CD4抗原; CD4

T 细胞抗原 T4/LEU3

HGNC 批准的基因符号：CD4

细胞遗传学位置：12p13.31 基因组坐标（GRCh38）：12:6,789,528-6,820,799（来自 NCBI）

▼ 说明

CD4 是一种细胞表面糖蛋白，在胸腺细胞和成熟 T 淋巴细胞亚群以及单核细胞和巨噬细胞上表达。 CD4 在辅助性 T（Th） 细胞发育和激活中发挥着重要作用（Zeitlmann 等人总结，2001）。

▼ 克隆与表达

在一项关于人类和小鼠 T4 基因的结构和表达的研究中，Maddon 等人（1987）发现T4 RNA不仅在T淋巴细胞中表达，还在B细胞、巨噬细胞和粒细胞中表达。它还以发育调节的方式在大脑的特定区域中表达。因此，作者提出 T4 在介导细胞识别事件中发挥比仅仅在细胞免疫反应中更广泛的作用的可能性。由于 T4 分子充当人类免疫缺陷病毒（HIV；参见 609423）的受体，因此该信息可能与 AIDS 的表现相关。

▼ 基因结构

Littman（1987） 回顾了 CD4 基因结构。

安萨里-拉里等人（1996） 使用大规模鸟枪测序策略生成了人类 CD4 基因及其在染色体 12p13 上的邻近区域的基因组序列。总共获得了117kb的基因组序列和大约11kb的cDNA序列。他们在该序列中鉴定出了 6 个具有已知功能的基因，其中包括 CD4。使用一系列策略，确定了基因的外显子/内含子边界、剪接变体和组织表达模式。

▼ 测绘

通过原位杂交，Isobe 等人（1986） 将 CD4 基因定位到染色体 12pter-p12。通过基因组序列分析，Ansari-Lari 等人（1996） 将 CD4 基因定位到染色体 12p13。

Gross（2011） 根据 CD4 序列（GenBank BT019791） 与基因组序列（GRCh37） 的比对，将 CD4 基因定位到染色体 12p13.31。

▼ 基因功能

CD4 与肽结合沟外的 II 类主要组织相容性复合物（MHC） 分子上相对不变的位点结合，与 T 细胞受体（TCR） 相互作用。 CD4 增强 T 细胞对抗原的敏感性并与 LCK（153390） 结合，后者磷酸化 CD3-zeta（CD3Z; 186780）。一些参与 T 细胞识别的信号分子不是聚集在与抗原呈递细胞（APC） 界面的帽中，而是分离到不同的区域，形成 SMAC（超分子激活簇），从而促进免疫突触（参见 Grakoui等人（1999））。 Krummel 等人使用绿色荧光蛋白融合 CD4 或 CD3Z 转染的 T 细胞系和 3 维视频显微镜（2000） 表明，响应肽负载的 APC，CD3Z 和 CD4 最初聚集在 T 细胞和 APC 之间的接触区域，与细胞内钙动员一致。稳定的免疫突触形成受到肽浓度的调节，并通过阻止钙增加或细胞骨架重排而受到损害。作者确定 CD3Z 保留在界面的中心，而 CD4 移动到外围。用抗 TCR 阻断可防止 CD3Z 积累并抑制钙动员。数据表明，CD4 不是稳定 TCR-MHC 复合物，而是启动或增强 T 细胞激活的早期阶段。

通过酵母 2-杂交分析，Zeitlmann 等人（2001） 发现 CD4 的胞质尾部与 ACP33 相互作用（608181）。通过免疫共沉淀实验，他们证实内源性 CD4 在 ACP33 转染的 CD4 阳性 T 细胞系中与 ACP33 相互作用。通过分析各种截短突变体和点突变体之间的相互作用，他们确定 ACP33 α/β 折叠内 CD4 和 ser109 C 末端的最后 2 个保守疏水氨基酸是相互作用所必需的。 CD4 最后 2 个氨基酸的截短增强了 T 细胞受体（参见 186880）诱导的 T 细胞活化，表明 ACP33 是 CD4 活性的负调节因子。 CD4-ACP33 复合物也可以共沉淀 LCK。 ACP33和LCK之间没有直接相互作用，表明ACP33和LCK孤立且与CD4同时相互作用。

