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ELISA系列 | 粘附分子

作者:池博专刊    发布日期:2021-05-10 09:30


细胞粘附分子是细胞表面的蛋白质,负责细胞与细胞和/或细胞与细胞外基质(ECM)的相互作用。它们与称为“同亲性相互作用”的相同分子或称为“异亲性相互作用”的不同分子进行反式相互作用。


粘附分子通常分为五类:整合素(integrins)、选择素(selectins)、钙粘蛋白(cadherins)、免疫球蛋白超家族成员(IgSF,包括连接蛋白nectins)、其他(如粘蛋白mucins)(图1)。除了传统的粘附分子外,某些酶如血管粘附蛋白1(VAP-1)也在细胞粘附中发挥作用。


粘附分子结构不同,结合的配体不同。整合素通常与细胞外基质结合,而选择素、钙粘素和IgSF成员与细胞间粘附有关。免疫细胞整合素也与可溶性配体和其他细胞上的配体结合。细胞-细胞粘附分子可进一步根据其配体进行划分,例如,选择素以钙依赖的方式结合碳水化合物,钙粘蛋白以钙依赖的方式优先介导亲同性键, IgSF亚家族介导亲同性键和亲异性键(homophilic and heterophilic bonds)。


图1. 粘附分子图示

 

01 粘附分子简介


整合素(integrins)是大的异二聚体,由α- 以及β-链在质膜上形成完整的受体。整合素与细胞外基质、其他细胞表面配体以及可溶性配体结合。白细胞表达各种整合素,而β1-整合素(α4β1),β2-整合素(αLβ2, αMβ2, αXβ2, αDβ2)和β7-整合素(α4β7 and αE(CD103)β7)在免疫细胞中扮演特别重要的角色。β2-整合素是白细胞上主要的整合素。


选择素根据最初发现时的细胞类型:血小板、内皮细胞和白细胞(然而,P-选择素也在内皮细胞上表达)又进一步分为P-选择素、E-选择素和L-选择素。选择素的表达动力学不同,P-选择素在几分钟内表达,E-选择素在几小时内表达。选择素对于白细胞运输、淋巴细胞向外周淋巴结和皮肤的迁移尤为重要。它们最显著的功能与滚动细胞粘附级联的初始阶段有关,其中选择素结合使滚动成为可能。选择素结合也启动了随后的整合素依赖的缓慢滚动和细胞停滞的步骤,因为选择素结合与趋化因子受体激活一起启动了导致整合素激活的由内而外的信号。特别是L-选择素表现出一种力依赖性结合,例如,L-选择素与其配体形成捕捉键(在力作用下增强的键)。捕捉键占主导地位,直到施加的力达到形成滑移键的力阈值(受力减弱的键)。在其他选择素中,这种情况发生的程度较小。选择素的适当功能依赖于碳水化合物,这在一种叫做白细胞粘附缺陷Ⅱ(LADⅡ)的疾病中得到了证实。LAD II是由岩藻糖转运蛋白的突变引起的,导致岩藻糖不能被结合到选择素配体中,最终导致选择素介导的白细胞粘附的破坏。许多选择素配体,包括P-选择素糖蛋白配体1(PSGL-1),它是所有三种选择素的主要配体,粘膜寻址蛋白细胞粘附分子-1(MAdCAM-1)和外周淋巴结寻址蛋白(PNAd)属于一个称为粘蛋白的糖蛋白家族,是保护消化道、呼吸道和泌尿生殖道粘膜上皮细胞的主要成分。有趣的是,粘蛋白的过度表达,特别是粘蛋白-1,在许多人类恶性肿瘤中被检测到,似乎促进了癌细胞的生长和存活。


钙粘蛋白,是“钙依赖性粘附蛋白”的缩写。这个家族的分子具有钙粘素重复序列。钙离子的结合稳定了胞外区延伸的棒状结构,这是钙粘蛋白分子排列在邻近细胞上实现最佳粘附所必需的。这些蛋白质在连接细胞时优先以同亲性方式与自身相互作用;因此既是受体又是配体。至少有100种钙粘蛋白,大多数在发育中的脊椎动物大脑中的未成熟细胞、神经元和胶质细胞上表达。它们的功能很多,包括细胞分类、边界形成、靶识别、突触形成和突触功能。在形态发生、组织发生和再生过程中,它们可能在不同细胞类型的分类中起重要作用。它们还可能参与紧密连接和缝隙连接的调节,以及细胞间距的控制。钙粘蛋白可分为五个受体亚群:典型的钙粘蛋白I型和II型,桥粒胶蛋白(desmocollins),桥粒蛋白(desmogleins),原钙粘蛋白(protocadherins),以及其他一些远亲钙粘蛋白。


