Kindlin-2與整合素在機(jī)體中的研究進(jìn)展

吳校林,周 青

(襄陽市中心醫(yī)院 湖北文理學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科,湖北 襄陽 441000)

Kindlin家族是一類黏著斑蛋白，也是細(xì)胞骨架蛋白。目前該家族已經(jīng)鑒定出3個(gè)成員，分別是Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3，這3個(gè)成員的分子結(jié)構(gòu)相似，具有較高的保守性和同源性[1-2]。Kindlin-2在除造血細(xì)胞外的所有細(xì)胞中均有分布，在內(nèi)皮細(xì)胞、骨骼肌和平滑肌中含量較高，且Kindlin-2是唯一可以在胚胎干細(xì)胞和心肌細(xì)胞中表達(dá)和分布的Kindlin家族成員[3]。Kinldin-2能與細(xì)胞中的整合素、整合素連接激酶(integrin-linked kinase,ILK)、踝蛋白、migfilin及樁蛋白等結(jié)合，影響細(xì)胞的增殖、黏附、遷移、分化以及參與整合素的活化等[1-4]。研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2與心血管疾病、胚胎形成、腫瘤侵襲以及免疫系統(tǒng)功能密切相關(guān)，Kindlin-2基因敲除小鼠和斑馬魚具有胚胎致死性，并導(dǎo)致血管發(fā)育不成熟和心臟功能不全；在肝癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌等惡性腫瘤中，Kindlin-2在基因和蛋白水平表達(dá)增加，而Kindlin-2能夠影響腫瘤細(xì)胞的侵襲力和耐藥性[5-9]?，F(xiàn)就Kindlin-2和整合素的結(jié)構(gòu)、生理功能以及與疾病的相關(guān)性進(jìn)行綜述。

1 Kindlin家族概述

Kindlin-2是1994年由Wick等[10]篩查出的新的血清誘導(dǎo)型基因。Kindlin-2有62%的氨基酸與Kindlin-1相同，而Kindlin-3有49%的氨基酸與Kindlin-1相同[10-11]。目前已鑒定出三者對(duì)應(yīng)的基因，其中Kindlin-1對(duì)應(yīng)的基因是FERMT1，位于第20號(hào)染色體12.3；Kindlin-2是FERMT2，位于第14號(hào)染色體22.1；Kindlin-3是FERMT3，位于第11號(hào)染色體13.1[11]。這3種人類Kindlin基因的表達(dá)和分布具有顯著的組織和細(xì)胞特異性。Kindlin-1主要在上皮細(xì)胞表達(dá)，缺乏Kindlin-1會(huì)導(dǎo)致腸道和皮膚疾病[12-14]。Kindlin-2的表達(dá)和分布非常廣泛，分布于除造血細(xì)胞外的所有細(xì)胞[3,15]。Kindlin-1和Kindlin-2蛋白主要定位在黏著斑中[12]。Kindlin-3主要在造血系統(tǒng)細(xì)胞中表達(dá)，如胸腺、骨髓以及脾臟，內(nèi)皮細(xì)胞中也有Kindlin-3的表達(dá)，其主要定位于造血細(xì)胞的胞足體[3]。

Kindlin家族含有一個(gè)典型的FERM結(jié)構(gòu)域(four-point-one，ezrin，radixin，moesin)。FERM結(jié)構(gòu)域由F1、F2、F3三個(gè)亞結(jié)構(gòu)域組成，而在Kindlin的核心序列前常有一個(gè)F0亞結(jié)構(gòu)域[1-3,16]。F3亞結(jié)構(gòu)含有一個(gè)磷酸化酪氨酸結(jié)合域(phosphotyrosine-binding domain，PTB)，可與整合素β亞基胞內(nèi)段含酪氨酸的NxxY或NPxY序列結(jié)合，調(diào)節(jié)Kindlin蛋白的磷酸化和功能[16-17]。Kindlin的FERM結(jié)構(gòu)域位于C端，而在踝蛋白等其他具有FERM結(jié)構(gòu)域的蛋白中，F(xiàn)ERM結(jié)構(gòu)域位于N端[18-19]。F2亞結(jié)構(gòu)域中還插入了一個(gè)PH(pleckstrin-homology)結(jié)構(gòu)域，其具有磷脂酰肌醇結(jié)合位點(diǎn)，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)節(jié)。因此，Kindlin蛋白結(jié)構(gòu)不僅保留了FERM結(jié)構(gòu)域的完整性，還增加了PH結(jié)構(gòu)域的功能[16-18]。

