哺乳动物胶原蛋白IV

摘要

介绍

IV型胶原蛋白是脊椎动物中由28种不同类型组成的大型胶原蛋白超家族中的一个独特成员(Myllyharju和Kivirikko，2004年;Veit等人，2006年). 与大多数胶原蛋白不同，IV型胶原蛋白仅存在于基底膜（BMs）中，由多达六条不同基因的α链组成，命名为α1（IV）至α6（IV）。在许多潜在的组合中，链以显著的特异性相互作用和组装，仅形成三种不同的异三聚体，即α1α1α2、α3α4α5和α5α5α6。首先描述的α1（IV）和α2（IV）链称为“经典”链，存在于所有组织的BM中，而其他四条链在发育过程中限制了组织分布。例如，α3（IV）、α4（IV）和α5（IV）链存在于肾、肺、睾丸和眼睛的肾小球基底膜（GBM）中，而α5（IV）和α6（IV）链条存在于皮肤、平滑肌和肾脏的BM中。IV型胶原链的表达也受到时间调节。例如，在人类肾脏的GBM中，编码α1（IV）和α2（IV）链的基因在早期胚胎发育（第75天）期间表达，但随着编码α3（IV）、α4（IV）及α5（IV）链条的基因开始表达，其水平逐渐降低。这种基因表达的发育转换对于GBM作为肾脏中的一种特殊血浆过滤屏障的成熟至关重要。虽然编码α1（IV）或α2（IV）的基因中大多数已确定的突变是胚胎致死性的，但编码α3（IV）、α4（IV）和α5（IV）链的基因中的大多数突变会导致阿尔波特综合征成人患者的肾衰竭和耳聋(哈德森，2004;Hudson等人，2003年).

基因组织与调控

人类IV型胶原蛋白基因排列成三对，呈头对头方向；COL4A1-COL4A2系列在13号染色体上，COL4A3-COL4A4系列在2号染色体和X号染色体上(图1). 一些哺乳动物物种的序列分析指出了一个共同的祖先基因，通过三次连续的基因复制，形成了六个进化相关基因(Zhou等人，1994年). 根据序列相似性，基因可分为α1-类组，包括COL4A1系列,COL4A3系列、和COL4A5系列基因和包含第4列2,COL4A4系列、和COL4A6系列基因。每个组的成员还共享保守的序列特征，例如特征外显子-内含子组织，这表明了他们的进化关系。由配对基因共享的双向启动子是IV型胶原的另一个独特特征，这是其他胶原家族所不共享的。比如13号染色体，COL4A1系列和COL4A2系列基因从相反的DNA链转录而来，转录起始位点仅相隔约130 bp(Heikkila和Soininen，1996年). 类似地，X染色体上编码α5（IV）和α6（IV）链的基因也共享其启动子，然而，α6（IV）链被两个转录物编码，它们的5′端序列编码不同的信号肽(Oohashi等人，1994年;Sugimoto等人，1994年;Zhou等人，1993年). 由于没有证据表明存在选择性剪接，这两个转录本被建议由两个启动子调控(Sugimoto等人，1994年). 与其他成对IV型胶原基因不同COL4A5系列和COL4A6系列已有基因报道，表明通过替代启动子的转录可用于分化COL4A6系列基因表达COL4A5系列(Sugimoto等人，1994年).

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图1

人类胶原IV链六种不同亚型的基因定位、组织、基因产物和组装示意图。基因，COL4A1/COL4A2在13号染色体上(A类),COL4A3/COL4A4在第2染色体上(B类)，以及COL4A5/COL4A6在X染色体上(C类)，由两个基因共享的短启动子区隔开，两个基因相接组成一对。成对基因以双向方式转录并翻译成单个α链。每条链以一个N端7S域开始，该域具有N个-连接的低聚糖（Y形和黑色）、一个长的胶原结构域和一个C末端球状非胶原结构域（NC1）。通过对NC1结构域的链特异性识别、NC1三聚体的形成，以及向N末端7S结构域发展的三螺旋胶原结构域的超螺旋，组装每个具有链特征化学计量比的异源三聚体。在56种潜在异源三聚体中，体内只发现了三种特定组合：α1α1α2、α3α4α5和α5α5α6。