IgSF是最大和最多样化的蛋白质家族之一。IgSF的所有成员都包含至少一个免疫球蛋白或免疫球蛋白样结构域,并且大多数成员是具有胞外结构域(包含Ig结构域)、跨膜结构域和胞质尾部的I型跨膜蛋白。最著名的成员包括主要组织相容性复合体(MHC)I类和II类分子以及T细胞受体(TCR)复合体的蛋白质。细胞间粘附分子(ICAMs)、血管细胞粘附分子(VCAM)、MAdCAM-1和活化白细胞粘附分子(ALCAM)也属于粘附受体家族,它们在白细胞转运事件中起重要作用。有趣的是,MAdCAM-1同时包含Ig和粘蛋白结构域,使其成为IgSF和粘蛋白家族的成员。IgSF的另一个亚家族是nectin家族,其成员介导各种组织中的细胞-细胞粘附,包括内皮、上皮和神经组织。这些成员之间可以形成同亲性相互作用,也可以与其他连接蛋白或其他配体形成异亲性相互作用。它们还可以与钙粘蛋白合作建立粘附连接。从免疫学的角度来看,由于连接蛋白参与效应细胞功能的调节以及最近在抗肿瘤反应中的重要作用,因此连接蛋白和免疫调节受体(如DNAM-1(CD226)和TIGIT)之间的相互作用尤其令人感兴趣。有趣的是,在各种肿瘤中连接蛋白的表达也经常上调。在粘附蛋白的四个主要类别中,IgCAMs是唯一独立于钙发挥作用的组。
 

联科生物我们已经开发的粘附分子ELISA试剂盒如下(表1)。前面推文中我们介绍了Selectin家族,新品P-Cadherin,这次我们介绍EpCAM,ICAM和VCAM这几个成员。


表1. 已开发粘附分子ELISA试剂盒

目录号
产品名称
 
 
70-EK1229
Human CEACAM5/CD66e ELISA Kit
70-EK1224
Human CEACAM6/CD66c ELISA Kit
 

 


02 上皮细胞粘附分子EpCAM(CD326)


上皮细胞粘附分子(EpCAM)不属于粘附分子的任何“经典”家族,是发现最早的癌症标志物。20世纪70年代,对新的肿瘤特异性细胞表面抗原进行了功能性筛选,其中通过用癌细胞免疫小鼠和产生抗体分泌杂交瘤产生单克隆抗体。利用新产生的抗体,EpCAM被鉴定为肿瘤抗原。EpCAM在上皮癌中高表达,在正常单纯上皮中低水平表达


EpCAM可促进同源性粘附,但也具有经典钙粘蛋白介导的细胞-细胞相互作用的功能拮抗剂的作用。此外,EpCAM参与了多种过程,包括细胞增殖、迁移、粘附、分化和细胞信号传导。EpCAM过度表达诱导的增殖与细胞周期相关蛋白的上调相关


EpCAM突变体细胞表面缺失EpCAM,导致致命的肠道异常(先天性丛生性肠病)。EpCAM在肿瘤中有以下作用:(1)是癌症预后指标,EpCAM高表达常伴随不良预后。(2)是肿瘤诊断和治疗的一个有吸引力的靶点。EpCAM已被用作许多免疫治疗方法的靶点,包括用单克隆抗体治疗和开发癌症靶向抗体,已经疫苗接种策略。自2009年以来,抗EpCAM三特异性抗体catumaxomab(Removab)已被批准用于治疗癌症患者的恶性腹水。(3)参与林奇综合征病理过程。MLH1和MSH2突变约占Lynch综合征病例的80%。位于MSH2上游的EpCAM基因(EpCAM)杂合生殖系缺失已被证明导致MSH2启动子区域的甲基化和随后的MSH2表达缺失。EpCAM缺失约占Lynch综合征病例的20%。

 

