第二节　黏附分子(Adhesion Molecules)

黏附分子(adhesion Molecules，AM)是一类介导细胞与细胞间或细胞与细胞外基质(extracell matrix，ECM)间相互接触和结合的分子，多为跨膜糖蛋白。黏附分子广泛分布于几乎所有细胞表面，某些情况下也可从细胞表面脱落至体液中，成为可溶性黏附分子(soluble adhesion molecule)。黏附分子以配体-受体结合的形式发挥作用，其配体有膜分子、细胞外基质、血清和体液中的可溶性分子和补体C3片段。黏附分子参与细胞识别、信号转导以及细胞活化、增殖、分化与移动等，是免疫应答、炎症反应、凝血、创伤愈合以及肿瘤转移等一系列重要生理与病理过程的分子基础。

黏附分子与CD分子是根据不同角度命名的膜分子：黏附分子以黏附功能归类；CD分子是借助单克隆抗体鉴定、归类而命名。一大类CD分子具有黏附作用，大部分黏附分子也属CD分子。

一、黏附分子的类别及其特征

根据黏附分子的结构特点可将其分为整合素、选择素、黏蛋白样、免疫球蛋白超家族及钙黏蛋白5个家族，此外还有一些尚未归类的黏附分子。

1.整合素家族

整合素家族(integrin family)乃因其主要介导细胞与细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)的黏附，使细胞附着以形成整体而得名。整合素分子结构见图7-3。整合素参与细胞活化、增殖、分化、吞噬与炎症形成等多种功能。

图7-3　整合素分子的基本结构

整合素家族成员均为α、β两条多肽链(或亚单位)组成的异源二聚体，α、β两链共同组成整合素家族识别配体的结合点。目前已知整合素家族中至少有14种α链亚单位和8种β链亚单位。迄今已发现20余个整合素家族成员，按β链亚单位的不同，可将其分为β1～β8共8个组。同一组成员的β链均相同，而α链各异。多数α链亚单位仅能与一种β链亚单位结合，而多数β链亚单位则可结合数种不同α链亚单位。

整合素家族中发现较早且较重要的有3组，分别是VLA组、白细胞黏附受体组和血小板糖蛋白组。

①VLA(very late appearing antigen)亚家族，或称β1亚家族。该亚家族至少包括6个不同的成员(VLA-1～VLA-6)，它们可在各种类型的细胞表面表达。

②白细胞整合素(leukocyte integrin)亚家族，即β2亚家族或白细胞黏附分子(1eukocyte cell adhesion molecule)亚家族，它包括三个成员(LFA-A、Mac-1和P150，P90)，三者均在白细胞上表达。

③细胞黏附素(cytoadhesin)亚家族，或称β3亚家族，包括两个成员即体外粘连蛋白受体VNR和血小板糖蛋白Ⅱb/Ⅲa，主要表达于内皮细胞和血小板上。

整合素家族是介导细胞与ECM相互黏附的重要分子，其配体主要是：ECM蛋白(如纤维黏连蛋白、血纤维蛋白原等)。某些整合素配体是：细胞表面分子，可介导细胞间相互作用。

2.选择素家族

选择素家族(selectin family)参与炎症发生、淋巴细胞归巢、凝血以及肿瘤转移等。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。

选择素家族包括L-选择素(CD62L)、P-选择素(CD62P)和E-选择素(CD62E)3个成员，L、P、E分别代表最初发现此3种选择素的白细胞、血小板和血管内皮细胞。选择素分子的配体是某些寡糖基团，主要是唾液酸化的路易斯寡糖(sialyl Lweis，sLe^X或CD15a)或具有类似结构的分子，此类配体主要分布于白细胞、血管内皮细胞及某些肿瘤细胞表面(图7-4)。

图7-4　选择素家族的共同特点

选择素的胞外区由三个结构域构成：N端的C型凝集素结构域、EGF样结构域、重复次数不同的补体结合蛋白结构域：通过凝集素结构域来识别糖蛋白及糖脂分子上的糖配体。

E选择素及P选择素所识别与结合的糖配体为唾液酸化及岩藻糖化的N乙酰氨基乳糖结构(sLe^X及sLe^A)。sLe^A结构存在于髓系白细胞表面(其中包括L选择素)分子中。多种肿瘤细胞表面也存在sLe^X及sLe^A结构。

