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1 第七章白细胞分化抗原和黏附分子免疫应答过程有赖于免疫系统中细胞间的相互作用, 包括细胞间直接接触和通过分泌细胞因子或其他活性分子介导的作用 免疫细胞之间相互识别的物质基础是细胞表面功能分子, 包括细胞表面的多种抗原 受体和其他分子 有些细胞表面功能分子通常也称为细胞表面标记 (cell surface marker) 第一节 免疫细胞表面功能分子和人白细胞分化抗原 一 免疫细胞表面功能分子免疫细胞膜分子按其执行的功能, 主要可分为受体 MHC 分子 协同刺激分子以及黏附分子等, 其中受体可包括特异性识别抗原受体, 模式识别受体 (pattern-recognition molecules), 细胞因子受体, 补体受体,NK 细胞受体, 以及 Ig Fc 受体等 有关免疫细胞表面功能分子的分类 分布及主要功能见表 7 1 表 7 1 免疫细胞表面功能分子举例 表面功能分子种类 主要分布细胞 主要功能 受体 T 细胞受体 (TCR) T 细胞 特异性识别抗原 ( 抗原肽 MHC) B 细胞受体 (BCR) B 细胞 特异性识别抗原 NK 细胞受体 NK 细胞 激活或抑制杀伤活性 模式识别受体 (PRR) 吞噬细胞, 树突状细胞 抗感染, 感应危险信号 Ig Fc 受体 (FcR) 吞噬细胞, 树突状细胞 吞噬, 杀伤, 免疫调节 NK 细胞,B 细胞, 肥大细胞 补体受体 (CR) 吞噬细胞 免疫调节, 抗感染 细胞因子受体 广泛 造血, 细胞生长 分化, 趋化 死亡受体 (DR) 广泛 诱导凋亡 主要组织相容性复合体编码分子 MHCⅠ 类分子 广泛 识别抗原肽, 提呈抗原 MHCⅡ 类分子 抗原提呈细胞, 活化 T 细胞 识别抗原肽, 提呈抗原 协同刺激分子 T 细胞,B 细胞,APC 调节 T 细胞 B 细胞活化和信号转导 细胞黏附分子 (CAM) 广泛 细胞生长 分化和迁移, 炎症, 凝血, 创伤愈合

2 有关 TCR BCR NK 细胞受体 PRR 补体受体 细胞因子受体 MHC 等内容在本书相关章节中介绍 二 人白细胞分化抗原的概念 1. 白细胞分化抗原的概念 白细胞分化抗原 (leukocyte differentiation antigen) 是指血细胞在分化成熟为不同谱系 (lineage) 分化不同阶段及细胞活 化过程中, 出现或消失的细胞表面标记分子 显然, 白细胞分化抗原除表达在白 细胞外, 还表达在红系和巨核细胞 / 血小板谱系 白细胞分化抗原还广泛分布于 非造血细胞的血管内皮细胞 成纤维细胞 上皮细胞 神经内分泌细胞等 白细 胞分化抗原大都是跨膜的蛋白或糖蛋白, 含胞膜外区 跨膜区和胞质区 ; 有些白 细胞分化抗原是以糖基磷脂酰肌醇 (glycosyl phosphatidylinositol, GPI) 连接方 式, 锚定在细胞膜上 少数白细胞分化抗原是碳水化合物 根据人白细胞分化抗原膜外区结构特点, 可分为不同的家族 (family) 或超 家族 (superfamily), 常见的有免疫球蛋白超家族 (IgSF) 细胞因子受体家族 C 型凝集素超家族 整合素家族 肿瘤坏死因子超家族 (TNFSF) 和肿瘤坏死因 子受体超家族 (TNFRSF) 等 表 7 2 人 CD 分组 (2000 年 ) 分 组 CD 分子 ( 举例 ) T 细胞 CD2 CD3 CD4 CD5 CD8 CD28 CD152(CTLA 4) CD154(CD40L) B 细胞 CD19 CD20 CD21 CD40 CD79a(Igα) CD79b(Igβ) CD80(B7-1) CD86(B7-2) 髓样细胞 CD14 CD35(CR1) CD64(FcγRⅠ) 血小板 CD36 CD41( 整合素 αⅡb) CD42a CD42d CD51( 整合素 αv) CD61( 整合素 β3) CD62P(P 选择素 ) NK 细胞 CD16(FcγRⅢ) CD56(NCAM-1) CD94 CD158(KIR) CD161 (NKR-P1A) 非谱系 CD30 CD32(FcγRⅡ) CD45RA CD45RO CD46(MCP) CD55(DAF) CD59 黏附分子 CD11a CD11c CD15 CD15s(sLe x ) CD18( 整合素 β2) CD29( 整 合素 β1) CD49a CD49f CD54(ICAM-1) CD62E(E 选择素 ) CD62L (L 选择素 ) 细胞因子 / 趋化性细胞因子受体 CD25(IL-2Rα) CD95(Fas) CD116 CDw137 CD178(FasL) CD183 (CXCR3) CD184(CXCR4) CD195(CCR5) 内皮细胞 CD105(TGF-βRⅢ) CD106(VCAM-1) CD140(PDGFR) CD144 (VE 钙黏素 ) 碳水化合物结构 CD15u CD60a CD60c CD75

