整合素相互作用蛋白Kindlin家族與表皮干細(xì)胞增殖分化相關(guān)研究進(jìn)展

施晨璐張?jiān)迄i陶茂燦

整合素相互作用蛋白Kindlin家族與表皮干細(xì)胞增殖分化相關(guān)研究進(jìn)展

施晨璐1張?jiān)迄i1陶茂燦2

Kindlin家族；整合素；表皮干細(xì)胞

表皮干細(xì)胞(epidermal stem cells，ESCs)是皮膚組織特異性干細(xì)胞，具有自我更新和強(qiáng)大的增殖能力，有維持表皮自我更新、保持正常表皮結(jié)構(gòu)以及促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)等作用[1]。其增殖分化受多重因素的調(diào)控，一方面是其所處的微環(huán)境，即干細(xì)胞“壁龕”（niche），由各種調(diào)控因子等調(diào)控干細(xì)胞的活動(dòng)[2]；另一方面就是其細(xì)胞上分布的表面受體的功能狀態(tài)[3]。

整合素相互作用蛋白Kindlin是一種新型的黏著斑蛋白，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3個(gè)家族成員，包括Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3[4]。Kindlin家族主要存在于表皮干細(xì)胞胞膜上，在細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)黏附中起重要作用。有研究表明，其通過促進(jìn)整合素活化、參與整合素的雙向信號(hào)傳遞實(shí)現(xiàn)表皮干細(xì)胞對(duì)基底膜的黏附，從而在調(diào)節(jié)細(xì)胞生存、增殖、黏附、分化等方面起著重要作用[5-8]。本文就近年有關(guān)Kindlin家族的表達(dá)與分布，其調(diào)控表皮干細(xì)胞增殖分化的作用機(jī)制以及對(duì)Wnt/茁-catenin信號(hào)通路的相關(guān)性等綜述如下。

1 Kindlin家族的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

1.1 Kindlin的結(jié)構(gòu)特征Kindlin家族最早發(fā)現(xiàn)于1954年，Theresa Kindler發(fā)現(xiàn)一例具有先天性的皮膚水皰、皮膚脆性、光敏等臨床特征的皮膚疾病患者，并將其命名為Kindler綜合征[9]。之后的研究表明，Kindler綜合征源于一種特定蛋白質(zhì)的基因突變，該蛋白質(zhì)因此被命名為Kindlin-1。目前已知在哺乳動(dòng)物中有三種Kindlin蛋白：Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3，其相對(duì)分子質(zhì)量約為75ku。這3個(gè)成員在結(jié)構(gòu)上具有高度同源性，即含有一個(gè)典型的FERM結(jié)構(gòu)域（4.1，ezrin，radixin，moesin），該結(jié)構(gòu)域由標(biāo)記為F1、F2和F3的3個(gè)亞結(jié)構(gòu)域組成，它能與跨膜蛋白的胞內(nèi)段相互作用[10]。FERM結(jié)構(gòu)域是Kindlin最重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)域，在Kindlin對(duì)整合素的識(shí)別和活化中具有重要作用[11]。Kindlin的FERM結(jié)構(gòu)域與踝蛋白（talin蛋白，一種與茁整合素胞內(nèi)段相互作用的黏著斑蛋白）的FERM結(jié)構(gòu)域氨基酸有很高的同源性（>50%）。Kindlin和talin蛋白都能通過FERM結(jié)構(gòu)域中F3亞結(jié)構(gòu)域的磷酸化酪氨酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域與整合素的亞基結(jié)合，并調(diào)節(jié)其功能，見圖1[12-13]。當(dāng)然，Kindlin的FERM結(jié)構(gòu)域仍具有其自身的特點(diǎn)。例如，在踝蛋白等具有FERM結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)中，F(xiàn)ERM結(jié)構(gòu)域均位于N端，而在Kindlin中卻位于C端。另外，Kindlin的FERM結(jié)構(gòu)域的另一個(gè)特點(diǎn)就是在F2亞結(jié)構(gòu)域中插入了一個(gè)底物同源區(qū)（pleckstrin-homology，PH）結(jié)構(gòu)域，見圖2。這給Kindlin增加了PH結(jié)構(gòu)域功能的同時(shí)又保留了FERM結(jié)構(gòu)域的完整性[14]。

