等过程中发挥重要作用。移等过

2、程中发挥重要作用。JUNCTIONAL ADHESION MECHANISMSNon-JUNCTIONAL CONTACTSCELL -MATRIXADHESIONCELL -CELLADHESIONbasal laminaactinNO attachmentplagueCADHERINSIG-LIKE CAMSINTEGRINSSELECTINSadhesion belt(CADHERINS)desmosomes(CADHERINS)Gap junctions(connexins)tightjunctionsfocal contacts(integrins)hemidesm.(integri

3、ns)integrinsnon-epithelial cellsepithelial cells一、细胞粘附分子简介一、细胞粘附分子简介( (一）组成：一）组成： 钙粘素钙粘素(cadherins)(cadherins)家族家族 整合素整合素(integrins)(integrins)家族家族 选择素选择素(selectins)(selectins)家族家族 免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族( (Ig superfamily) superfamily) CD44家族家族 其他其他 cell adhesion molecules 此外还存在可溶性粘附分子(sCAM) 由粘附分子细胞外区脱落后进入

4、血液或其他体液后形成，如它们在某些病理情况,如炎症、自身免疫性疾病、恶性肿瘤或移植排斥反应等疾病状况下增高。（二）结构（二）结构 大多数为膜上的整合大多数为膜上的整合糖糖蛋白蛋白, , 具有具有细胞外区细胞外区、跨膜区和细胞内区。、跨膜区和细胞内区。 细胞外区：结合配体细胞外区：结合配体 细胞内区：通过细胞内区：通过肌动蛋白结合蛋白肌动蛋白结合蛋白(actin (actin binding protein, ABP) binding protein, ABP)与细胞骨细胞骨 架相连。架相连。胞内区胞内区- -肌动蛋白结合肌动蛋白结合蛋白蛋白（ABPABP）细胞骨架细胞骨架 ABPABP种类很多

5、。它们与细胞骨架中作为微丝主种类很多。它们与细胞骨架中作为微丝主要收缩成分的肌动蛋白要收缩成分的肌动蛋白(actin)(actin)相连。这种连接相连。这种连接能加强粘附的力度。能加强粘附的力度。 ABPABP能控制能控制actinactin丝的组装和收缩，调节细胞丝的组装和收缩，调节细胞粘附、变形和运动。是细胞内信号转导成分的粘附、变形和运动。是细胞内信号转导成分的作用靶点。作用靶点。 配体配体 粘附分子粘附分子 ABPABP 细胞骨架途径还参与细细胞骨架途径还参与细胞的跨膜联系和信号转导，调节基因表达。胞的跨膜联系和信号转导，调节基因表达。1) CA-DEPENDENT CAMs (CEL

6、L ADHESION MOLECULES): a) classic CADHERINS: involved in both junctional and non junctional adhesionsE-, N- and P- cadherins (Epithelial, Nerve, Placenta)single-pass transmembrane glycoproteins (700-750 AA s), 5 cadherin repeatsselective adhesion, homophilicdifferential expression during development

7、 + morphogenesis the extracellular side: 5 cadherin repeats of 100 AA, (3 are Ca2+ -binding)in the absence of Ca rapid proteolysisthe cytoplasmic side:the intracellular attachment proteins: catenins a,b,g a,b,g (bind actin) (required for cell-cell adhesion)B) INTEGRINS: (both junctional and non-junc

8、tional adhesions)C) SELECTINS (non-junctional, endothelium and blood cells only)（三）（三）CAMsCAMs的配体的配体 1. 1. 同种或异种同种或异种CAMsCAMs的胞外区的胞外区 2. 2. 细胞外基质成分细胞外基质成分 (1) 氨基聚糖：如透明质酸氨基聚糖：如透明质酸 (2) 蛋白聚糖蛋白聚糖 (3) 纤维性蛋白质：纤维性蛋白质：胶原胶原(collagen, COL)、弹、弹 力纤维力纤维 (4) 粘附性糖蛋白粘附性糖蛋白 ： 纤连蛋白纤连蛋白(fibronectin，FN)、 层粘连蛋白层粘连蛋白(la