尽管对启动子区域的调控元件进行了广泛的研究和鉴定，但IV型胶原基因的调控尚不清楚。例如，α1（IV）和α2（IV）链的mRNA水平在不同细胞和不同条件下不同，但三螺旋α1α1α2分子中翻译的α链的比率始终保持不变。这表明IV型胶原基因的表达在不同水平上受到高度调节，如转录、编码RNA的稳定性和加工、翻译和翻译后修饰的效率，以及最后但并非最不重要的是，细胞中不同α链的链特异性识别。选择性剪接是导致IV型胶原α链的链组成和组装复杂性的另一个因素。对人类肾脏样本中α3（IV）链的分析显示存在选择性剪接转录物，而未检测到α1（IV）、α2（IV）、α4（IV）或α6（IV）链的选择性剪接变体(Bernal等人，1993年;Feng等人，1994年).

结构性质与超分子结构

在哺乳动物中，IV型胶原蛋白家族由六条高度同源但遗传上不同的α链组成(图1和表1). 每条链包含三个结构不同的域；富含半胱氨酸和赖氨酸残基的氨基末端结构域，是一个主要的胶原Gly-Xaa-Yaa三重重复序列，约1400个残基，其次是一个约230个残基的长羧基末端非胶原（NC1）结构域(Hudson等人，2003年). 氨基末端富含半胱氨酸和赖氨酸的残基的存在对于四个三螺旋分子通过二硫键和赖氨-羟赖氨酸交联进行链间交联至关重要。交联四聚体被严重糖基化，因此对胶原酶活性具有抵抗力。在细菌胶原酶处理BMs后，交联四聚体可以分离为沉降系数为7S的大分子复合物，因此称为7S结构域(Risteli等人，1980年;Timpl等人，1979年). IV型胶原的另一个特征是胶原Gly-Xaa-Yaa三重重复序列中存在21-26个中断。胶原蛋白结构域的中断不仅为网络形成提供了分子灵活性，而且其中一些还充当细胞结合位点和链间交联(Vandenberg等人，1991年). 链之间的中断次数不同，在具有21个中断的α1链中最低，在具有26个中断的γ4链中最高(表1).

羧基末端NC1结构域也对细菌胶原酶处理有抵抗力，很容易从胶原酶处理的骨髓中分离出来。NC1结构区是分子识别的位点，通过它指导三螺旋结构组装中链的化学计量比(Khoshnoodi等人，2006年a). 对NC1相互作用的研究为IV型胶原链的链特异性组装提供了见解，因此在过去三十年中一直是广泛研究的重点。用细菌胶原酶处理后，可以从骨髓中纯化NC1结构域，并将其作为六聚体进行研究。最近，[（α1）]晶体结构的解决方案₂α2]₂NC1六聚体提供了有关NC1结构域的复杂分子间相互作用的详细结构信息(Sundaramoorthy等人，2002年;Than等人，2002年). 研究表明，每个NC1六聚体由两个相同的异三聚体组成，分子化学计量为两个α1和一个α2 NC1结构域。这两种异源三聚体形成一个平面，通过该平面，它们端到端地相互作用，形成一个紧密的椭球状分子(图2). 由于每个NC1结构域中有12个保守的半胱氨酸残基，长期以来人们认为链间二硫键发生在不同的NC1结构区之间。然而，研究表明，六聚体通过广泛的疏水和亲水相互作用而稳定，不涉及任何二硫键。此外，研究表明，每个三聚体中的NC1结构域通过三维结构域交换机制相互作用。在这种类型的相互作用中，来自每个NC1域的域交换基序（β发夹结构）被“交换”到位于相邻NC1域上的对接位点（四股反向平行β片）。在每个三聚体中，每个NC1结构域“捐赠”一个域交换β-发夹基序到一个相邻的NC1结构区，并接受来自另一个NC1结构段的类似基序(图2). 这种高度的分子间复杂性为通过NC1三聚体进行链选择提供了高度的特异性，NC1三聚物是整个胶原分子三螺旋组装的“折叠来源”。因此，羧基末端NC1结构域可以被视为IV型胶原分子组装的初始指导者(Khoshnoodi等人，2006年a).