3 树突状细胞干细胞 / 祖细胞造血干细胞红细胞 CD83, CD80, CD86,CD85(ILT/LIR) CD133 CD243 CD34,CD117 CD233 CD242 注 :(1)CD 分子 13 个组划分的特异性是相对的, 实际上, 许多 CD 抗原组织细胞分布较为广泛 此外, 有的 CD 抗原可从不同分类角度而归入不同组, 如某些属于 T 细胞 B 细胞 髓样细胞或 NK 细胞组的 CD 抗原实际上也是黏附分子 (2) 表中某些 CD 分子后加了括号, 列出其相应的分子名称, 以便联系本书中相应的章节 2.CD 的概念 应用以单克隆抗体鉴定为主的方法, 将来自不同实验室的 单克隆抗体所识别的同一分化抗原其编码基因及其分子表达的细胞种类均鉴定明确者, 统称为 CD(cluster of differentiation) 人 CD 的编号已从 CD1 命名至 CD247, 可大致划分为 13 个组 ( 表 7 2), 有关 CD 分子的主要特征参见本书附录三 第二节黏附分子细胞黏附分子 (cell adhesion molecules,cam) 是众多介导细胞间或细胞与细胞外基质 (extracellular matrix,ecm) 间相互接触和结合分子的统称 黏附分子以受体 配体结合的形式发挥作用, 使细胞与细胞间, 细胞与基质间, 或细胞 基质 细胞间发生黏附, 参与细胞的识别, 细胞的活化和信号转导, 细胞的增殖与分化, 细胞的伸展与移动, 是免疫应答 炎症发生 凝血 肿瘤转移以及创伤愈合等一系列重要生理和病理过程的分子基础 黏附分子与 CD 分子是根据不同角度来命名 黏附分子是以黏附功能来归类, 其配体有膜分子, 细胞外基质, 以及血清和体液中的可溶性因子和补体 C3 片段 CD 分子范围十分广泛, 其中包括了黏附分子组, 因此大部分黏附分子已有 CD 的编号, 但也有部分黏附分子尚无 CD 编号 黏附分子根据其结构特点可分为整合素家族 选择素家族 免疫球蛋白超家族 黏蛋白样血管地址素 钙黏素家族等, 此外还有一些尚未归类的黏附分子 本节主要介绍整合素家族和选择素家族 一 整合素家族整合素家族 (integrin family) 最初是因此类黏附分子主要介导细胞与细胞外基质的黏附, 使细胞得以附着而形成整体 (integration) 而得名

4 ( 一 ) 整合素分子的基本结构 整合素家族的黏附分子都是由 α β 两条链 ( 或称亚单位 ) 经非共价键连接组 成的异源二聚体 α β 链共同组成识别配体的结合点 ( 图 7 1) 图 7 1 整合素分子的基本结构 表 7 3 整合素家族 β1 β2 β3 组的成员 结构 分布和相应配体 分 组 成 员 α/β 亚单位亚单位分子量 (kda) 结构 分 布 配 体 VLA 组 VLA 1 210/130 α1β1 M,Ta,NK, 神经 CO,LN (β1 组 ) (CD49a/CD29) 细胞, 平滑肌 VLA /130 α2β1 Ly,M,Pt,Fb,En CO,LN (CD49b/CD29) VLA /130 α3β1 M,T,B FN,LN,CO,EP (CD49c/CD29) VLA 4 150/130 α4β1 Ly,Thy, Mo,Eos FN, VCAM 1 (CD49d/CD29) MadCAM 1 VLA /130 α5β1 Thy,T,M,Pt,Ba FN (CD49e/CD29) VLA /130 α6β1 Thy,T,M,Pt,Ep LN (CD49f/CD29) α7β /130 (? /CD29) α7β1 黑素瘤, 肌细胞 LN

