四次跨膜蛋白CD81：丙型肝炎病毒（HCV）關(guān)鍵受體，外泌體重要標(biāo)記蛋白，抗病毒或抗腫瘤研究前景靶點(diǎn)！

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(bào)道指出，CD81為一種潛在的抗病毒和抗癌的藥物靶點(diǎn)，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(shí)也在腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移中起著重要的作用。此外，針對(duì)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(jié)合，抑制CD81的功能，在相關(guān)疾病中發(fā)揮作用。同時(shí)，CD81作為廣泛報(bào)道的外泌體標(biāo)記蛋白，有研究表明其在藥物輸送和疾病研究中扮演關(guān)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(jié)構(gòu)
1.2 CD81的表達(dá)和功能

2. CD81相關(guān)的作用機(jī)制

2.1 CD81與病毒感染相關(guān)機(jī)制
2.2 CD81與細(xì)胞形態(tài)相關(guān)機(jī)制
2.3 CD81與腫瘤相關(guān)機(jī)制

3. CD81和多種疾病研究

3.1 CD81與丙型肝炎病毒研究
3.2 CD81與癌癥研究
3.3 CD81與其它疾病研究

4. CD81的臨床研究前景

1. 什么是CD81?

1.1 CD81的結(jié)構(gòu)

CD81（又名Tetraspanin-Associated Protein 1，TAPA-1）是首個(gè)被認(rèn)定的HCV感染靶細(xì)胞的受體分子，最初是在篩選能抑制B淋巴細(xì)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(diǎn)擊了解“什么是TM4SF家族”）。CD81由四個(gè)跨膜區(qū)、兩個(gè)胞漿區(qū)（N端和C端），以及一個(gè)胞外結(jié)構(gòu)城（EC）構(gòu)成。其中，EC分為EC1和EC2，分別由28和80個(gè)氨基酸殘基組成。EC1位于跨膜區(qū)TM1與TM2之間，形成了一個(gè)小環(huán)（SEL），對(duì)維持CD81在細(xì)胞表面正確構(gòu)象起著重要作用。而EC2位于TM3與TM4之間，形成了一個(gè)大環(huán)（LEL），決定了CD81的物種特異性，同時(shí)介導(dǎo)了CD81與HCV（丙型肝炎病毒）包膜蛋白E2的結(jié)合。在LEL中，由四個(gè)半胱氨酸殘基形成的兩個(gè)二硫鍵是HCV E2與CD81相互識(shí)別的關(guān)鍵因素（圖1）^[1-2]。

1.2 CD81的表達(dá)和功能

CD81可表達(dá)在除紅細(xì)胞和血小板以外其他的多種組織細(xì)胞表面，在細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育和運(yùn)動(dòng)、蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞融合、細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用、先天免疫抑制中都發(fā)揮著至關(guān)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(guān)鍵因素，這主要是由于CD81蛋白能與其他四聚體腺和細(xì)胞特異性伴侶蛋白相互結(jié)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(biāo)志物，是許多疾病相關(guān)病理變化的潛在標(biāo)志物。此外，CD81等多種跨膜蛋白形成的精卵互作蛋白網(wǎng)絡(luò)，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(guān)。更值得注意的是，CD81基因位于腫瘤細(xì)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(zhǎng)和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)過程 ^[3-5]。

圖1. CD81的結(jié)構(gòu) ^[1]

2. CD81相關(guān)的作用機(jī)制

2.1 CD81與病毒感染相關(guān)機(jī)制

CD81能以非共價(jià)鍵結(jié)合的方式與多種分子形成復(fù)合物，促進(jìn)細(xì)胞間的相互作用、信號(hào)傳導(dǎo)、以及調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的分子通道。例如，CD81蛋白可以在B細(xì)胞中與CD21蛋白、CD19蛋白和Leu13蛋白形成復(fù)合物，參與B細(xì)胞激活。尤其是在病毒感染研究方面，CD81大的細(xì)胞外環(huán)結(jié)構(gòu)（CD81-LEL）綁定HCV E2糖蛋白形成E2：CD81-LEL，其互相作用對(duì)HCV基因組有效復(fù)制很重要。此外，CD81與CLDN-1相互作用形成CD81-CLDN-1受體復(fù)合物，有助于HCV侵入宿主細(xì)胞的受體綁定前環(huán)節(jié)以協(xié)助病毒內(nèi)化到細(xì)胞中。無(wú)論如何，CD81被視為HCV重要受體，引導(dǎo)病毒顆粒進(jìn)入胞內(nèi)，且還可能影響病毒與靶細(xì)胞間的信號(hào)傳遞（圖2）^[6-7]。

圖2. CD81與病毒感染相關(guān)機(jī)制 ^[6]

