CD147研究现状

CD147研究现状摘要：在多种癌组织中，MMPs的表达主要由癌细胞相关的细胞外基质金属蛋白酶诱导子（extracellularmatrixmetalloproteinaseinducer，Emmprin,CD147）介导的癌-基质相互作用来调节。CD147分子是一个高度糖基化的跨膜蛋白，属于IgSF类CAM，与细胞-细胞及细胞-ECM相互作用密切相关[22]。CD147分子的表达在原发性乳腺癌、卵巢癌等人类肿瘤中显著上调[23-28]，能够刺激基质细胞MMPs的生产，但对MMPs的生理性抑制剂MMPs组织抑制子（tissueinhibitorofmetalloproteinases，TIMPs）的表达没有影响，从而调节由MMPs激活介导的胶原平衡[29]，促进ECM降解与重建，促进癌细胞的侵袭与转移。CD147分子是一种广泛存在于细胞表面的属于免疫球蛋白超家族的糖蛋白,参与机体多种生理和病理的过程。CD147是一种在细胞中高度表达的胞膜监视分子，能刺激肿瘤细胞周围的成纤维细胞及肿瘤细胞产生基质金属蛋白酶（MMPs）。正常组织中CD147的出现和调节也伴随着MMPs表达的升高，这一现象提示CD147介导的MMPs诱导作用是非肿瘤生理或病理状态下的一种常见调节机制。影响CD147水平及其MMPs诱导活性——包括生长因子、激素、糖基化、膜脱落等。研究发现，CD147分子是一个多功能分子，在胚胎发育、神经系统功能、损伤修复、炎症发生、肿瘤进展等生理、病理状态下均发挥重要作用，尤其是在癌发生发展过程中，该分子参与了多个关键步骤，且其功能作用提示，该分子可能是参与癌—基质交互作用的一类重要分子。CD147分子的研究概况CD147分子是一种高度糖基化的、广泛表达于造血及非造血细胞系，分子量为50-60kDa的跨膜糖蛋白，属免疫球蛋白超家族(IgSF)成员。最早在1989年，AltrudaF等首次克隆出一个新的小鼠跨膜糖蛋白gp42基因，与组织相容性抗原有同源区，属于免疫球蛋白超家族成员，具有潜在粘附分子的特性。随后，Miyauchi等人及其他实验组分别独立地发现此分子，并证实该分子是一个功能分子，参与细胞间相互作用，在肿瘤细胞可刺激MMP分泌，促进肿瘤侵袭和转移，因而又被命名为细胞外基质金属蛋白酶诱导因子（Extracellularmatrixmetaloproteinaseinducer,EMMPRIN）。在基因组计划中，其基因命名为Basigin（在人缩写为BSG，鼠为Bsg）。编码CD147的基因定位于人19号染色体19p13.3[60]，与主要组织相容性复合体（Majorhistocompatibilitycomplex,MHC）II类β链及Igκ链V区基因有一定同源性[61,62]。人CD147分子曾有多种不同的命名，包括肿瘤细胞刺激因子（Tumorcellstimulationfactor,TCSF），EMMPRIN[63,64]、M6[65]、Basigin[62]和Neurothelin[66,67]，与小鼠Basing/gp42、大鼠OX-47/CE-9、鸡HT7/5A11等不同种属抗原有较高同源性。第六届人类白细胞分化抗原协作组会议将来自各实验室不同的命名统一为新的CD编号—CD147，分属内皮细胞组[68]。（一）结构特征CD147分子属单次跨膜的糖蛋白，从克隆的cDNA序列得知CD147分子的mRNA长度大约1.7Kb，N端起始码之前有约115个核苷酸为非编码区，编码区编码269个氨基酸，21个氨基酸为信号肽，中间185个氨基酸构成胞外结构域，从206-229共24个氨基酸为跨膜区，C端39个氨基酸为胞内结构域，跨膜区包括3个亮氨酸(206、213、220)和一个苯丙氨酸(227)，且每隔7个氨基酸出现一次，为典型的亮氨酸拉链结构。跨膜区的带电残基及亮氨酸拉链结构是一个潜在的蛋白相互作用基序，很可能介导CD147分子参与形成信号转导多肽链或膜转运蛋白成份[69]。