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图2

NC1域的一般网络形成和结构特征。异三聚体IV型胶原分子(A类)可以通过其N末端7S结构域相互作用形成四聚体（左）或通过其NC1结构域形成二聚体（右）。通过复杂的相互作用，这些分子可以进一步相互作用，形成更高阶的超分子组织和三维网络。胶原结构域的超分子扭曲和横向结合（箭头）进一步加强了这些网络。六聚体和三聚体中NC1结构域的结构和构型(B类). NC1六聚体由两个NC1三聚体的端到端相互作用形成。显示了两个免疫反应表位EA（黄色）和EB（橙色）在α3（IV）NC1结构域上的相对位置。每个NC1三聚体通过包含β发夹基序的两个位点及其与可变区（VR3）的对接位点之间的紧密和选择性相互作用，通过三维结构域交换机制稳定。

一旦分泌到细胞外基质（ECM）中，三螺旋分子就会自我结合形成独特的网络，为其他ECM成分（如层粘连蛋白、珍珠糖和蛋白聚糖）提供分子支架。原位研究IV型胶原网络的超分子结构尤尔琴科和鲁本（1987）使用高分辨率电子显微镜。对高分辨率电子显微照片的详细分析表明，胶原蛋白分子聚集在一起，形成不规则的多边形网络，主要通过沿着三螺旋结构域以及N端和C端端结构域的重叠横向相互作用连接在一起(图2). 更重要的是，他们表明，超分子扭曲形成的超螺旋是横向结合的一个特征，为网络提供了进一步的稳定性(Yurchenco和Ruben，1987年). 因此，通过复杂的分子间相互作用，这些高度专业化的ECM成分形成了一组显著的组织特异性BM，参与许多生物过程，如细胞粘附、迁移和发育、组织再生和伤口愈合、生长因子和酶的储存以及分子筛。

生物合成和改良

与其他胶原蛋白类似，IV型胶原蛋白的生物合成是一个复杂的过程，涉及多种特定和非特定酶催化的多种共翻译和翻译后修饰(Myllyharju和Kivirikko，2004年). 这些酶的修饰是高度协调的，包括去除内质网（ER）中的信号肽、许多脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化、特定羟赖氨酸残留物的糖基化、添加富含甘露糖的低聚糖、，最后在NC1结构域的12个保守半胱氨酸残基之间形成重要的链内二硫键。此外，胶原蛋白的生物合成高度依赖于至少一种特定的分子伴侣Hsp47，没有它就无法进行正确的折叠(松冈等人，2004年;Nagai等人，2000年).

在IV型胶原蛋白中，N个-连接的低聚糖仅位于7S结构域中，而羟基赖氨酸连接的二糖分散在整个分子中。进化守恒N个-所有链和不同物种中7S结构域上的连接糖基化位点强烈表明，这种翻译后修饰在BMs中IV型胶原网络的排列和组装中起着重要作用(Langeveld等人，1991年;Nayak和Spiro，1991年). 对齐后，7S结构域通过链间二硫键交联，也可能通过共价赖氨酰-羟基赖氨酸键交联，从而进一步稳定胶原网络。

还报道了IV型胶原网络中C末端NC1结构域的共价交联。人们早就知道，分离的NC1六聚体可以通过酸或其他变性剂处理分解为单体和二聚体。可还原和不可还原NC1二聚体在肾脏、胎盘、主动脉和小鼠Engelbreth-Holm-Swarm肿瘤等不同组织中的存在已被反复报道(Boutaud等人，2000年;Langeveld等人，1988年;Siebold等人，1988年;韦伯等人，1984年). 长期以来，人们认为这种二聚体是通过网络形成过程中二硫键的重组机制形成的二硫键交联单体(Netzer等人，1998年b;Siebold等人，1988年). 然而，从不同组织中分离出的不可还原二聚体的相对数量差异很大，例如胎盘BM中70%，而晶状体囊BM中只有30%(Langeveld等人，1988年;Vanacore等人，2004年).

交联NC1二聚体的真实性质及其相对数量的组织依赖性变化已经困扰了20多年。最近，两个独立实验室对NC1六聚体的X射线晶体结构进行了测定，这清楚地推翻了链间二硫键交联假说(Sundaramoorthy等人，2002年;Than等人，2002年). 然而，基于1.9-A分辨率的电子密度图，提出了一种新的硫醚交联，即一条链上的蛋氨酸残基和另一条链的赖氨酸残基之间(Than等人，2002年). 其他人进一步研究了这种不寻常共价键的化学性质。基于对分离的单体和二聚体组分的胰蛋白酶消化，分离出二聚体独特的交联肽，并证明其来自两个α1 NC1结构域(Vanacore等人，2005年). 交联肽的质谱和化学分析表明，交联发生在一条链上的蛋氨酸残基的侧链和另一条链的羟赖氨酸之间。这种新型交联剂被命名为S公司-羟基赖氨酰甲硫氨酸，建议通过两个翻译后修饰来合成；赖氨酸残基羟基化为羟基赖氨酸，并在羟赖氨酸和蛋氨酸侧链的硫原子之间形成共价键。不管这种不寻常交联的化学性质和生物合成，这种独特的共价修饰很可能是由组织特异性存在的特定酶催化的。这种翻译后修饰酶的分离和表征将是胶原蛋白生物合成中另一个有趣的研究领域。

