摘要钙依赖性粘附素介导的粘附连接在决定和维持发育及成年机体的组织结构中起着重要作用。钙依赖性粘附素结合的特异性取决于其细胞外段, 但完整的生理性粘附还需其胞质尾段与胞质相关蛋白以及细胞骨架的相互作用和联系。粘附连接的调节涉及到钙依赖性粘附素基因表达、聚集和磷酸化以及缝隙连接通讯等; 此外, 钙依赖性粘附素-连环素复合体还参与信号转导过程, 从而影响组织的结构和功能。

学科分类号R329.2

钙依赖性粘附素(cadherins) 是一类单跨膜糖蛋白(single-pass transmembrane glycoprotein),约由720～750个氨基酸组成，各成员之间有50%～60%的同源性。在成年机体和发育中的胚胎，细胞的生长分化、细胞之间的识别、细胞在组织中的特异性聚集和定位，以及三维组织器官的形成都需要钙依赖性粘附素及其所介导的粘附连接(adheren junction,AJ)的动态调节。本文将从细胞和分子水平讨论钙依赖性粘附素的分子基础、其同胞质相关蛋白和细胞骨架蛋白的相互作用、AJ的调节及其信号转导等方面的进展。

一、钙依赖性粘附素依赖的粘附连接的分子基础

典型的钙依赖性粘附素主要包括E-(epithelial)、P-(placental)、N-(neural)和R-(retina)钙依赖性粘附素等，其分子都具有细胞外段、跨膜区和胞质尾段。细胞外段基本相同, 依据其结构特征可分为5个功能区(EC1～5), 各由110个氨基酸组成, 细胞外段可以稳定的并行二聚体(parallel lateral dimer)的形式存在，二聚体形成机制主要因为氨基酸残基的相互作用及Ca²⁺的存在。钙依赖性粘附素粘附的特异性取决于细胞外段，尤其是EC1的C-端40个氨基酸。超家族成员之间的区别在于保守的胞质尾段不同，胞质尾段具有胞质蛋白连环素（catenin）的结合位点, 胞质尾段尤其是连环素结合位点可使细胞外段的基本粘附结合活性转变为生理性的粘附，胞质尾段或者连环素结合位点的缺失都可引起钙依赖性粘附素介导的稳定性AJ发生破坏（Ozawa等．1990）。

钙依赖性粘附素是同嗜粘附(homophilic adhesion)分子，即细胞优先粘附到表达相同钙依赖性粘附素的其它细胞。同嗜结合的特异性影响各种类型细胞迁移入不同组织。在机体发育过程中，不同组织的形成伴随细胞钙依赖性粘附素表达的互补性变化(Takeichi等．1991)。

二、钙依赖性粘附素胞质尾段与其胞质相关蛋白的相互作用

与钙依赖性粘附素相互作用的胞浆蛋白主要是连环素, 它至少包括α、β、γ三种亚型以及最近发现的p120(ctn)等。β- 连环素通过位于核心的Armadillo重复结合到钙依赖性粘附素的胞浆尾段, 该重复是42个氨基酸组成的蛋白-蛋白结合基团(Geis等．1998)。α-连环素则结合到β-连环素的N-端(Aberle等．1994)。可见，β-连环素不仅起到连接α-连环素和钙依赖性粘附素的作用，而且由于其在钙依赖性粘附素-连环素复合体中的核心位置, β-连环素可能是调节钙依赖性粘附素功能的位点。β-连环素作为一种存在于胞膜、胞质和核内的多功能蛋白，其上的E-钙依赖性粘附素和转录因子LEF-1的结合位点部分重叠，造成两者在与β-连环素结合时互为竞争。E-钙依赖性粘附素可通过募集β-连环素于膜上，调节其核转位和转录活性^［1］。

α-连环素对钙依赖性粘附素的粘附功能是必需的。在α-连环素缺失的肺癌细胞, 尽管细胞表面存在钙依赖性粘附素, 仍不能很好地发生互相粘附。重新表达α-连环素可使这些细胞恢复钙依赖性粘附素介导的粘附(Watabe等．1994)。

γ-连环素（亦称为斑珠蛋白，Plakoglobin）与β-连环素高度同源，有时在钙依赖性粘附素-连环素复合体中代替β-连环素，斑珠蛋白-钙依赖性粘附素复合体也包含有α-连环素，提示斑珠蛋白的功能类似于β-连环素。然而, 斑珠蛋白并不能完全取代β-连环素在粘附中的所有功能(Haegel等．1995)。

p120(ctn)是最近发现的具有Armadillo重复的蛋白，与β、γ连环素相似，能与E-钙依赖性粘附素的胞质尾段近膜区直接结合，但其不与α-连环素结合，表明其在钙依赖性粘附素-连环素复合体中可能起不同的作用。在哺乳动物细胞AJ的调节中，p120(ctn)可从复合体中解离并移位于核中，通过其Armadillo重复1～7与转录因子Kaiso的C-端的200个氨基酸发生结合，参与基因转录的调节^［2］。