9、minin，LM或或LN)等等3.3.细胞表面的寡糖细胞表面的寡糖 唾液酸化的寡糖唾液酸化的寡糖LewisLewisx x 和它的异构体和它的异构体(sLe(sLex x和和sLesLea a) ) 4.4.血浆中的可溶性蛋白血浆中的可溶性蛋白 纤维蛋白原纤维蛋白原(FB) (FB) 、vWFvWF、iC3biC3b（四）（四）CAMsCAMs介导的细胞间的介导的细胞间的作用方式作用方式 1. 1.同种亲和性结合同种亲和性结合 2. 2.异种亲和性结合异种亲和性结合 3. 3.通过连接分子结合通过连接分子结合Cell - CellTransmembrane linkersorCAMs (cel

10、l adhesion molecules)1) Ca2+ - dependent CAMscadherins, selectins, integrins2) Ca2+ - independent CAMsCells both bind to and respond to CAMs on other cells.( (五五) )CAMs的调节的调节 CAMs在胚胎发育期、免疫炎症反应及肿瘤在胚胎发育期、免疫炎症反应及肿瘤转移等过程中有严格的时相性表达。转移等过程中有严格的时相性表达。 激素、细胞生长因子，细胞因子及炎症介质激素、细胞生长因子，细胞因子及炎症介质等启动的细胞信号转导通路能：等启动的

11、细胞信号转导通路能： 调节调节CAMs的数量：促进的数量：促进CAMs基因的表达或基因的表达或使某些粘附分子从细胞内转位到膜上，导致膜上使某些粘附分子从细胞内转位到膜上，导致膜上CAMs增多；增多； 通过磷酸化作用改变通过磷酸化作用改变CAMs的粘附性或亲和力的粘附性或亲和力。二、几种重要二、几种重要CAMs家族的结构家族的结构 与功能与功能 （一）钙粘素家族（一）钙粘素家族( (cadherin)cadherin) 单链，一次跨膜，作用依赖于钙。通过同种单链，一次跨膜，作用依赖于钙。通过同种亲和性结合介导同种细胞间的粘附，参与构建亲和性结合介导同种细胞间的粘附，参与构建细胞间的粘合连接细胞间

12、的粘合连接(adherence junction)(adherence junction)等。等。 该家族成员多达该家族成员多达3030多种，多种，分为分为E E、N N、P P等，等，分布于不同的组织。分布于不同的组织。 胞内区通过胞内区通过catenin(,)catenin(,)与与actinactin相连相连。作用：参与胚胎发育、组织构建、肿瘤转移等作用：参与胚胎发育、组织构建、肿瘤转移等。1) CA-DEPENDENT CAMs (CELL ADHESION MOLECULES): a) classic CADHERINS: involved in both junctional an

13、d non junctional adhesionsE-, N- and P- cadherins (Epithelial, Nerve, Placenta)single-pass transmembrane glycoproteins (700-750 AA s), 5 cadherin repeatsselective adhesion, homophilicdifferential expression during development + morphogenesis the extracellular side: 5 cadherin repeats of 100 AA, (3 a

14、re Ca2+ -binding)in the absence of Ca rapid proteolysisthe cytoplasmic side:the intracellular attachment proteins: catenins a,b,g a,b,g (bind actin) (required for cell-cell adhesion)B) INTEGRINS: (both junctional and non-junctional adhesions)C) SELECTINS (non-junctional, endothelium and blood cells

15、only)JUNCTIONAL ADHESION MECHANISMSNon-JUNCTIONAL CONTACTSCELL -MATRIXADHESIONCELL -CELLADHESIONbasal laminaactinNO attachmentplagueCADHERINSIG-LIKE CAMSINTEGRINSSELECTINSadhesion belt(CADHERINS)desmosomes(CADHERINS)Gap junctions(connexins)tightjunctionsfocal contacts(integrins)hemidesm.(integrins)i

16、ntegrinsnon-epithelial cellsepithelial cells cadhrein介导的细胞间粘附减弱的机制：介导的细胞间粘附减弱的机制： 1. E- cadhrein表达减少、基因突变导致结构表达减少、基因突变导致结构异常；异常；2.2.b b-catenin的磷酸化（的磷酸化（RTK或或PTK作用）或作用）或突变；突变； 已发现多种具有侵袭转移性的上皮细胞癌有已发现多种具有侵袭转移性的上皮细胞癌有cadhrein或或catenin 异常，结果导致肿瘤细胞异常，结果导致肿瘤细胞间的粘附作用减弱或丧失，使肿瘤细胞容易从间的粘附作用减弱或丧失，使肿瘤细胞容易从原发灶脱离而

