整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)展

陽 蓮 洪 莉

武漢大學(xué)人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，湖北武漢 430000

整合素又稱“整聯(lián)蛋白”，主要介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的黏附，同時作為基質(zhì)分子受體，接受細(xì)胞外分子信號并通過信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，影響基因的表達(dá)，從而影響細(xì)胞增殖，調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞遷移等過程[1]。整合素的研究，尤其是整合素β1 的研究一直是近年來研究的熱點，相關(guān)的研究結(jié)果也提示：整合素表達(dá)和功能異常與機體心血管疾病、血液疾病、炎性疾病和癌癥等的病理狀態(tài)的病因密切相關(guān)[2]。整合素β1 激活的信號反應(yīng)主要包括黏著斑激酶（fo-cal adhesion kinase，F(xiàn)AK）通路、細(xì)胞分裂素活化蛋白激酶（MAPK）通路、PI3K 通路等[3]。整合素β1-FAKRas-MAPK 通路是整合素β1 介導(dǎo)的一條重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與了細(xì)胞增殖、分化、遷徙、惡變等多種細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)，是許多疾病發(fā)生發(fā)展的重要機制，也是疾病治療的潛在靶點。本文就近年來該通路相關(guān)研究進(jìn)展作一個簡要綜述。

1 整合素的結(jié)構(gòu)特征

整合素屬于跨膜受體家族，是由α 和β 亞單位組成的雜二聚體，在空間上形成兩條長鏈平行并于胞外尾端匯合的倒置“U”字形結(jié)構(gòu)[4]。整合素家族共有14 種α 亞單位和8 種β 亞單位，α 亞基主要調(diào)節(jié)整合素與陽離子依賴性配體的相互結(jié)合，β 亞基則參與細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白的相互作用和胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)節(jié)細(xì)胞的生物學(xué)功能[5]，其中以β1 亞基整合素的作用最為廣泛。整合素β1 至少可以形成18 個含不同α 亞基的異二聚體，主要包括α1～11β1 和αVβ1。整合素β1 分布于平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等多種細(xì)胞，其配體則主要為細(xì)胞外基質(zhì)和多種細(xì)胞黏附分子等[6-7]。

2 整合素β1 介導(dǎo)的細(xì)胞信號通路

整合素在焦點接觸器中啟動的信號通路稱為整合素信號通路，其主要是通過結(jié)構(gòu)域構(gòu)象的改變來調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的雙向信號傳導(dǎo)，即“由外向內(nèi)”和“由內(nèi)向外”傳導(dǎo)[8]。當(dāng)整聯(lián)蛋白的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域同細(xì)胞外配體結(jié)合時會誘導(dǎo)整聯(lián)蛋白細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的末端發(fā)生構(gòu)型的變化，構(gòu)型的變化反過來又會改變整聯(lián)蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域末端同相鄰蛋白的相互作用，從而激活下游的信號通路[9]。整合素β1 下游的信號通路主要包括FAK 通路、MAPK 通路、PI3K 通路等。其中最主要的是FAK 通路，而FAK 介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要包括以下幾條：即FAK-PI3K-AKT/PKB 通路、FAK-Ras-MAPK 通路、FAK-STAT1 通路、FAK-GTPase 通路[3,9]，這幾條通路并非涇渭分明，它們之間又相互關(guān)聯(lián)。