P选择素贮存于血小板的α颗粒及内皮细胞的Weibel-Palade小体。炎症时活化的内皮细胞表面首先出现P选择素，随后出现E选择素。它们对于召集白细胞到达炎症部位具有重要作用。

E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面。炎症组织释放的白细胞介素I(IL-1)及肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子可活化脉管内皮细胞，刺激E选择素的合成。

L选择素广泛存在于各种白细胞的表面，参与炎症部位白细胞的出脉管过程。白细胞表面L选择素分子上的sLe^A与活化的内皮细胞表面的P选择素及E选择素之间的识别与结合，可召集血液中快速流动的白细胞在炎症部位的脉管内皮上减速滚动(即通过黏附、分离、再黏附……如此循环往复)，最后穿过血管进入炎症部位。

3.免疫球蛋白超家族

免疫球蛋白超家族(immunoglobulin superfamily，IgSF)是指一类具有类似于IgV区或C区折叠结构，其氨基酸组成也与Ig有一定同源性的分子。IgSF成员极多，包括抗原特异性受体(如TCR与BCR)、非抗原特异性受体及其配体(如CD2与LFA-3)、IgFc受体、某些黏附分子及MHCⅠ、MHCⅡ分子等。属于IgSF成员的黏附分子，其识别的配体多为IgSF分子或整合素分子，主要介导T细胞-APC/靶细胞、T细胞-B细胞间的相互识别与作用。

4.黏蛋白样家族

黏蛋白样家族(mucin-like family)是一组富含丝氨酸和苏氨酸的糖蛋白，为新归类的一类黏附分子。该家族包括CD34、糖酰化依赖的细胞黏附分子-1(glycosylation-dependent cell adhesion molecule-1，GlyCAM-1)和P-选择素糖蛋白配体(P-selectin glycoprotein ligand-1，PSGL-1)3个成员。此类黏附分子膜外区均可为选择素提供唾液酸化的糖基配位，故可与选择素结合。

CD34是L-选择素的配体，主要分布于造血干细胞(HSC)、定向祖细胞(骨髓基质细胞)和某些淋巴结的血管内皮细胞表面，参与早期造血的调控和淋巴细胞归巢。此外，部分急性非淋巴细胞白血病细胞、急性B细胞白血病细胞及血管来源的肿瘤细胞也表达CD34。

5.钙黏蛋白家族

钙黏蛋白或钙黏素(cadherin)家族是一类钙离子依赖的黏附分子家族(Ca²⁺dependent adhesion molecule family)。钙黏蛋白家族成员在体内有各自独特的组织分布，且可随细胞生长、发育状态不同而改变。

钙黏蛋白为单链糖蛋白，多数钙黏蛋白膜外区结构相似，能介导相同分子的黏附，称同型黏附作用。

钙黏蛋白家族成员至少有20多个，其中与免疫学关系密切的主要是E-cadherin、Ncadherin和P-cadherin三种，E、N、P分别表示上皮、神经和胎盘。钙黏蛋白在调节胚胎形态发育和实体组织形成与维持中具有重要作用。此外，肿瘤细胞的钙黏蛋白表达改变与肿瘤细胞浸润和转移有关。

除上述五类黏附分子家族外，还有一些尚未归类的黏附分子，如外周淋巴结地址素(PNAd)、皮肤淋巴细胞相关抗原(CLA)、CD36和CD44等，它们分别具有介导炎症和淋巴细胞归巢等功能。

二、黏附分子的生物学作用

黏附分子种类繁多，但具有如下共同作用特点，即：①通过受体与配体间相互结合而发挥效应，且其生物学作用往往有赖于多对受体和配体共同协作而完成；②生物学效应呈可逆性、非高度特异性；③同一黏附分子在不同细胞表面可发挥不同作用，同一生物学作用也可能由不同黏附分子所介导；④黏附分子与相应配体结合可启动信号转导，其所介导的黏附作用及信号转导均同黏附分子密度及其与配体的亲和力有关。

黏附分子生物学作用广泛，参与机体多种重要的生理功能和病理过程。

1.参与炎症反应

炎症过程的重要特征之一是白细胞与血管内皮细胞的黏附、穿越血管内皮细胞并向炎症部位渗出。该过程的重要分子基础是白细胞与血管内皮细胞间黏附分子的相互作用。不同白细胞的渗出过程或在渗出的不同阶段，其所涉及的黏附分子不尽相同。例如炎症发生初期，中性粒细胞表面CD15s(sLe^X)可与血管内皮细胞表面E-选择素结合而黏附于管壁；随后，在血管内皮细胞表达的膜结合型IL-8诱导下，已黏附的中性粒细胞LFA-1和Mac-1等整合素分子表达上调，同内皮细胞表面由促炎因子诱生的ICAM-1相互结合，对中性粒细胞与内皮细胞紧密黏附和穿越血管壁到炎症部位均发挥关键作用。

