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Research progress on junctional adhesion molecule A
    

连接黏附分子A的研究进展



全 文 :第25卷 第9期
2013年9月
Vol. 25, No. 9
Sep., 2013
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号:1004-0374(2013)09-0865-06
连接黏附分子A的研究进展
周 童1,仵敏娟2*
(1 第二军医大学2009级临床医学系五年制,上海 200433;2 第二军医大学发育
生物学研究中心基础医学部组织胚胎学教研室,上海 200433)
摘 要:连接黏附分子 A (junctional adhesion molecule A, JAM-A)属于免疫球蛋白超家族,是一种跨膜蛋白,
在胚胎发育、正常组织结构维持、炎症与免疫应答、创伤修复、肿瘤转移等多种生理病理过程中具有重要
作用。JAM-A具有跨膜结构的 I型膜蛋白,胞外有两个 V型的免疫球蛋白环样结构,可通过顺式二聚体与
胞内 PDZ结构域结合,执行不同生物学功能。有关 JAM-A和生物学功能的研究很多,其在不同种系细胞
增殖中截然相反的作用更是引起大家的关注。就 JAM-A在细胞增殖、肿瘤迁移和炎症性肠炎等三方面的研
究进展作一综述。
关键词:连接黏附分子 A;细胞增殖;肿瘤转移
中图分类号:Q51;R392;R73 文献标志码:A
Research progress on junctional adhesion molecule A
ZHOU Tong1, WU Min-Juan2*
(1 Five-year Clinical Medical 2009, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China;
2 Department of Histology and Embryology, Research Center of Developmental Biology,
Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)
Abstract: JAM-A (junctional adhesion molecule A) plays a considerable role in epithelial cell proliferation,
differentiation, migration and rearrangement. As a transmembrane protein, JAM-1 furthermore contributes to
embryonic development and wound repair process as well. The current researches focus on the mechanism of JAM1
in epithelial cell proliferation, migration and the formation of cell polarity. Although the mechanisms of cell
proliferation by JAM-A in epithelial cells are still unclear, interestingly enough, newly found but the fact is that
JAM-A can promote or inhibit cell proliferation in different cell lines. There are two pathways reported - JAM1
promotes the proliferation of epithelial cells by raising the activity of β-integrin and Rap1; JAM1 inhibits them by
inhibiting the expression of Akt-dependent β-catenin. In addition, the invasion of several tumors parallels to the
unusual expression of JAM1, such as breast cancer, endometrial cancer and renal cell tumors. Also, the role of