3 FAK-Ras-MAPK 通路的組成及轉(zhuǎn)導(dǎo)機制

FAK 是酪氨酸激酶和整合素介導(dǎo)的信號通路中的重要成員[10]，其N-端區(qū)可連接到整合素β1 的胞漿區(qū)，當(dāng)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）或細(xì)胞黏附分子等配基與整合素β1 胞外區(qū)結(jié)合后，可引起整合素β1 在焦點復(fù)合物聚集，通過整合素β1-talin，talin-FAK 間的相互作用導(dǎo)致多個FAK 分子聚集到焦點黏附物處，而后FAK 之間相互磷酸化而被激活。Src 蛋白激酶是一種酪氨酸蛋白激酶，可通過正向調(diào)節(jié)自身磷酸化位點Tyr416 和負(fù)向調(diào)節(jié)的磷酸化位點Tyr527 來控制自身的激活和失活。Ras 蛋白屬于具有GTP 酶活性的GTP 結(jié)合蛋白，它有兩種狀態(tài)，結(jié)合GTP 時為活化狀態(tài)，結(jié)合GDP 時為失活狀態(tài)，Ras 基因可編碼出H-Ras、N-Ras、K-RasA 和K-RasB 4 種蛋白[11]，其氨基酸序列高度保守，這些高度保守的結(jié)構(gòu)域包含GTP 及效應(yīng)因子的結(jié)合域。MAPK 是存在于細(xì)胞內(nèi)的一類絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，在所有真核細(xì)胞上都表達(dá)。目前研究認(rèn)為：MAPK 信號通路由4 條平行的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路組成。細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激1/2 通路、c-Jun 氨基末端激酶和/或應(yīng)激活化蛋白激酶（SAPK）通路、p38 絲裂原活化蛋白激酶通路和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶5/大絲裂原活化蛋白激酶1[12]。MAPK 通路基本組成是一種從酵母到人類都保守的三級激酶模式，MAPK 通路基本組成是一種從酵母到人類都保守的三級激酶模式，包括MAPK 激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MAPKKK）、MAPK 激酶（MAP kinase kinase，MAPKK）和MAPK，這三種激酶能在一定條件下依次激活，共同調(diào)節(jié)著細(xì)胞的生長、分化等。

當(dāng)整合素β1 與其配體結(jié)合后，整合素β1 亞基的胞質(zhì)端與FAK 的N2 端區(qū)結(jié)合，從而引起FAK 構(gòu)象的改變，使激酶結(jié)構(gòu)域處于活化狀態(tài)，同時Tyr397自身磷酸化，介導(dǎo)Src 與FAK 直接的相互作用。激活的FAK 取代SrcC 末端的調(diào)節(jié)性磷酸化Tyr，與SH2結(jié)合，形成Src-FAK 激酶復(fù)合物，從而使Src 激活[8,13]。Src-（FAK）激酶復(fù)合物可使Tyr789 磷酸化蛋白質(zhì)酪氨酸酶α（PTPα），而Grb2 可介導(dǎo)Src-FAK 和PTPα的偶聯(lián)，Grb2 二聚體通過連接FAK 和PTPα，從而完全激活FAK[14]。因此，Src 和FAK 之間是一個相互激活的關(guān)系。完全激活的FAK 通過兩條途徑激活Ras途徑，一條是磷酸化蛋白和Cas 的酪氨酸殘基進(jìn)入Ras 途徑激活MAPK，另一條是接頭蛋Grb2 與磷酸化的Src-FAK 激酶復(fù)合物所致的磷酸化Tyr397 相結(jié)合[15]?；罨腞as 與Raf（即MAPKKK）結(jié)合成復(fù)合物并將Raf 固定于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，進(jìn)一步激活Raf，活化的Raf結(jié)合磷酸化并激活MAPKK，而MAPKK 進(jìn)一步激活MAPK，這就構(gòu)成了MAPK 通路的三級活化，激活后的MAPK 轉(zhuǎn)位至核內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖與分化。

4 整合素β1-FAK-Ras-MAPK 轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤

4.1 誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

細(xì)胞外基質(zhì)被認(rèn)為是限制腫瘤細(xì)胞發(fā)生遷移的第一道屏障。上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transitio，EMT）的特征是黏附性降低，遷移和侵襲增強[16]。發(fā)生EMT 的上皮細(xì)胞，若要向遠(yuǎn)處的遷移，必須激活或分泌蛋白降解酶類來降解基質(zhì)，形成局部溶解區(qū)來提供轉(zhuǎn)移通道[17]?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）幾乎能降解ECM 中的大部分蛋白結(jié)構(gòu)[18]。整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)EMT 主要是與MMPs 的活化有關(guān)。研究表明，F(xiàn)AK能夠激活下游靶分子MMPs-2 和MMPs-9，誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞發(fā)生遷移。正常小鼠乳腺上皮細(xì)胞的研究揭示了ERK-MAPK 在TGFβ 介導(dǎo)的EMT 中的作用，此外，組成型JNK/SAPK 活化促進(jìn)了人乳腺上皮細(xì)胞中的EMT 的作用需要ERK-MAPK 活化[19]。對EB 病毒編碼的潛伏膜蛋白1（LMP1）的研究提示，LMP1 正是通過整合素β1 介導(dǎo)的ERK-MAPK 信號通路而誘導(dǎo)EMT，而進(jìn)一步增強了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[20]。在胰腺癌（PC）的研究也表明，鈣網(wǎng)蛋白通過整合素/EGFRERK/MAPK 信號通路促進(jìn)PC 細(xì)胞中表皮生長因子誘導(dǎo)的EMT[21]，MUC4/X 的過表達(dá)則也通過調(diào)節(jié)整合素β1/FAK/ERK 途徑增加細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移以及細(xì)胞與ECM 的黏附[22]。

