北大醫(yī)學研究生課程-分子免疫學-CD分子和粘附分子-韓文玲教授

CD分子

CDMolecules

北京大學人類疾病基因研究中心

韓文玲

2021年10月20日簡介免疫系統(tǒng)在機體發(fā)揮軍隊和警察的作用:對外:抵御病源微生物和異己成分;對內:去除病變、衰老細胞。以上功能通過完成。免疫應答一、前言

Introduction簡介

Introduction免疫應答的完成依賴于免疫細胞間的相互作用，作用方式：細胞間的直接接觸；細胞因子或其它介質介導。

免疫細胞膜分子是免疫細胞之間或細胞與介質之間相互識別的物質根底。介導APC與Th間相互作用的分子局部免疫細胞膜分子也被稱為細胞外表標記〔CellSurfaceMarker〕，包括TCR；BCR；MHC；LDA；AM等。1、LDA：LeukocyteDifferentiationAntigen，白細胞分化抗原，在白細胞發(fā)育、成熟、分化、活化過程中出現或消失的細胞外表標志。2、CD：ClusterofDifferentiation，以單克隆抗體鑒定為主，由國際白細胞分化抗原會議將來自不同實驗室的單克隆抗體所識別的同一種分化抗原歸為同一個分化群，簡稱CD。

二、概念、結構及根本特點〔一〕概念3、根據跨膜區(qū)分類

I型：一次跨膜，N端：胞外，C端：胞內；II型：一次跨膜，N端：胞內，C端：胞外；III型：屢次跨膜〔二、三、四、五、六、七〕；IV型：多個亞單位組成；V型：多肽以GPI連接于細胞膜的脂質雙層中；VI型：一端以GPI連接于細胞膜，另一端為一次或屢次跨膜。蛋白酪氨酸激酶結構域〔ProteinTyrosineKinase,PTK〕；蛋白酪氨酸磷酸酶結構域〔ProteinTyrosinePhosphatase,PTP〕；死亡結構域〔DeathDomain,DD〕；ITAM/ITIM基序〔ImmunoreceptorTyrosine-basedActivationMotif/-basedInhibitionMotif〕?！菜摹嘲麧{區(qū)重要結構域ITAM免疫受體酪氨酸活化基序〔immunoreceptortyrosine-basedactivationmotifs,ITAM〕：根本結構為YxxL/V，在胞膜相連的PTK作用下，Y發(fā)生磷酸化，招募胞漿中具有SH2結構域的其它PTK，啟動細胞活化。ITIM免疫受體酪氨酸抑制基序〔immunoreceptortyrosine-basedinhibitorymotifs,ITIM〕：根本結構為I/VxYxxL，在胞膜相連的PTK作用下，Y發(fā)生磷酸化，招募胞漿中具有SH2結構域的PTP，抑制細胞活化。

IgSF分子：具有Ig結構域的分子。每個Ig結構域由110個氨基酸組成，具有序列同源性；二級結構是由一個鏈內二硫鍵垂直連接兩個反向平行的β片層而形成的桶狀結構。三、Ig超家族CD分子B7–CD28家族成員對T、B淋巴細胞活化具有重要調節(jié)作用；通常定義B7為配體，CD28為受體。

B7家族成員CD80(B7-1，BB1)；CD86〔B7-2〕；ICOSL〔B7h，B7-H2，B7RP-1〕；PD-L1(B7-H1)；PD-L2(B7-DC)；B7-H3；B7-H4(B7x/B7S1)。CD28家族成員

CD28；CTLA-4；ICOS；PD-1〔programmeddeath-1〕；BTLA〔B-andT-lymphocyteattenuator〕。1、結構：均屬于IgSF成員?！惨弧矯D80，CD86，CD28和CTLA-42、分布：CD28：初始和活化T；CD152〔CTLA4〕：活化T；CD80〔B7-1〕/CD86〔B7-2〕：APC。3、功能：

CD28與B7結合后產生co-stimulatorysignal，促進na?veTcell活化、IL-2產生；

CD152與B7結合后產生負向調節(jié)信號，抑制T細胞活化。Th細胞活化的“三信號模型〞T細胞活化的三信號：Signal1：TCR＋MHC－抗原肽；Signal2：B7-CD28；Signal3：cytokines－receptors。