5 VNR β /130 αvβ1 Pt, En,Meg FN (CD51/CD29) 白细胞黏 LFA 1 180/95 αlβ2 Ly,My ICAM 1,2,3 附受体组 (CD11a/CD18) (β2 组 ) Mac 1 (CR3) P150,95 (CR4) αdβ2 170/95 (CD11b/CD18) 150/95 (CD11c/CD18) 150/95 αmβ2 αxβ2 αdβ2 NK,My My,NK,Ta,Ba Leu,Mac ic3b,icam 1,Fg ic3b,icam 1,Fg ICAM 3 (CD11d/CD18) 血小板糖 gpⅡbⅢa /105 αiibβ3 Pt,En,Meg Fg,FN,vWF 蛋白组 (CD41/CD61) TSP (β3 组 ) VNR β /105 (CD51/CD61) αvβ3 Pt,En,Meg VN,Fg,vWF TSP,FN,LN osteopontin,cd31 注 :B:B 细胞 ;Ba: 活化 B 细胞 ;En: 内皮细胞 ;Eos: 嗜酸性粒细胞 ;Ep: 上皮细胞 ; Fb: 成纤维蛋白 ;Ly: 淋巴细胞 ;Leu: 白细胞 ;M: 单核细胞 ;Mac: 巨噬细胞 ;Meg: 巨 核细胞 ;Mo: 单核细胞 ;My: 髓样细胞 ;NK: 天然杀伤细胞 ;T:T 细胞 ;Ta: 活化 T 细 胞 ;Thy: 胸腺细胞 ;FN(fibronectin): 纤连蛋白 ;LN(laminin): 层黏连蛋白 ;Pt: 血小板 ; TSP(thrombospondin): 血小板反应蛋白 ;VLA(very late appearing antigen): 迟现的抗原 ; CO(collagen): 胶原 ;VN(vitronectin): 玻连蛋白 ; Fg(fibrinogen): 血纤蛋白原 ;vwf(von Willebrand factor): 威勒布兰德因子 ;osteopontin: 骨桥蛋白 ;EP(epiligrin): 表皮整联配体 蛋白 ;LFA 1(lymphocyte function associated antigen-1) : 淋巴细胞功能相关抗原 1 ; ICAM 1(2,3)(intercellular adhesion molecule 1,2,3) : 细胞间黏附分子 1(2,3) ; VCAM 1(vascular cell adhesion molecule 1): 血管细胞黏附分子 1; MadCAM(mucosal addressin cell adhesion molecule): 黏膜地址素细胞黏附分子 ( 二 ) 整合素家族的组成 整合素家族中至少有 14 种 α 亚单位和 8 种 β 亚单位, 以 β 亚单位可将整合素 家族分为 8 个组 (β1 组 β8 组 ) 同一个组不同成员中,β 链均相同,α 链不同 大部分 α 链结合一种 β 链, 有的 α 链可分别结合两种或两种以上的 β 链 整合素家 族 β1 β2 β3 组的成员 结构 分布和相应配体见表 7 3 ( 三 ) 整合素分子的分布 整合素分子在体内分布十分广泛, 一种整合素可分布于多种细胞, 同一种细 胞也往往有多种整合素的表达 某些整合素的表达有显著的细胞类型特异性, 如

6 gpiibiiia 分布于巨核细胞和血小板, 白细胞黏附受体组 (β2 组 ) 主要分布于白细胞 整合素分子的表达水平可随细胞分化和生长状态发生改变 二 选择素家族选择素家族 (selectin family) 成员有 L- 选择素 P- 选择素和 E- 选择素, 在白细胞与内皮细胞黏附, 炎症发生, 以及淋巴细胞归巢中发挥重要作用 ( 一 ) 选择素分子的基本结构选择素为跨膜分子, 选择素家族各成员胞膜外区结构相似, 均由 C 型凝集素 (CL) 结构域 表皮生长因子 (EGF) 样结构域和补体调节蛋白 (CCP) 结构域组成 其中 CL 结构域可结合某些碳水化合物, 是选择素结合配体部位 胞质区可能与细胞骨架相连 图 7 2 选择素分子的结构 ( 二 ) 选择素家族的组成选择素家族有 L 选择素 (CD62L) P 选择素 (CD62P) 和 E 选择素 (CD62E) 三个成员,L P 和 E 分别表示这三种选择素最初发现分别表达在白细胞 血小板和血管内皮细胞 三种选择素的分布 配体和主要功能见表 7 4 表 7 4 选择素的分布 配体和功能 选择素分布配体功能