尽管 CD4 最初被确定为 HIV 的细胞受体，但一些证据表明 CD4 的单独表达不足以赋予对病毒感染的易感性。具体来说，HIV不感染用人CD4表达载体转染的小鼠细胞或表达人CD4的转基因小鼠。此外，虽然 HIV 结合和内化可以通过 CD4 与趋化因子受体超家族的几个成员之一共同作用来介导，但 CCR5（601373） 似乎是 HIV 在感染初始阶段使用的关键辅助受体。然而，由于小鼠 CCR5 与人类 CCR5 显着不同，它不能作为 HIV 的辅助受体发挥作用，因此，人类 CD4 的单独表达不足以允许 HIV 进入小鼠细胞。布朗宁等人（1997） 发现 CD4 和 CCR5 转基因小鼠容易感染 HIV。

Buttini 等人在携带人类 CD4 基因的转基因小鼠中（1998） 发现人类 CD4 在小胶质细胞（大脑常驻的单核吞噬细胞）上表达。正常情况下，不会有神经元损伤。外周免疫挑战激活脑小胶质细胞会引起人类 CD4 小鼠的神经变性，但在非转基因对照中则不会。在患有机会性感染但没有典型 HIV 脑炎的 AIDS 患者死后脑组织中，人类 CD4 表达与神经变性相关。布蒂尼等人（1998） 得出结论，人类 CD4 可能是中枢神经系统（CNS） 感染性和免疫介导疾病中间接神经元损伤的重要介质。人类 CD4 在小胶质细胞/巨噬细胞上表达的重要作用在免疫系统和中枢神经系统之间建立了致病联系。

灵长类慢病毒的 Nef 蛋白通过两步过程下调细胞表面 CD4 的表达。首先，Nef 将 CD4 的细胞质尾部与接头蛋白复合物（AP） 连接起来，从而诱导 CD4 特异性网格蛋白包被的凹坑的形成，从而快速内吞病毒受体。其次，Nef 以内化的 CD4 分子为目标进行降解。皮盖特等人（1999） 表明 Nef 通过充当内体中 CD4 和外壳蛋白复合物（COPB; 600959） 的 β 亚基之间的连接器来完成第二项任务。包含关键酸性二肽的序列位于附近，但与 HIV-1 Nef 的 AP 结合决定簇不同，负责 COPB 募集和路由至溶酶体。由此揭示了基于酸性残基的一类新型内体分选基序，并且 COPB 被确定为其下游伙伴。

Yeaman 等人使用免疫荧光显微镜（2004） 检查了患有良性疾病的子宫切除患者的宫颈外标本中 HIV 受体 CD4 和半乳糖神经酰胺（参见 GALC；606890）以及 HIV 辅助受体 CXCR4（162643） 和 CCR5 的表达。在月经周期早期和中期增殖阶段的上皮细胞上检测到 CD4 表达，而半乳糖神经酰胺表达在月经周期的所有阶段是一致的。 CXCR4在子宫颈外上皮细胞上未检测到，而CCR5在月经周期各个阶段的子宫颈外上皮细胞上表达。 CD4阳性白细胞在月经周期的早期和中期增殖期存在于鳞状上皮的基底层和前角化层中，但在增殖后期和分泌期不存在； CD4阳性白细胞的存在与炎症无关。伊曼等人（2004） 得出结论，子宫颈外部的 HIV 感染最有可能通过半乳糖神经酰胺和 CCR5 发生。

Irvine 等人使用 3 维荧光显微镜（2002） 表明，即使抗原呈递细胞（APC） 上含有单个激动剂肽，标记的小鼠 II 类复合物也足以通过 T 细胞激发 CD4 介导的瞬时钙信号传导。 T细胞和APC之间的接触区仅需要大约10种激动剂即可形成CD4依赖性免疫突触。

