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CD147是一个免疫球蛋白超家族成员，它在肿瘤细胞的侵袭与转移，类风湿性关节炎，病毒入侵，淋巴细胞的迁移和活化，阿尔兹海默病，疟原虫入侵等病理过程中扮演着重要的角色，已经成为癌症等重大疾病的新型药物靶标分子。作为一个单次跨膜蛋白，CD147的多功能性有赖于它的胞外结构域与细胞外及细胞膜上多种分子的相互作用。因此，发现CD147的相互作用分子，了解CD147与其相互作用分子的结构与功能关系，从而区分这些不同病理过程中CD147的功能靶位，就成为设计针对不同疾病的专一性药物的关键。目前，已经明确的CD147配体是亲环素A（CyPA），二者相互作用在类风湿性关节炎、动脉粥样硬化、哮喘等炎症中发挥着至关重要的作用，但其相互作用的结构机制还存在争议；而CD147最为经典的诱导MMP分泌，促进肿瘤侵袭与转移功能中其受体或配体分子更是未知。因此本研究利用核磁共振技术，结合分子细胞生物学研究手段，分别揭示了炎症和癌症进程中CD147与相互作用分子的结构机制与功能关系。本论文工作分为以下两部分。第一部分：CD147与配体CyPA相互作用诱导淋巴细胞趋化的结构与功能关系研究。大量研究表明，在炎症反应初期，分泌到细胞外的CyPA通过与受体CD147相互作用诱导淋巴细胞趋化进而加剧炎症反应。长期以来人们认为CyPA作为一种脯氨酸顺反异构酶（PPIase），它与CD147的相互作用是一种酶和底物的关系。但是，CyPA是否直接作用于CD147胞外结构域（CD147ECT）仍然存在疑问。本研究通过GST-Pulldown及核磁共振滴定实验证实CyPA与CD147ECT存在直接相互作用，并确定了CD147ECT在CyPA上的结合区域，这一区域与CyPA的PPIase酶活性中心部分重叠。通过GST-Pulldown实验发现将CyPA酶活性中心的关键催化残基R55突变为丙氨酸并不影响其与CD147ECT的结合，而细胞趋化实验也证明酶活性缺失突变体CyPAR55A仍然具有与CyPA相当的趋化淋巴细胞运动的能力，这些结果表明，CyPA与CD147ECT相互作用诱导淋巴细胞趋化不依赖其PPIase酶活性。为进一步证实这一发现，选择CyPA与CD147ECT相互作用界面上与PPIase酶活性无关的残基R69，H70和T107突变为丙氨酸，比较其与CD147的结合能力及趋化淋巴细胞的能力。与野生型CyPA相比，突变体蛋白与CD147ECT的结合能力分别下降70%，46%，55%；突变体蛋白的趋化能力分别下降了67%，57%，62%。值得注意的是，突变体结合能力的降低与趋化能力的下降呈正相关。本研究不仅第一次阐明了CyPA与CD147胞外结构域之间直接相互作用是其诱导淋巴细胞趋化的机制，同时也是第一次提出CyPA存在一种新的不依赖于PPIase酶活性的作用方式。由于R69，H70和T107三个氨基酸残基与CyPA的PPIase酶活性无关，又对CyPA的趋化功能至关重要，可以成为特异性的药物设计和开发的新靶点。第二部分：细胞外铜离子介导CD147自聚合促进肿瘤侵袭转移的结构与功能关系研究。近年来已有大量报道指出，肿瘤患者血液及瘤组织中铜离子浓度显著上升，且与肿瘤的恶性程度呈正相关。此外，铜离子抑制剂能够有效的抑制肿瘤的侵袭转移。然而，浓度升高的铜离子在肿瘤侵袭转移中的作用机制仍不清楚。本研究发现，细胞外的铜离子在CD147高表达的肿瘤细胞中能够激活FAK，AKT，ERK1/2信号通路，促进MMP2，MMP14的表达以及肿瘤的侵袭与转移，干涉或敲除CD147后铜离子引起的上述功能会被显著抑制，证明细胞外的铜离子能够通过膜蛋白CD147促进肿瘤的侵袭与转移。通过核磁共振，化学交联，激光动态光散射，表面等离子共振等方法我们确定了铜离子能够与CD147胞外结构域结合并介导其发生自聚合。将利用核磁共振技术确定的铜离子与CD147ECT相互作用界面上H115，H170，H205三个关键残基突变为丙氨酸后，化学交联和SPR等实验结果显示突变体CD1473HA表现出严重弱化的由铜离子介导的自聚合能力。对稳定转染后通过流式分选所得的表达突变体CD1473HA的细胞（K7721-MCD147）与表达野生型CD147的细胞（K7721-CD147）进行对比，我们发现铜离子不能促进K7721-MCD147细胞的侵袭与转移。以上结果表明，细胞外铜离子通过介导细胞表面的CD147自聚合促进了肿瘤细胞的侵袭与转移。综上所述，我们首次明确了CyPA与CD147ECT相互作用界面关键氨基酸残基（其中R69，H70和T107至关重要），发现了CyPA通过与CD147ECT的直接相互作用，以不依赖于PPIase酶活性的机制在炎症疾病中诱导淋巴细胞的趋化；明确了铜离子与CD147ECT相互作用界面关键氨基酸残基（其中H115，H170和H205至关重要），发现了在恶性肿瘤中，肿瘤组织浓度升高的铜离子能够介导细胞表面高表达的CD147自聚合促进肿瘤的侵袭与转移。我们通过核磁共振手段所确定的CyPA/CD147相互作用界面以及铜离子与CD147相互作用的界面，为研发以CD147为靶标的新型抗炎、抗肿瘤药物提供了重要的理论依据。