ELISA系列 丨Selectin家族

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选择素(Selectin,CD62)是一类糖蛋白,在流体动力作用下负责细胞间的异质性相互作用。选择素之所以得名,是因为它们能够通过N末端的胞外C型凝集素结构域结合碳水化合物。

 

  • Selectin家族成员

选择素家族由三个成员组成,以其最初被鉴定的细胞类型命名:E-选择素(内皮细胞)、P-选择素(血小板)和L-选择素(淋巴细胞)。他们的CD命名分别是:CD62E、CD62P、CD62L。

选择素由负责碳水化合物识别的N末端钙依赖性凝集素结构域(CRD)、表皮生长因子样(EGF)结构域、一系列共有重复序列(CR)结构域、跨膜结构域和短胞质尾组成(图1)。选择素具有钙依赖性碳水化合物结合活性,被称为C型凝集素。

图1. E-、P-和L-选择素的结构。

选择素包含一个C型凝集素结构域、一个表皮生长因子(EGF)样结构域、一个跨膜结构域、一个细胞质尾部和一个可变数量的一致重复单元。

P-选择素在血小板、内皮细胞中高表达,并存在于血小板α颗粒和内皮细胞Weibel-Palade小体中。可溶性P-选择素(sP-selectin)的一小部分是通过mRNA剪接获得的, mRNA剪接导致缺少跨膜结构域外显子的形式;主要部分是从活化的血小板脱落而进入循环系统中。可溶性和膜形式都与受刺激的内皮细胞和血小板的表达密切相关。激活后,P-选择素在几分钟内转移到细胞表面。P-选择素的最大表达时间为刺激后5~10min,30~60min内P-选择素从细胞表面清除。这保证了P-选择素只存在于炎症组织的内皮表面。

E-选择素在骨髓、皮肤和血管的内皮细胞中显著表达。负责肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子的表达。刺激后E-选择素的表达需要从头转录。因此,在刺激后3-4小时,细胞表面可检测到E-选择素,16-24小时后,E-选择素降低至基础水平。

L-选择素在淋巴细胞、单核细胞和粒细胞上组成性表达,并在细胞活化后从细胞表面分离下来。L-选择素具有补体调节蛋白结构域的两个短CRs,其分子量约为75和110 kDa,取决于所研究的细胞。N-末端的9个氨基酸在配体分子和L-选择素之间的结合机制中起着至关重要的作用。淋巴细胞与外周淋巴结的高内皮微静脉(HEV)结合以及中性粒细胞侵入炎症部位也需要这个区域。

 

  • Selectin的配体

选择素属于粘附分子,是C型哺乳动物凝集素,以Ca2+依赖的方式结合碳水化合物配体。它对聚糖结构所携带的信息进行解码,与这些聚糖结构非共价相互作用,从而介导生物过程。

聚糖构成了脊椎动物细胞外表面(糖萼)的重要组成部分。它们是介导大量生物和病理事件的重要生物分子。聚糖的灵活性使其能够根据生理需要调整其三维结构。因此,在聚糖中,功能决定结构,反之亦然。聚糖表现出非凡的异质性,其储存信息的能力远远超过核酸和蛋白质。这些信息是由选择素家族所属的名为凝集素的糖蛋白家族解码的。在选择素中,钙依赖的碳水化合物识别域负责识别和结合与糖蛋白和糖脂相关的聚糖。

由3种选择素中的Ca2+依赖凝集素结构域所识别的最小结构是四糖唾液酸Lewis x(sLex)及其异构体唾液酸Lewis a(sLea)。虽然糖决定簇sLex或sLea的结合亲和力在毫摩尔范围内,但它们是许多糖蛋白或糖脂配体的重要组成部分,因此参与多价相互作用。大量的糖蛋白和糖脂被认为是选择素配体,其中一些具有很高的亲和力。这意味着蛋白质骨架及其构象有助于选择素结合和选择性。

P-选择素糖蛋白配体-1(PSGL-1)是迄今为止描述最好的选择素配体。PSGL-1是高亲和力配体分子,通过N末端与所有三种选择素结合,但具有不同的亲和力。

除PSGL-1外,CD24也与P-选择素结合。P-选择素可识别硫酸肝素糖胺聚糖。

E-选择素配体是在白细胞上表达的各种含有sLex和sLea决定簇的聚糖及其修饰物。E-选择素配体-1(ESL-1)是一种被E-选择素而不是P-选择素识别的跨膜糖蛋白。一项基因敲除小鼠的研究表明,没有ESL-1的存在,可溶性E-选择素的表达减少。当PSGL-1和ESL-1都缺失时,不表达E-选择素。CD44糖化型(90–100 kDa)称为HCELL,仅与E-选择素结合。CLA(PSGL-1的一种特殊糖型)和CD43也是E-选择素配体。

L-选择素与高内皮微静脉(HEV)表达的配体结合。L-选择素识别的基本特征是GlcNAc硫酸化sLex表位(6-磺基-sLex),存在于许多糖蛋白的双端O-聚糖上。L-选择素的主要生理配体是PSGL-1。外周淋巴结HEV上也发现了其他L-选择素配体。这些配体是属于外周淋巴结寻址蛋白(PNAds)家族的唾液粘蛋白,但它们在结合L-选择素中的作用还不完全清楚。PNAD粘蛋白由细胞粘附分子-1(MAdCAM-1)、聚糖-1(糖基化依赖性细胞粘附分子-1,Sgp50)、CD34(Sgp90)、鬼臼草酸、内切粘蛋白、nepmucin和Spg200组成。

 

  • Selectin的功能

选择素通过识别细胞表面的碳水化合物介导造血细胞和癌细胞与流动血液中的内皮细胞、白细胞和血小板的粘附。这些粘附事件在炎症、感染、癌症、淋巴细胞和骨髓干细胞归巢以及免疫细胞监测中起着至关重要的作用。选择素也有助于慢性和急性炎症性疾病中异常白细胞的归巢。他们还促进肿瘤转移。

选择素最显著的功能与白细胞粘附级联反应的初始阶段有关,其中选择素结合使栓系和滚动成为可能(图2)。

图2. 白细胞粘附级联反应和循环肿瘤细胞在内皮细胞上的栓系、滚动和牢固粘附有许多共同的模式。除L-选择素外,白细胞上的大多数选择素配体也存在于癌细胞上。最近,癌细胞上的新配体被观察到有助于选择素介导的内皮细胞滚动。

 

选择素在止血和血栓形成中也具有作用。研究发现,血小板在活化的内皮细胞上滚动,类似于白细胞的滚动,是由P-选择素与其配体PSGL-1的相互作用介导的。

有足够的数据支持选择素也调节循环癌细胞与内皮细胞的相互作用。除了直接的肿瘤-内皮/肿瘤-间皮粘附外,选择素还通过介导癌细胞、血小板和白细胞之间的相互作用促进转移。

研究结果清楚地表明选择素具有双重作用,它们是愈合过程所必需的,但也与严重疾病的发展有关。尽管选择素在这些过程中的粘附受碳水化合物决定因素(如sLex和sLea)的控制,但生理配体的详细结构及其生物合成的调控过程尚未完全确定。选择素作为介导炎症性疾病和转移的粘附受体使得它们成为一些疾病的治疗靶点。

 


 

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本文主要摘自:

Tvaroška I, Selvaraj C, Koča J. Selectins-The Two Dr. Jekyll and Mr. Hyde Faces of Adhesion Molecules-A Review. Molecules. 2020 Jun 19;25(12):2835.