链条的发现与装配问题

所有类型胶原蛋白的一个共同特征是，它们由三条多肽链（α链）组成，具有重复的Gly-X-Y序列，具有形成超螺旋三螺旋结构的高度倾向(Brodsky和Ramshaw，1997年;Brodsky和Shah，1995年;Jenkins和Raines，2002年). 一些胶原蛋白，如III型胶原蛋白，是由三个相同的α链组成的专性同源三聚体，而其他胶原蛋白则形成包含至少两个不同α链的异源三聚体(Prockop和Kivirikko，1995年). 尽管它们无处不在，但许多类型的胶原蛋白在同一个细胞中表达，但在内质网中，它们在分泌到ECM之前都以类型和链特定的方式进行组装，并具有正确的化学计量比。

与许多胶原蛋白类似，IV型胶原蛋白的组装始于羧基末端，其中NC1结构域之间的特定相互作用决定了三螺旋分子中链的化学计量。虽然其他异源三聚体胶原类型的组装涉及两个或三个不同α链之间的识别，但IV型胶原分子的组装包括六个不同α链条之间的选择。理论上，这六条α链可以组装成76种不同的组合，包括六个同源三聚体和70个异源三聚体。然而，到目前为止，在所有研究的组织中仅发现三种特异性异源三聚体（α1α1α2、α3α4α5和α5α5α6）(Borza等人，2001年;Boutaud等人，2000年;Hudson等人，1994年,2003). 这一发现反映了IV型胶原α链的显著特异性，并提出了一个关于链选择和不同异源三聚体形成的潜在机制的基本问题。超凡的链式选择能力使IV型胶原蛋白成为“原型”分子，以阐明胶原蛋白组装中的链式选择性机制。此外，最近通过求解其NC1晶体结构获得的详细结构信息使IV型胶原成为破译链识别和选择位点结构基础的理想分子。多年来，集会问题一直受到深入调查。这里我们描述一些亮点。

与细胞表面受体的相互作用

除了为组装和机械稳定性提供支架外，IV型胶原也是细胞与基底膜相互作用的重要组成部分。这种相互作用对多种生物过程至关重要，包括细胞粘附、迁移、存活、增殖和分化。细胞培养研究表明，IV型胶原是包括血小板在内的大量细胞类型的结合底物(桑托罗，1986年;Staatz等人，1990年)，肝细胞(Rubin等人，1981年)，角质形成细胞(Murray等人，1979年)，内皮(Cheng和Kramer，1989年;Herbst等人，1988年)，系膜(Setty等人，1998年)，胰腺(Kaido等人，2004年)以及乳腺癌和前列腺癌等肿瘤细胞(Abecassis等人，1987年;Dedhar等人，1993年)、黑色素瘤(Chelberg等人，1989年)纤维肉瘤和胶质瘤(Aumailley和Timpl，1986年;Knight等人，2000年). 细胞与IV型胶原的粘附是由三螺旋结构域和NC1结构域中的多个结合位点介导的，这表明有几个粘附受体参与(Chelberg等人，1989年;Herbst等人，1988年;Wayner和Carter，1987年). 这些受体可分为整合素和非整合素受体。

整合素受体

整合素包含大量结构和功能相关的跨膜糖蛋白，它们是ECM的主要细胞表面受体(海恩斯，1987,1992,2002). 在细胞表面，它们以非共价异二聚体的形式存在，由α-和β-亚单位组成。每个亚单位都有一个大的胞外结构域、一个短的跨膜段和一个与细胞骨架蛋白亲和的C末端细胞质尾部。因此，整合素一词反映了它们通过连接细胞骨架和细胞外成分将细胞“整合”到直接环境中的能力。到目前为止，已经在哺乳动物细胞中鉴定出18个α-和8个β-亚基，已知它们以组织限制的方式相互作用，形成24个不同的家族成员(汉弗莱斯等人，2006年;海恩斯，2002年). 这种多样性通过选择性剪接、翻译后修饰以及与其他细胞表面受体和细胞内分子的相互作用而进一步扩大(de Melker和Sonnenberg，1999年;Green等人，1998年;波特和霍格，1998年).