2 Kindlin-2在細(xì)胞中的作用

2.1Kindlin-2在細(xì)胞-細(xì)胞連接中的作用 研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2與上皮鈣黏素共定位于角化細(xì)胞的頂部和側(cè)面，并能結(jié)合β聯(lián)蛋白、γ聯(lián)蛋白以及肌動(dòng)蛋白，穩(wěn)定上皮鈣黏素與肌動(dòng)蛋白復(fù)合體[13-14]。此外，在心臟和結(jié)腸的黏著斑中也發(fā)現(xiàn)了Kindlin-2[5,14]。在Kindlin-2+/-雜合子小鼠主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，Kindlin-2與β聯(lián)蛋白、γ聯(lián)蛋白、肌動(dòng)蛋白黏著連接組成的鈣黏素復(fù)合體存在共定位，使用凝血酶刺激臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞后，Kindlin-2和肌動(dòng)蛋白從穩(wěn)定的黏著連接中分離并重新分布，導(dǎo)致黏著連接不穩(wěn)定，而Kindlin-2與鈣黏素復(fù)合體結(jié)合后能夠穩(wěn)定黏著連接，維持血管的通透性[7]。以上研究證明，Kindlin-2可維持細(xì)胞-細(xì)胞連接和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)。

2.2Kindlin-2在細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附和細(xì)胞遷移中的作用 Tu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，人Kindlin-2蛋白定位于細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附位點(diǎn)，可直接與黏著斑蛋白整合素連接激酶以及migfilin結(jié)合。Kindlin-2或migfilin表達(dá)的下調(diào)會(huì)抑制細(xì)胞延展，同時(shí)migfilin與細(xì)絲蛋白和舒血管物質(zhì)刺激磷蛋白結(jié)合，成為肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架與細(xì)胞-基質(zhì)黏附復(fù)合體之間的重要連接[21-22]。在不表達(dá)Kindlin-2的結(jié)腸癌細(xì)胞中，表達(dá)Kindlin-2蛋白能增強(qiáng)癌細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附，促進(jìn)黏著斑形成，降低細(xì)胞的遷移力[21]。研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2 F2亞結(jié)構(gòu)域上的氨基酸序列與整合素連接激酶結(jié)合可調(diào)節(jié)黏著斑聚集，影響整合素介導(dǎo)的細(xì)胞黏附[22]。Kindlin-2的PH結(jié)構(gòu)域和F0亞結(jié)構(gòu)域與樁蛋白結(jié)合后可激活Rac1誘導(dǎo)的細(xì)胞膜前突促進(jìn)細(xì)胞黏附[23]。Kindlin-2與踝蛋白結(jié)合可激活整合素誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞在纖連蛋白上的黏附，且Kindlin-2能與樁蛋白結(jié)合形成復(fù)合體，促進(jìn)黏著斑激酶介導(dǎo)的細(xì)胞遷移，缺乏Kindlin-2的成纖維細(xì)胞黏附纖連蛋白的能力顯著下降[24-25]。通過RNA干擾技術(shù)下調(diào)Kindlin-2的表達(dá)能夠抑制大鼠血管平滑肌細(xì)胞的黏附和遷移能力[26]。