胞外4个半胱氨酸形成2个二硫键构成IgSF典型的半球型结构域(41,87,126,185)（图1）。在转录起始位点的相关区域未发现TATA或CAAT盒，但发现转录起始位点位于CpG岛中，尤其在-247~+6核苷酸处较多。从结构上分析CD147分子属免疫超家族成员之一，成熟的蛋白包括2个IgSF结构域，一个包含带电荷Glu残基的跨膜区和胞内功能域，N未端的IgSF结构域属于C2型，而靠近胞膜的IgSF结构域属于V型，这在IgSF中是很特殊的，因为大多数具有C2、V2型结构域的IgSF成员，具有相反的排列方式，在鸡中，其第2个domain亦属于C2型。在跨膜区内存在带电荷的Glu残基，这在单次跨膜蛋白的跨膜区是极其少见的，除了在膜上与其它多肽相关联的蛋白以外，在人、鼠和鸡CD147的跨膜部分是相当保守的[62]。在小鼠出现了编码不同N未端的cDNA克隆，这种异源性可能是由于不同方式的剪切造成的。此外，胞膜外区还有三个相似的N-糖基化天冬酰氨序列，用Endo-F糖苷酶消化可使CD147分子量减少20ku，表明此分子存在大量翻译后修饰，主要是蛋白质的糖基化[64-67]。其糖基化程度具有组织特异性，所以在不同组织纯化的CD147，分子量可由40ku-68ku不等。如小鼠basigin经糖苷酶处理后分子量为32ku，在其肾组织表达的basigin可为38-43ku，而在其肝、小肠、脾等器官表达的basigin为40ku[70]。另外，在不同种属中，蛋白分布不同，其糖基化方式亦有不同，不同的糖基化方式在不同组织中又使蛋白发挥不同的功能。连有不同标志的CD147表达载体的共转染实验显示CD147分子能通过N末端的Ig样区域以顺式依赖的形式在浆膜上相互联系，形成同寡聚体，从而增加细胞表面CD147的整体亲和力[14]。抗第一个Ig位点和这一区域接下来20个氨基酸肽链的抗体能抑制CD147的活性，这一抑制作用可能是通过干扰CD147寡聚体形成而发挥作用的，此Ig位点具有诱导MMPs的活性[15]。CD147分子的跨膜区和胞内段序列在种属间是高度保守的，提示这两个区域对CD147的功能发挥非常重要。研究表明，环亲和素60（cyclophilin60,CyP60）可作为分子伴侣参与CD147在细胞内的转运，CD147分子跨膜区第211位脯氨酸残基对此作用至关重要[111,112]；其跨膜区及胞内结构域可与MCT1和MCT4发生相互作用，作为分子伴侣参与两者从细胞内向胞膜的转运[113]。CD147胞内区域在各种属之间也高度保守，可能与向胞内转导信号有关。但有文献报道[18]同型肿瘤细胞之间的相互作用诱导MMPs的产生也需要CD147的胞内区。对胞浆结构域的研究目前尚无全面的分析，Schlosshauer-B等曾用双标记实验检测到CD147与F-肌动蛋白(actin)共同存在，发现膜表面CD147的表达与细胞骨架中微丝蛋白有关[71]，而是否有磷酸化位点，如何传递信号等功能尚为未知。CD147与糖基化CD147分子是一个高度糖基化的I型跨膜蛋白，属于免疫球蛋白超家族类粘附分子，核心蛋白由269个氨基酸残基组成，分子量约为27KD，依其糖基化程度不同，存在高糖基化及低糖基化两种形式的蛋白，前者分子量为45-65KD，后者为约35KD[102]。一般认为CD147分子的高糖基化形式为成熟蛋白，而其低糖基化形式为翻译后修饰过程中的过渡形式。CD147分子由细胞外两个Ig结构域，一个由24个氨基酸残基组成的跨膜区，和一个由40个氨基酸残基组成的胞内结构域组成[74]；其胞外有三个N-连接的糖基化位点，一个位于近N端的第一个Ig结构域，两个位于近胞膜端的第二个Ig结构域；基因突变实验显示，三个位点在高糖基化和低糖基化形式的CD147蛋白中均发生糖基化，只是糖基化的程度不同（图1）。