整合素的一个重要特征是能够识别大型ECM蛋白中的短肽序列。整合素结合位点的经典例子是最初在纤维连接蛋白中鉴定的Arg-Gly-Asp（RGD）序列，该蛋白是至少八种不同整合素的常见配体(Ruoslahti，1996年). 虽然在几个IV型胶原α链的三螺旋区内存在多个RGD序列，但一些研究表明细胞与IV型胶原的粘附是RGD非依赖性的(Herbst等人，1988年;Kim等人，1994年;克莱默和马克斯，1989年). 一种可能的解释是，由于RGD序列的三螺旋性质，整合素无法访问这些RGD序列。然而，细胞对IV型胶原的粘附主要取决于IV型胶原三螺旋状态，因为二硫键的减少和热变性会显著降低细胞的结合和扩散(Aumailley和Timpl，1986年;Perris等人，1993年;桑托罗，1986年).

主要的胶原蛋白受体包括β₁整合素亚群，即α₁β₁和α₂β₁(奥梅利和盖劳，1998年;Leitinger和Hohenester，2007年;鲍尔森，1992). 然而，这两种整合素结合IV型胶原和I型胶原，具有如下不同的特异性：整合素α₁β₁对IV型胶原有较高的亲和力，而α₂β₁与I型胶原蛋白结合更强(科恩等人，1993年;Tulla等人，2001a). 结果表明，α的缺失₁β₁同源重组的整合素导致成纤维细胞和平滑肌细胞与IV型胶原基质的粘附和迁移显著减少(加德纳等人，1996年)，而α的重要性₂β₁使用反义mRNA后，IV型胶原的粘附和形态发生减少，表明整合素(Keely等人，1995年). α的主要结合位点₁β₁和α₂β₁整合素最初是在一个三螺旋氰溴化物衍生片段CB3中鉴定出来的，该片段位于IV型胶原氨基末端100 nm处(图3)(Vandenberg等人，1991年). 分子这一特定区域的三螺旋构象通过α1（IV）和α2（IV）链之间的链间二硫键稳定。使用针对CB3片段的抗体显示，约80%的细胞与IV型胶原的粘附被抑制，这表明它包含一个主要的细胞结合区域。通过使用固定化CB3片段和细胞裂解物的亲和层析，α₁β₁和α₂β₁作为从亲和柱中洗脱出来的唯一整合素被分离出来(Vandenberg等人，1991年). 使用纯化的整合素和CB3的较短胰蛋白酶片段（α的一个结合位点）₁β₁整合素和α的2₂β₁整合素位于CB3片段上不同但相邻的位置(科恩等人，1993年). α的进一步细化₁β₁识别位点是通过用嗜热菌蛋白酶消化其中一种胰蛋白酶肽来实现的(Eble等人，1993年). 因此，CB3（IV）片段内的识别位点位于构象依赖区域，其中α1（IV）链上的Asp461与α2（IV）链条上的Arg461的空间邻近性对α₁β₁整合素。最后，α₁β₁利用人工半胱氨酸结稳定的IV型胶原α1和α2链中含有12个氨基酸残基（457–468）的合成三螺旋肽直接证明了整合素结合(Renner等人，2004年).

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图3

三种不同IV型胶原异源三聚体中整合素结合位点的位置。指出了三螺旋氰溴化物衍生片段（CB3）和特定NC1结构域内的结合位点。

类似于α₁β₁α与胶原蛋白I和IV的构象依赖性结合₂β₁整合素(Knight等人，1998年). α₂β₁整合素在血小板粘附胶原和血管壁止血中起重要作用(Sixma等人，1997年). 研究表明，GFOGER肽的短序列（O为羟脯氨酸）代表α₂β₁整合素(Knight等人，2000年). 该序列代表了I型胶原和IV型胶原中的高亲和力结合位点，并且完全依赖于天然的三螺旋构象。苯丙氨酸或谷氨酰残基的取代消除了这种结合，表明它们在识别中的重要作用。三螺旋GFOGER肽是细胞粘附胶原IV的有效抑制剂。此外，该序列存在于CB3（IV）片段（385-390）的a1链中，可能代表α的两个结合位点之一₂β₁整合素(图3).

