钙黏蛋白-11在系统性硬化症中的研究进展

刘倩 赵进军 杨敏

[摘要] 系统性硬化症是一种罕见的自身免疫性疾病，皮肤和内脏器官進行性纤维化是其主要临床特征。钙黏蛋白-11是多种组织纤维化的重要介质。本文概述钙黏蛋白-11在系统性硬化症中的研究进展。

[关键词] 系统性硬化症；钙黏蛋白-11；巨噬细胞；上皮细胞；成纤维细胞

[中图分类号] R593.2    [文献标识码] A    [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.12.031

系统性硬化症（systemic sclerosis，SSc）是一种典型的全身性纤维化疾病[1]。根据皮肤受累程度，SSc分为弥漫性SSc和局限性SSc两大类。其中，弥漫性SSc表现为手部肿胀，并伴有皮肤增厚向近端扩展至四肢或躯干；局限性SSc则表现为掌指关节远端手指肿胀，最终可发展成肘关节和（或）膝关节远端皮肤硬化，而躯干和四肢近端不受累。研究认为，成纤维细胞活化为肌成纤维细胞并产生胶原蛋白、纤维连接蛋白等细胞外基质（extracellular matrix，ECM）成分，其过度积累会严重损害皮肤、肺、心、肾等器官，这是SSc纤维化的原因[2]。目前，SSc的治疗主要以对症治疗为主，亟需探索更加安全有效且具有针对性的治疗方法[3]。

钙黏蛋白家族是一类可介导细胞间黏附的跨膜蛋白。根据其结构和功能，可分为经典钙黏蛋白、桥粒钙黏蛋白和原钙黏蛋白等亚家族。经典钙黏蛋白包括Ⅰ型和Ⅱ型经典钙黏蛋白。钙黏蛋白-11（cadherin-11，CDH-11）属Ⅱ型经典钙黏蛋白，最早发现于成骨细胞，又称为成骨细胞钙黏蛋白[4-5]。多项研究发现，CDH-11在SSc患者的纤维化皮肤、肺及外周血中表达水平升高；在多种纤维化小鼠模型中，抑制CDH-11的表达可减缓甚至逆转SSc纤维化进展[6-11]。上述研究提示，CDH-11在SSc的发生发展中发挥重要作用。本文对CDH-11在SSc中的研究进展予以概述。

1  CDH-11概述

1.1  CDH-11的发现与命名

1994年，Okazaki等[5]通过对MC3T3-E1小鼠成骨细胞系的互补脱氧核糖核酸文库进行分析筛选，发现一段互补脱氧核糖核酸克隆片段，对其表达进行预测研究发现，其与钙黏蛋白家族成员结构相似；转染该片段的细胞可获得Ca2+依赖性黏附特征，该片段可归类为钙黏蛋白家族，故将其命名为成骨细胞钙黏蛋白。因其编码基因与经典钙黏蛋白等一样，均位于人16q21、16q22染色体，且与E-钙黏蛋白等结构相似，故将其命名为CDH-11。

1.2  CDH-11的分子结构

CDH-11包括胞外、跨膜及胞内3个结构域[12]。胞外结构域具有5个重复序列（EC1～EC5），每个重复序列由80～90个氨基酸残基组成，且上述重复序列形成Ca2+结合区。当Ca2+与其结合时，CDH-11胞外结构域变为棒状结构，从而发挥生物活性[13-14]。跨膜结构域由23个氨基酸残基构成，包含无电荷疏水氨基酸残基及可与负电荷磷脂作用的正电荷氨基酸残基。胞内结构域由约150个氨基酸残基构成，称为钙黏蛋白胞质尾，其可与各类连环蛋白构成复合体，发挥胞内效应。

1.3  CDH-11的生物学功能

1.3.1  介导细胞间黏附  CDH-11的黏附特性与EC1 N端的信号序列密切相关[15]。研究发现，CDH-11 ECl结构域之间的相互作用在对称二聚体的形成中具有重要作用。一细胞ECl结构域中的保守色氨酸侧链插入另一细胞ECl结构域的疏水性口袋中，与此同时被黏附细胞的保守色氨酸侧链插入前述细胞钙黏蛋白分子的疏水性口袋中，从而使两细胞发生黏附。CDH-11具有2个保守色氨酸侧链，其存在广泛的异型聚集链接的趋势。

