CD147研究现状

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1、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 （extracellular matrix metalloproteinase inducer，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（tissue inhibito

2、rof metalloproteinases ，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

3、 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，Altruda F 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

4、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（Extracellular matrix metaloproteinase inducer , 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 19p13.360 ，与 主 要 组 织 相 容 性复 合 体 （ Majorhistoc

5、ompatibility complex, MHC ）II 类链及Ig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（Tumor cell stimulation factor, TCSF ），EMMPRIN63,64 、M665 、Basigin62 和Neurothelin66,67，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

6、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

7、。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

8、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

9、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 40ku70。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

10、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（cyclophilin 60, 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

11、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35KD102 。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

12、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31 和 61 integrin 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

13、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（ neural cell adhesion molecule ，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（ monocarboxylate transporter, MCT） 家族的 MCT1 和

14、 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（cyclophilin A, 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

15、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 6.5 kb)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

16、0.65 kb，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） 。2.1.2.2 mRNA 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