2.参与免疫细胞识别与活化

免疫细胞的相互作用及效应细胞杀伤靶细胞的过程中，除需特异性识别抗原外，还有赖于黏附分子的相互作用。在免疫应答的诱导阶段，T细胞活化不仅取决于其TCR特异性识别APC表面的抗原肽-MHC分子复合物，还需黏附分子作为其识别抗原的共受体并提供T细胞活化必需的共刺激信号。例如，通过CD28/B7、LFA-1/ICAM-1、CD2/LFA-3、CD4/MHCⅡ类分子或CD8/MHCⅠ类分子等黏附分子对的相互作用，可提高T细胞对抗原刺激的敏感性，并提供共刺激信号，促进T细胞活化。活化T细胞也可借助LFA-1/ICAM-1、CD40/CD40L、CD2/LFA-3等黏附分子对与B细胞紧密结合，并向B细胞传递活化信号。

在免疫应答的效应阶段，CD8/MHCⅠ类分子、LFA-1/ICAM-1、CD2/LFA-3等黏附分子对参与CTL对靶细胞的杀伤作用。此外，LFA-1、ICAM-1和某些VLA也参与巨噬细胞、NK细胞等对靶细胞的非特异性杀伤作用。

3.参与淋巴细胞归巢

淋巴细胞可借助黏附分子从血液回归至淋巴组织，此为淋巴细胞归巢(lymphocyte homing)。介导淋巴细胞归巢的黏附分子称为淋巴细胞归巢受体(lymphocyte homing receptor，LHR)，包括L-选择素、LFA-1、CD44等。LHR的配体称为地址素(addressin)，主要表达于血管(尤其是淋巴结高内皮小静脉，HEV)内皮细胞表面，如外周淋巴结地址素(PNAd)、黏膜地址素细胞黏附分子(MadCAM-1)、ICAM-1、ICAM-2等。通过LFA-1/ICAM-1、L-选择素/PNAd、CD44/MadCAM-1等相互作用，介导淋巴细胞黏附并穿越HEV管壁至淋巴结中，继而再经淋巴管、胸导管进入血液，进行淋巴细胞再循环。

4.其他作用

IgSF等黏附分子参与诱导胸腺细胞分化与成熟；gpⅡb/Ⅲa、VNR-β3等整合素分子参与凝血及伤口修复过程；胚胎发育过程中，Cadherin等黏附分子参与细胞黏附及有序组合，对胚胎细胞发育形成组织和器官至关重要；黏附分子还参与细胞迁移和细胞凋亡的调节等。

三、黏附分子与临床

1.黏附分子与免疫缺陷病

白细胞黏附缺陷症(leukocyte adhesion deficiency，LAD)指一种罕见的常染色体隐性遗传病，其临床特征是反复发生难以治愈的感染。LAD是因为LFA-1和Mac-1功能不全所致，可分为两型：LAD-1型患者的整合素β2链基因突变，使白细胞CD11/CDl8表达缺陷，以至白细胞不能与血管内皮细胞表面ICAM-1结合，不能穿越血管壁渗出至炎症部位；LAD-2型患者的白细胞不表达sLe^X、CD15和CLA，故不能与血管内皮细胞表面E-选择素结合，同样也不能向炎症部位渗出。

Glanlzman病(即血小板功能不全症)是因血小板表达8pⅡb/Ⅲa缺陷所致，患者血小板不能活化而发生凝集，故出血时间延长，易引起出血。

CD4分子是HIV受体，HIV感染导致CD4⁺T细胞病变，其特征之一是发生细胞融合而形成多核巨细胞(合胞体)，继而细胞死亡。在合胞体形成过程中，LFA-1(CD11a/ CD18)参与HIV感染和细胞融合的早期阶段，有助于病毒在细胞间传播，抗CD11a或抗CD18单克隆抗体可干扰HIV感染和HIV诱发的细胞融合。