2.3Kindlin-2在細(xì)胞核中的作用 Kindlin-2蛋白主要定位于細(xì)胞黏著斑，有少部分定位于細(xì)胞核。組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2在人類平滑肌細(xì)胞和角化細(xì)胞中存在核定位[12]。Kindlin-2是與細(xì)胞周期相關(guān)的有絲分裂誘導(dǎo)基因，可以調(diào)控細(xì)胞增殖和分化[4,10]，因此Kindlin-2可以介導(dǎo)與細(xì)胞核相關(guān)的功能。與Kindlin-2相互作用的蛋白migfilin和踝蛋白也定位于細(xì)胞核，并參與細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[21,27]。Kindlin-2基因RNA干擾還可通過Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路抑制大鼠血管平滑肌細(xì)胞增殖[26]。以上研究提示，Kindlin-2在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮信號(hào)調(diào)節(jié)的作用。

3 Kindlin-2與整合素的關(guān)系

3.1整合素的結(jié)構(gòu)功能及活化 整合素是各種細(xì)胞中常見的一類跨膜受體，是連接細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要紐帶，主要通過雙向的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附、遷移以及分化等細(xì)胞事件，參與許多關(guān)鍵的生理過程，包括胚胎形成、血管生成、神經(jīng)軸突生長(zhǎng)、止血及維持機(jī)體內(nèi)器官的完整等[28]。哺乳動(dòng)物的整合素包括18個(gè)α亞基和8個(gè)β亞基，可形成24個(gè)不同的異二聚體，并且整合素的表達(dá)具有一定的細(xì)胞特異性，與配體的親和力也不盡相同。整合素本身不具有內(nèi)在酶活性，但整合素異二聚體可通過募集大量蛋白組裝成功能多樣的蛋白復(fù)合體，介導(dǎo)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。整合素與肌動(dòng)蛋白、踝蛋白、Vinculin等蛋白形成復(fù)合體，通過黏著斑激酶、整合素連接激酶調(diào)節(jié)對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的親和力以及細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白的收縮，影響細(xì)胞骨架蛋白的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的遷移和黏附等。研究表明，大部分整合素募集的蛋白是特定的，這些蛋白大多是細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)蛋白，如踝蛋白、vinculin、Kindlin以及舒血管物質(zhì)刺激磷蛋白，部分蛋白結(jié)合的整合素也相對(duì)固定[15,28]。

蛋白組學(xué)的發(fā)展讓人們對(duì)整合素的作用機(jī)制有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在血小板和白細(xì)胞這些非黏附細(xì)胞中，整合素主要以彎曲構(gòu)象存在，使細(xì)胞表面的配體結(jié)合位點(diǎn)封閉并遠(yuǎn)離結(jié)合部位，這個(gè)結(jié)構(gòu)主要由α和β亞基胞內(nèi)段靠近細(xì)胞膜區(qū)域形成的共價(jià)連接維持[28]。整合素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具有雙向性，可以激活內(nèi)向外信號(hào)和外向內(nèi)信號(hào)。當(dāng)激動(dòng)劑與相關(guān)配體結(jié)合后引起細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子與整合素胞內(nèi)段相互作用時(shí)，產(chǎn)生內(nèi)向外信號(hào)，導(dǎo)致整合素活化，整合素從對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)、可溶性蛋白等配體的低親和力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂H和力狀態(tài)，使整合素受體與配體的結(jié)合能力增強(qiáng)，Kindlin家族蛋白主要在這個(gè)過程中發(fā)揮重要作用；整合素活化后，細(xì)胞外的配體與整合素的胞外段緊密結(jié)合并產(chǎn)生外向內(nèi)信號(hào)，引起細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)重組，構(gòu)象改變，細(xì)胞形成偽足、黏著斑等結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮重要的生理作用[28-29]。