1.2 Kindlin的組織分布研究發(fā)現(xiàn)，三種Kindlin基因的表達(dá)均有顯著的組織特異性，在人類及小鼠中表現(xiàn)一致[4，15]。Kindlin-1主要在上皮細(xì)胞中表達(dá)，如角化細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞，并存在于真皮-表皮連接區(qū)與基底膜毗鄰的部位，也有少量出現(xiàn)在基層角化細(xì)胞的胞膜上和細(xì)胞核中[5]。Kindlin-2的表達(dá)非常廣泛，在除造血細(xì)胞外的所有組織細(xì)胞，且其在平滑肌和骨骼肌中含量較高，也是唯一表達(dá)于胚胎干細(xì)胞的亞型[6]。Kindlin-3主要表達(dá)于造血系統(tǒng)，如脾、胸腺和淋巴結(jié)中，在心、肝、腦、骨骼肌、腎和睪丸中則沒有表達(dá)[7]。在上皮細(xì)胞中，Kindlin-1主要分布于真皮-表皮連接區(qū)（dermoepidermal junction，DEJ），并且在基底層角質(zhì)形成細(xì)胞的胞膜也有微弱表達(dá)。相反，Kindlin-2定位于基底層角質(zhì)形成細(xì)胞的胞膜，而不在真皮-表皮連接區(qū)。在培養(yǎng)的上皮細(xì)胞內(nèi)，Kindlin-1與Kindlin-2都定位于黏著斑。然而在人類和小鼠中均發(fā)現(xiàn)Kindlin家族3個(gè)成員之間不能相互代償，每種Kindlin的缺失都可以引起其特異性表型[4]。

1.3 Kindlin與整合素活化整合素（integrin）是位于細(xì)胞表面的一類糖蛋白，它是由琢和茁亞單位通過非共價(jià)鍵組成的異二聚體，是細(xì)胞表面重要的兼具黏附和信號(hào)傳導(dǎo)功能的受體[16]。其主要功能是通過其雙向信號(hào)傳導(dǎo)通路，參與細(xì)胞和細(xì)胞、細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的黏附和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

Kindlin家族與整合素功能密切相關(guān)，研究表明，Kindlin失調(diào)能夠影響整合素的信號(hào)通路，造成整合素的異常調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附和細(xì)胞骨架重塑過程發(fā)生嚴(yán)重缺陷[15]。研究表明，在來源于Kindler綜合征患者的Kindlin-1缺失的角質(zhì)細(xì)胞系中，盡管有Kindlin-2的表達(dá)，但角質(zhì)細(xì)胞仍然表現(xiàn)出整合素茁1功能減弱的一些特點(diǎn)，包括異常的細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞黏附和細(xì)胞鋪展等，表明Kindlin-1具有調(diào)控整合素功能的作用[5]。Kindlin-2定位于細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附位點(diǎn)，并直接與黏著斑蛋白及migfilin結(jié)合，研究發(fā)現(xiàn)Kindlin-2或migfilin的下調(diào)都會(huì)抑制細(xì)胞延展[6，13]，Kindlin-2和migfilin構(gòu)成了細(xì)胞-基質(zhì)黏附復(fù)合體與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架之間的重要連接。而在小鼠Kindlin-3基因敲除的研究中，證實(shí)了Kindlin-3是整合素活化所必需的，即使踝蛋白水平正常，缺乏Kindlin-3的血小板和白細(xì)胞中整合素也不能被活化[17]。

因此，Kindlin家族在整合素介導(dǎo)的雙向信號(hào)傳遞中都具有重要作用，能通過促進(jìn)整合素的有效活化對(duì)細(xì)胞的增殖分化等細(xì)胞生理過程進(jìn)行調(diào)控。

2 整合素對(duì)表皮干細(xì)胞的調(diào)控

表皮干細(xì)胞是指位于表皮基底部，具有不斷增殖和分化能力的干細(xì)胞，具有可增殖分化為表皮中各種細(xì)胞成分，保持皮膚正常的表皮結(jié)構(gòu)的能力。在生理狀態(tài)下，表皮干細(xì)胞按一定的概率與方式進(jìn)行增殖分化，當(dāng)機(jī)體受到損傷等情況下，干細(xì)胞的增殖分化方式會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，以適應(yīng)機(jī)體的需要[18]。而這種改變受到嚴(yán)格調(diào)控，通過一系列細(xì)胞、細(xì)胞因子及皮膚其他細(xì)胞相互作用完成。

