北大医学研究生课程-分子免疫学-CD分子和粘附分子-韩文玲教授

CD分子

CDMolecules

北京大学人类疾病基因研究中心

韩文玲

2021年10月20日简介免疫系统在机体发挥军队和警察的作用:对外:抵御病源微生物和异己成分;对内:去除病变、衰老细胞。以上功能通过完成。免疫应答一、前言

Introduction简介

Introduction免疫应答的完成依赖于免疫细胞间的相互作用，作用方式：细胞间的直接接触；细胞因子或其它介质介导。

免疫细胞膜分子是免疫细胞之间或细胞与介质之间相互识别的物质根底。介导APC与Th间相互作用的分子局部免疫细胞膜分子也被称为细胞外表标记〔CellSurfaceMarker〕，包括TCR；BCR；MHC；LDA；AM等。1、LDA：LeukocyteDifferentiationAntigen，白细胞分化抗原，在白细胞发育、成熟、分化、活化过程中出现或消失的细胞外表标志。2、CD：ClusterofDifferentiation，以单克隆抗体鉴定为主，由国际白细胞分化抗原会议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。

二、概念、结构及根本特点〔一〕概念3、根据跨膜区分类

I型：一次跨膜，N端：胞外，C端：胞内；II型：一次跨膜，N端：胞内，C端：胞外；III型：屡次跨膜〔二、三、四、五、六、七〕；IV型：多个亚单位组成；V型：多肽以GPI连接于细胞膜的脂质双层中；VI型：一端以GPI连接于细胞膜，另一端为一次或屡次跨膜。蛋白酪氨酸激酶结构域〔ProteinTyrosineKinase,PTK〕；蛋白酪氨酸磷酸酶结构域〔ProteinTyrosinePhosphatase,PTP〕；死亡结构域〔DeathDomain,DD〕；ITAM/ITIM基序〔ImmunoreceptorTyrosine-basedActivationMotif/-basedInhibitionMotif〕。〔四〕胞浆区重要结构域ITAM免疫受体酪氨酸活化基序〔immunoreceptortyrosine-basedactivationmotifs,ITAM〕：根本结构为YxxL/V，在胞膜相连的PTK作用下，Y发生磷酸化，招募胞浆中具有SH2结构域的其它PTK，启动细胞活化。ITIM免疫受体酪氨酸抑制基序〔immunoreceptortyrosine-basedinhibitorymotifs,ITIM〕：根本结构为I/VxYxxL，在胞膜相连的PTK作用下，Y发生磷酸化，招募胞浆中具有SH2结构域的PTP，抑制细胞活化。

IgSF分子：具有Ig结构域的分子。每个Ig结构域由110个氨基酸组成，具有序列同源性；二级结构是由一个链内二硫键垂直连接两个反向平行的β片层而形成的桶状结构。三、Ig超家族CD分子B7–CD28家族成员对T、B淋巴细胞活化具有重要调节作用；通常定义B7为配体，CD28为受体。

B7家族成员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家族成员

CD28；CTLA-4；ICOS；PD-1〔programmeddeath-1〕；BTLA〔B-andT-lymphocyteattenuator〕。1、结构：均属于IgSF成员。〔一〕CD80，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与B7结合后产生co-stimulatorysignal，促进naïveTcell活化、IL-2产生；

CD152与B7结合后产生负向调节信号，抑制T细胞活化。Th细胞活化的“三信号模型〞T细胞活化的三信号：Signal1：TCR＋MHC－抗原肽；Signal2：B7-CD28；Signal3：cytokines－receptors。

AnergyTcell:活性封闭或免疫失能T细胞，TCR与MHC-抗原肽结合，在无共刺激信号存在时，丧失了抗原应答和IL-2产生能力的T细胞。AnergyTcell〔二〕ICOSL与ICOS协同刺激分子；在初始T细胞中，其表达水平较低；在活化T细胞中，表达水平与CD28相当。目前研究说明ICOS-L是ICOS的唯一配体，ICOS-L缺陷小鼠和ICOS缺陷小鼠的表型相同。在CD28之后发挥作用；促进T细胞增殖，调节多种细胞因子产生。在T细胞活化、分化及辅助B细胞产生抗体过程中发挥重要作用。〔三〕PD-L1/PD-L2与PD-1协同抑制分子；抑制T细胞增殖和细胞因子产生，维持外周免疫耐受。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拮抗剂和冲动剂的临床应用策略