JAM1 in autoimmune enteritis has also attracted the attention of the people.
Key words: junctional adhesion molecule A; cell proliferation; tumor metastasis
收稿日期:2013-03-14; 修回日期:2013-04-25
基金项目:第二军医大学大学生能力培养基金项目
(MS2012027)
*通信作者:E-mail: minjuanwu@163.com
连接黏附分子A (junctional adhesion molecule A,
JAM-A)也被称作 JAM-1、JAM1、F11R,属于细
胞免疫球蛋白超家族,具有跨膜结构的 I型膜蛋白,
胞外有两个 V型的免疫球蛋白环样结构。JAM-A
是一类不依赖钙离子的细胞黏附分子,相邻细胞间
的连接方式为亲同性 (homophilic)(图 1)[1-3]。作为组
成紧密连接的重要膜蛋白,JAM-A在紧密连接建立
的早期出现,与封闭蛋白 occludin、紧密连接蛋白
claudin等蛋白富集于上皮细胞间紧密连接处。
JAM-A在中性粒细胞等血液系统细胞中也有表达,
对内皮细胞和白细胞的迁移、血管发生与血小板聚
生命科学 第25卷866
集有重要作用 [4]。采用 JAM-A的特异性抗体阻断后,
单核细胞的跨内皮迁移和招募被减弱 [5-6]。Thomas
等 [7]报道,JAM-A可通过其顺式二聚体 N-末端与
白细胞发生相互作用,阻止 JAM-A 二聚化与
JAM-A基因敲除的影响一致。JAM-A的同源二聚
化可激活 Rap1 (Ras-associated protein-1)、Afadin actin
filament (F-actin)-binding protein 和 GEF2 (guanine
nucleotide exchange factor 2),其中 GEF2可以通过
活化 Rap1a来调节 β1整合素 (β1-integrin)的表达,
从而促进细胞迁移 [8]。在动脉粥样硬化形成过程中,
JAM-A的过表达及二聚化可促进上皮细胞增殖、迁
移及重排 [9]。JAM-A二聚化后与胞内含有 PDZ结
构域 (此结构域在 PSD-95、Dlg以及 ZO-1 这三种
蛋白中最早发现,因而命名为 PDZ)的蛋白结合,
如 Afadin、Tiam1 (T-cell lymphoma invasion and
metastasis 1)、Par3 (partitioning-defective protein) 和
ZO-1 (闭锁小带蛋白 1,zonula occluden-1)等 (图 1),
可调控细胞增殖、迁移和极性形成等 [10]。下面就
JAM-A与细胞增殖、肿瘤迁移和炎症性肠炎依次进
行阐述。
1 JAM-A与细胞增殖
JAM-A与细胞增殖的研究较多,报道较多的
信号通路主要有两条:JAM-A通过上调 β1-integrin
和 Rap1的活性,促进上皮细胞增殖 [11];JAM-A通
过抑制丝氨酸 /苏氨酸激酶 Akt依赖的 β-cantenin (β
连环蛋白 )抑制上皮细胞增殖 [12]。
1.1 JAM-A通过β1-integrin和Rap1促进细胞增殖
采用小干扰 RNA研究发现,JAM-A下调后上
皮细胞间的渗透性明显增加,细胞形态也发生显著
改变,并且影响 β1-integrin配体的表达及分布,引
起 β1-integrin蛋白水平的下降和缺失 [11]。HEK-
293T (人胚肾上皮细胞 )是一种既能稳定表达全长
JAM-A,又能表达二聚体远端缺陷型突变体 JAM-A
的细胞系。在 HEK-293T中,β1-integrin活化剂 GTP
(guanosine triphosphate)酶 Rap1和 JAM-A在细胞连
接处共定位,将 JAM-A敲除后 Rap1的活性下降 [12]。
在 JAM-A突变体的细胞中过表达 β1-integrin可以
使 HEK-293T 细胞的增殖能力恢复到野生型水
平 [13]。Li等 [13]的报道表明,敲除 Rap1b引起 β1-
integrin的表达量减少,细胞形态改变,与敲除
JAM-A的实验观察到的现象类似。总体来看,这些
实验结果表明,JAM-A可通过调节 GTP酶 Rap1的
活性来调节 β1-integrin的表达,进而影响上皮细胞
的增殖和迁移。
此外,用抗 JAM-A二聚体的抗体处理细胞后,
细胞增殖和迁移能力明显下降,有趣的是,只有