正常情況下，表皮干細(xì)胞的增殖和分化一方面受干細(xì)胞所處的微環(huán)境調(diào)控，另一方面受自身表面受體的功能狀態(tài)的影響。該微環(huán)境[2]又稱為干細(xì)胞“壁龕”（niche），它由基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及各種調(diào)控因子等共同構(gòu)成，能夠保護(hù)干細(xì)胞不受分化、凋亡以及其他刺激的影響，同時(shí)也能夠防止由于干細(xì)胞過度增殖導(dǎo)致的癌癥。表皮干細(xì)胞表現(xiàn)出較高的自我更新能力，即再生增殖能力，與其黏附于干細(xì)胞巢中緊密相關(guān)。研究表明，表皮干細(xì)胞主要通過表達(dá)整合素實(shí)現(xiàn)對(duì)基底膜各種成分的黏附[19]。Brakebusch等[20]進(jìn)行表皮干細(xì)胞體外研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)表皮干細(xì)胞脫離基底細(xì)胞層進(jìn)行分化時(shí)，茁1整合素表達(dá)下降并失活，在正常情況下基底以上已分化的表皮干細(xì)胞幾乎不表達(dá)茁1整合素，證明了茁1整合素對(duì)表皮干細(xì)胞的分化確實(shí)具有調(diào)控作用。而Piwko-Czuchra等[21]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)在茁1整合素缺失的情況下，層黏連蛋白和其他基底膜成分，例如巢蛋白或IV型膠原蛋白異常沉積在小鼠的真皮層。在電鏡下，薄層致密的基底膜出現(xiàn)斷裂，年紀(jì)較大的老鼠則出現(xiàn)了大片纖維丟失的情況，表明了茁1整合素對(duì)層黏連蛋白V的蛋白酶解加工和在基底膜的沉積起到重要作用。

圖1 Kindlin蛋白與整合素、踝蛋白與整合素的相互作用[10]

圖2 Kindlin家族成員結(jié)構(gòu)示意圖[10-12]

3 K ind lin對(duì)表皮干細(xì)胞的調(diào)控

當(dāng)干細(xì)胞“壁龕”發(fā)生改變，例如創(chuàng)傷發(fā)生時(shí)，胞外某些信息如細(xì)胞外基質(zhì)改變等可通過整合素傳遞給干細(xì)胞，以觸發(fā)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控細(xì)胞的基因表達(dá)。這一過程可以改變干細(xì)胞的分裂方式，激活干細(xì)胞的多潛能性，使干細(xì)胞朝著特定的方向分化，以適應(yīng)組織修復(fù)的需要[22]。而Kindlin作為一種胞內(nèi)接頭蛋白，能夠影響整合素琢和茁兩個(gè)亞基胞內(nèi)段的相互作用，從而參與整合素對(duì)表皮干細(xì)胞的調(diào)控[19]。

雖然到目前為止并無有個(gè)整合素相互作用蛋白Kindlin在表皮干細(xì)胞增殖分化中的作用機(jī)制的研究，但根據(jù)以上綜述，了解整合素相互作用蛋白Kindlin家族能夠影響整合素介導(dǎo)的雙向信號(hào)傳遞，調(diào)節(jié)表皮干細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附，從而對(duì)細(xì)胞的增殖分化過程進(jìn)行調(diào)控。

4 展望

隨著研究的深入，表皮干細(xì)胞的作用日益受到人們的重視，在創(chuàng)傷修復(fù)、皮膚再造、基因治療等方面都有很好的應(yīng)用前景。整合素是表皮干細(xì)胞微環(huán)境中最為重要的蛋白之一。整合素相互作用蛋白Kindlin是一種胞內(nèi)接頭蛋白，通過參與整合素的雙向信號(hào)傳遞在調(diào)節(jié)細(xì)胞生存、增殖、黏附、分化等方面起著重要作用。

目前已證實(shí)由Kindlin能夠通過整合素在表皮干細(xì)胞增殖分化、黏附遷移中起到重要作用。但是Kindlin如何參與整合素分子從低親和力轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂H和力？整合素如何調(diào)控表皮干細(xì)胞的發(fā)展？為何整合素在皮膚中作用顯著而在其它組織器官中作用甚微？除了Kindlin和踝蛋白還有那些蛋白參與整合素的調(diào)控作用？這些問題的解決，不但可以豐富我們對(duì)Kindlin、整合素以及干細(xì)胞增殖的理論認(rèn)識(shí)，而且有助于Kindlin相關(guān)疾病的臨床診治。

［1］Lewis CJ.Stem cell application in acute burn care and reconstruction［J］.JWound Care，2013，22（1）：7-8，10，12-16.

