整合素是一类重要的细胞粘附分子，是联系细胞内外的桥梁。一方面，整合素可以介导细胞与细胞，细胞与细胞外基质以及细胞与病原体之间的相互作用;另一方面，整合素还是一类重要的信号分子，可以双向传递跨膜信号。因此，整合素具有重要的生理功能，对于免疫反应、免疫细胞的组织定位、凝血、组织愈伤、癌细胞转移以及组织和器官的发育等都至关重要。整合素生理功能的正常发挥依赖于其精确的配体亲和性调控及信号转导。虽然之前的研究工作在这两方面都取得了巨大的进展，但是还有很多问题尚待解决:整合素分子本身有很多精确的调控元件及相关的调控机制尚未被发现;整合素参与复杂的信号转导，但是目前发现的能直接与整合素胞内结构域相互作用的蛋白很有限;整合素是一类金属蛋白，正常功能的发挥依赖于二价金属离子的结合，生理条件下二价金属离子是如何动态调控整合素的生理功能的尚未被解决。本研究分为四个部分：　　第一部分，对整合素α4β7中的这两对二硫键（α4C589-C594和β7C494-C526）展开了系列研究。研究发现:将这两对二硫键中的任一对或同时打开后整合素α4β7高度活化;活化后的整合素并没有发生大的构象变化，但是却在细胞膜表面自动聚集(integrin clustering)并介导配体非依赖型的outside-in信号转导，活化整合素的下游信号分子Focal Adhesion Kinase(FAK)及paxillin;重要的是，在一定的还原性环境中(0.1 mM)，整合素α4β7的这一对二硫键将特异性的被打开。因此，在本研究中我们发现了一种新的整合素调控机制:在某些特殊的生理及病理，如病原体感染、免疫细胞的活化、抗原呈递等过程中，机体产生的还原性环境将特异性的还原整合素α4β7膝盖部位的两对二硫键，并诱导整合素分子在细胞膜表面的聚集，进而在没有配体存在的条件下介导细胞的铺展(cell spreading)并活化FAK等下游信号分子，从而行使功能。在这部分的研究工作中，我们还通过噬菌体展示的技术方法，筛选到特异性识别直立构象整合素α4β7的人源化抗体J19并进行了抗原表位的鉴定。该抗体是目前报道的唯一特异性识别直立构象的整合素α4β7的抗体。该抗体的发现，不仅可以作为研究整合素α4β7的活化机制及构象变化的有力工具，还可以作为检测体内整合素αaβ7异常活化的标志，并用于诊断炎症的发生和开发靶向性治疗炎症性肠炎(Inflammatory Bowel Disease，IBD)等疾病中。　　第二部分，为了寻找参与整合素信号传递的新信号分子，我们利用tail model protein模拟整合素α4β7的胞内结构域，从RPMI8866、K562等淋巴细胞及小鼠脾脏等组织中筛选全新的整合素胞内结构域的特异性结合蛋白，以揭示其所参与的信号传导途径及行使双向传递跨膜信号的生理机制。目前已经筛选到多个与α4tail特异性结合的蛋白，并对其中的HSP90AB1(Heatshock protein90AB1，热休克蛋白AB1)进行了系列研究。研究中发现，HSP90AB1的N-和C-结构域都可以特异性的与整合素α4胞内结构域的9个氨基酸特异性的相互作用，并竞争性抑制paxillin与α4胞内结构域的结合。　　第三部分，搭建了荧光寿命成像(Fluorescence Life TimeMicroscopy)-荧光共振能量转移(F(o)rster Resonance Energy Transfer)系统，利用双对FRET的技术方法，实时监测活细胞中整合素的构象变化和胞外钙离子浓度的变化，为研究体内细胞外钙离子是如何调控整合素的配体亲和性提供强有力的工具。在这一部分工作中，我们首先将荧光蛋白mTurquoise2和mCitrine分别融合表达在整合素α4和β7亚基的C-端，通过检测两者之间的荧光能量转移检测整合素胞内结构域的结合情况，进而反应整合素配体亲和性的变化。另外，我们将荧光蛋白mOrange2和mCherry分别融合表达在CaM-M13的N-和C-端，通过检测两者能量转移来检测胞外钙离子浓度的变化。　　第四部分，对整合素αMβ2进行了系列研究。之前的研究表明，Leukaderin1和Leukaderin2可以特异性的结合在整合素αM的I domain，并部分活化整合素αMβ2，但具体的调控机制并不清楚。在这部分工作中，我们与迈阿密大学的Vineet Gupta教授合作，通过flow chamber系统发现，Leukaderin1可以将整合素αMβ2调控到中间活性状态。这一发现将帮助我们更清楚的了解Leukadherin1的特性并最终应用到临床中以治疗αMβ2参与的自身免疫病。本研究取得的主要进展有：发现了整合素α4β7亲和性调控的新机制;筛选到了特异性识别直立构象整合素α4β7的抗体J19;发现了能够特异性结合在整合素α4胞内结构域的细胞内蛋白HSP90;搭建了实时检测胞外钙离子调控整合素亲和性的荧光能量转移系统;揭示了Leukaderin1调控整合素αMβ2亲和性的分子机制。这些工作为进一步了解整合素的亲和性调控及信号转导机制提供了新的见解。