除了α₁β₁和α₂β₁，其他整合素也可能参与细胞与IV型胶原的结合_三β₁整合素在表达低水平其他β的小肺癌细胞系中的表达₁整合素(Elices等人，1991年). 此外，α_三亚单位反义寡核苷酸部分抑制前列腺癌细胞与IV型胶原的粘附(Leung-Hagesteijn等人，1994年). α的一个结合位点_三β₁已使用合成肽GEFYFDLRLKGDK在IV型胶原（残基531-543）的α1链上鉴定出整合素，该合成肽可促进多种肿瘤细胞系的粘附并诱导α_三β₁-介导信号转导(劳尔等人，1998年;Miles等人，1994年,1995). 然而，α的作用_三β₁作为IV型胶原受体，由于整合素特异性抗体未能阻止各种细胞的粘附，因此仍存在争议(Elices等人，1991年;Melchiori等人，1995年)和α的过度表达_三β₁不会增加IV型胶原蛋白的粘附力(Delwel等人，1994年;Weitzman等人，1993年). 最令人惊讶的是，α的基因消融_三整合素增加角质形成细胞在IV型胶原上的粘附和迁移，从而导致α_三β₁是IV型胶原结合整合素的反显性抑制剂(Hodivala-Dilke等人，1998年). 最后，α_三β₁整合素复合物，无论是重组的还是从细胞中纯化的，在体外都无法与IV型胶原结合(Eble等人，1998年;Pochec等人，2003年).

最近，两种新整合素α的结合₁₀β₁和α₁₁β₁，到IV型胶原(Tiger等人，2001年;Tulla等人，2001b). α₁₁I结构域通过与α相同的GFOGER基序与I型胶原结合更强₂β₁整合素(Zhang等人，2003年)，同时结合α₁₀对IV型胶原更具特异性，类似于α₁I域(Tulla等人，2001b). 然而，这两种整合素在IV型胶原上结合位点的结构尚不清楚。α的表达₁₀β₁和α₁₁β₁在空间和时间上仅限于软骨细胞和胎儿肌肉细胞，表明它们在发育中的特殊作用。

热变性或蛋白水解降解导致胶原分子上新的结合位点暴露。这种现象首先描述为I型胶原蛋白，它在热变性后以更高的亲和力结合纤维连接蛋白(Engvall和Ruoslahti，1977年;斯科尔和科特，1979年)之后用于IV型胶原蛋白(Aumailley和Timpl，1986年). 这些结果表明，纤维连接蛋白-α可以介导细胞与变性胶原的粘附₅β₁整合素桥(Tuckwell等人，1994年). 最近的研究表明，在蛋白水解切割后，IV型胶原的三螺旋部分内的一个隐蔽位点暴露出来(Xu等人，2001年). 这种分裂发生在血管生成过程中的血管中，与α₁β₁和α的伴随增益_v（v）β_三整合素结合。此外，针对变性IV型胶原的单克隆抗体抑制体内血管生成和肿瘤生长。这些结果表明，骨髓的降解和蛋白水解酶重构可能会暴露IV型胶原内的隐匿位点，从而改变整合素的特异性和生物学功能。