AnergyTcell:活性封閉或免疫失能T細胞，TCR與MHC-抗原肽結合，在無共刺激信號存在時，喪失了抗原應答和IL-2產生能力的T細胞。AnergyTcell〔二〕ICOSL與ICOS協(xié)同刺激分子；在初始T細胞中，其表達水平較低；在活化T細胞中，表達水平與CD28相當。目前研究說明ICOS-L是ICOS的唯一配體，ICOS-L缺陷小鼠和ICOS缺陷小鼠的表型相同。在CD28之后發(fā)揮作用；促進T細胞增殖，調節(jié)多種細胞因子產生。在T細胞活化、分化及輔助B細胞產生抗體過程中發(fā)揮重要作用?！踩砅D-L1/PD-L2與PD-1協(xié)同抑制分子；抑制T細胞增殖和細胞因子產生，維持外周免疫耐受。PD-1andItsLigandsinToleranceandImmunityProgrammeddeath1(PD-1)anditsligands,PD-L1andPD-L2,deliverinhibitorysignalsthatregulatethebalancebetweenTcellactivation,tolerance,andimmunopathology.Immuneresponsestoforeignandself-antigensrequirespecificandbalancedresponsestoclearpathogensandtumorsandyetmaintaintolerance.InductionandmaintenanceofTcelltolerancerequiresPD-1,anditsligandPD-L1onnonhematopoieticcellscanlimiteffectorTcellresponsesandprotecttissuesfromimmune-mediatedtissuedamage.Annu.Rev.Immunol.2021.26:677–704LigationofPD-1dampensTCRsignalingbutcanbeovercomebyCD28costimulation

Annu.Rev.Immunol.2021.26:677–704PD-1拮抗劑和沖動劑的臨床應用策略

PD-1,PD-L1和PD-L2基因中SNPs與疾病的關系〔四〕BTLA免疫抑制分子；活化T細胞和B細胞表達；BTLA缺陷小鼠有自身免疫病發(fā)病傾向；在維持外周免疫耐受和弱化炎癥反響方面，與PD-1有一定的重疊性，其具體功能有待深入研究。Abatacept(CTLA4-Ig)Orencia,

BristolMyersSquibb,NewYork,USA;asolublefusionproteinconsistingoftheextracellulardomainofhumanCTLA4,linkedtoamodifiedFcportion(hingeCH2andCH3domains)ofhumanIgG1.VincentGoebetal,CurrOpinRheumatol,2021,21:244–250.-S-S-IgGFcCTLA-4〔五〕B7–CD28家族成員的臨床開發(fā)研究Clinicalapplicationsofabataceptandbelatacept–keymilestonesPeterS.Linsley,etal.ImmunologicalReviews2021,229:307–321.B7基因轉染的腫瘤疫苗B7/CD28家族共刺激分子的特點B7/CD28家族成員的表達和功能30多年前，人們發(fā)現免疫系統(tǒng)受到刺激后會釋放一種可溶性細胞因子，該因子對多種腫瘤細胞系具有細胞毒作用，而且在多種動物模型中可引起腫瘤壞死，將其命名為腫瘤壞死因子〔TumorNecrosisFactor，TNF〕。TNF可直接誘導腫瘤細胞凋亡(Apoptosis)。1984,TNF的cDNA得以克隆，后來相繼克隆了該家族的多個成員，構成了TNF超家族細胞因子。TNF家族成員與其受體結合發(fā)揮作用，組成TNF受體超家族。四、TNF及其受體超家族TNF和TNFR超家族成員I型膜蛋白；

膜外區(qū)有富含半胱氨酸的重復性功能區(qū)。TNF受體超家族成員的結構特征根據其胞內區(qū)的結構和功能特點，分為：

TIM家族TNFRSF；DD家族TNFRSF；誘餌受體〔decoyreceptors〕。TNF受體超家族成員的分類

〔一〕TIM家族TNFRSFTIM〔TRAF-interactingmotifs，TRAF相互作用基序〕，TRAF即TNF-R相關因子〔TNF-Rassociatedfactor)；包括多數TNFRSF成員；作用廣泛，具有重要免疫調節(jié)作用；協(xié)同促進T、B細胞活化。

1、協(xié)同T細胞活化的TIM家族TNFRSF成員TIM家族TNFRSF成員在T細胞活化中的作用〔1〕OX40：主要作用于CD4＋T細胞，尤其是Th2細胞；在CD28之后發(fā)揮作用，維持CD4＋T細胞存活和免疫記憶；阻斷其作用，可特異抑制TE細胞存活，進而阻斷抗原特異性免疫應答，是自身免疫病治療的重要靶點。〔2〕CD27：