2.2 CD81與細(xì)胞形態(tài)相關(guān)機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)CD81蛋白能與Integrin a4β1在T細(xì)胞中的Molt4和Jurkat細(xì)胞中進(jìn)行結(jié)合，其β1家族Integrin 也能與CD53蛋白、CD63蛋白和CD82蛋白結(jié)合。在T細(xì)胞系中還發(fā)現(xiàn)CD81蛋白能與CD82蛋白結(jié)合。CD81的固定化抗體能誘導(dǎo)T細(xì)胞形態(tài)的變化，形成細(xì)胞突起。在治療大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞的過程中，采用CD81單克隆抗體時(shí)，也發(fā)現(xiàn)CD81抗體會(huì)影響細(xì)胞突起，導(dǎo)致細(xì)胞突起程度的增加。對(duì)于T細(xì)胞和CD82單克隆抗體，也發(fā)現(xiàn)了類似的情況，而細(xì)胞松馳素D和秋水仙堿可以抑制這種作用。以上結(jié)果說明CD81蛋白和CD82蛋白都與細(xì)胞形態(tài)的變化有關(guān) ^[8-10]。

2.3 CD81與腫瘤相關(guān)機(jī)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(xì)胞膜上相互結(jié)合，形成大分子復(fù)合物，發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用；同時(shí)它還可以與磷酸肌醇及蛋白酪氨酸磷酸化等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，影響第二信使系統(tǒng)功能的發(fā)揮。例如，一項(xiàng)研究報(bào)道，在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）細(xì)胞中同時(shí)過表達(dá)CD81和ITGB1并進(jìn)行Co-IP實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CD81能與ITGB1結(jié)合。ITGB1屬于整合素（Integrin）受體家族。Integrin參與了細(xì)胞分化以及腫瘤的凋亡和轉(zhuǎn)移等多種信號(hào)通路。當(dāng)在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中同時(shí)過表達(dá)CD81、ITGB1和ITGA3并進(jìn)行Co-IP實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)CD81能促進(jìn)ITGB1與ITGA3的結(jié)合（促進(jìn)Integrin的活化），從而激活AKT通路和ERK1/2通路，促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖和遷移。這強(qiáng)調(diào)了CD81在腫瘤進(jìn)展中的關(guān)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(guān)機(jī)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(xì)胞需要病毒的糖蛋白與細(xì)胞表面的相關(guān)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(xì)胞膜上必不可少的一個(gè)糖蛋白。有研究結(jié)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(xì)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(jié)合，CD81還與HCV的輔助受體Claudin-1、Claudin-6、Claudin-9、Occludin和SR-BI結(jié)合形成復(fù)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(zhuǎn)移中也起到關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細(xì)胞種，eg. B細(xì)胞淋巴瘤、其它血液病和非血液病惡性腫瘤細(xì)胞，CD81蛋白含量高于正常細(xì)胞。在患者體內(nèi)CD15蛋白和CD81蛋白能促進(jìn)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(xì)胞中的功能不一致，例如在肝癌細(xì)胞中，CD81蛋白含量較少的細(xì)胞更有轉(zhuǎn)移潛能 ^[21]。在胃癌細(xì)胞、膀胱癌細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果 ^{[19, 22]}。與上述結(jié)果相反的是，CD81蛋白表達(dá)量較高的黑色素瘤細(xì)胞更容易發(fā)生遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移 ^[23]。進(jìn)一步研究揭示，CD81通過Akt依賴的Sp1激活信號(hào)通路誘導(dǎo)MT1-MMP的表達(dá)，進(jìn)而刺激黑色素瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，增加黑色素瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移 ^[23-24]。此外，CD81的缺失也嚴(yán)重?fù)p害了調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和髓源性抑制細(xì)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(biāo)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(xì)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(guān) ^[26]；抑郁障礙患者外周血中星形膠質(zhì)細(xì)胞源性外泌體的CD81蛋白水平高于健康對(duì)照組，但在輕中度和重度抑郁障礙患者中，CD81水平相關(guān)性較低。這表明星形膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(dá)外泌體標(biāo)記物（CD63、CD9和CD81），暗示它們可能在高血壓的病理生理學(xué)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(xì)胞外囊泡（EV）的豐富來源，這些EV表現(xiàn)出CD63和CD81的陽(yáng)性和陰性特征。研究人員推測(cè)，通過分析囊液來源的EV，或許能夠?qū)@些病變的患者進(jìn)行更精準(zhǔn)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(jìn)一步基于蛋白質(zhì)印跡法檢測(cè)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(jī)制 ^[30]；癌癥相關(guān)成纖維細(xì)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(jìn)展，從CAF/NF中提取的外泌體顯示出CD63、CD81和TSG101的高表達(dá) ^[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(jìn)展等研究的新關(guān)鍵靶點(diǎn)。

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(guān)注。其大胞外環(huán)（EC2）是其與眾多蛋白結(jié)合的主要區(qū)域，也是藥物設(shè)計(jì)的主要靶點(diǎn)。目前，針對(duì)CD81的mAb研究已取得了進(jìn)展，主要用于研究CD81的表達(dá)和功能，特別是在病毒感染和癌癥轉(zhuǎn)移方面。例如，CD81是丙型肝炎病毒（HCV）進(jìn)入細(xì)胞的重要受體，因此，針對(duì)CD81的入胞抑制劑具有巨大的研究?jī)r(jià)值。此外，CD81還與多種癌癥相關(guān)的蛋白質(zhì)（如CD19、CD44、EWI-2等）形成復(fù)合物，影響癌細(xì)胞的增殖、遷移和轉(zhuǎn)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(diǎn)。期待在不久的將來，基于CD81的藥物能夠成功進(jìn)入臨床開發(fā)！

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