本-萨森等人（2009） 报道说，Il1-α（IL1A; 147760） 和 Il1-β（IL1B; 147720），但不是其他促炎细胞因子，在小鼠中显着诱导强烈且持久的初级和次级 Cd4 反应，并增加产生 Il17 的细胞。 603149） 和 Il4（147780），以及血清 IgG1 和 IgE。

▼ 生化特征

周等人（2007） 构建了稳定的 HIV-1 gp120 分子，即使在没有 CD4 的情况下，该分子也被限制在 CD4 结合构象中，并以 2.3 埃的分辨率确定了 gp120 与中和 IgG1 抗体 b12 复合物的晶体结构。他们的分析揭示了功能保守的表面，允许初始 CD4 附着，并在原子水平上描绘了 b12 表位。周等人（2007） 提出 b12 表位是长期非进展者中 HIV-1 体液中和的关键靶点。

▼ 分子遗传学

OKT4 表位缺陷

CD4蛋白的OKT4表位在不同人群中具有多态性。 Hodge 等人在患有 OKT4 表位缺陷的非裔美国人、白种人和日本人中（613949）（1991） 鉴定出 CD4 基因第 868 位核苷酸处的 C 至 T 变化，导致 arg240 至 trp（R240W；186940.0001） 取代。莱德曼等人孤立地（1991）和竹中等人（1993） 确定 R240W 取代是 OKT4 表位缺陷的原因。

免疫缺陷79

Fernandes 等人发现，一名 45 岁白人女性的父母是葡萄牙近亲，患有免疫缺陷 79（IMD79；619238）（2019） 鉴定了 CD4 基因中的纯合剪接位点突变（186940.0002）。在缺乏膜锚定结构域的情况下，突变导致产生具有正常胞外结构域的截短蛋白质。这种突变是通过对 CD4 基因进行直接测序发现的，与该家族中的疾病分离。尚未对该变体进行功能研究，但患者 T 细胞、单核细胞或树突状细胞上不表达 CD4 抗原。血浆中存在可溶性CD4。

Lisco 等人在一名患有 IMD79 的 22 岁白人女性中（2021） 在 CD4 基因的起始密码子（186940.0003） 中发现了一个纯合突变，阻止了 mRNA 翻译并消除了整个 CD4 蛋白的表达。通过直接测序发现的突变与家族中的疾病分离。未进行功能研究，但 T 细胞、单核细胞和各种组织样本中膜 CD4 表达完全丧失。也没有检测到可溶性 CD4，这与功能完全丧失一致。详细研究表明，CD4-/CD8-双阴性T细胞相对扩增，具有CD4+ T细胞的一些特征，包括调节性T细胞标记物的表达、激活后CD40配体的表达以及刺激后细胞因子的表达。患者 CD8+ T 细胞和双阴性 T 细胞包括 MHC II 限制性巨细胞病毒（CMV） 特异性 T 细胞，说明了在缺乏 CD4 的情况下 T 细胞发育的补偿机制和可塑性。还存在继发性 B 细胞和 NK 细胞异常。

▼ 进化

蒂什科夫等人（1996） 根据对 42 个地理分散的人群的研究报告了 CD4 基因座的连锁不平衡。在非非洲和东北非人群中，Alu 缺失多态性与短串联重复多态性（STRP） 相关。 Alu 缺失与撒哈拉以南非洲人群中的多种 STRP 等位基因相关。根据这一发现，作者提出了所有非非洲人群的共同且最近的起源。 Tishkoff 等人描述的 STRP 多态性（1996） 由重复 4 到 15 次的五核苷酸序列组成。他们描述的 Alu 缺失多态性是由 285 bp Alu 元件的 256 bp 缺失引起的。