三、钙依赖性粘附素介导粘附过程中肌动蛋白骨架的作用

钙依赖性粘附素-连环素复合体同肌动蛋白(actin)细胞骨架的联系被认为是钙依赖性粘附素介导粘附的重要机制。肌动蛋白丝同钙依赖性粘附素-连环素共定位于细胞-细胞之间的结合位点,两者的联系可阻止高应力条件下钙依赖性粘附素从胞膜中抽出(Wong等．1997)。离体下，α-连环素结合到肌动蛋白丝并使其束状化，在细胞内,α-连环素把钙依赖性粘附素连接到肌动蛋白细胞骨架(Rimm等．1995)。利用具有缺失突变的E-钙依赖性粘附素和α-连环素的融合蛋白转染L细胞，发现α-连环素的ZO-1结合结构域和粘附调节结构域是维持细胞的强粘附状态所必需的，两结构域的缺失导致粘附强度明显减弱^［3］。α-辅肌动蛋白(α-actinin)同钙依赖性粘附素发生联系也可能是通过α-连环素(Knudsen等．1995)。纽带蛋白（vinculin）可通过直接与β-连环素相互作用来调节钙依赖性粘附素介导的AJ功能（Hazan等．1997）。

四、钙依赖性粘附素功能的调节

钙依赖性粘附素的粘附功能是一个动态的调节过程，并受到广泛的细胞内、外信号的影响，包括生长因子、多肽类激素、缝隙连接(gap junction)通讯和胆碱能受体激动剂等。钙依赖性粘附素可通过四种机制来调节粘附强度，即蛋白表达水平的改变、蛋白磷酸化、钙依赖性粘附素聚集程度及其在胞膜和胞质之间的循环。研究表明，培养细胞表面钙依赖性粘附素表达水平可引起粘附强度的改变，然而这可能与细胞培养中的生长因子和肽类激素有关, 在许多生理性的AJ调节中并没有发现钙依赖性粘附素表达水平的改变（Vestweber等．1987）。

蛋白磷酸化在调节钙依赖性粘附素介导的AJ中起着重要作用。小鼠胚胎紧贴(embryo compaction)过程中蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)参与活化E-钙依赖性粘附素， PKC激活剂佛波醇脂（phorbol esters）可加速胚胎紧贴；而PKC阻断剂的作用则相反(Winkel等．1990)。提示PKC通过磷酸化某些分子直接或间接地参于胚胎紧贴时钙依赖性粘附素介导的粘附增强。然而其作用机制和位点仍有待进一步研究。

蛋白酪氨酸磷酸化对钙依赖性粘附素介导的AJ具有抑制作用。酪氨酸磷酸酶抑制剂Pervanadate可增加细胞内酪氨酸磷酸化，并减弱钙依赖性粘附素粘附的强度，其中涉及到β-连环素或斑珠蛋白酪氨酸磷酸化; 而与钙依赖性粘附素或者α-连环素的酪氨酸磷酸化无明显关系^［4］。此外，Ras通路引起的磷酸化也可能参与AJ的功能调节，无活性的Ras的表达可抑制γ-连环素的表达，以及γ-连环素与钙依赖性粘附素的结合量，阻止内皮细胞在重组的细胞外基质上形成血管样结构^［5］。

钙依赖性粘附素聚集可能是调节双胚紧贴过程中AJ强度快速改变的主要机制，小鼠球裂的双胚紧贴与E-钙依赖性粘附素在AJ中的重新分布有关, 而与蛋白表达水平无关(Vestweber等．1987)。Yap等（1997）用 FK506-结合蛋白FKBP12的多串联重复取代E-钙依赖性粘附素的胞浆尾段来构建嵌合型分子, 当嵌合型分子在细胞内表达时，二聚化试剂FK1012（FK506的衍生物）能特异诱导细胞外段独自在细胞表面聚集，并导致粘附强度显著增加。

钙依赖性粘附素在胞膜和胞质之间的循环可能也参与AJ的调节。在细胞未形成连接时，胞质中E-钙依赖性粘附素显著增多，表明E-钙依赖性粘附素进入胞质是由细胞间的连接调节的，细胞间连接的形成可抑制E-钙依赖性粘附素的循环。提示在机体发育和组织的重建中，细胞膜上E-钙依赖性粘附素池的动态循环使AJ的形成具有可塑性^［6］。

缝隙连接通讯亦可影响钙依赖性粘附素的粘附功能。在蟾蜍胚胎早期，抑制连接素32/连接素43(connexin32/connexin43)融合蛋白介导的缝隙连接通讯，可导致因AJ缺失造成的胚胎发育异常，当连接素37的共表达使缝隙连接通讯恢复时，胚胎发育异常可得到纠正(Paul等．1995)。缝隙连接可能允许钙依赖性粘附素所必需的Ca²⁺自由通过;细胞内Ca²⁺一过性增加发生在细胞间粘附连接装配的位点。但缝隙连接通讯在AJ形成和调节中的机制仍不清楚。此外，AJ和缝隙连接的影响是互相的，E-钙依赖性粘附素介导的细胞间的相互作用对缝隙连接的装配是必需的（Meyer等．1992）。

五、钙依赖性粘附素和信号转导

研究表明，钙依赖性粘附素或/和AJ可能提供了影响细胞形态和运动的局部信号, 可能还参与了基因表达和细胞生长的调节。

表皮极化(epithelial polarization)和其它连接组分的装配(如桥粒和紧密连接)依赖于钙依赖性粘附素粘附系统的活化(Marrs等．1995)。钙依赖性粘附素可能通过蛋白间的相互作用直接重组细胞骨架并影响细胞形态的改变(Hammerton等．1991)。在该模式中, 钙依赖性粘附素-连环素复合体和胞衬蛋白（fodrin）细胞骨架直接相互作用, 导致细胞间连接的细胞侧面的膜-细胞骨架的极化装配；随后其它膜蛋白通过与细胞骨架装配的直接相互作用而被极化。

N-钙依赖性粘附素信号