β1-integrin蛋白水平下调,但 mRNA的水平未受影
响 [13]。因此,笔者推测 JAM-A会干扰 β1-integrin
的翻译环节,或者影响蛋白质的稳定性。最新的研
究发现,JAM-A与 Afadin和 PDZ-GEF2的相互用
也会影响到 Rap1,并进一步调节 β1-integrin的表达,
但机制尚不明确 [14]。
1.2 JAM-A通过抑制Akt依赖的β-catenin抑制细胞
增殖
在 JAM-A基因敲除小鼠体内,小肠上皮细胞
中细胞增殖指标 BrdU阳性细胞量较野生型大大增
加,肠上皮细胞的迁移也增加,这在一定程度上说
明 JAM-A的缺失可以促进体内肠上皮细胞的增殖
和迁移 [15]。后续的机制研究表明,JAM-A是通过
抑制 Akt依赖的 β-catenin激活,从而抑制肠上皮细
胞的增殖。在拥有 β-catenin/ TCF (胸腺细胞因子,
T cell factor) 报告基因的转基因小鼠中,敲除
JAM-A会导致 β-catenin转录活性增强。抑制 Akt
能逆转 JAM-A缺陷小鼠肠上皮细胞的过度增殖。
Akt蛋白激酶是一种丝氨酸 /苏氨酸特异性激酶,
参与多条控制细胞生长分化和增殖的通路,Akt的
异常活化常见于人类肿瘤细胞中,在多种转基因小
鼠模型中观察到 Akt在调节细胞增殖的信号通路中
发挥指导性作用。Akt增强 β-catenin的途径有两条:
(1)激活 β-catenin 552位上丝氨酸 Ser的磷酸化,促
进核转位;(2) Akt激活转录因子 TCF,通路是通过
TCF作为转录因子,抑制 β-catenin的负调节产物糖
原合成酶激酶 -3β (glycogen synthase kinase-3β, GSK-
3β),使得 β-catenin的活性增加。两条通路最终都
JAM-A具有跨膜蛋白,胞外有两个V型环的结构,JAM-A同
源二聚化后可与PDZ结构域结合,可激活Afadin等分子。
图1 JAM-A结构简图
周 童,等:连接黏附分子A的研究进展第9期 867
可促进肠上皮增殖 (图 2)[12,15]。
总之,JAM-A 促进上皮细胞增殖的实验
中,需要 JAM-A的二聚化来行使细胞间信号的转
导 [16-17]。JAM-A的表达下调促进上皮细胞的增殖则
依赖于磷脂酰肌醇 3激酶 (phosphatidylinositide-3
kinase, PI3K)、同源性磷酸酶 -张力蛋白 (phosphatese
and tensin homolog, PTEN)及 Akt介导的 β-catenin
转录激活 (图 2)[12,15]。就目前的研究结果来看,
JAM-A和细胞增殖的研究主要集中在上皮细胞,其
截然相反的促细胞增殖和抑制细胞增殖的作用非
常吸引研究者的目光,希望能有进一步的实验解释
JAM-A在不同谱系细胞中的截然相反的作用。笔者
推测这种现象可能和细胞在机体内的生存环境及细
胞功能有关。
2 JAM-A与肿瘤转移
细胞迁移是肿瘤浸润和转移的必要条件,
JAM-A对细胞迁移的影响也被广泛应用到肿瘤细胞
转移的研究上 [18-19]。JAM-A的表达和二聚体的形成
与肿瘤的关系密切。JAM-A同源二聚体的解聚使得
直肠癌细胞从排列整齐和有极性转变为极性丢失,
排列无规律 [20]。对目前的研究结果进行整理,有趣
地发现 JAM-A在不同肿瘤中存在促肿瘤迁移和抑
制肿瘤迁移两种情况。
报道较多的是 JAM-A的表达下调,促进某些
肿瘤细胞的转移。在分化较差而具有侵袭能力的子
宫内膜癌细胞系中,JAM-A的表达明显下降 [21]。
同样的情况在泌尿系统肿瘤中也存在,肾透明细胞
癌中 JAM-A的表达水平也下调 [22]。JAM-A表达缺
失也促进乳腺癌的浸润转移,JAM-A及其下游的
Rap1 GTP酶是较为关键的信号分子 [23]。
但也有文献报道,JAM-A表达上调可促进肿
瘤转移。JAM-A通过 GTP Rap1酶的活性来调节
β1-integrin的表达水平,从而调节上皮细胞形态,
引起细胞极性消失和细胞骨架结构的改变,最终引
起乳腺癌的转移与扩散,JAM-A蛋白的断裂也可能
对疾病进程产生重要作用 [24]。另有报道,JAM-A
可通过调节 β1-integrin和 GTP Rap1酶的活性来促
进乳腺癌细胞的转移 [25-28]。在胰岛细胞肿瘤的研究
中发现,JAM-A上调可抑制肿瘤转移,在 JAM-A
缺陷型小鼠中,胰岛肿瘤生长能力和转移能力都显
著下降 [27]。Naik等 [20]报道,JAM-A的过表达能减
弱乳腺癌细胞系的侵袭和转移,同时 JAM-A下调
可会增强癌细胞的侵袭能力。由此推测,JAM-A的
