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整合素是一类重要的细胞表面粘附分子，是由α和β两个亚基组成的异源二聚体跨膜蛋白。整合素作为细胞内外的桥梁，一方面负责介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质以及细胞与病原体之间的相互作用，另一方面可以通过Inside-out和Outside-in信号通路双向传递跨膜信号，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。不同于整合素家族的其它成员，整合素α4β7主要表达在淋巴细胞表面，负责介导淋巴细胞从血液循环进入肠道和中枢神经系统，其功能的异常与人类自身免疫疾病密切相关，如溃疡性结肠炎、克罗恩病等。
整合素与配体的结合及其介导的信号转导是受到严格的调控的。这种精确的动态调控机制一直以来都是整合素研究领域的热点。虽然目前对整合素与其配体亲和力的动态调节的机制有一定程度的了解，但是并不完整，还存在众多疑问。在本论文第一部分研究工作中，我们发现整合素αc4β7的Specific DeterminingLoop(SDL)与the Synergistic Metal Ion Binding Site(SyMBS)通过一个特殊的阳离子-π相互作用相连接。该阳离子-π相互作用的丧失严重影响了高亲和性α4β7介导的细胞稳定粘附，但是对低亲和性α4β7介导的细胞滚动粘附影响很小。当整合素D亚基的这一对阳离子-π相互作用缺失后，整合素α4β7介导的Inside-out信号转导受到抑制。另一方面该阳离子-π相互作用的丧失引起整合素α4β7胞外区的部分伸展和胞内区的部分分离，产生一种异常的Outside-in信号，引起FAK蛋白的表达及磷酸化上调。同时细胞内Paxillin蛋白的表达水平上调，Paxillin与α4β7的结合增强，从而进一步抑制整合素介导的细胞铺展。研究还发现阳离子-π相互作用的丧失会提高Paxillin的磷酸化水平并抑制Talin蛋白的剪切，从而稳定粘着斑并抑制了整合素介导的细胞迁移。该研究首次提出了阳离子-π相互作用调控整合素的功能，揭示了整合素SyMBS位点通过与185位芳香族氨基酸残基之间形成阳离子-π相互作用联系SDL、协同调控α4β7的功能。
在本论文第二部分工作中，我们发现处于整合素“膝部”的两对二硫键对整合素的配体结合亲和性以及信号转到起着非常重要的作用。这两对二硫键分别是处于整合素α亚基genu结构域中的C589-C594和b亚基I-EGF2结构域中的C494-C526。序列比对结果显示这两对二硫键在整合素家族中高度保守。破坏任何一对二硫键都可以激活整合素α4β7，而当将这两对二硫键同时破坏会更大程度的激活整合素，说明处于“膝部’’的这两对二硫键对于维持整合素的低活性构象是必需的。有趣的是，荧光共振能量转移(FRET)结果显示，相比于野生型整合素，缺失这两对二硫键并具有高配体亲和力的整合素胞外头部区域更加贴近细胞膜表面，暗示二硫键突变整合素在细胞膜上呈现一种更加紧凑的构象。细胞实验显示该二硫键的破坏抑制了整合素介导的细胞铺展以及细胞迁移，并引起胞内信号蛋白发生变化，说明处于整合素“膝部”的这两对二硫键对于整合素介导的正常信号转导是必需的。