除了三螺旋部分外，IV型胶原的NC1结构域也促进细胞粘附(Chelberg等人，1989年;Herbst等人，1988年;Setty等人，1998年)，刺激胚胎神经元的生长(Lein等人，1991年)，并抑制普通水螅(Zhang等人，1994年). 后一项发现表明，NC1结构域可以通过破坏血管基底膜的组装来抑制血管生成(Sarras和Hudson，1997年). 随后对纯化的重组NC1结构域的研究表明，α2、α3和α6 NC1结构区促进内皮细胞的粘附和迁移，而α1、α4和α5 NC1结构段则不活跃(Petitclerc等人，2000年). 有趣的是，全身给予α1、α2和α3 NC1结构域也会抑制体内肿瘤生长和血管生成(科罗拉多等人，2000年;Maeshima等人，2000b;Petitclerc等人，2000年). 中和抗体抑制细胞粘附表明不同的NC1结构域可能结合不同的整合素：α₁β₁对于α1 NC1，α_v（v）β_三, α_v（v）β₅，和α_三β₁对于α2 NC1和α_v（v）β_三对于α3和α6 NC1结构域(图3). 对于通过α2 NC1结构域与α2相互作用的黑色素瘤和卵巢癌细胞，获得了一些不同的结果₁β₁和α_v（v）β_三整合素(Roth等人，2005年). 最近，我们直接鉴定了α_v（v）β_三和α_v（v）β₅通过亲和层析将整合素作为α3 NC1结构域的内皮受体，并确认纯化整合素在体外的结合(Pedchenko等人，2004年). 到目前为止，仅对α3 NC1结构域的特异性整合素结合位点进行了表征(Han等人，1997年;Maeshima等人，2000a). 最初在α3 NC1结构域的前半部分（残基54–132）中发现了一个区域，因为相应的重组蛋白抑制了内皮细胞的增殖，诱导了凋亡，并降低了裸鼠的肿瘤生长(Maeshima等人，2001a). 随后，来自该区域的较短合成肽（残基74-98）被证明可能通过与α_v（v）β_三整合素以RGD非依赖性方式(Maeshima等人，2001b). 这导致由黏附/磷脂酰肌醇-3/Akt/mTOR激酶介导的Cap依赖性蛋白合成受到抑制(Maeshima等人，2002年;Sudhakar等人，2003年). 根据相应合成肽对黑色素瘤细胞增殖的抑制作用，将第二个细胞结合位点归因于α3 NC1结构域的185-203氨基酸(Han等人，1997年). 该肽结合α_v（v）β_三通过β的特异性相互作用从细胞裂解物中提取整合素和CD47/IAP_三氨基酸三联体SNS亚基(Pasco等人，2000年;Shahan等人，1999年). 此外，我们最近发现，内皮细胞与重组α3 NC1的粘附严重依赖于相邻氨基末端RGD基序与α_v（v）β_三整合素作为RGD序列的缺失显著降低了细胞粘附性，而上述两种肽无法恢复细胞对α3 NC1结构域的粘附(Pedchenko等人，2004年). 因此，IV型胶原的NC1结构域通过几个可能介导其抗血管生成和抗肿瘤活性的结合位点充当不同整合素的配体。

一些研究小组已经报道了细胞与IV型胶原7S结构域的相互作用，这表明细胞粘附受体存在一个额外但没有特征化的结合位点。纯化的7S结构域有效地阻止水螅细胞的聚集发育，这表明它可能在形态发生中发挥重要作用(Zhang等人，1994年). 在另一份报告中，7S结构域有效刺激中性粒细胞的趋化性，这种反应可能由一种类似于弹性蛋白受体的67-kD凝集素样蛋白介导(Senior等人，1989年).

IV型胶原的遗传性和获得性疾病

IV型胶原与许多遗传性和后天性疾病有关。取决于遗传和非遗传因素，包括时间和空间基因表达的改变、剪接变异、翻译后修饰和特定α链的链特异性组装，不同的器官在发育过程中和成年寿命中可能受到影响。在这些器官中，肾脏尤其受到IV型胶原异常的影响。由于其高度专业化的特点，肾小球的BM在循环血浆过滤中起着关键作用。由于所有六种IV型胶原基因在肾小球的不同解剖部位均有不同的表达，并且由于一种基因产物的缺乏不能被另一种基因产品所补偿，因此IV型胶原肾病是导致终末期肾病（ESRD）和死亡的最致命疾病。Alport综合征和Goodpasture综合征是肾脏异常的两个主要例子，其中IV型胶原是直接参与发病的中心分子，因此将在这里进行讨论。

结论

IV型胶原蛋白发现40年后，仍然是生物化学、病理学和遗传疾病等广泛研究的重点。IV型胶原是唯一由六种不同基因编码的胶原类型，其六条α链具有显著的特异性，可以相互识别并组装成独特的异源三聚体。在分泌到ECM后，这些分子进一步相互作用形成更高的超分子组织，这些超分子组织与其他蛋白质最终以组织特异性的方式形成独特的BM。通过与特定细胞受体（如整合素）的相互作用，骨髓胶原IV网络不仅为细胞和组织提供结构支持，而且还影响发育过程中和发育后的生物命运。随着新发现不断揭开IV型胶原蛋白的基因突变、生物合成、分子组装和网络形成的神秘面纱，我们对这些复杂超分子结构在健康和疾病中的关键作用的认识大大提高。

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