2.黏附分子与自身免疫病

黏附分子参与某些自身免疫病的组织损伤。例如：类风湿关节炎发病过程中，炎症部位淋巴细胞、单核细胞、粒细胞可表达CD44、L-选择素等归巢受体并产生大量细胞因子作用于内皮细胞，促使其ICAM-1、CD31等表达增高，从而促进白细胞与内皮细胞黏附及穿越血管壁，促进淋巴细胞、单核-吞噬粒细胞、粒细胞向关节滑膜浸润，最终导致局部关节炎症病变加重、组织增生、血管翳形成和功能损害。此外，患者关节滑膜液中多种可溶性黏附分子水平升高。

3.黏附分子与移植排斥

在器官移植中，整合素、选择素、黏蛋白样家族和IgSF成员均参与移植排斥反应的发生。这些黏附分子的主要作用是：介导白细胞向移植部位浸润；提供T细胞激活的共刺激信号；诱导效应T细胞形成并介导效应细胞杀伤移植物靶细胞，等等。联合应用抗LFA-1(CD11a/CD18)单克隆抗体和免疫抑制剂，可延长骨髓移植患者存活期；抗ICAM-1单克隆抗体与环孢素A联合使用，可延长猴同种异体肾移植的存活期。此外，检测患者血中可溶性ICAM-1和可溶性VCAM-1水平，可作为移植排斥反应的监测指标。

4.黏附分子与肿瘤

黏附分子参与肿瘤发展和转移，并可调节效应细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。已证实，肿瘤浸润和转移与其黏附分子表达的改变有关。肿瘤细胞某些黏附分子表达减少可减弱细胞间的附着，肿瘤细胞得以从原发肿瘤分离，这是肿瘤浸润和转移的第一步。例如，人肠癌、乳腺癌等多种肿瘤细胞E-Cadherin表达明显减少或缺失，此种改变与肿瘤细胞恶性程度显著相关。除表达水平外，黏附分子在肿瘤细胞的定位也发生改变。如E-Cadherin分子在正常上皮组织中主要分布于细胞相邻的侧面，而某些上皮组织起源的肿瘤细胞其ECadherin表达于细胞顶部，此种分布异常使该分子难以介导细胞间相互附着，这可能是肿瘤细胞易与原发肿瘤脱离并转移的机制之一。另一方面，肿瘤细胞表达的某些黏附分子使已进入血流的肿瘤细胞得以黏附血管内皮细胞，造成血行转移。例如，人结肠癌细胞高表达CD15，通过与血管内皮细胞表达的E-选择素结合，参与癌细胞血行转移。

肿瘤转移过程中，肿瘤细胞表面黏附分子可发生变化。例如：肿瘤发生早期，其整合素表达降低，有利于肿瘤细胞在局部生长和扩散；肿瘤细胞进入血循环后，其整合素表达上调，能促进肿瘤细胞黏附血管内皮细胞，继而发生转移。

黏附分子参与介导CTL、NK细胞、巨噬细胞等效应细胞与肿瘤细胞黏附。例如，参与CTL杀伤肿瘤细胞的黏附分子有ICAM-1、LFA-1、CD2、LFA-3、CD8及MHC-Ⅰ类分子等。某些肿瘤细胞黏附分子表达缺失或下降，可逃避效应细胞的杀伤作用。此外，肿瘤患者体液中可溶性ICAM-1等水平往往升高，可能抑制NK细胞等效应细胞的杀伤作用，从而使肿瘤细胞得以逃避免疫攻击。

本章小结(Summary)

白细胞分化抗原和黏附分子是重要的免疫细胞膜分子。白细胞分化抗原以CD命名。与T细胞识别、黏附、活化有关的CD分子主要有CD3、CD4、CD8、CD2、CD58、CD28和CD40L等；与B细胞识别、黏附、活化有关的CD分子主要有CD19、CD21、CD79、CD80、CD86和CD40等；表达于NK细胞、吞噬细胞、肥大细胞和B细胞等各种细胞表面的各类IgFc受体是Ig和免疫细胞协同发挥功能的重要分子基础。黏附分子根据其结构特征可分为整合素家族、选择素家族、IgSF、钙粘蛋白家族等，广泛参与免疫应答、炎症发生、淋巴细胞归巢等生理和病理过程。CD和黏附分子及其单克隆抗体在基础医学和临床医学中的应用十分广泛。

复习思考题(Review Questions)

1.简述白细胞分化抗原、CD分子和黏附分子的基本概念。

2.简述选择素家族基本结构、组成及功能。

3.简述黏附分子的分类和主要功能。

李晋涛