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Mac-1(αMβ2,CD11b%CD18)和LFA-1(α1β2,Cd11a%CD18)是中性粒细胞表面最多、最重要的β2整合素,它们具有相似的α亚基和共同的β亚基,能通过与配体细胞问粘附分子-1(intercellularcelladhesivemoleculel,ICAM-1)的相互作用,介导炎症反应中中性粒细胞粘附、穿越血管内皮细胞向炎症部位募集。目前研究表明,Mac-1和LFA-1在炎症反应过程中的几乎每一步都发挥了重要的作用,但两者的生理功能并不相同,LFA-1主要介导前期的慢速滚动和稳定粘附,而Mac-1主要介导在血管内的爬行。
为什么Mac-1和LFA-1能分别在白细胞募集的不同阶段分别起主导作用?本文主要关注Mac-1、LFA-1与配体ICAM-1反应动力学的差别,二维反应动力学定量描述了分子结合的快慢和强弱,有助于理解Mac-1、LFA-1如何通过与配体ICAM-1的相互作用调控两者不同的生理功能。其基本科学假设是激活前后Mac-1、LFA-1与ICAM-1相互作用的反应动力学差别有可能是不同的,从而使它们能通过激活改变两者与ICAM-1作用的贡献,在白细胞募集的不同阶段分别起主导作用。
本文运用光镊技术通过粘附频率方法分别比较了(1)重组可溶性Mac-1、LFA-1的Fc融合蛋白及其通过二硫键锁定在高亲和念的突变体(2)分别转染在293T细胞上全长的Mac-1、LFA-1及其高亲和性突变体(3)静息和激活状态下PMN表面的Mac-1、LFA-1与ICAM-1相互作用的反应动力学差别,得到了相似的结论:
1.Mac-1和LFA-1与ICAM-1反应亲和性AcKa0的差异主要源于其正反应率AcKf0的差异;
2.激活前后,两者的反应亲和性AcKa0差距基本不变,但正反应率AcKf0的差距明显减小;
3.Mac-1和LFA-1激活前后负反应率Kr0的变化规律不同,Mac-1激活后负反应率增大,LFA-1激活后负反应率明显减小。
本文的结论与课题组的模拟结果和其他实验室发表的反应动力学实验数据一致,Mac-1、LFA-1在激活前后不同反应动力学差别可能对其在炎症反应中发挥不同的生理功能的机制做出合理的解释。在炎症反应前期,Mac-1和LFA-1处于低亲和性状态,Mac-1的正反应率非常小(0.09-2.18×10－6μm4s－1),很难与ICAM-1结合,因此在前期过程中贡献较小。而LFA-1与ICAM-1的正反应率(0.99-3.79×10－6μm4s－1)和负反应率(0.86-1.24s-1)都比较大,能快速的结合和解离,可介导PMN的慢速滚动。在滚动过程中,PMN表面的整合素被内皮细胞分泌的细胞因子激活,LFA-1负反应率减小(0.55-0.64s-1),与ICAM-1的作用增强,使PMN逐渐达到稳定粘附。Mac-1被激活后,正反应率有很大提高(0.87-3.12×10－6μm4s－1),与LFA-1正反应率(6.64-9.53×10－6μm4s-1)的差距减小,虽然两者的有效反应亲和性AcKa0差异不变,但是考虑到激活后Mac-1表达量的增加和其更稳定的高亲和性状态,在炎症反应后期,Mac-1与ICAM-1的作用会逐渐增强,甚至可能超过LFA-1的作用,从而使Mac-1能在爬行过程中起主导作用。本文还发现了Mac-1在激活后负反应率上升的现象(从0.28-0.53到0.34-1.38s-1),使Mac-1与ICAM-1相互作用的分子键寿命不会过长,有利于PMN在血管内从粘附位点向内皮间隙爬行,寻找最佳穿出血管的位置。