四次跨膜蛋白CD81：丙型肝炎病毒（HCV）關鍵受體，外泌體重要標記蛋白，抗病毒或抗腫瘤研究前景靶點！
日期：2023-12-22 09:46:50
最近，Cancers雜志發(fā)表了一篇題為“Targeting of Tetraspanin CD81 with Monoclonal Antibodies and Small Molecules to Combat Cancers and Viral Diseases”的綜述論文 [1]。該報道指出，CD81為一種潛在的抗病毒和抗癌的藥物靶點，是一些病毒（如丙型肝炎病毒HCV、人類免疫缺陷病毒HIV等）的共受體，同時也在腫瘤的發(fā)生和轉移中起著重要的作用。此外，針對CD81的藥物研究策略包括使用單克隆抗體和小分子化合物，通過阻斷CD81與其伴侶的結合，抑制CD81的功能，在相關疾病中發(fā)揮作用。同時，CD81作為廣泛報道的外泌體標記蛋白，有研究表明其在藥物輸送和疾病研究中扮演關鍵角色，或可用作癌癥研究的藥物載體！今天，我們一起來了解下四次跨膜蛋白CD81！
1. 什么是CD81?
1.1 CD81的結構
CD81（又名Tetraspanin-Associated Protein 1，TAPA-1）是首個被認定的HCV感染靶細胞的受體分子，最初是在篩選能抑制B淋巴細胞瘤增殖的單克隆抗體的過程中被發(fā)現(xiàn)的，屬于四次跨膜蛋白超家族（Tetraspanins/TM4SF）（點擊了解“什么是TM4SF家族”）。CD81由四個跨膜區(qū)、兩個胞漿區(qū)（N端和C端），以及一個胞外結構城（EC）構成。其中，EC分為EC1和EC2，分別由28和80個氨基酸殘基組成。EC1位于跨膜區(qū)TM1與TM2之間，形成了一個小環(huán)（SEL），對維持CD81在細胞表面正確構象起著重要作用。而EC2位于TM3與TM4之間，形成了一個大環(huán)（LEL），決定了CD81的物種特異性，同時介導了CD81與HCV（丙型肝炎病毒）包膜蛋白E2的結合。在LEL中，由四個半胱氨酸殘基形成的兩個二硫鍵是HCV E2與CD81相互識別的關鍵因素 （圖1）[1-2]。
1.2 CD81的表達和功能
CD81可表達在除紅細胞和血小板以外其他的多種組織細胞表面，在細胞的生長、發(fā)育和運動、蛋白轉運、細胞融合、細胞與細胞之間的相互作用、先天免疫抑制中都發(fā)揮著至關重要的作用。CD81作為通道蛋白，是丙型肝炎病毒（HCV）、瘧原蟲等病原體感染的關鍵因素，這主要是由于CD81蛋白能與其他四聚體腺和細胞特異性伴侶蛋白相互結合。四跨膜蛋白超家族TM4SF，CD9、CD63、CD81和CD82，它們通常可以作為外泌體的標志物，是許多疾病相關病理變化的潛在標志物。此外，CD81等多種跨膜蛋白形成的精卵互作蛋白網(wǎng)絡，參與到精卵互作過程中，與精卵膜互作異常，不孕等因素相關。更值得注意的是，CD81基因位于腫瘤細胞中的抑癌基因區(qū)域，陸續(xù)研究表明CD81參與調(diào)控腫瘤生長和轉移等生物學過程 [3-5]。
圖1. CD81的結構 [1]
2. CD81相關的作用機制
2.1 CD81與病毒感染相關機制
CD81能以非共價鍵結合的方式與多種分子形成復合物，促進細胞間的相互作用、信號傳導、以及調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外的分子通道。例如，CD81蛋白可以在B細胞中與CD21蛋白、CD19蛋白和Leu13蛋白形成復合物，參與B細胞激活。尤其是在病毒感染研究方面，CD81大的細胞外環(huán)結構（CD81-LEL）綁定HCV E2糖蛋白形成E2：CD81-LEL，其互相作用對HCV基因組有效復制很重要。此外，CD81與CLDN-1相互作用形成CD81-CLDN-1受體復合物，有助于HCV侵入宿主細胞的受體綁定前環(huán)節(jié)以協(xié)助病毒內(nèi)化到細胞中。無論如何，CD81被視為HCV重要受體，引導病毒顆粒進入胞內(nèi)，且還可能影響病毒與靶細胞間的信號傳遞 （圖2）[6-7]。
