多功能分子-CD31

日期：2019-08-29 11:31:08

CD31抗原，又稱為血小板內(nèi)皮細胞黏附分子（PECAM-1），是相對分子質(zhì)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(nèi)皮細胞、循環(huán)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(fā)現(xiàn)再次引起了國內(nèi)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？

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(fā)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(zhì)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(zhì)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(jīng)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(nèi)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(nèi)結構域包含118個氨基酸。功能區(qū)主要集中在胞外結構域和胞內(nèi)結構域。結構如圖一所示：

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(qū)，每個同源區(qū)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(qū)的第一、二免疫球蛋白樣區(qū)（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(qū)可調(diào)節(jié)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(qū)的親和力；CD31胞外區(qū)的第二免疫球蛋白樣區(qū)為異嗜性粘附的結合位點，第二免疫球蛋白樣區(qū)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(nèi)結構域

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

CD31胞內(nèi)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(fā)反饋抑制性信號轉(zhuǎn)導的發(fā)生，從而具有多種生理效應。CD31的胞內(nèi)區(qū)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(qū)的變化性拼接可產(chǎn)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(chǎn)生不同表型的CD31。胞漿區(qū)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(qū)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(zhuǎn)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(lián)素的IgSF/CAM也可以與CD31結合，目前已證實的CD31共受體整聯(lián)蛋白是αvβ3（或CD51 / CD61）整聯(lián)蛋白。盡管整聯(lián)蛋白在T細胞，NK細胞，肥大細胞和內(nèi)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(lián)蛋白類型。

4. CD31的功能

CD-31 通常位于血管內(nèi)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(fā)現(xiàn)CD31的表達，如上皮樣血管內(nèi)皮瘤、上皮樣肉瘤樣血管內(nèi)皮瘤、其他血管腫瘤、組織細胞性惡性腫瘤和漿細胞。在循環(huán)血小板和白細胞中，CD31主要是通過調(diào)節(jié)其胞內(nèi)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(nèi)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?shù)恼{(diào)節(jié)劑和維持內(nèi)皮細胞連接完整性起作用。

與CD31相關的大多數(shù)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(fā)育。CD31可以促進各種白細胞相關整聯(lián)蛋白與ICAM/VCAM IgSF成員的結合，并幫助外周血白細胞穿過內(nèi)皮屏障。促進CAM-IgSF結合是由于白細胞CD31-內(nèi)皮細胞CD31參與后，β1和β2整聯(lián)蛋白活性的普遍上調(diào)引起的。

5. CD31信號傳導

如2.2部分所述，胞內(nèi)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(fā)，然后與質(zhì)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(xù)發(fā)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，F(xiàn)ederica 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(diào)與穩(wěn)態(tài)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(wěn)定。而在記憶T細胞中，CD31調(diào)節(jié)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(zhì)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]：

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(tǒng)中粘附和信號傳導功能的整合。CD31的異常表達可引發(fā)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(xiàn)在對冠狀斑塊穩(wěn)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(qū)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(nèi)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(fā)現(xiàn)心絞痛，急性心肌梗死，心源性休克，猝死等均好發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，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]。

圖3 The Diagram of CD31 and Inflammation

在炎癥反應中，白細胞與內(nèi)皮細胞之間的相互作用是關鍵環(huán)節(jié)，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(nèi)皮細胞腔面?zhèn)鹊臐{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(huán)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)，骨髓、外周血單個核細胞CD31、CD44水平與外周血白細胞數(shù)、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(shù)據(jù)表明粘附分子表達異?？赡茉谠僬习l(fā)病中起一定作用。

根據(jù)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(zhì)，并提供調(diào)節(jié)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。

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