▼ 动物模型

泽田等人（1994） 和 Siu 等人（1994） 在小鼠 CD4 基因的第一个内含子中鉴定出一个沉默元件，该元件足以抑制 CD8（186910） 谱系细胞以及分化早期阶段的胸腺细胞中的 CD4 转录。 Zou 等人使用可以有条件删除 CD4 沉默子的小鼠（2001） 表明，功能元素仅在不同的开发阶段才需要。如果在谱系规范开始之前删除，CD4 就会被去抑制，因此在胸腺细胞通常为双阴性（CD4-/CD8-）的阶段表达。在突变小鼠中，胸腺中没有 CD8 单阳性细胞。成熟胸腺细胞单独表达CD4或同时表达CD4和CD8。曲古抑菌素 A（TSA） 是一种脱乙酰化抑制剂，无法重新激活沉默的 CD4 位点，这表明至少 TSA 敏感的组蛋白脱乙酰酶（参见 HDAC3, 605166）不参与维持 CD4 沉默。邹等人（2001） 得出结论，CD4 沉默子对于将转录活性 CD4 基因座转化为遗传性沉默状态至关重要。沉默子必须维持在新定型的 CD8+ 胸腺细胞中，以在成熟子细胞中产生表观遗传沉默的 CD4 基因座。

Sun 和 Bevan（2003） 发现，缺乏 Cd4 的小鼠产生了与野生型小鼠相同的初级 Cd8 反应，并迅速清除了单核细胞增生李斯特氏菌的感染。然而，随着时间的推移，Cd4 缺陷小鼠的记忆 Cd8 阳性 T 细胞出现缺陷，这表明需要 Cd4 帮助促进保护性 Cd8 记忆发育。 Sun 和 Bevan（2003） 提出，仅针对 CD8 免疫的疫苗接种计划可能无法提供长期保护。

Shedlock 和 Shen（2003） 表明，在 Cd4 细胞存在的情况下生成的记忆 Cd8 细胞在 Cd4 -/- 小鼠中反应正常，而在 Cd4 -/- 小鼠中诱导的 Cd8 细胞对淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒和 L 型脑膜炎病毒的回忆反应有缺陷。 . Cd4 +/+ 小鼠中的单核细胞增多性抗原。他们得出的结论是，CD4 阳性细胞在功能性 CD8 记忆的启动阶段是必需的，但在二次扩展的回忆反应过程中它们是可有可无的。

在后肢缺血的小鼠模型中，Stabile 等人（2003） 证明，与对照组相比，Cd4 -/- 小鼠缺血肌肉中的侧支血流诱导、巨噬细胞数量和血管内皮生长因子（VEGF; 192240） 水平降低，后肢功能恢复延迟，肌肉萎缩和纤维化增加野生型小鼠。将脾脏来源的纯化 Cd4+ T 细胞注入 Cd4 -/- 小鼠体内，选择性定位于缺血肢体，显着增加缺血肌肉中的侧支血流以及巨噬细胞数量和 VEGF 水平，改善肌肉功能和损伤。斯塔比尔等人（2003）表明CD4+T细胞至少部分地通过将巨噬细胞募集到活跃的侧支动脉形成部位来控制对急性后肢缺血的动脉生成反应，这反过来又通过动脉生成细胞因子的合成触发侧支循环的发育。

血脑屏障和血神经屏障保护神经系统组织免受血浆蛋白（例如抗体）的影响。 Iijima 和 Iwasaki（2016） 研究了生殖器疱疹（HSV-2） 感染小鼠模型中循环抗体进入神经元组织的机制（Converse（2016） 指出，其他人，例如 Svensson 等人（2005）（参见 TBX21, 604895），已经探索了针对 HSV-2 的免疫保护的额外要求。）Iijima 和 Iwasaki（2016） 发现记忆 Cd4 阳性T 细胞迁移到含有潜伏 HSV-2 的背根神经节（DRG），并释放 Ifng（147570），导致血管通透性局部增加，使抗体能够进入 DRG 并控制病毒。缺乏 Ifngr1（107470） 的小鼠也更容易受到阴道内 HSV-2 攻击。 Cd4 细胞（而非 Cd8 或自然杀伤细胞）的耗竭使小鼠无法抵抗 HSV-2 攻击或在鼻内疫苗接种后无法有效反应。 Iijima 和 Iwasaki（2016） 得出结论，循环抗体介导的保护的功效需要 CD4 T 细胞和 IFNG。