JAM-A下调可激活PI3K、Akt,进而激活β-catenin,促进细胞增殖。JAM-A下调可解除PTEN对PI3K的抑制,促进PI3K/Akt的
激活和细胞增殖。PDK1是丙酮酸脱氢酶激酶-1 (pyruvate dehydrogenasekinase-1),PI3K/Akt的活化过程中一般会招募PDK1。
PIP2表示脂质双分子层。
图2 JAM-A、AKT和β-catenin信号通路模式图[12]
生命科学 第25卷868
表达下调可能与肿瘤患者预后较差有关。但是,
McSherry等 [29-30]在两个大型乳腺癌浸润癌队列研
究中发现,JAM-A高表达的乳腺癌患者的存活率较
低,推测其原因可能是 JAM-A的高表达会促进癌
变部位的血管生成,进而促进癌症浸润与转移。
JAM-A的表达下调会导致细胞黏附减弱、细
胞极性消失,肿瘤细胞开始增殖迁移;而 JAM-A
的表达上调也可通过 β-integrin介导促肿瘤细胞迁
移。由此可见,无论 JAM-A的表达是上调还是下调,
都会促进肿瘤的进程。因此,研究人员推测在乳腺
癌患者中,JAM-A表达异常的患者中可能存在不同
寻常的治疗靶点,并希望由此来寻找减少肿瘤发病
几率和抑制肿瘤转移的方法 [31-33]。
3 JAM-A与炎症性肠炎
炎症性肠炎 (inflammatory bowel disease, IBD)
是病因和病理尚未完全清楚的慢性炎症相关的自身
免疫性疾病,其病因可能涉及环境、感染、免疫和
遗传等因素。一般认为 IBD的发生与环境因素和肠
道菌群、食物抗原半抗原引起肠屏障功能失调有关,
是肠黏膜免疫过度应答引发的炎症性反应。
肠上皮细胞是机体和外环境之间的动态屏障,
上皮细胞紧密连接 (tight junction, TJ)是离子和小分
子的选择性屏障,保证肠内容物与肠间质组织分离,
对上皮屏障功能的形成非常重要。肠黏膜炎症与肠
上皮细胞的通透性直接相关。JAM-A是 TJ形成的
重要分子,也是在肠黏膜炎症中研究较多的分子之
一 [34]。在 JAM-A基因缺失 (JAM-A-/-)小鼠大肠炎
模型的黏膜损伤修复中,JAM-A起到了至关重要的
作用 [35]。JAM-A-/-小鼠肠道菌群异常,结肠黏膜中
白细胞浸润增加,出现巨型集合淋巴结,缺陷模型
表现出很多结肠炎的症状,但肠上皮细胞的特征性
结构仍然保存 [36-37]。
有研究表明,JAM-A表达增加后,肠上皮细
胞的渗透性降低,进而可增加机体的免疫代偿。在
JAM-A+/+Rag1-/- ( 重组激活基因 1,recombination
activating gene 1)小鼠模型中,JAM-A表达增加未
起到显著的免疫代偿作用,小鼠模型发生因菌群失
调导致结肠炎的几率上升。T细胞亚群的分析表明,
在 JAM-A-/-小鼠模型中,CD4+T细胞可分泌转化生
长因子 -β (transforming growth factor-β, TGF-β),CD4+
T细胞增加和 TGF-β表达水平的增高会导致黏膜和
血清中免疫球蛋白 A (immunoglobulin A, IgA)的升
高,对模型小鼠有保护作用。在 JAM-A+/+Igha-/- (IgA
重链恒定区,immunoglobulin heavy chain constant
region)模型小鼠中,表现为 IgA缺乏但并没有形成
结肠炎。在 JAM-A-/-Igha-/-模型小鼠中,发生急性
损伤导致肠炎的几率显著增加。这些数据表明在肠
上皮细胞屏障损害的条件下,免疫系统为机体提供
了代偿性的保护 [38-39]。TJ的其他成分,如 claudin-10
和 claudin-15在 JAM-A缺陷模型的结肠上皮中表
现为代偿性的增加 [40-41]。
4 展望
JAM-A是上皮组织细胞紧密连接的重要组成
部分,其对细胞增殖和迁移有很大影响,并且在不
同谱系中行使着截然相反的作用,如在 HEK-293T
细胞中,JAM-A起到促进细胞增殖的作用,而在小
肠上皮细胞中,JAM-A起到抑制细胞增殖的作用。
在较多的肿瘤发生过程中,细胞增殖加快,JAM-A
缺失 [29]。另外,JAM-A对细胞的迁移或肿瘤转移
也有很大影响 [20]。JAM-A的低表达促使多种肿瘤,
如乳腺癌等转移增加 [23],但也有报道 JAM-A缺失
或减弱抑制肿瘤,如胰岛肿瘤转移 [27]。对这些迥
然相反的现象的机制进行研究能帮助我们更好地认
识这个蛋白。希望能够以 JAM-A为切入点获得一
种抑制肿瘤转移的新的方法,为肿瘤治疗提供新的
策略。
[参 考 文 献]
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