3.2Kindlin-2調(diào)節(jié)整合素的活化 Kindlin家族蛋白在結(jié)構(gòu)上能夠與整合素β亞基的胞內(nèi)段結(jié)合，調(diào)節(jié)整合素的雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和生理功能，Kindlin-2能與β1、β2、β3整合素的胞內(nèi)段結(jié)合[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2 F3亞結(jié)構(gòu)域中的NxxY或NPxY序列是與整合素結(jié)合的主要位點(diǎn)[17,20]。Kindlin-2缺乏或功能失調(diào)時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響整合素的活化和機(jī)體的生理功能。缺乏Kindlin-2蛋白的胚胎干細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致β1整合素不能活化，進(jìn)而導(dǎo)致圍生期胚泡被破壞[15]。Shi等[21]在表達(dá)有整合素αⅡbβ3的中國倉鼠卵巢細(xì)胞中觀察到，過表達(dá)Kindlin-2能活化整合素，因?yàn)檫^表達(dá)的Kindlin-2與整合素β3亞單位胞內(nèi)段結(jié)合后增強(qiáng)了整合素αⅡbβ3的活性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2磷酸化酪氨酸結(jié)合域中的色氨酸和谷氨酰胺是Kindlin-2發(fā)揮關(guān)鍵作用的氨基酸，這兩個(gè)氨基酸被丙氨酸替代后，導(dǎo)致Kindlin-2不能與整合素β3亞單位胞內(nèi)段結(jié)合，從而使整合素αⅡbβ3不能活化[18,22]。在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)中抑制Kindlin-2的表達(dá)后，HUVEC在纖維蛋白原、玻連蛋白上的黏附顯著減少，并抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的HUVEC在纖維蛋白原、玻連蛋白上的遷移，說明Kindlin-2影響αVβ3的活化[18]。小鼠內(nèi)皮細(xì)胞和C2C12成肌細(xì)胞中Kindlin-2水平的下降可破壞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)，主要由于Kindlin-2中的F0亞結(jié)構(gòu)域與肌動(dòng)蛋白結(jié)合影響整合素外向內(nèi)信號(hào)所致[24]，且Kindlin-2的C端區(qū)域也影響整合素的激活[30]。以上研究證實(shí)，Kindlin-2可與整合素胞內(nèi)段結(jié)合并使其活化，進(jìn)而影響細(xì)胞的一系列生理功能。

4 Kindlin-2調(diào)節(jié)整合素影響相關(guān)疾病

4.1Kindlin-2與整合素在心血管系統(tǒng)中的作用 Kindlin-2基因敲除小鼠心臟發(fā)育會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重異常，并具有胚胎致死性，且胚胎干細(xì)胞黏附于層粘連蛋白和纖連蛋白的能力顯著降低，這與β1整合素不能被激活密切有關(guān)[5,15]。Dowling等[5]通過RNA干擾技術(shù)抑制斑馬魚的Kindlin-2基因后，斑馬魚的活動(dòng)能力出現(xiàn)下降、體型發(fā)育明顯異常、心室發(fā)育不全、心包出現(xiàn)水腫、心肌細(xì)胞肌間盤紊亂引起心室收縮功能降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2基因敲除的雜合子斑馬魚和小鼠新生血管數(shù)量減少，形成的血管缺乏中膜血管平滑肌細(xì)胞，且血管基膜的厚度變薄，血管通透性明顯增加，提示血管發(fā)育不成熟，這可能與Kindlin-2基因缺陷導(dǎo)致整合素αVβ3的活化受阻，進(jìn)而影響血管的形成和發(fā)展有關(guān)[6]。將攜帶Kindlin-2小干擾RNA的慢病毒載體注入球囊損傷的大鼠頸動(dòng)脈后，可顯著抑制1個(gè)月后的頸動(dòng)脈內(nèi)膜增生，Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路在其中起重要作用[26]。在小鼠心臟發(fā)育早期敲除Kindlin-2基因具有胚胎致死性，而在妊娠晚期或成熟的心肌細(xì)胞中敲除Kindlin-2基因會(huì)導(dǎo)致心力衰竭和過早死亡，這與心臟擴(kuò)大和心肌廣泛纖維化有關(guān)，心臟中β1整合素蛋白的表達(dá)也顯著下降[31]。與Kindlin-1基因突變引起Kindler綜合征[32]和Kindlin-3基因突變引起白細(xì)胞黏附缺陷癥Ⅲ型[33]不同，目前還沒有發(fā)現(xiàn)因Kindlin-2基因缺失或突變導(dǎo)致的特定人類遺傳性疾病，考慮與Kindlin-2在機(jī)體中分布廣泛和基因功能缺失性突變導(dǎo)致的胚胎死亡有關(guān)。Kindlin-2基因非致死性突變可能會(huì)引起某種具有遺傳性質(zhì)的心肌病，如擴(kuò)張型心肌病、肥厚型心肌病等[5,31]。