17、发生转移。原发灶脱离而发生转移。（二）整合素家族（二）整合素家族（integrin) 组成：组成： 由由、链组成的异二聚体链组成的异二聚体, , 已发现已发现1616种种a a亚亚基和基和9 9种种b b亚基，它们可相互结合形成亚基，它们可相互结合形成2020多种整多种整合素。结合依赖二价阳离子。合素。结合依赖二价阳离子。 1.1亚族（亚族（VLA亚族）亚族） 细胞外基质（细胞外基质（CEM）的受体的受体 VLA1 (11) ： FN、LN、Col受体受体 VLA-3(31)： FN、LN、Col受体受体 VLA-6(61) ：LN受体受体介导：细胞细胞CEMCEM， 细胞（如细胞（如WBCW

18、BC）细胞（如内皮细胞）细胞（如内皮细胞）IntracellularIntegrin a5b1 = fibronectin receptorIntegrin a6b1 = laminin receptortalina a-actininvinculinfibronectinlamininsignalling moleculesHemidesmosome connecting an epithelial cell to the basal lamina.The integrin alpha6 beta4 which localized to hemidosmosomes, binds to pr

19、oteins in the plaques and to laminin in the extracellular matrix. 当整合素与当整合素与ECM结合后，便在膜上聚集成簇结合后，便在膜上聚集成簇，导致细胞骨架的重新组合，在整合素细胞内，导致细胞骨架的重新组合，在整合素细胞内区的组装形成了粘附斑（区的组装形成了粘附斑（focal adhesion，FA）以及与细胞长轴相平行的应力纤维。）以及与细胞长轴相平行的应力纤维。 FA是包括是包括ABP蛋白、骨架蛋白以及多种信号蛋白、骨架蛋白以及多种信号转导蛋白组成的复合物结构。整合素与转导蛋白组成的复合物结构。整合素与CEMCEM结合结合及粘

20、附斑形成时，能激活粘附斑激酶（及粘附斑形成时，能激活粘附斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）和其他）和其他PTKPTK，并激活，并激活多条信号转导通路：多条信号转导通路：1.磷脂酶（磷脂酶（PLC、PLA2）和）和PI-3K通路；通路；2.2.多种蛋白激酶信号转导通路，如多种蛋白激酶信号转导通路，如PKC通路、通路、 Ras-raf-ERK通路和应激激活的通路和应激激活的JNK通路等；通路等；3.3. Ca2+的信号转导通路等。的信号转导通路等。4.4. 小小G蛋白蛋白Rho的信号转导通路；的信号转导通路； 这些由整合素引发的信号通路可通过蛋白质的这些由整合素引发的信号

21、通路可通过蛋白质的磷酸化反应，调节基因表达和细胞周期，导致细磷酸化反应，调节基因表达和细胞周期，导致细胞骨架的组装和收缩，对细胞的表型和功能（细胞骨架的组装和收缩，对细胞的表型和功能（细胞的增殖、分化、凋亡和细胞向新的位点迁移等胞的增殖、分化、凋亡和细胞向新的位点迁移等）产生明显的影响。）产生明显的影响。2.2亚族亚族(Leu-CAMs) 主要存在白细胞主要存在白细胞 , 称白细胞粘附分子。称白细胞粘附分子。 命名命名LFA-1 （a aLb b2 )(CD11a/CD18) Mac-1 （a aMb b2 )(CD11b/CD18) GP150/95 (a aXb b2 )(CD11c/CD

22、18) 配体：配体： Ig超家族的粘附分子，如超家族的粘附分子，如 ICAMs等。等。Hynes: TiCB: 9:M33 1999CadherinsCa 2+ -dep. homophilic adhesion functional unit = dimerImmunoglobin superfamily (CAMs)homophilic or heterophilicSelectinsheterophilicP selectin + counter-receptor PSGL-1, glycosylatedIntegrinsheterodimers, heterophilicbind to