03 细胞间粘附分子-1(ICAM-1,CD54)


细胞间粘附分子-1(ICAM-1,CD54)属于IgSF类。ICAM-1与白细胞表面β2整合素CD11a/CD18(LFA-1)和CD11b/CD18(MAC-1)的相互作用对于白细胞跨内皮迁移到炎症部位以及作为T细胞活化的共刺激分子的功能非常重要。ICAM-1在细胞表面呈组成性表达,并在多种炎症介质(包括促炎细胞因子、激素、细胞应激和病毒感染)的作用下上调。这些刺激主要通过激活ICAM-1基因转录来增加ICAM-1的表达。ICAM-1启动子结构复杂,含有大量的可诱导转录因子结合位点,其中最重要的是核因子kappaB(NF-kappaB)。NF-kappaB与其他转录因子和共激活因子通过特异的蛋白质相互作用协同作用,促进ICAM-1启动子上不同的立体特异性转录复合物的组装。这些转录复合物可能介导ICAM-1在不同细胞类型和对不同刺激的反应中的表达。


ICAM-1:炎症、损伤缓解和肿瘤发生中细胞反应的主要调节因子。

 

04 细胞间粘附分子-3(ICAM-3,CD50)


该蛋白由所有白细胞组成并大量表达,ICAM蛋白是白细胞粘附蛋白LFA-1(整合素α-L/β-2)的配体。ICAM3也是整合素α-D/β-2的配体。与整合素α-L/β-2结合,有助于巨噬细胞吞噬凋亡的中性粒细胞。它不仅是一种粘附分子,而且还是一种有效的信号分子。ICAM-3通过PI3K/Akt途径诱导癌细胞增殖;通过Akt和CREB诱导MMP-2和MMP-9,增强人非小细胞肺癌细胞的迁移和侵袭能力;细胞外基质降解和CD209(DC-SIGN)信号转导参与原位肠癌和原位结肠癌。此外,ICAM-3影响CD4(+)T细胞中人类免疫缺陷病毒1型的复制,与DC-SIGN介导的传播无关。

 

05 血管细胞粘附分子-1(VCAM,CD106)


VCAM-1在内皮细胞中表达以响应细胞因子(例如TNFα 和IL-1β) 介导白细胞包括淋巴细胞和单核细胞的粘附。VCAM-1的白细胞配体是α4β1整合素(也称为极晚期抗原4)。以及β2-整合素αLβ2和αMβ2, α4β1是白细胞运输的重要介质,包括中性粒细胞进入大脑。


VCAM-1最初被鉴定为一种细胞粘附分子,有助于调节炎症相关的血管粘附和白细胞(如巨噬细胞和T细胞)的跨内皮迁移。最近的证据表明VCAM-1与多种免疫疾病的进展密切相关,包括类风湿性关节炎、哮喘、移植排斥和癌症。


VCAM-1作为内皮细胞粘附受体,在细胞免疫应答中白细胞募集起着关键作用,在二十多年前首次引起人们的关注。VCAM-1参与肿瘤生长、转移、血管生成及相关过程,被认为是癌症治疗和恶性肿瘤临床诊断的一个新靶点。VCAM-1与黑色素瘤细胞结合,参与转移性扩散。
 



●  Heidi Harjunpää et al. Cell Adhesion Molecules and Their Roles and Regulation in the Immune and Tumor Microenvironment. Front Immunol. 2019; 10:1078.

●  Schnell U, Cirulli V, Giepmans BN. EpCAM: structure and function in health and disease. Biochim Biophys Acta. 2013;1828(8):1989-2001

●  Bui TM, Wiesolek HL, Sumagin R. ICAM-1: A master regulator of cellular responses in inflammation, injury resolution, and tumorigenesis. J Leukoc Biol. 2020; 108(3):787-799.

●  Kim YG, Kim MJ, Lim JS, Lee MS, Kim JS, Yoo YD. ICAM-3-induced cancer cell proliferation through the PI3K/Akt pathway. Cancer Lett. 2006; 239(1):103-10.

●  Kong DH, Kim YK, Kim MR, Jang JH, Lee S. Emerging Roles of Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1) in Immunological Disorders and Cancer. Int J Mol Sci. 2018; 19(4):1057.

●  https://www.sabbiotech.com.cn/a-119-Adhesion-Molecules.html

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