促進T細胞擴增；作用于CD28之后；維持TE細胞存活；在再次免疫應答中發(fā)揮更重要作用。〔3〕4-1BB：在抗病毒免疫中，主要作用于CD4＋T細胞；在CD28之后發(fā)揮作用；

維持T細胞存活，參與T細胞介導的記憶性應答。

2、協(xié)同調控B細胞活化的TIM家族TNFRSF成員B細胞活化的經典雙信號：Signal1：BCR＋抗原；Signal2：CD40＋CD40L。CD40之外的其它TIM家族TNFRSF成員，如：CD27，CD30，BCMA和TACI也參與B細胞活化。

〔1〕CD40：誘導B細胞增殖、分化；促進抗體的類別轉換；上調細胞因子和膜外表分子的表達；保護細胞使其免于凋亡；CD40L缺陷導致性聯高IgM綜合征〔HyperIgMsyndrome，HIGM1)。CD40L缺陷導致性聯高IgM綜合征〔2〕CD27：促進抗體產生，促進Bm細胞產生和活化。〔3〕CD30：抑制抗體產生和類別轉換?！?〕BAFF,APRIL及其受體：Bcellactivatingfactor(BAFF)和APRIL(aproliferation-inducingligand)，外周B細胞存活的關鍵因子。

BAFF,APRILandtheirreceptorsMackay,P.Schneideretal.Cytokine&GrowthFactorReviews19(2021)263–276

NaturereviewsImmunology,2021,July(9),491-502BAFFanditsreceptorsReceptorsandSignalpathwaysofBAFFJ.Sunetal.EuropeanJournalofPharmacology597(2021)1–5BAFF,apotentialtargetofSLEIntransgenicmiceover-productionofBAFFyieldsclinicalsymptomsthatareverysimilartothoseseeninhumanSLEandSjogren’ssyndrome.Moreover,thereisacorrelationbetweenelevatedBAFFlevelsinthepatients’serumandautoimmunediseaseactivity.Belimumab,amonoclonalantibodythattargetsBlymphocytestimulator(BLYS;alsoknownasTNFSF13BandBAFF),developedbyHumanGenomeSciencesandGlaxoSmithKline,mettheprimaryendpointinaPhaseIIItrialforsystemiclupuserythematosus(SLE).Ifapproved,belimumabwouldbethefirstdisease-modifyingtreatmentforSLEandthefirstdrugindecadestobeapprovedforthecondition.NaturereviewsImmunology,2021,September,6883、TIM家族TNFRSF的信號轉導發(fā)揮共刺激作用的TNF/TNF受體成員的特點〔二〕DD家族TNFRSFDD〔deathdomain〕即死亡結構域；主要包括TNFRI、FAS〔CD95〕、DR4〔TRAILR1〕、DR5〔TRAILR2〕；負向調控T、B細胞活化；在腫瘤生物治療中具有一定應用前景。1、FAS(CD95)FAS：分布廣泛；配體：FASL〔CD178〕，表達于活化CTL〔CytotoxicTLymphocyte〕細胞和局部腫瘤細胞。生理功能：免疫調節(jié)，AICD；CTL的細胞毒效應。

FAS和FASL的免疫調節(jié)和細胞毒效應免疫調節(jié)作用CTL殺傷靶細胞的機制

FAS和FASL缺陷動物模型：lpr(lymphoproliferation)突變小鼠

FAS缺陷

gld(generalizedlymphoproliferationdisease)突變小鼠

FASL缺陷

表現：淋巴結增生，脾腫大，IgG、IgM自身抗

體增加，出現腎炎、關節(jié)炎等病變。自身免疫病的發(fā)生；腫瘤細胞逃逸免疫應答。病理作用TRAIL〔TNF-relatedapoptosis-inducingligand〕表達廣泛；TRAIL與DR4或DR5結合，啟動細胞凋亡；T細胞活化后期，DR4、DR5表達上調，參與AICD；在腫瘤治療中，全身性應用TRAIL的副作用較小，開發(fā)前景看好。2、DR4〔TRAILR1〕和DR5〔TRAILR2〕ApoptoticsignalingthroughTRAILpathway

〔三〕誘餌受體〔decoyreceptors〕主要包括DcR1，DcR2，DcR3和OPG；胞內區(qū)沒有功能性結構域，不能啟動細胞的信號轉導過程；與TIM家族TNFRSF成員和DD家族TNFRSF競爭結合配體，從而抑制相應分子的功能。