7 L 选择素 白细胞, 活化后下调 CD15s(sLe x ) 外周淋巴结 白细胞与内皮细胞黏 (CD62L) HEV 上 CD34 GlyCAM 1 附, 参与炎症 淋巴细胞归巢到外周淋巴结 P 选择素 血小板 巨核细胞 CD15s(sLe x ) CD15 白细胞与内皮细胞和 (CD62P) 活化内皮细胞 PSGL 1 血小板黏附 E 选择素 (CD62E) 活化内皮细胞 CD15s(sLe x ) CLA PSGL 1 髓样细胞 ESL 1 白细胞与内皮细胞黏附, 向炎症部位游走, 肿瘤细胞转移 注 :CLA: 皮肤淋巴细胞相关抗原 ; ESL 1:E 选择素配体 1 蛋白 ; GlyCAM 1: 糖基化依赖的细胞黏附分子 1;PSGL 1:P 选择素糖蛋白配体 1; sle x : 唾液酸化的路易斯寡糖 ( 三 ) 选择素分子识别的配体 x 与大多数黏附分子所结合的配体不同, 选择素识别的是一些寡糖基团, 主要是唾液酸化的路易斯寡糖 (sialyl Lweis x,sle x 即 CD15s) 或类似结构分子, 这些配体主要表达于白细胞 内皮细胞和某些肿瘤细胞表面 三 黏附分子的功能黏附分子参与机体多种重要的生理功能和病理过程, 以下仅举例简要加以介绍 ( 一 ) 免疫细胞识别中的辅助受体和协同刺激信号辅助受体 (co-receptor) 和协同刺激信号是指免疫细胞在接受抗原刺激的同时, 还必须有辅助受体提供辅助活化信号才能被活化 辅助受体的种类很多, 在不同的环境中发挥的作用也不相同,T 细胞 /APC 识别时最为常见的提供协同刺激信号的黏附分子有 :CD4/MHCⅡ 类分子 CD8/MHCⅠ 类分子 CD28/CD80 或 CD86 CD2/CD58 LFA 1/ICAM 1 等 T 细胞识别 APC 细胞提呈的抗原后, 专职 APC 上表达 CD80( 或 CD86) 分子刺激, 与活化 T 细胞表达的 CD28 结合, 供协同刺激信号, 增强 T 细胞活化, 进入正免疫应答 ; 如无 CD80/CD86-CD28 的辅助刺激信号, 抗原活化的 T 细胞则会处于免疫应答无能 (anergy) 状态 ( 二 ) 炎症过程中白细胞与血管内皮细胞黏附 特定黏附分子及其相应配体的表达水平和结合的亲和力是不同类型炎症发

8 生过程中重要的分子基础 以中性粒细胞为例, 在炎症发生初期, 中性粒细胞表面的唾液酸化的路易斯寡糖 (sle x ) 与内皮细胞表面炎症介质所诱导的 E 选择素的相互作用, 介导了中性粒细胞沿血管壁的滚动和最初的结合 ; 随后, 中性粒细胞 IL-8 受体结合内皮细胞表面膜型 IL-8, 刺激中性粒细胞表面 LFA 1 和 Mac 1 等整合素分子表达上调并活化, 同内皮细胞表面由促炎因子诱导表达的 ICAM 1 结合, 对于中性粒细胞与内皮细胞紧密的黏附和穿出血管内皮细胞到炎症部位发挥关键的作用 ( 图 7 3) 7 3 中性粒细胞参与炎症与黏附分子相互作用的关系 ( 三 ) 淋巴细胞归巢淋巴细胞归巢 (lymphocyte homing) 是淋巴细胞的定向游动, 包括成熟淋巴细胞向外周淋巴器官归巢, 淋巴细胞再循环, 以及淋巴细胞向炎症部位迁移 其分子基础是称之为淋巴细胞归巢受体 (lymphocyte homing receptor,lhr) 的黏附分子与内皮细胞上相应的血管地址素 (vascular addressin) 黏附分子的相互作用 图 7-4 列举了初始 T 细胞与淋巴结中的高内皮小静脉 (HEV) 结合, 并穿出血管内皮细胞进入淋巴结中 ( 详见第二章第三节 )