PD-1,PD-L1和PD-L2基因中SNPs与疾病的关系〔四〕BTLA免疫抑制分子；活化T细胞和B细胞表达；BTLA缺陷小鼠有自身免疫病发病倾向；在维持外周免疫耐受和弱化炎症反响方面，与PD-1有一定的重叠性，其具体功能有待深入研究。Abatacept(CTLA4-Ig)Orencia,

BristolMyersSquibb,NewYork,USA;asolublefusionproteinconsistingoftheextracellulardomainofhumanCTLA4,linkedtoamodifiedFcportion(hingeCH2andCH3domains)ofhumanIgG1.VincentGoebetal,CurrOpinRheumatol,2021,21:244–250.-S-S-IgGFcCTLA-4〔五〕B7–CD28家族成员的临床开发研究Clinicalapplicationsofabataceptandbelatacept–keymilestonesPeterS.Linsley,etal.ImmunologicalReviews2021,229:307–321.B7基因转染的肿瘤疫苗B7/CD28家族共刺激分子的特点B7/CD28家族成员的表达和功能30多年前，人们发现免疫系统受到刺激后会释放一种可溶性细胞因子，该因子对多种肿瘤细胞系具有细胞毒作用，而且在多种动物模型中可引起肿瘤坏死，将其命名为肿瘤坏死因子〔TumorNecrosisFactor，TNF〕。TNF可直接诱导肿瘤细胞凋亡(Apoptosis)。1984,TNF的cDNA得以克隆，后来相继克隆了该家族的多个成员，构成了TNF超家族细胞因子。TNF家族成员与其受体结合发挥作用，组成TNF受体超家族。四、TNF及其受体超家族TNF和TNFR超家族成员I型膜蛋白；

膜外区有富含半胱氨酸的重复性功能区。TNF受体超家族成员的结构特征根据其胞内区的结构和功能特点，分为：

TIM家族TNFRSF；DD家族TNFRSF；诱饵受体〔decoyreceptors〕。TNF受体超家族成员的分类

〔一〕TIM家族TNFRSFTIM〔TRAF-interactingmotifs，TRAF相互作用基序〕，TRAF即TNF-R相关因子〔TNF-Rassociatedfactor)；包括多数TNFRSF成员；作用广泛，具有重要免疫调节作用；协同促进T、B细胞活化。

1、协同T细胞活化的TIM家族TNFRSF成员TIM家族TNFRSF成员在T细胞活化中的作用〔1〕OX40：主要作用于CD4＋T细胞，尤其是Th2细胞；在CD28之后发挥作用，维持CD4＋T细胞存活和免疫记忆；阻断其作用，可特异抑制TE细胞存活，进而阻断抗原特异性免疫应答，是自身免疫病治疗的重要靶点。〔2〕CD27：

促进T细胞扩增；作用于CD28之后；维持TE细胞存活；在再次免疫应答中发挥更重要作用。〔3〕4-1BB：在抗病毒免疫中，主要作用于CD4＋T细胞；在CD28之后发挥作用；

维持T细胞存活，参与T细胞介导的记忆性应答。

2、协同调控B细胞活化的TIM家族TNFRSF成员B细胞活化的经典双信号：Signal1：BCR＋抗原；Signal2：CD40＋CD40L。CD40之外的其它TIM家族TNFRSF成员，如：CD27，CD30，BCMA和TACI也参与B细胞活化。

〔1〕CD40：诱导B细胞增殖、分化；促进抗体的类别转换；上调细胞因子和膜外表分子的表达；保护细胞使其免于凋亡；CD40L缺陷导致性联高IgM综合征〔HyperIgMsyndrome，HIGM1)。CD40L缺陷导致性联高IgM综合征〔2〕CD27：促进抗体产生，促进Bm细胞产生和活化。〔3〕CD30：抑制抗体产生和类别转换。〔4〕BAFF,APRIL及其受体：Bcellactivatingfactor(BAFF)和APRIL(aproliferation-inducingligand)，外周B细胞存活的关键因子。

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的信号转导发挥共刺激作用的TNF/TNF受体成员的特点〔二〕DD家族TNFRSFDD〔deathdomain〕即死亡结构域；主要包括TNFRI、FAS〔CD95〕、DR4〔TRAILR1〕、DR5〔TRAILR2〕；负向调控T、B细胞活化；在肿瘤生物治疗中具有一定应用前景。1、FAS(CD95)FAS：分布广泛；配体：FASL〔CD178〕，表达于活化CTL〔CytotoxicTLymphocyte〕细胞和局部肿瘤细胞。生理功能：免疫调节，AICD；CTL的细胞毒效应。