CD147分子的胞外第一个Ig结构域是该分子的重要功能结构域，参与该分子同源二聚的形成、该分子与α3β1和α6β1integrin及CD98分子的相互作用，在细胞与细胞的同型粘附、细胞与细胞外基质的粘附及刺激MMPs分泌的功能中发挥作用；该结构域与神经细胞粘附分子（neuralcelladhesionmolecule，NCAM）的第四个Ig结构域高度同源，认为可与寡甘露糖结合。第二个Ig结构域参予与小窝蛋白-1（caveolin-1）的相互作用，小窝蛋白-1可选择性地与低糖基化修饰的CD147结合，从而阻止CD147分子低糖形式向高糖形式的转换，减少其在细胞表面的簇集和对MMPs的诱导作用[108]；该结构域二硫键的保持对维持单羧酸转运子（monocarboxylatetransporter,MCT）家族的MCT1和MCT4的催化活性是必不可少的[109]；胞外180位脯氨酸和181位甘氨酸，对环亲和素A（cyclophilinA,CyPA）与CD147分子的相互作用起关键作用[110]。这些特点表明，CD147分子不同结构域可与不同分子发生相互作用，提示其在不同的信号刺激诱导下，可能参与组成细胞中多种蛋白复合物，为其多种不同的功能作用提供了一定结构基础，也说明该分子可能需在复杂而精细的调节机制下发挥特定的功能。2外显子/内含子结构BSG位于人19号染色体p13.3位置上，Bsg位于小鼠10号染色体上。CD147基因序列包括转录起始位点的5’端942个碱基，所有的外显子序列和内含子区域。mRNA全长大约1.6kb，cDNA约70个核苷酸组成，其中33个对应于编码序列，剩余37个对应于5’-UTR。转录起始位点位于第1核苷酸处，序列ag+1cggttgga。CD147基因由8个外显子编码，长度为10.8kb，Exon1(107bp)与Exon2(154bp)被Intron1(约6.5kb)隔开，该内含子是EMMPRIN基因中最大的内含子序列。Intron2大约0.7kp，是基因中第二大干扰序列。Exon3（83bp）与Exon4（138bp）被0.3kb的Intron3所分隔开。Intron4大约0.65kb，Exon5是276bp，Intron5约550bp，Exon6非常短，只有25bp，Intron6约0.25kb，Exon7是69bp，Intron7约0.3kb，最后一个外显子是Exon8约736bp（如图2）。2.1.2.2mRNA结构Exon1编码5’非翻译区（5’-UTR），信号肽及第一个Ig结构域1/3密码子。Exon2和Exon3编码第一个Ig结构域的大部分，Exon2编码52个密码子，约占IgI的66%，Exon3编码27个密码子，约占Ig的34%。Exon4和Exon5编码第二个Ig结构域，Exon4编码46个密码子，约为45%，Exon5是“结合”外显子，编码剩余55%的Ig结构域，以及跨膜结构域的24氨基酸残基和一小部分胞内结构域。Exon6和7编码胞内结构域，Exon7也编码终止密码子和3’-UTR的5个核苷酸残基。Exon8编码剩余的3’-UTR（图3）。（二）在体内的分布CD147在体内分布非常广泛,同种基因产生的不同类型的CD147是由于不同形式的糖基化所致,而异源基因的CD147则是由于编码其DNA中N-端序列不同所致[14,19]。存在于机体不同系统中的CD147能够参与各种不同的生理过程并具有多种不同的生理功能。研究发现CD147在正常细胞中不表达或仅有极低的表达,其中主要是角化细胞表达较低水平的CD147。Chen[20]等发现,10周人胚皮肤中无CD147的表达;20周时,在基底细胞表达少量CD147的同时,皮肤附属器干细胞和毛基质细胞有大量CD147的表达;幼儿和成人皮肤中,CD147表达于表皮基底层、毛囊外根鞘细胞和毛基质细胞,而随细胞的分化,表达逐渐减少。这充分说明,在角质形成细胞中CD147的表达与细胞的分化状态密切相关。在正常人的精原细胞分化的初始阶段即有CD147的表达,在获能精子的头部也发现有CD147的表达,这使得精子更易于与卵子结合[21