23、 ECM, Ig-CAMs, cadherinsadhesion, polarity, migrationCadh. repeatsIg and Fn III repeatslectin repeatsI-CAMCELL ADHESION MOLECULESCELL-CELL adhesion3. 3亚族亚族(细胞粘附素）细胞粘附素） 主要存在于血小板表面，包括主要存在于血小板表面，包括a abb b3和和a aVb b3，可与纤维蛋白原、纤连蛋白、血小，可与纤维蛋白原、纤连蛋白、血小板反应蛋白等结合，介导血小板之间的聚板反应蛋白等结合，介导血小板之间的聚集及血小板与基底膜的粘附，参与血栓形集

24、及血小板与基底膜的粘附，参与血栓形成。成。( (三三) )Ig超家族粘附分子超家族粘附分子结构：单链，胞外区有结构：单链，胞外区有Ig样结构样结构 ICAM1，2，3 VCAM1 NCAM B7-1CD28， CTLA-42) CA-INDEPENDENT CAMs (Ig-like CAMs) members of the immunoglobulin superfamily involved cell-cell non-junctional adhesionssingle-pass transmembrane glycoproteins many isoforms, weaker inte

25、ractions,changes of N-CAM expression in developmentN-CAMs: mostly homophilic (Neural CAM)I-CAMs: heterophilic (Intercellular CAMs (on activated endothelial cells)the extracellular side: 5 Ig-like repeats and 1-2 fibronectin (type III) repeatsvarious extent of glycosylationthe cytoplasmic side:variab

26、le, involved in cell signalling, binds to the cytoskel., to GPI or secretedno adhesion plaques (?)分布分布 刺激物刺激物 整合素配体整合素配体ICAM-1 激活激活 IL1， WBC 上的上的 LFA-1 EC等等 TNF， Mac-1 IFNr ICAM-2 EC等等 WBC上的上的 LFA-1VCAM-1 激活激活 IL1, Mono上的上的 VLA-4 EC TNF Lymph上的上的VLA-4作用：作用：与整合素一起，参与免疫、与整合素一起，参与免疫、 炎症炎症 反应，传递淋巴细胞的共刺激

27、信号反应，传递淋巴细胞的共刺激信号。使淋巴细胞激活的信号：使淋巴细胞激活的信号： 抗原信号：第一信号抗原信号：第一信号共刺激信号（第二信号）：由粘附分子介共刺激信号（第二信号）：由粘附分子介 导的信号。导的信号。B7-1CD28， CTLA-4（四）选择素家族（四）选择素家族（Selectin） 识别识别SLex的的lectin( (凝集素凝集素) )的粘附分子的粘附分子。 单链，一次跨膜，单链，一次跨膜，胞外区从胞外区从N端起依次端起依次为凝集素样区、表皮生长因子（为凝集素样区、表皮生长因子（EGF）样）样区和数个补体结合区。区和数个补体结合区。 配体为寡糖配体为寡糖Slex、 Slea等等

28、 。 Major families of cell adhesion proteins. Cadherin are homophilic adhesion moleculesIg-superfamily are Ca2+ independent and participate in heterophilic and homophilic.Selectins bind carbohydrate groups on adjacent cells only in the presence of Ca2+ Hynes: TiCB: 9:M33 1999CadherinsCa 2+ -dep. homo

29、philic adhesion functional unit = dimerImmunoglobin superfamily (CAMs)homophilic or heterophilicSelectinsheterophilicP selectin + counter-receptor PSGL-1, glycosylatedIntegrinsheterodimers, heterophilicbind to ECM, Ig-CAMs, cadherinsadhesion, polarity, migrationCadh. repeatsIg and Fn III repeatslect

30、in repeatsI-CAMCELL ADHESION MOLECULESCELL-CELL adhesion组成：组成：L Selectin 在各型在各型leukocyte组成性表组成性表达；达；E -Selectin (ELAM-1) 表达于活化的表达于活化的 endothelial（ EC）；）；P -Selectin (GMP-140) 主要表达在血主要表达在血小小 板板 a a颗粒颗粒和和EC作用：作用：介导炎症反应、凝血、血栓形成介导炎症反应、凝血、血栓形成（五）（五）CD44 跨膜单链糖蛋白，跨膜单链糖蛋白， 胞内区通过胞内区通过ABPABP与肌动蛋白丝结合。与肌动蛋白丝结合。