TRAIL與DcR1、DcR2等Decoy受體結合，能抑制其促凋亡效應；有研究說明，正常細胞高表達DcR1、DcR2，而腫瘤細胞不表達或低表達，這可能與全身應用TRAIL的副作用較小有關。

ClinicaltrialsusingrecombinanthumanTRAILoragonisticanti-TRAILRmAbs

Naturereviewscancer,2021(8),782-798粘附分子

(AdhesionMolecule,AM)

北京大學人類疾病基因研究中心

韓文玲

2021年10月20日

介導細胞與細胞、細胞與胞外基質間相互接觸、相互作用的膜分子。絕大多數粘附分子已被命名為CD分子。

一、概念1、AM通常橫穿胞膜，與細胞骨架相連，在細胞運動時可牽拉另一細胞或細胞外基質。2、一個AM可利用不同位點結合多種配體，單個AM與配體的親和力〔affinity〕較低；當AM在細胞外表重新分布〔redistribution〕、聚簇〔cluster〕時，與配體之間的親合力〔avidity〕會大大提高。二、作用特點3、細胞調整與其它細胞間相互作用的方式：增加細胞外表粘附分子的數目；改變與配體之間的親和力/親合力。細胞提高粘附分子表達水平的途徑：釋放小泡內儲存的大量AM，數分鐘內即到達細胞外表；合成新的AM并轉運至細胞外表，歷時數小時。三、分類Ig超家族粘附分子〔IgSuperfamily〕；整合素〔Integrin〕；選擇素〔Selectin〕；鈣粘著素〔Cadherin〕等。結構特征:含Ig樣結構域的AM；

細胞間粘附分子〔inter-cellularadhesionmolecule，ICAM〕；血管細胞粘附分子1〔vascularcellularadhesionmolecule1，VCAM-1〕等。四、IgSF粘附分子細胞間粘附分子〔ICAM〕能使一個細胞與另一個細胞發(fā)生相互作用的AM,包括：ICAM-1〔CD54〕：含5個Ig樣domains；ICAM-2(CD102)：含2個Ig樣domains；ICAM-3(CD50)：含5個Ig樣domains。

1、結構特征:含Ig樣結構域的AM;ICAM-1〔CD54〕D1D2D3D4D5細胞膜LFA1,鼻病毒CR3

2、表達：

組成性低表達；炎癥、感染等刺激下，表達明顯上調。在Mo/M?、Neu、活化的淋巴細胞、活化的血管內皮細胞高表達。3、配體及功能：LFA-1(CD11a/CD18);CD11b/CD18等；〔1〕協(xié)助介導APC與T細胞間相互作用；

〔2〕協(xié)助介導白細胞從血管向炎癥部位的遷移。〔3〕鼻病毒：參與鼻病毒感染；〔4〕瘧原蟲感染的RBC：參與腦型瘧疾的發(fā)病。

CD54Immunoadhesin：治療腦型瘧疾、鼻病毒感染；CD54抑制劑〔包括抗CD54抗體、可溶性CD54、CD54反義寡核苷酸〕：Crohns、RA等。治療-S-S-IgGFcCD54膜外區(qū)五、整合素〔Integrin〕Integrin，暫譯為整合素；1987年，Hynes發(fā)現Integrin可以作為細胞粘附受體，介導細胞與細胞外基質的粘附，使細胞得以附著而形成整體〔integration〕。

〔一〕簡介整合素出現于多細胞生物，原核生物、植物、真菌中沒有發(fā)現其同源物。多細胞生物：介導細胞與細胞外基質蛋白之間的相互作用；脊椎動物：不僅發(fā)揮上述作用，還介導特定細胞間的粘附。

10多年的研究發(fā)現，作為一個膜受體家族，整合素不僅具有粘附作用；更重要的是具有跨膜連接作用，能夠把細胞外環(huán)境和細胞骨架結構聯系起來；還參與多條信號轉導通路的活化，在多種生理和病理過程中發(fā)揮重要作用。1、概念：介導細胞與細胞外基質、細胞與細胞之間的粘附，使細胞得以附著而形成整體的粘附分子。2、組成：、鏈通過非共價鍵連接形成的異源雙體分子；不同

鏈或鏈之間有一定的同源性。、

鏈均為I型膜蛋白;