圖2. CD81與病毒感染相關機制 [6]
2.2 CD81與細胞形態(tài)相關機制
研究發(fā)現(xiàn)CD81蛋白能與Integrin a4β1在T細胞中的Molt4和Jurkat細胞中進行結合，其β1家族Integrin 也能與CD53蛋白、CD63蛋白和CD82蛋白結合。在T細胞系中還發(fā)現(xiàn)CD81蛋白能與CD82蛋白結合。CD81的固定化抗體能誘導T細胞形態(tài)的變化，形成細胞突起。在治療大鼠星形膠質(zhì)細胞的過程中，采用CD81單克隆抗體時，也發(fā)現(xiàn)CD81抗體會影響細胞突起，導致細胞突起程度的增加。對于T細胞和CD82單克隆抗體，也發(fā)現(xiàn)了類似的情況，而細胞松馳素D和秋水仙堿可以抑制這種作用。以上結果說明CD81蛋白和CD82蛋白都與細胞形態(tài)的變化有關 [8-10]。
2.3 CD81與腫瘤相關機制
CD81可以與整合素或四跨膜區(qū)蛋白超家族中的其他成員等在細胞膜上相互結合，形成大分子復合物，發(fā)揮信號轉導的作用；同時它還可以與磷酸肌醇及蛋白酪氨酸磷酸化等信號轉導系統(tǒng)相關聯(lián)，影響第二信使系統(tǒng)功能的發(fā)揮。例如，一項研究報道，在非小細胞肺癌（NSCLC）細胞中同時過表達CD81和ITGB1并進行Co-IP實驗，發(fā)現(xiàn)CD81能與ITGB1結合。ITGB1屬于整合素（Integrin）受體家族。Integrin參與了細胞分化以及腫瘤的凋亡和轉移等多種信號通路。當在非小細胞肺癌細胞中同時過表達CD81、ITGB1和ITGA3并進行Co-IP實驗時，發(fā)現(xiàn)CD81能促進ITGB1與ITGA3的結合（促進Integrin的活化），從而激活AKT通路和ERK1/2通路，促進非小細胞肺癌細胞的增殖和遷移。這強調(diào)了CD81在腫瘤進展中的關鍵作用，為未來腫瘤研究提供了新線索（圖3） [11-13]。
圖3. CD81與腫瘤相關機制 [13]
3. CD81和多種疾病研究
3.1 CD81和丙型肝炎病毒研究
病毒感染細胞需要病毒的糖蛋白與細胞表面的相關受體蛋白緊密相連，這樣的緊密相連是病毒感染過程中的重要步驟。人感染HCV后主要有慢性肝炎、肝癌和肝硬化的情況。CD81蛋白是在HCV感染人的過程中的細胞膜上必不可少的一個糖蛋白。有研究結果表明，抗CD81蛋白的抗體能阻斷不同類型的HCV的感染。此外，研究發(fā)現(xiàn)用小RNA敲低肝癌細胞中的CD81能避免HCV的感染。CD81作為HCV的主要受體，除了直接與HCV的糖蛋白E2相互結合，CD81還與HCV的輔助受體Claudin-1、Claudin-6、Claudin-9、Occludin和SR-BI結合形成復合體，為隨后的HCV吞噬提供支持 [14-18]。
3.2 CD81與癌癥研究
CD81不僅在感染和免疫系統(tǒng)中發(fā)揮作用，而且在腫瘤發(fā)生和轉移中也起到關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細胞種，eg. B細胞淋巴瘤、其它血液病和非血液病惡性腫瘤細胞，CD81蛋白含量高于正常細胞。在患者體內(nèi)CD15蛋白和CD81蛋白能促進腫瘤的產(chǎn)生，而CD63蛋白和CD82蛋白能抑制腫瘤的產(chǎn)生 [19-20]。CD81蛋白在各種癌細胞中的功能不一致，例如在肝癌細胞中，CD81蛋白含量較少的細胞更有轉移潛能 [21]。在胃癌細胞、膀胱癌細胞中，發(fā)現(xiàn)了相似的結果 [19, 22]。與上述結果相反的是，CD81蛋白表達量較高的黑色素瘤細胞更容易發(fā)生遷移、侵襲和轉移 [23]。進一步研究揭示，CD81通過Akt依賴的Sp1激活信號通路誘導MT1-MMP的表達，進而刺激黑色素瘤細胞的運動，增加黑色素瘤的侵襲和轉移 [23-24]。此外，CD81的缺失也嚴重損害了調(diào)節(jié)性T細胞和髓源性抑制細胞的功能 [25]。