1.3.2  调控相关信号通路  CDH-11的胞质尾可与p120连环素、α-连环素、β-连环素等结合形成复合物，调控相关信号通路[16-17]。α-连环素与钙黏蛋白并非直接连接，而是通过结合至β-连环素间接连接。α-连环素还可与肌动蛋白结合蛋白、肌动蛋白细胞骨架相互作用。p120连环素则可与多个钙黏蛋白结合，进而起到稳定细胞表面钙黏蛋白分子的作用。此外，p120连环素还可调节Ras同源基因家族成员A（Ras homologous gene family member A，RhoA）、Ras相关C3肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）、细胞分裂周期蛋白42（cell division cycle 42，Cdc42）等Ros同源类似物GTP酶活性。当p120连环素过表达时，RhoA活性被抑制，Rac1和Cdc42活性水平提高；Rac1和Cdc42又可抑制支架蛋白IQGAP1与β-连环素的结合。IQGAP1与α-连环素是竞争关系。当IQGAP1与β-连环素之间的相互作用被抑制时，α-连环素和β-连环素之间的相互作用增强，从而加强钙黏蛋白/连环素复合物与细胞骨架的关联性，促进细胞间的黏附作用。p120连环素可通过调节Ros同源类似物GTP酶活性改变细胞骨架功能。β-连环素还可作为共转录因子促进Wnt靶基因的转录。Wnt信号通路可调控细胞增殖、细胞分化、器官发育、组织再生和肿瘤发生等过程。

2  CDH-11与SSc的相关性

2.1  临床研究

研究认为，SSc的发病机制与免疫、血管及ECM沉积有关。有学者将SSc患者的皮肤活检标本与健康人群的皮肤活检标本进行DNA微阵列对比研究，结果发现SSc患者的纤维化皮肤中CDH-11信使RNA水平显著升高[6]。研究表明CDH-11与心、肝、肾和肠纤维化的发展关系密切[18-21]。

2.2  基础研究

CDH-11在外周血中的表达水平升高。另有研究表明其在纤维化组织细胞中亦有异常表达[9]。CDH-11可能通过巨噬细胞、上皮细胞和成纤维细胞参与SSc纤维化的调节过程。

2.2.1  CDH-11与巨噬细胞  早期SSc会出现微血管内皮损伤，血液中处于静息状态的单核细胞被募集进入组织，与组织中的巨噬细胞共同引起局部炎症反应[22]。活化的巨噬细胞可通过多种途径激活免疫系统，释放促纤维化介质，使成纤维细胞活化为肌成纤维细胞，同时释放大量ECM并最终造成纤维化，是SSc纤维化过程中潜在的调控因素之一[23]。研究表明CDH-11在纤维化组织的巨噬细胞中表达[19]。鉴于CDH-11在巨噬细胞中的表达及巨噬细胞在纤维化生成中的重要性，CDH-11可能在纤维化生成过程中调节巨噬细胞。

研究发现，相比较于野生型对照组肺纤维化小鼠模型，CDH-11缺陷小鼠的纤维化程度较轻，支气管肺泡灌洗细胞和原代肺泡巨噬细胞中表达的具有促进纤维化作用的转化生长因子（transforming growth factor-β1，TGF-β1）也更少[8]。CDH-11可调控巨噬细胞产生TGF-β1，参与纤维化进展。

研究发现，在小鼠和人纤维化肺组织中，CDH-11表达定位于巨噬细胞和肌成纤维细胞之间的接触点[24]。CDH-11介导巨噬细胞和肌成纤维细胞之间的特异性识别和细胞间黏附。CDH-11可使巨噬细胞和肌成纤维细胞相互作用，从而激活TGF-β1的表达，促进肌成纤维细胞的活化。通常认为，M1型巨噬細胞可促进炎症发生和纤维降解，而M2型巨噬细胞可缓解炎症反应并促进纤维形成[25]。M2型巨噬细胞中CDH-11的表达较M1型巨噬细胞更为显著，CDH-11介导的肌成纤维细胞与M2型巨噬细胞的细胞黏附更强。这种强黏附可使促纤维化的M2型巨噬细胞持续与肌成纤维细胞进行细胞-细胞通信，促进组织纤维化。当阻断CDH-11相互作用时，巨噬细胞与肌成纤维细胞分离，从而无法形成促纤维化生态位。因此，CDH-11可促进巨噬细胞与肌成纤维细胞的直接黏附，从而活化TGF-β1和肌成纤维细胞，创造促纤维化生态位。

2.2.2  CDH-11与上皮细胞  SSc组织炎性损伤会募集多种细胞，这些细胞通过释放白细胞介素和生长因子触发上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）；经EMT后的上皮细胞丢失上皮表型，获得间质细胞表型，转化为成纤维细胞，最终活化为肌成纤维细胞并分泌ECM；当ECM合成增多或分解减少时，便会发生纤维化甚至硬化[26-27]。研究表明CDH-11可调节EMT，当抑制CDH-11的表达水平降低时，上皮细胞EMT减少[8]。CDH-11可能通过调节上皮细胞EMT参与调控纤维化。