FAS和FASL的免疫调节和细胞毒效应免疫调节作用CTL杀伤靶细胞的机制

FAS和FASL缺陷动物模型：lpr(lymphoproliferation)突变小鼠

FAS缺陷

gld(generalizedlymphoproliferationdisease)突变小鼠

FASL缺陷

表现：淋巴结增生，脾肿大，IgG、IgM自身抗

体增加，出现肾炎、关节炎等病变。自身免疫病的发生；肿瘤细胞逃逸免疫应答。病理作用TRAIL〔TNF-relatedapoptosis-inducingligand〕表达广泛；TRAIL与DR4或DR5结合，启动细胞凋亡；T细胞活化后期，DR4、DR5表达上调，参与AICD；在肿瘤治疗中，全身性应用TRAIL的副作用较小，开发前景看好。2、DR4〔TRAILR1〕和DR5〔TRAILR2〕ApoptoticsignalingthroughTRAILpathway

〔三〕诱饵受体〔decoyreceptors〕主要包括DcR1，DcR2，DcR3和OPG；胞内区没有功能性结构域，不能启动细胞的信号转导过程；与TIM家族TNFRSF成员和DD家族TNFRSF竞争结合配体，从而抑制相应分子的功能。

TRAIL与DcR1、DcR2等Decoy受体结合，能抑制其促凋亡效应；有研究说明，正常细胞高表达DcR1、DcR2，而肿瘤细胞不表达或低表达，这可能与全身应用TRAIL的副作用较小有关。

ClinicaltrialsusingrecombinanthumanTRAILoragonisticanti-TRAILRmAbs

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

(AdhesionMolecule,AM)

北京大学人类疾病基因研究中心

韩文玲

2021年10月20日

介导细胞与细胞、细胞与胞外基质间相互接触、相互作用的膜分子。绝大多数粘附分子已被命名为CD分子。

一、概念1、AM通常横穿胞膜，与细胞骨架相连，在细胞运动时可牵拉另一细胞或细胞外基质。2、一个AM可利用不同位点结合多种配体，单个AM与配体的亲和力〔affinity〕较低；当AM在细胞外表重新分布〔redistribution〕、聚簇〔cluster〕时，与配体之间的亲合力〔avidity〕会大大提高。二、作用特点3、细胞调整与其它细胞间相互作用的方式：增加细胞外表粘附分子的数目；改变与配体之间的亲和力/亲合力。细胞提高粘附分子表达水平的途径：释放小泡内储存的大量AM，数分钟内即到达细胞外表；合成新的AM并转运至细胞外表，历时数小时。三、分类Ig超家族粘附分子〔IgSuperfamily〕；整合素〔Integrin〕；选择素〔Selectin〕；钙粘着素〔Cadherin〕等。结构特征:含Ig样结构域的AM；

细胞间粘附分子〔inter-cellularadhesionmolecule，ICAM〕；血管细胞粘附分子1〔vascularcellularadhesionmolecule1，VCAM-1〕等。四、IgSF粘附分子细胞间粘附分子〔ICAM〕能使一个细胞与另一个细胞发生相互作用的AM,包括：ICAM-1〔CD54〕：含5个Ig样domains；ICAM-2(CD102)：含2个Ig样domains；ICAM-3(CD50)：含5个Ig样domains。

1、结构特征:含Ig样结构域的AM;ICAM-1〔CD54〕D1D2D3D4D5细胞膜LFA1,鼻病毒CR3

2、表达：

组成性低表达；炎症、感染等刺激下，表达明显上调。在Mo/MØ、Neu、活化的淋巴细胞、活化的血管内皮细胞高表达。3、配体及功能：LFA-1(CD11a/CD18);CD11b/CD18等；〔1〕协助介导APC与T细胞间相互作用；

〔2〕协助介导白细胞从血管向炎症部位的迁移。〔3〕鼻病毒：参与鼻病毒感染；〔4〕疟原虫感染的RBC：参与脑型疟疾的发病。

CD54Immunoadhesin：治疗脑型疟疾、鼻病毒感染；CD54抑制剂〔包括抗CD54抗体、可溶性CD54、CD54反义寡核苷酸〕：Crohns、RA等。治疗-S-S-IgGFcCD54膜外区五、整合素〔Integrin〕Integrin，暂译为整合素；1987年，Hynes发现Integrin可以作为细胞粘附受体，介导细胞与细胞外基质的粘附，使细胞得以附着而形成整体〔integration〕。

〔一〕简介整合素出现于多细胞生物，原核生物、植物、真菌中没有发现其同源物。多细胞生物：介导细胞与细胞外基质蛋白之间的相互作用；脊椎动物：不仅发挥上述作用，还介导特定细胞间的粘附。