9 图 7 4 初始 T 细胞进入淋巴结与黏附分子相互作用的关系 第三节 CD 和黏附分子及其单克隆抗体的临床应用 CD 和黏附分子及其相应的单克隆抗体已在临床免疫学中得到十分广泛的应用, 本书第二十四章免疫诊断和二十五章免疫学防治中将详细的阐述, 此处仅就在疾病的发病机制 诊断 预防和治疗中的应用举例加以介绍 ( 一 ) 阐明发病机制 CD4 分子胞膜外区第一个结构域是人类免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus, HIV) 外壳蛋白 gp120 识别的部位, 因此人类 CD4 分子是 HIV 的主要受体 HIV 感染 CD4 阳性细胞后, 选择性的使 CD4 细胞数量锐减和功能降低 由于 CD4 + T 细胞是免疫系统中最重要的免疫调节细胞, 产生多种重要的细胞因子, 因此 HIV 感染后临床上突出的表现是获得性免疫缺陷综合征 (acquired immunodeficiency syndrom, AIDS)( 详见第二十一章 ) CD18(β2 整合素 ) 基因缺陷导致 LFA-1(CD11a/CD18) Mac-1(CD11b/CD18) 等整合素分子功能不全, 白细胞不能黏附和穿过血管内皮细胞, 由此引起一种称之为白细胞黏附缺陷症 (leukocyte adhesion deficiency,lad) 的严重免疫缺陷病 ( 二 ) 在疾病诊断中的应用检测 HIV 患者外周血 CD4/CD8 比值和 CD4 阳性细胞绝对数, 对于辅助诊断和判断病情有重要参考价值 正常人 CD4/CD8 比值在 1.7~2.0 左右, 当 HIV 感

10 染后 CD4/CD8 比值迅速降低甚至倒置, 若外周血中 CD4 + T 细胞数目降至 200 个 /μl, 则为疾病恶化的先兆 此外,CD 单克隆抗体为白血病 淋巴瘤的免疫学分型提供了精确的手段, 用单克隆抗体免疫荧光染色和流式细胞术分析可进行白血病和淋巴瘤的常规免疫学分型 ( 三 ) 在疾病预防和治疗中的应用抗 CD3 CD25 等单克隆抗体 (mab) 作为免疫抑制剂在临床上用于防治移植排斥反应, 取得明显疗效 体内注射一定剂量抗 CD3mAb 后, 抗 CD3mAb 与 T 细胞结合, 通过活化补体溶解 T 细胞, 抑制机体细胞免疫功能, 达到防治移植排斥反应目的 抗 B 细胞表面标记 CD20mAb 靶向治疗来源于 B 细胞的非霍奇金淋巴瘤 (non-hodgkin s lymphoma, NHL), 有较好的疗效 小结白细胞分化抗原和黏附分子是重要的免疫细胞表面功能分子 许多白细胞分化抗原以 CD 命名 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 钙黏素家族等, 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 思考题 1. 白细胞分化抗原 CD 分子和黏附分子的基本概念 2. 黏附分子可分为哪几类? 主要有哪些功能? 3.CD 和黏附分子及其单克隆抗体在临床上的应用 参考文献 1. A. Neil Barclay, Marion H. Brown S. K. Alex Law, Andrew J. McKnight, Michael G. Tomlinson, P. Anton van der Merwe. The leucocyte antigen, FastsBook. 2 nd ed. London: Academic Press, Charles A. Janeway, Jr., Paul Travers, Mark Walport, Mark J. Shlomchik. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5 th ed. New York and

11 London: Garland Publishing, 陈慰峰. 医学免疫学. 北京 : 人民卫生出版社, 2000

12 CD3/CD19 检测试剂盒检测人体生物标本中 CD3,CD19 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析, 淋巴亚群分析 13 CD3/CD56 检测试剂盒检测人体生物标本中 CD3,CD56 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析, 淋巴亚群分析 14 CD3/HLA-DR 检测试剂盒检测人体生物标本中

12 CD3/CD19 检测试剂盒检测人体生物标本中 CD3,CD19 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析, 淋巴亚群分析 13 CD3/CD56 检测试剂盒检测人体生物标本中 CD3,CD56 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析, 淋巴亚群分析 14 CD3/HLA-DR 检测试剂盒检测人体生物标本中 附件 1 流式细胞仪配套用体外诊断试剂分类调整产品清单 序号产品名称预期用途管理类别 1 CD19 检测试剂检测人体骨髓细胞中 CD19 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析 2 CD20 检测试剂检测人体生物标本中 CD20 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析 3 CD22 检测试剂检测人体生物标本中 CD22 的表达, 用于白血病和淋巴瘤分析 4 CD34 检测试剂用于造血干细胞检测和白血病分型 5

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