研究发现，特发性肺纤维化患者肺组织中的细胞类型包括纤维化灶中的成纤维细胞样细胞、肺泡上皮细胞及肺泡巨噬细胞[8]。另有研究证明，肺泡上皮细胞受损伤后通过EMT可转化为成纤维细胞，参与肺组织纤维化的发生发展过程；而特发性肺纤维化患者肺泡上皮细胞中CDH-11异常表达，提示CDH-11可能调节EMT[28]。进一步体外研究发现，人肺泡上皮细胞系A549中CDH-11的表达水平随TGF-β1的升高而增加；当CDH-11的表达水平被抑制时，TGF-β1诱导的A549细胞EMT会降低。因此，CDH-11可通过调节上皮细胞EMT促进纤维化。

2.2.3  CDH-11与成纤维细胞  成纤维细胞激活并转分化为肌成纤维细胞是SSc纤维化进程中的关键环节，活化的肌成纤维细胞合成ECM，并沉积于受累组织和器官中，导致其结构重建和功能异常[29]。在成纤维细胞到肌成纤维细胞的激活过程中，CDH-11的表达水平增加，表明CDH-11参与此过程的调节[30]。

CDH-11通过间充质特异性转录因子叉头框F1（forkhead box F1，FOXF1）调节成纤维细胞的迁移和侵袭[31]。人特发性肺纤维化患者的公开基因组数据分析结果显示，纤维化患者FOXF1的基因表达与健康人群存在差异，特发性肺纤维化患者肺组织中的FOXF1蛋白表达水平下降。在纤维化小鼠模型中，随着纤维化的不断进展，成纤维细胞中的FOXF1信使RNA表达水平下降。研究发现FOXF1可直接与钙黏蛋白-2和CDH-11的启动子结合，上调或下调其转录。CDH-11可通过调节成纤维细胞驱动纤维化。

3  小结与展望

CDH-11在调节巨噬细胞行为、EMT及成纤维细胞侵袭中起重要作用，而上述细胞的转化在SSc的发生发展过程中发挥作用。SSc的发病机制复杂，临床表现多样，目前在诊断和治疗方面均存在待攻克的难题，亟待探索发现新的有效的诊断标志物及治疗药物。大量基础性研究表明CDH-11在SSc患者纤维化组织中表达增加。CDH-11表达的阻断可降低巨噬细胞TGF-β1的表达、抑制EMT、减少成纤维细胞的侵袭与增殖，最终减轻组织纤维化。CDH-11或可成为SSc的诊断标志物，靶向CDH-11在治疗SSc上存在较大潜力。

利益沖突：所有作者均声明不存在利益冲突。

[参考文献]

[1] VOLKMANN E R， ANDR?ASSON K， SMITH V. Systemic sclerosis[J]. Lancet， 2023， 401（10373）： 304–318.

[2] JERJEN R， NIKPOUR M， KRIEG T， et al. Systemic sclerosis in adults. Part Ⅰ： Clinical features and pathogenesis[J]. J Am Acad Dermatol， 2022， 87（5）： 937–954.

[3] BUKIRI H， VOLKMANN E R. Current advances in the treatment of systemic sclerosis[J]. Curr Opin Pharmacol， 2022， 64： 102211.

[4] GOODWIN M， YAP A S. Classical cadherin adhesion molecules： Coordinating cell adhesion， signaling and the cytoskeleton[J]. J Mol Histol， 2004， 35（8-9）： 839–844.

[5] OKAZAKI M， TAKESHITA S， KAWAI S， et al. Molecular cloning and characterization of OB-cadherin， a new member of cadherin family expressed in osteoblasts[J]. J Biol Chem， 1994， 269（16）： 12092–12098.

[6] WHITFIELD M L， FINLAY D R， MURRAY J I， et al. Systemic and cell type-specific gene expression patterns in scleroderma skin[J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2003， 100（21）： 12319–12324.

[7] GARDNER H， SHEARSTONE J R， BANDARU R， et al. Gene profiling of scleroderma skin reveals robust signatures of disease that are imperfectly reflected in the transcript profiles of explanted fibroblasts[J]. Arthritis Rheum， 2006， 54（6）： 1961–1973.

[8] SCHNEIDER D J， WU M， LE T T， et al. Cadherin-11 contributes to pulmonary fibrosis： Potential role in TGF-β production and epithelial to mesenchymal transition[J]. FASEB J， 2012， 26（2）： 503–512.

[9] CHRISTOPOULOS P F， BOURNIA V K， PANOPOULOS S， et al. Increased messenger RNA levels of the mesenchymal cadherin-11 in the peripheral blood of systemic sclerosis patients correlate with diffuse skin involvement[J]. Clin Exp Rheumatol， 2015， 33（4 Suppl 91）： S36–S39.

[10] WU M， PEDROZA M， LAFYATIS R， et al. Identification of cadherin 11 as a mediator of dermal fibrosis and possible role in systemic sclerosis[J]. Arthritis Rheumatol， 2014， 66（4）： 1010–1021.