10多年的研究发现，作为一个膜受体家族，整合素不仅具有粘附作用；更重要的是具有跨膜连接作用，能够把细胞外环境和细胞骨架结构联系起来；还参与多条信号转导通路的活化，在多种生理和病理过程中发挥重要作用。1、概念：介导细胞与细胞外基质、细胞与细胞之间的粘附，使细胞得以附着而形成整体的粘附分子。2、组成：、链通过非共价键连接形成的异源双体分子；不同

链或链之间有一定的同源性。、

链均为I型膜蛋白;

胞外区大，胞内区小。整合素的结构示意图整合素与配体结合发挥作用；其结合依赖Ca+、Mn+等二价阳离子；整合素家族虽然成员较多，但不同成员具有特异的、非冗余功能，其结合配体的特异性不同和基因敲除小鼠的不同表型改变都可以说明其功能的特异性。作用特点3、分类：目前发现18种链，8种链，组合形成24种整合素分子；根据链不同，整合素可分为1-8共8个亚群，每一亚群利用同一种链，而链各不同；多数链只能与一种链结合；而大局部链可结合不同的链。整合素家族

1主要涉及细胞与细胞外基质的结合；

2参与白细胞与内皮细胞或其它免疫细胞的粘附；

3涉及炎症部位或血管损伤部位血小板和中性粒细胞的相互作用。

1、

2和

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

D2。

(二〕2integrin(CD11/CD18，白细胞整合素)配体：CD54等；功能：淋巴细胞活化、白细胞粘附。〔1〕CD11a/CD18(LFA-1)ChemokineReceptorSignalingMediatesArrestofMovingCellsintheImmuneandNervousSystemsRichardM.Ransohoff1,Immunity,2021(31),711-721.又称Mac-1抗原；

配体：CD54、iC3b等。功能：介导细胞粘附；促吞噬，抗感染。〔2〕CD11b/CD18(CR3)〔3〕CD11c/CD18(CR4)配体：C3dg；功能：促吞噬，抗感染。〔4〕2整合素缺陷的表现2整合素及其配体基因敲除小鼠：白细胞增多、粘附缺陷，免疫力下降。I型白细胞粘附缺陷〔Leukocyteadhesiondeficiency，LAD-I〕病症：反复发作的感染。病因：2整合素特别是CD18基因缺陷，白细胞不能向感染部位迁移，吞噬功能下降，抵抗力差，患者早期死亡。〔三〕整合素的功能调控：活化与非活化

空间构象决定其与配体的亲和力上下；亲和力决定其活化状态；活化状态决定其粘附和信号转导作用能否有效发挥；时空性调控其活化与非活化状态具有关键作用。整合素的不同活化状态组成性表达：非活化状态，不结合配体，不转导信号；诱导性表达：快速活化。CD11/CD18在静息白细胞外表以非活化状态存在，防止不必要的炎症；而一旦激活，快速活化，与ICAMs等结合，保证免疫功能正常发挥。

〔四〕整合素参与的信号转导双向信号转导：由内向外信号转导〔inside-outsignaling〕：整合素胞浆区结构域受到细胞内信号分子影响后，改变其与配体结合的能力；由外向内信号转导〔out-insidesignaling〕：整合素与配体结合后，可以影响其胞内区与其它分子的相互作用。整合素的双向信号转导LFA-1的双向信号转导〔五〕基于整合素的药物研发六、选择素〔Selectin〕1、简介：Selectin：由Select和Lectin合并而来，暂译为选择素。Theselectinsareafamilyofcell-adhesionproteinsthatmediatetherollingofleukocytesonactivatedendothelialcellsthroughtherecognitionofthecarbohydrateepitopesialylLewis(x)(sLe(x)(唾液酸化的路易斯糖x〕。2、配体：包括唾液酸化的路易斯糖X在内的寡糖基团。3、分类：L〔Leukocyte〕选择素，CD62L；P〔Platelet〕选择素，CD62P；E〔Endothelium〕选择素，CD62E。分别代表最初发现相应选择素分子的细胞。I型膜分子；胞外区同源性高；跨膜区、胞内区无同源性。

Ca2+依赖的C型外源凝集素(Lectin)结构域，配体结合部位；

表皮生长因子样结构域，维持分子构象所必需；

补体调节蛋白结构域(CCP),增加分子的柔韧性,与CR1、CR2、C4bp等结构同源；

跨膜区胞内区4、选择素的分子结构L-E-P-5、功能：

参与白细胞与血管内皮细胞的早期粘附和滚动(rolling)；

参与血小板与血管内皮细