▼ 命名法

CD4 是 T 细胞抗原 T4/leu3 的官方名称，与人类白细胞分化抗原委员会 IUIS WHO 命名小组委员会（1984） 的建议一致。 CD 代表“分化簇”；接下来的指趾是任意分配的。在完整名称中，括号内给出了细胞类型、抗原的性质和分子量；对于 CD4，如下：[T,gp55]。

▼ 等位基因变异体（3 个选定示例）：

.0001 OKT4 表位缺陷
CD4、ARG240TRP

Hodge 等人在患有 OKT4 表位缺陷（OKT4D; 613949） 的非裔美国人、白种人和日本人中（1991） 鉴定了 CD4 基因第 868 位核苷酸处的 C 至 T 变化，导致 arg240 至 trp（R240W） 取代。

莱德曼等人孤立地（1991） 在 OKT4 表位缺陷纯合子个体中，鉴定出 CD4 基因第 867 位核苷酸处的 G 到 A 的变化，导致 R240W 取代。含有该 SNP 的 CD4 cDNA 的表达证实 R240W 取代消除了 OKT4 单克隆抗体的结合。莱德曼等人（1991） 指出，在黑猩猩、恒河猴、小鼠和大鼠中发现了该位置的带正电荷的氨基酸，这表明 R240W 的变化可能赋予 OKT4 阴性 CD4 蛋白独特的功能特性。

竹中等人（1993） 在来自一个日本大家族的 4 名 OKT4 表位缺陷个体中发现了 R240W 取代。分析显示，OKT 阴性 CD4 的 239 和 240 位疏水性与对照不同，可能引起构象变化，从而导致与 OKT4 缺乏反应性。

.0002 免疫缺陷79
CD4、IVS7AS、G-A、-1

Fernandes 等人发现，一名 45 岁白人女性的父母是葡萄牙近亲，患有免疫缺陷 79（IMD79；619238）（2019） 在 CD4 基因（g.6818420G-A, NC_000012.12） 的内含子 7 最后一个碱基对中鉴定出纯合的 G 到 A 转变，预计会改变剪接受体位点。 PCR 分析检测到 2 个由于移码和过早终止而截短的 CD4 同工型。第一个异常转录本完全删除了外显子 8（122 bp，c.1157_1278del，NM_000616），导致截短的 399 个残基蛋白质，第二个较小的 29 bp 删除（c.1157_1185del，NM_000616）导致产生截短的 430 个残基蛋白质。在缺乏膜锚定结构域的情况下，两种截短的蛋白质都具有正常的胞外结构域。这种突变是通过对 CD4 基因进行直接测序发现的，与该家族中的疾病分离。尚未对该变体进行功能研究，但患者 T 细胞、单核细胞或树突状细胞上不表达 CD4 抗原。血浆中存在可溶性CD4。患者自幼就有顽固性疣，但无反复感染史。

.0003 免疫缺陷79
CD4，c.1A-G

Lisco 等人在一名患有免疫缺陷 79（IMD79；619238）的 22 岁白人女性中（2021） 在 CD4 基因的起始密码子中鉴定出纯合 c.1A-G 转换（c.1A-G，NM_000616），阻止 mRNA 翻译并消除整个 CD4 蛋白的表达。通过直接测序发现的突变与家族中的疾病分离。它在 gnomAD 数据库中以杂合状态出现的频率较低（3.6 x 10（-5））。未进行功能研究，但 T 细胞、单核细胞和各种组织样本中膜 CD4 表达完全丧失。也没有检测到可溶性 CD4，这与功能完全丧失一致。患者自幼就有顽固性疣，且有反复感染史。