[11] PEDROZA M， WELSCHHANS R L， AGARWAL S K. Targeting of cadherin-11 decreases skin fibrosis in the tight skin-1 mouse model[J]. PLoS One， 2017， 12（11）： e0187109.

[12] 董世武， 應大君. Cadherin-11 基因与成骨分化[J]. 现代生物医学进展， 2006， 6（11）： 109–111.

[13] DOU C， YAN Y， DONG S. Role of cadherin-11 in synovial joint formation and rheumatoid arthritis pathology[J]. Mod Rheumatol， 2013， 23（6）： 1037–1044.

[14] CHANG S K， GU Z， BRENNER M B. Fibroblast-like synoviocytes in inflammatory arthritis pathology： The emerging role of cadherin-11[J]. Immunol Rev， 2010， 233（1）： 256–266.

[15] PATEL S D， CIATTO C， CHEN C P， et al. Type Ⅱ cadherin ectodomain structures： Implications for classical cadherin specificity[J]. Cell， 2006， 124（6）： 1255–1268.

[16] PARISINI E， HIGGINS J M， LIU J H， et al．The crystal structure of human E-cadherin domains 1 and 2， and comparison with other cadherins in the context of adhesion mechanism[J]. J Mol Biol， 2007， 373（2）： 401–411.

[17] TSUIJI H， XU L， SCHWARTA K， et al. Cadherin conformations associated with dimerization and adhesion[J]. J Biol Chem， 2007， 282（17）： 12871–12882.

[18] RILEY L A， MERRYMAN W D. Cadherin-11 and cardiac fibrosis： A common target for a common pathology[J]. Cell Signal， 2021， 78： 109876.

[19] PEDROZA M， TO S， SMITH J， et al. Cadherin-11 contributes to liver fibrosis induced by carbon tetrachloride[J]. PLoS One， 2019， 14（7）： e0218971.

[20] CRACIUN F L， BIJOL V， AJAY A K， et al. RNA sequencing identifies novel translational biomarkers of kidney fibrosis[J]. J Am Soc Nephrol， 2016， 27（6）： 1702–1713.

[21] FRANZ? E， MONTELEONE I， LAUDISI F， et al. Cadherin-11 is a regulator of intestinal fibrosis[J]. J Crohns Colitis， 2020， 14（3）： 406–417.

[22] AL-ADWI Y， WESTRA J， VAN GOOR H， et al. Macrophages as determinants and regulators of fibrosis in systemic sclerosis[J]. Rheumatology （Oxford）， 2023， 62（2）： 535–545.

[23] O'REILLY S. Toll Like Receptors in systemic sclerosis： An emerging target[J]. Immunol Lett， 2018， 195： 2–8.

[24] LODYGA M， CAMBRIDGE E， KARVONEN H M， et al. Cadherin-11-mediated adhesion of macrophages to myofibroblasts establishes a profibrotic niche of active TGF-β[J]. Sci Signal， 2019， 12（564）： eaao3469.

[25] STIFANO G， CHRISTMANN R B. Macrophage involvement in systemic sclerosis： Do we need more evidence？[J]. Curr Rheumatol Rep， 2016， 18（1）： 2.

[26] LIU X， SUN N， MO N， et al. Quercetin inhibits kidney fibrosis and the epithelial to mesenchymal transition of the renal tubular system involving suppression of the Sonic Hedgehog signaling pathway[J]. Food Funct， 2019， 10（6）： 3782–3797.

[27] ORTIZ-MASI? D， GISBERT-FERR?NDIZ L， BAUSET C， et al. Succinate activates EMT in intestinal epithelial cells through SUCNR1： A novel protagonist in fistula development[J]. Cells， 2020， 9（5）： 1104.

[28] WU Z， YANG L， CAI L， et al. Detection of epithelial to mesenchymal transition in airways of a bleomycin induced pulmonary fibrosis model derived from an alpha-smooth muscle actin-Cre transgenic mouse[J]. Respir Res， 2007， 8（1）： 1.

[29] ROSENDAHL A H， SCH?NBORN K， KRIEG T. Pathophysiology of systemic sclerosis （scleroderma）[J]. Kaohsiung J Med Sci， 2022， 38（3）： 187–195.

[30] HINZ B， PITTET P， SMITH-CLERC J， et al. Myofibroblast development is characterized by specific cell-cell adherens junctions[J]. Mol Biol Cell， 2004， 15（9）： 4310–4320.

[31] BLACK M， MILEWSKI D， LE T， et al. FOXF1 inhibits pulmonary fibrosis by preventing CDH2-CDH11 cadherin switch in myofibroblasts[J]. Cell Rep， 2018， 23（2）： 442–458.

（收稿日期：2022–12–28）

（修回日期：2024–03–28）