3.3 CD81與其它疾病研究
陸續(xù)研究揭示，CD81作為外泌體表面可靠的膜標志物，在多種疾病中可能發(fā)揮調(diào)控作用，例如，研究發(fā)現(xiàn)，人間充質(zhì)干細胞來源的外泌體（hUCMSCs-Exo），CD9、CD81和TSG101在改善微循環(huán)方面具有多種功能，與微血管功能障礙相關 [26]；抑郁障礙患者外周血中星形膠質(zhì)細胞源性外泌體的CD81蛋白水平高于健康對照組，但在輕中度和重度抑郁障礙患者中，CD81水平相關性較低。這表明星形膠質(zhì)細胞源性外泌體CD81可能參與了抑郁障礙的發(fā)展 [27]；從高血壓病史的患者中分離出細胞外囊泡（EV），并通過納米顆粒追蹤分析，血漿和尿液EV富含小EV，并表達外泌體標記物（CD63、CD9和CD81），暗示它們可能在高血壓的病理生理學中可能發(fā)揮著一定的功能 [28]。
在不同惡性潛能的胰腺囊性病變中，研究表明囊液是細胞外囊泡（EV）的豐富來源，這些EV表現(xiàn)出CD63和CD81的陽性和陰性特征。研究人員推測，通過分析囊液來源的EV，或許能夠?qū)@些病變的患者進行更精準的分類 [29]。在宮頸癌中，通過透射電子顯微鏡和納米顆粒跟蹤來分析外泌體，進一步基于蛋白質(zhì)印跡法檢測CD63、CD81、TSC101、Bcl-2、Bax、Caspase 3和RSF1蛋白水平，可以幫助研究宮頸癌的發(fā)病機制 [30]；癌癥相關成纖維細胞（CAF）分泌的外泌體通過傳遞非編碼RNA或小蛋白參與腫瘤進展，從CAF/NF中提取的外泌體顯示出CD63、CD81和TSG101的高表達 [31]。總之，CD81在外泌體中的變化呈現(xiàn)出潛在的疾病特異性，暗示著其可能成為微血管功能障礙、抑郁障礙、高血壓、胰腺囊性病變、以及腫瘤進展等研究的新關鍵靶點。
4. CD81的臨床研究前景
目前，四次跨膜蛋白CD81臨床研究尚處于早期階段，暫未有藥物在研。然而，CD81作為四次跨膜蛋白家族的一員，其在HCV感染和腫瘤中扮演的角色，值得引起關注。其大胞外環(huán)（EC2）是其與眾多蛋白結合的主要區(qū)域，也是藥物設計的主要靶點。目前，針對CD81的mAb研究已取得了進展，主要用于研究CD81的表達和功能，特別是在病毒感染和癌癥轉移方面。例如，CD81是丙型肝炎病毒（HCV）進入細胞的重要受體，因此，針對CD81的入胞抑制劑具有巨大的研究價值。此外，CD81還與多種癌癥相關的蛋白質(zhì)（如CD19、CD44、EWI-2等）形成復合物，影響癌細胞的增殖、遷移和轉移。其它四次跨膜蛋白，如CD3，CD20，CD37，CCR8，CD40L，CD48/NKG2D ligand等等，已成為抗腫瘤等疾病藥物研發(fā)的重要靶點。期待在不久的將來，基于CD81的藥物能夠成功進入臨床開發(fā)！
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華美 CUSABIO CD81 蛋白
Recombinant Human CD81 antigen (CD81), partial (Active) Code: CSB-MP004960HUd7
The high purity is greater than 95% as determined by SDS-PAGE.
Immobilized Human CD81 at 2μg/mL can bind Anti-CD81 recombinant antibody(CSB-RA004960MA1HU). The EC50 is 4.166-5.578 ng/mL.
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