4.2Kindlin-2與整合素在腫瘤疾病中的作用 目前發(fā)現(xiàn)，Kindlin-2在多種腫瘤中表達(dá)失調(diào)，如前列腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、胰腺癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、胃癌、膀胱癌以及急性髓性白血病等[8]。Kindlin-2通過調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的存活、增殖、遷移、黏附、侵襲等影響腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。在前列腺癌中，Kindlin-2高表達(dá)的細(xì)胞系對(duì)順鉑的耐受性高，而敲除Kindlin-2基因的細(xì)胞系對(duì)順鉑的敏感性增強(qiáng)[34-35]。在前列腺癌細(xì)胞系中，下調(diào)Kindlin-2的表達(dá)可顯著增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞對(duì)多西紫杉醇誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞死亡的敏感性[34]。通過miR-138特異性靶向抑制前列腺癌細(xì)胞系中的Kindlin-2，可導(dǎo)致Kindlin-2/β1整合素途徑失調(diào)，提示miR-138/Kindlin-2/β1整合素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)軸對(duì)調(diào)節(jié)化療藥物的敏感性至關(guān)重要[34]。Kindlin-2可通過激活核因子κB(nuclear factor kappa beta,NF-κB)促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞存活[35]。NF-κB能介導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)和活性上調(diào)，前列腺癌細(xì)胞的侵襲能力也被激活[35]。在乳腺癌中，Kindlin-2可影響癌細(xì)胞的侵襲性和遷移性，其可能通過Kindlin-2/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β/生長(zhǎng)因子集落刺激因子-1信號(hào)軸發(fā)揮作用[8]。在肝癌組織中，Kindlin-2在基因和蛋白水平的表達(dá)明顯增加，且Kindlin-2能通過Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[9]。在食管鱗狀癌細(xì)胞中，通過RNA干擾抑制Kindlin-2或轉(zhuǎn)染miR-200b可抑制黏著斑的形成，降低細(xì)胞延展和遷移的能力，這主要通過Kindlin-2-β1整合素-蛋白激酶B信號(hào)軸實(shí)現(xiàn)[36]。以上研究提示，Kindlin-2可通過活化整合素參與腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、侵襲以及黏附等，因此Kinlin-2蛋白有望成為預(yù)測(cè)惡性腫瘤的重要生物標(biāo)志物，并用于指導(dǎo)腫瘤的分期和治療。

5 展 望

Kindlin-2在整合素的活化及其介導(dǎo)的雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起重要的調(diào)節(jié)作用。Kindlin-2對(duì)于心臟和血管的形成與發(fā)展具有重要意義，并影響著腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及侵襲性和耐藥性，這均與Kindlin-2調(diào)節(jié)整合素的活化有關(guān)。但目前關(guān)于Kindlin-2影響整合素從低親和力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂H和力狀態(tài)的具體機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路尚不清楚。因此，針對(duì)Kindlin-2與整合素的作用機(jī)制進(jìn)行研究可以加深對(duì)Kindlin家族蛋白和整合素的認(rèn)識(shí)，且有助于發(fā)現(xiàn)Kindlin-2相關(guān)疾病，并為臨床上診斷和治療這些疾病提供新方向。