黏合斑激酶在癌癥發(fā)展中的作用

仇 平

黏合斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)是一種細(xì)胞質(zhì)酪氨酸激酶，是一種關(guān)鍵信號(hào)介導(dǎo)子，與正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中的其他受體一樣，它由細(xì)胞外質(zhì)基質(zhì)中的一類(lèi)細(xì)胞表面受體重要家族——整合蛋白介導(dǎo)。整合蛋白通過(guò)破壞FAK激酶域和氨基酸末端FERM域之間的自動(dòng)-抑制分子內(nèi)的相互作用來(lái)激活FAK?；罨腇AK形成一個(gè)帶有Src家族激酶的二元復(fù)合體，它能夠鱗酸化其他底物并觸發(fā)多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)途徑來(lái)調(diào)節(jié)各種細(xì)胞功能。FAK在黏合斑中的亞細(xì)胞定位對(duì)FAK的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)非常重要，這是與其他激酶的區(qū)別之一。整合素-FAK信號(hào)可以通過(guò)磷酸化和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用激活若干信號(hào)通路促使腫瘤發(fā)生。FAK通過(guò)調(diào)節(jié)癌細(xì)胞及癌細(xì)胞的微環(huán)境包括癌細(xì)胞遷移、入侵、表皮到間質(zhì)的移動(dòng)及血管生成，其在腫瘤發(fā)展和遷移中起著非常重要的作用。最近，用異種移植體和條件型敲出老鼠模已直接證明了FAK在腫瘤形成和發(fā)展中的作用。人們對(duì)在各種人類(lèi)癌癥中發(fā)現(xiàn)的FAK實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，過(guò)表達(dá)和激活取得了認(rèn)同?，F(xiàn)今，已建立若干FAK小分子抑制劑并在癌癥治療中進(jìn)行了多階段測(cè)試。整體來(lái)看，對(duì)癌癥中FAK信號(hào)通路的大量研究為這種關(guān)鍵激酶積累了豐富信息，未來(lái)的相關(guān)研究可為癌癥治療提供新的可能性方案。

細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)介導(dǎo)的細(xì)胞相互作用在癌癥形成和發(fā)展的許多方面起著關(guān)鍵作用。整合素家族細(xì)胞黏附受體是細(xì)胞黏附到細(xì)胞外基質(zhì)的主要介導(dǎo)子，而ECM與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的連接在細(xì)胞結(jié)構(gòu)中稱為黏著斑(或聯(lián)絡(luò)接觸)［1］。除了聚集整合蛋白自身，黏著斑的多結(jié)構(gòu)性及其信號(hào)分子，都突出了黏著斑在調(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能中的重要性。其中主要的蛋白質(zhì)是黏著斑激酶，非受體酪氨酸激酶，這是最早確定的在黏著斑中最重要的信號(hào)分子之一。

FAK的發(fā)現(xiàn)是兩個(gè)旨在了解癌癥分子機(jī)制的研究融合的結(jié)果。起初，研究人員以整合蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞黏著為前提，尋找整合蛋白依賴方式的酪氨酸磷酸化蛋白質(zhì)，通過(guò)觸發(fā)關(guān)鍵信號(hào)分子的酪氨酸磷酸化，可提供正常細(xì)胞的錨依賴性生長(zhǎng)，從而其磷酸化的異?？赡苁清^不依賴性增長(zhǎng)的原因，這是癌細(xì)胞的標(biāo)志之一。這些研究報(bào)道了血小板［2，3］中的一些蛋白質(zhì)和成纖維細(xì)胞中一個(gè)約120kDa的主要蛋白質(zhì)，其被可整合蛋白誘導(dǎo)磷酸化［4，5］。在第二組的研究中，確定了V-Src癌蛋白的關(guān)鍵底物，并通過(guò)在V-Src轉(zhuǎn)化細(xì)胞混合蛋白質(zhì)中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的單克隆抗體進(jìn)行克隆，以了解由致癌酪氨酸激酶引起的轉(zhuǎn)化機(jī)制［6，7］。人們很快發(fā)現(xiàn)，這些底物之一便是一種酪氨酸激酶本身，它與整合蛋白介導(dǎo)細(xì)胞黏附觸發(fā)磷酸化的120kDa蛋白質(zhì)相同［7，8］。根據(jù)其在黏合斑中的顯著定位，這種蛋白被命名為FAK［7］，由整核蛋白激發(fā)的FAK活化和磷酸化和癌基因轉(zhuǎn)化一樣為癌細(xì)胞錨非依賴生長(zhǎng)提供了一個(gè)合理的解釋機(jī)制［8］。自從20世紀(jì)90年代初這些最初的結(jié)果發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們進(jìn)行了大量關(guān)于與癌癥和許多生物學(xué)的、疾病過(guò)程相關(guān)FAK信號(hào)途徑的研究。這種研究主要聚焦于FAK信號(hào)通路在癌癥發(fā)展和進(jìn)程中的作用，盡管FAK也在許多其他生物學(xué)和疾病過(guò)程也起著重要作用［9，10］。