31、 配体：细胞外基质配体：细胞外基质透明质酸。透明质酸。标准型标准型CD44（CD44s) 在血细胞、上皮细胞、内皮细胞在血细胞、上皮细胞、内皮细胞及软骨中表达。及软骨中表达。变异型变异型CD44（CD44v) 有近十种，在肿瘤细胞中表达有近十种，在肿瘤细胞中表达。细胞，特别是高转移性的肿瘤细细胞，特别是高转移性的肿瘤细胞中表达。胞中表达。哺乳类胚胎卵裂哺乳类胚胎卵裂Cross-section through a part of the wall of the intestine四、四、CAMs在炎症反应中的作用在炎症反应中的作用 在炎症介质、细胞因子等作用下，在炎症介质、细胞因子等作用下， W

32、BC EC在选择素介导下相互作用，在选择素介导下相互作用，使使WBC沿着血管壁沿着血管壁 滚动（第一相反应）滚动（第一相反应）WBC的的L-Selectin EC上的上的P Selectin、 及及SLex E- Selectin WBCEC LFA-1,Mac-1 ICAM-1,2 WBCEC 牢固粘附牢固粘附 （第二相反应）（第二相反应）白细胞游走、趋化、释放活性氧、溶酶白细胞游走、趋化、释放活性氧、溶酶 炎症反应炎症反应五、五、CAMs在肿瘤转移中的作用在肿瘤转移中的作用 肿瘤转移步骤肿瘤转移步骤 参与的参与的CAMs 癌细胞脱离原位癌癌细胞脱离原位癌 Cadherins (癌细胞癌细胞

33、）癌细胞癌细胞） 减少减少浸润间质浸润间质,破坏基底膜破坏基底膜 VLA-1 FN 侵入血管侵入血管 VLA-6 LN(癌细胞间质癌细胞间质,ECM) 血管内移动血管内移动 VLA-5 FN(癌细胞癌细胞-血小板血小板,免疫细胞免疫细胞) ICAM-1LFA-1癌细胞与癌细胞与EC选择性粘附选择性粘附 LFA-1ICAM-1 (癌细胞癌细胞EC） Mac-1ICAM-1 VLA-4VCAM-1(肺肺) 易位器官内增殖易位器官内增殖 Slea Slex ( (肝）肝） 转移灶的形成转移灶的形成 ELAM-1/GMP-140（四）（四）CAMsCAMs介导的细胞间的介导的细胞间的作用方式作用方式

34、1. 1.同种亲和性结合同种亲和性结合 2. 2.异种亲和性结合异种亲和性结合 3. 3.通过连接分子结合通过连接分子结合1) CA-DEPENDENT CAMs (CELL ADHESION MOLECULES): a) classic CADHERINS: involved in both junctional and non junctional adhesionsE-, N- and P- cadherins (Epithelial, Nerve, Placenta)single-pass transmembrane glycoproteins (700-750 AA s), 5 ca

35、dherin repeatsselective adhesion, homophilicdifferential expression during development + morphogenesis the extracellular side: 5 cadherin repeats of 100 AA, (3 are Ca2+ -binding)in the absence of Ca rapid proteolysisthe cytoplasmic side:the intracellular attachment proteins: catenins a,b,g a,b,g (bi

36、nd actin) (required for cell-cell adhesion)B) INTEGRINS: (both junctional and non-junctional adhesions)C) SELECTINS (non-junctional, endothelium and blood cells only) cadhrein介导的细胞间粘附减弱的机制：介导的细胞间粘附减弱的机制： 1. E- cadhrein表达减少、基因突变导致结构表达减少、基因突变导致结构异常；异常；2.2.b b-catenin的磷酸化（的磷酸化（RTK或或PTK作用）或作用）或突变；突变； 已发现多种具有侵袭转移性的上皮细胞癌有已发现多种具有侵袭转移性的上皮细胞癌有cadhrein或或catenin 异常，结果导致肿瘤细胞异常，结果导致肿瘤细胞间的粘附作用减弱或丧失，使肿瘤细胞容易从间的粘附作用减弱或丧失，使肿瘤细胞容易从原发灶脱离而发生转移。原发灶脱离而发生转移。2) CA-INDEPENDENT CAMs (Ig-like CAMs) members of the immunoglobulin superfamily involved cell-cell non-junctional adhesionssingle-pass transmembrane glycoprotein