选择素介导的整合素LFA-1活化的力学调控机制

选择素介导的白细胞整合素LFA-1的活化是白细胞炎症免疫应答过程的关键事件，它发生于血流剪应力环境，涉及到黏附分子选择素和整合素LFA-1和它们的配体间的相互作用、LFA-1的低、中和高亲和力这三种构象之间的转换。关于贯穿于其中的力学调控机制的研究，是当前细胞分子生物力学中前沿热点课题。本项目拟采用荧光和流动腔实验技术，通过理论数值模拟与实验测量相结合，研究选择素介导的LFA-1的力学调控机制，阐明这种力-化学偶联相互作用的分子结构基础。本项目重点关注力依赖的选择素/PSGL-1相互作用是如何调控整合素从低亲和态到中间亲和态的活化与失活速率、活化水平、以及它们可能的力学调控途径。项目的顺利实施，对在分子水平上深入理解白细胞免疫应答与相关生(病)理过程，促进细胞分子生物力学和细胞免疫学的发展，均意义重大。

白细胞整合素的激活，为循环白细胞趋向并黏附到血管炎症部位这一炎症反应过程中的关键事件，不但受到选择素和趋化因子的介导，而且受到血流剪应力的调控。P-和E-选择素与其配体PSGL-1(P-selectin glycoprotein ligand 1)结合导致白细胞在血管内皮的滚动黏附，同时，2选择素（主要为LFA-1和Mac-1）受到选择素和趋化因子的诱导而激活，从而识别并结合表达在内皮细胞上的配体ICAM-1，实现白细胞的稳定粘附，进而迁移进入内皮下基质当中。本项目，结合理论建模、流动腔实验和分子动力学模拟，主要研究选择素介导的循环白细胞整合素的激活这一尚不明晰的力化学偶联过程及其分子结构基础，取得了如下主要进展：.我们发现：在剪切力环境中，循环白细胞的滚动，受到“Slip-Catch-Slip bond”的这一力依赖的黏附分子相互作用的调控；P-选择素介导的滚动白细胞LFA-1整合素的激活，是一个逐步活化的、LFA-1整合素从低到中、高亲和力构象转换的过程；力不但可以诱导LFA-1整合素亲和态的改变，而且可以使LFA-1稳定于激活状态，随着剪应力的增加，LFA-1的活化速率呈现先增加后降低的趋势，转折拐点与P-选择素/PSGL-1逆锁键的拐点一致，提示白细胞选择素LFA-1的活化受到逆锁键的调控；张力通过下移α7螺旋和收紧α1、β4和β5组成的疏水区，促进β5α6 loop与ICAM-1形成氢键相互作用，使其易于保持中等亲和力状态和向高亲和力态转化的倾向；除了由内而外的、依赖于钙库释放的传统信号通路外，我们发现还存在一条新的力依赖的激活白细胞整合素的快速信号通路。该快速信号通路是细胞骨架和ERM蛋白依赖的，而非内钙释放、脂筏和Syk依赖的。在PSGL-1/ERM复合物拉伸解离之前，力学信号可以有效的打开类ITAM序列，暴露磷酸化位点（Y205），介导后续的磷酸化过程及与细胞质中的信号分子Syk结合，启动下游的的信号转导过程。此外，我们还发现，IL-8稳定结合CXCR1之后，CXCR1胞内域（主要是残基Tyr136、Leu137、Ile139、Val140和Met241）的柔性将增大，溶剂可达表面积将增加，导致暴露识别G蛋白的CXCR1胞内域中的结合位点；collagen和vWF协同诱导的血小板P-选择素分泌要快于任何单一诱导剂；P-选择素的表达量随剪应力的增加呈