人類(lèi)FAK基因定位于染色體8q24.3(GenBank或FASTA格式:NW_923984.1;EntezID:5747和核苷酸訪問(wèn)編號(hào):AC100860)［11］。雖然已經(jīng)在這種基因中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄突變體可編碼兩種稍有不同的蛋白異構(gòu)體(異構(gòu)體α有1052個(gè)氨基酸，異構(gòu)體β在α的N-末端增加了22個(gè)氨基酸)，但在不同物種中FAK蛋白(也稱為PTK2，F(xiàn)AK1，pp125FAK和FADK)氨基酸和結(jié)構(gòu)有大于95%的相似性［12］。FAK由一個(gè)N-末端FERM域(蛋白質(zhì)4.1、埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白同源體)，中央激酶域和C-末端區(qū)域組成，其中包括FAK定位到黏合斑上的黏合斑靶序列。無(wú)論是N-末端和C-端域都可以以各種FAK活化關(guān)鍵蛋白介導(dǎo)FAK相互作用，這種相互作用可通過(guò)整合蛋白或其他細(xì)胞表面受體進(jìn)行調(diào)控，與FAK調(diào)控不同細(xì)胞功能一樣。

整合素介導(dǎo)細(xì)胞黏附是FAK的主要上游激活子，目前已在幾乎所有黏附細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)FAK活化和酪氨酸磷酸化的增加。FAK氨基末端FERM域在FAK激活中起著關(guān)鍵作用，最近對(duì)FAK晶體結(jié)構(gòu)的分析以及早期的突變研究，發(fā)現(xiàn)FAK激酶結(jié)構(gòu)域分子內(nèi)的相互作用可活化FAK［13～16］。當(dāng)黏著斑激酶在非活動(dòng)狀態(tài)，F(xiàn)AK的FERM域和激酶域之間直接接觸可以封閉其催化活性并消除其激活環(huán)以及重要位點(diǎn)Y397的自磷酸化。反之，在激活狀態(tài)，F(xiàn)ERM域被激活蛋白替代(例如整合蛋白β細(xì)胞質(zhì)域或其他激活子)，可允許Y397迅速自磷酸化，暴露Src激酶家族錨定位點(diǎn)，它可磷酸化FAK上其余位點(diǎn)使其全面激活。這樣和FAK活化關(guān)聯(lián)的構(gòu)象改變可用基于結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)的探針進(jìn)行熒光共振能量轉(zhuǎn)移在活細(xì)胞中直接體現(xiàn)［17］。除了整合蛋白，F(xiàn)AK氨基末端域也與血小板衍生生長(zhǎng)因子，表皮生長(zhǎng)因子受體和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體相互作用，這些相互作用可能對(duì)整合蛋白和生長(zhǎng)因子受體之間的交叉對(duì)話起著重要作用，它有可能和黏著斑激酶活性的調(diào)節(jié)有關(guān)［18］。

一旦它被激活，F(xiàn)AK的Y397位點(diǎn)自磷酸化，通過(guò)SH2域?yàn)镾rc提供一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)［19～21］。FAK結(jié)合到Src的 SH2結(jié)構(gòu)域取代了Src Y527，減輕自抑制相互作用，導(dǎo)致Src的活化。相反，使FAK的Src附著位點(diǎn)磷酸化，包括FAK激酶激活環(huán)殘基Y576和Y577，會(huì)進(jìn)一步提高FAK的活性。FAK/Src復(fù)合體的相互激活能起始一系列磷酸化事件和新的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)而觸發(fā)若干信號(hào)途徑。已證實(shí)這些FAK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以調(diào)節(jié)正常細(xì)胞和癌癥細(xì)胞的多種細(xì)胞功能。

小結(jié)及展望

FAK是一種促進(jìn)腫瘤形成，生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵分子之一，它通過(guò)提供異常信號(hào)作用于細(xì)胞存活，增殖，遷移，EMT，入侵及血管生成。FAK表達(dá)和活化的增加是很多癌癥FAK信號(hào)異常的原因，F(xiàn)AK是一個(gè)理想分子靶位點(diǎn)，可專門(mén)抑制FAK活性來(lái)提供治療。它還為將FAK下游因子作為腫瘤診斷和/或預(yù)后生物標(biāo)志提供了機(jī)會(huì)。雖然比較容易獲得專一FAK抑制物，但由于FAK隨處表達(dá)，盡管表達(dá)水平較低，仍然需要解決腫瘤特異性靶向問(wèn)題，這在正常組織中也一樣。腫瘤特異性傳遞FAK抑制劑或結(jié)合其他腫瘤專一性藥物部分調(diào)節(jié)FAK正常水平的表達(dá)或活性——單獨(dú)使用效用低，可在臨床試驗(yàn)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)腫瘤特異性最大化和正常組織毒性最小化，這看起來(lái)是一個(gè)不錯(cuò)的策略。

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