胞外區(qū)大，胞內區(qū)小。整合素的結構示意圖整合素與配體結合發(fā)揮作用；其結合依賴Ca+、Mn+等二價陽離子；整合素家族雖然成員較多，但不同成員具有特異的、非冗余功能，其結合配體的特異性不同和基因敲除小鼠的不同表型改變都可以說明其功能的特異性。作用特點3、分類：目前發(fā)現18種鏈，8種鏈，組合形成24種整合素分子；根據鏈不同，整合素可分為1-8共8個亞群，每一亞群利用同一種鏈，而鏈各不同；多數鏈只能與一種鏈結合；而大局部鏈可結合不同的鏈。整合素家族

1主要涉及細胞與細胞外基質的結合；

2參與白細胞與內皮細胞或其它免疫細胞的粘附；

3涉及炎癥部位或血管損傷部位血小板和中性粒細胞的相互作用。

1、

2和

3亞群是整合素家族的主要成員CD11a/CD18(LFA-1),L2；CD11b/CD18(CR3),M2；CD11c/CD18(CR4),x2;CD11d/CD18,

D2。

(二〕2integrin(CD11/CD18，白細胞整合素)配體：CD54等；功能：淋巴細胞活化、白細胞粘附?！?〕CD11a/CD18(LFA-1)ChemokineReceptorSignalingMediatesArrestofMovingCellsintheImmuneandNervousSystemsRichardM.Ransohoff1,Immunity,2021(31),711-721.又稱Mac-1抗原；

配體：CD54、iC3b等。功能：介導細胞粘附；促吞噬，抗感染?！?〕CD11b/CD18(CR3)〔3〕CD11c/CD18(CR4)配體：C3dg；功能：促吞噬，抗感染?！?〕2整合素缺陷的表現2整合素及其配體基因敲除小鼠：白細胞增多、粘附缺陷，免疫力下降。I型白細胞粘附缺陷〔Leukocyteadhesiondeficiency，LAD-I〕病癥：反復發(fā)作的感染。病因：2整合素特別是CD18基因缺陷，白細胞不能向感染部位遷移，吞噬功能下降，抵抗力差，患者早期死亡。〔三〕整合素的功能調控：活化與非活化

空間構象決定其與配體的親和力上下；親和力決定其活化狀態(tài)；活化狀態(tài)決定其粘附和信號轉導作用能否有效發(fā)揮；時空性調控其活化與非活化狀態(tài)具有關鍵作用。整合素的不同活化狀態(tài)組成性表達：非活化狀態(tài)，不結合配體，不轉導信號；誘導性表達：快速活化。CD11/CD18在靜息白細胞外表以非活化狀態(tài)存在，防止不必要的炎癥；而一旦激活，快速活化，與ICAMs等結合，保證免疫功能正常發(fā)揮。

〔四〕整合素參與的信號轉導雙向信號轉導：由內向外信號轉導〔inside-outsignaling〕：整合素胞漿區(qū)結構域受到細胞內信號分子影響后，改變其與配體結合的能力；由外向內信號轉導〔out-insidesignaling〕：整合素與配體結合后，可以影響其胞內區(qū)與其它分子的相互作用。整合素的雙向信號轉導LFA-1的雙向信號轉導〔五〕基于整合素的藥物研發(fā)六、選擇素〔Selectin〕1、簡介：Selectin：由Select和Lectin合并而來，暫譯為選擇素。Theselectinsareafamilyofcell-adhesionproteinsthatmediatetherollingofleukocytesonactivatedendothelialcellsthroughtherecognitionofthecarbohydrateepitopesialylLewis(x)(sLe(x)(唾液酸化的路易斯糖x〕。2、配體：包括唾液酸化的路易斯糖X在內的寡糖基團。3、分類：L〔Leukocyte〕選擇素，CD62L；P〔Platelet〕選擇素，CD62P；E〔Endothelium〕選擇素，CD62E。分別代表最初發(fā)現相應選擇素分子的細胞。I型膜分子；胞外區(qū)同源性高；跨膜區(qū)、胞內區(qū)無同源性。

Ca2+依賴的C型外源凝集素(Lectin)結構域，配體結合部位；

表皮生長因子樣結構域，維持分子構象所必需；

補體調節(jié)蛋白結構域(CCP),增加分子的柔韌性,與CR1、CR2、C4bp等結構同源；

跨膜區(qū)胞內區(qū)4、選擇素的分子結構L-E-P-5、功能：

參與白細胞與血管內皮細胞的早期粘附和滾動(rolling)；

參與血小板與血管內皮細