［2］Blanpain C，F(xiàn)uchs E.Epidermal homeostasis：a balancing act of stem cells in the skin［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2009，10（3）：207-217

［3］Ordonez P，Di Girolamo N.Limbal epithelial stem cells：Role of the nichemicroenvironment［J］.Stem Cells，2012，30（2）：100-107.

［4］Rognoni E，Ruppert R，F(xiàn)觟ssler R.The kindlin family：functions，signaling properties and implications for human disease［J］.JCell Sci，2016，129（1）：17-27.

［5］Margadant C，Kreft M，Zambruno G，et al.Kindlin-1 regulates integrin dynamics and adhesion turnover［J］.PLoSOne，2013，8（6）：e65341.

［6］Bledzka K，Bialkowska K，Sossey-Alaoui K，et al.Kindlin-2 directly binds actin and regulates integrin outside-in signaling［J］.JCell Biol，2016，213（1）：97-108.

［7］Moretti FA，Moser M，Lyck R，et al.Kindlin-3 regulates integrin activation and adhesion reinforcementofeffector T cells［J］.Proc NatlAcad SciUSA，2013，110（42）：17005-17010.

［8］Hart R，Stanley P，Chakravarty P，et al.The kindlin 3 pleckstrin homology domain has an essential role in lymphocyte function-associated antigen 1（LFA-1）integrin-mediated B celladhesion andmigration［J］.JBiolChem，2013，288（21）：14852-14862.

［9］Kindler T.Congenital poikiloderma with traumatic bulla formation and progressive cutaneous atrophy［J］.Br JDermatol，1954，66（3）：104-111.

［10］Larjava H，Plow EF，Wu C.Kindlins：essential regulators of integrin signalling and cell-matrix adhesion［J］.EMBORep，2008，9（12）：1203-1208.

［11］Xu Z，Gao J，Hong J，et al.Integrity of kindlin-2 FE砸M subdomains is required for supporting integrin activation［J］. Biochem Biophys砸esCommun，2013，434（2）：382-387.

［12］Patel H，Stavrou I，Shrestha RL，et al.Kindlin1 regulates microtubule function to ensure normalmitosis［J］.JMol Cell Bio，2016，8（4）：338-348.

［13］Theodosiou M，Widmaier M，B觟ttcher RT，et al.Kindlin-2 cooperates with talin to activate integrins and induces cell spreading by directly binding paxillin［J］.Elife，2016，27（5）：e10130.

［14］Ali RH，Khan AA.Tracing the evolution of FERM domain of Kindlins［J］.Mol Phylogenet Evol，2014，80（1）：193-204.

［15］楊玫，陳曦，張水文，等.整合素相互作用蛋白Kindlin家族的生物學(xué)功能研究進(jìn)展［J］.解剖學(xué)報(bào)，2014，46（6）：865-869.

［16］Harburger DS，Calderwood DA.Integrin signalling at a glance［J］.JCell Sci，2009，122（Pt2）：159-163.

［17］Klapproth S，Moretti FA，Zeiler M，et al.Minimal amounts of kindlin-3 suffice for basal platelet and leukocyte functions inmice［J］.Blood，2015，126（24）：2592-2600.

［18］Ojeh N，Pastar I，Tomic-Canic M，et al.Stem Cells in Skin Regeneration，Wound Healing，and Their Clinical Appl=ications［J］.Int JMol Sci，2015，16（10）：25476-25501.

［19］李百川，李紅麗.整合素調(diào)控表皮干細(xì)胞增殖分化作用機(jī)制的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（9）：1392-1396.

［20］Brakebusch C，F(xiàn)覿ssler R.β1 integrin function in vivo：Adhesion，migration and more［J］.Cancer Metastasis Rev，2005，24（3）：403-411.

［21］Piwko-Czuchra A，Koegel H，Meyer H，et al.β1 integrinmediated adhesion signalling is essential for epidermalprogenitor cell expansion［J］.PLoSOne，2009，4（5）：e5488.

［22］Choi HR，Byun SY，Kwon SH，et al.Niche interactions in epidermalstem cells［J］.World JournalofStem Cells，2015，7（2）：495-501.

（收稿：2016-05-12修回：2016-08-22）

1浙江中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院（杭州310053）；2浙江省中醫(yī)院皮膚科（杭州310000）

施晨璐，Tel：18042323402；E-mail：18042323402@163.com