4.2 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 亦可保護(hù)細(xì)胞不發(fā)生凋亡[23]，這是因為活化的MAPK 進(jìn)入細(xì)胞核后，可激活c-myc，myc 作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)細(xì)胞cyclinD、SCF、E2F 等G1-S 有關(guān)基因的表達(dá)，使細(xì)胞進(jìn)入G1期，而Cyclin D1 是參與細(xì)胞周期G1/S 期轉(zhuǎn)換的重要正性調(diào)節(jié)蛋白。鼻咽癌的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,36 例鼻咽癌中Cyclin D1、Ki-67 陽性表達(dá)率均為80.56%，且與p-ERK 表達(dá)呈正相關(guān)，提示ERK 信號通路激活其下游基因CyclinD1 和Ki-67，Ki-67 協(xié)同Cyclin D1共同導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂，促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞的增殖[24]。氧化二甲基查爾酮C 可抑制A375 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，可能與抑制整合素β1 的磷酸化、阻斷ERK通路有關(guān)[25]。在大鼠成骨細(xì)胞中，不同程度激活MAPKERK1/2 信號通路后，發(fā)現(xiàn)成骨性基因如COLI、RUNX2和ALP 的表達(dá)水平顯著提高，且反映細(xì)胞增殖的PCNA蛋白表達(dá)明顯提高，提示成骨細(xì)胞發(fā)生增殖[26]。Holliday 結(jié)合識別蛋白（HJURP）是一種癌基因，可驅(qū)動肝細(xì)胞癌（HCC）中p21 上游的細(xì)胞周期進(jìn)程，而p21的穩(wěn)定性受包括涉及ERK1/2，HJURP 通過MAPK/ERK1/2 等信號傳導(dǎo)途徑使p21 去穩(wěn)定，從而來促進(jìn)HCC 細(xì)胞增殖。與正常非腫瘤組織比較，MAPK 在許多人類腫瘤，如結(jié)腸癌、食管癌、乳腺癌等腫瘤中呈持續(xù)的激活表達(dá)，抑制p38 通路的同時可加強ERK 的激活，導(dǎo)致凋亡延遲[27]。miR-138 過表達(dá)可抑制FAK、Src 和ERK 的磷酸化，從而降低細(xì)胞運動性，侵襲菌落和應(yīng)力纖維形成[28]，CX3CL1 亦可通過激活Src/FAK途徑增強前列腺癌脊柱轉(zhuǎn)移[29]。

4.3 促進(jìn)腫瘤血管生成

近年來相關(guān)研究表明，血管生成在腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，而血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）是血管生成中的重要因子，當(dāng)整合素分子和配體相結(jié)合后，可通過介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和黏附，從而促進(jìn)新生血管成熟和穩(wěn)定[30]，α5β1 在前列腺轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞中高表達(dá)，且與血管內(nèi)皮生長因子和血管內(nèi)皮生長因子受體正相關(guān)，說明α5β1 整合素與腫瘤組織血管生成和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[31]。MAPK 通路在多種腫瘤內(nèi)呈持續(xù)激活狀態(tài)，可誘導(dǎo)VEGF 及IL-8 等細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而促進(jìn)腫瘤血管生成[32]。阻斷MAPK通路后，PANC-1 細(xì)胞VEGF 蛋白表達(dá)明顯下降，同樣也證實MAPK 通路可通過誘導(dǎo)VEGF 的表達(dá)，以促進(jìn)腫瘤血管的生成[33]。但具體的整合素如何介導(dǎo)MAPK通路促進(jìn)腫瘤血管生成有待進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一條與細(xì)胞生物活動密切相關(guān)的信號轉(zhuǎn)到通路。越來越多的研究提示其在許多疾病，尤其是腫瘤的相關(guān)發(fā)生發(fā)展過程中起到了很大的作用，有望為抗癌藥物的研制提供潛在的靶點。但有關(guān)整合素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是錯綜復(fù)雜的，各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之間錯綜交錯。關(guān)于整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究方興未艾，但多局限于該通路某一段或者是某個靶點的研究，對于整體通路的研究相對較少。相信隨著對其研究的不斷進(jìn)步，該通路的作用機制將會越來越明朗，其與疾病的相關(guān)性也會越來越清晰。