研究发现细胞膜负电荷调控细胞黏附分子功能的机制

近期，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员陈剑峰团队在Frontiers in Cell and Developmental Biology上，在线发表了题为Mucin-like domain of Mucosal Addressin Cell Adhesion Molecule-1 facilitates integrin α4β7-mediated cell adhesion through electrostatic repulsion的研究论文。该研究揭示了细胞膜负电荷与黏膜地址素细胞黏附分子-1（Mucosal Addressin Cell Adhesion Molecule-1，MAdCAM-1）之间的静电斥力调控MAdCAM-1与整合素α4β7黏附的新机制。

免疫细胞的黏附及迁移是机体免疫与宿主防御的关键环节，免疫细胞表面的整合素、内皮细胞表面的配体以及细胞所处微环境之间的交互作用对调控免疫细胞的黏附和迁移具有重要意义。MAdCAM-1是整合素α4β7的主要配体，在肠道和肠道相关淋巴组织，如派尔集合淋巴结（Peyer’s patches，PPs）和肠系膜淋巴结（mesenteric lymph nodes，MLNs）等肠内皮细胞中特异性表达。通过与MAdCAM-1发生黏附，整合素α4β7在活化前后可以分别介导免疫细胞在血管内皮表面的滚动和稳定黏附，调控免疫细胞募集到肠道，与肠道免疫密切相关。细胞膜富含大量负电荷，其主要来源为磷脂和细胞膜蛋白胞外结构域的糖基化修饰。MAdCAM-1的Mucin-like结构域是一个高糖基化结构域，带有大量负电，但学界尚不清楚该结构域是否参与调控整合素α4β7介导的免疫细胞黏附。

该研究发现，MAdCAM-1的Mucin-like结构域可通过与细胞膜负电荷的静电斥力维持其伸展方向，进而调控其与整合素α4β7的黏附作用。研究人员采用结构多变的高酸性线状多糖硫酸肝素（heparan sulfate，HS），以模拟细胞膜的负电荷环境，体外检测稳定表达整合素α4β7的293T（293T-α4β7）细胞在固定化的MAdCAM-1上的黏附行为。结果表明，HS显着增加了整合素α4β7介导的黏附细胞数目，提高了滚动细胞的比例和细胞滚动速度。当MAdCAM-1缺失Mucin-like结构域后，HS对整合素α4β7介导的细胞黏附的促进作用也随之消失。如果用唾液酸酶处理表达MAdCAM-1的CHO-K1细胞（CHO-K1-MAdCAM-1），去除细胞表面糖缀合物的阴离子唾液酸，从而破坏了细胞膜微环境中的负电荷，可显着抑制293T-α4β7细胞在CHO-K1-MAdCAM-1细胞表面的黏附和滚动。进一步分子机制研究发现，Mucin-like结构域与细胞膜负电荷之间的静电斥力导致了MAdCAM-1更加直立的空间构象，使其以高亲和性结合整合素α4β7，从而促进了免疫细胞在内皮细胞表面的黏附进程。

该研究揭示了整合素配体MAdCAM-1通过其Mucin-like结构域与细胞膜微环境负电荷之间的静电斥力，调控整合素α4β7介导的细胞黏附的新机制，为精确调控免疫细胞向淋巴组织或炎症部位的迁移提供了新思路。陈剑峰和分子细胞卓越中心副研究员林昶东为论文的共同通讯作者，高级实验师袁萌芽和硕士研究生杨妍荣为论文的共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、中科院、国家高层次人才特殊支持计划、中科院青年创新促进会、中国科协“青年人才托举工程”和SA-SIBS优秀人才奖励基金的支持。(生物谷Bioon.com）