Talin2與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移關(guān)系的研究進(jìn)展*

董奕裕， 黃曉文， 劉慶憲

浙江省榮軍醫(yī)院 1檢驗科, 3神經(jīng)內(nèi)科/老年醫(yī)學(xué)科(浙江嘉興 314000)； 2武警海警總隊醫(yī)院檢驗科(浙江嘉興 314000)

惡性腫瘤的發(fā)病率、病死率逐年攀升，已位居各類死因的第1位，這嚴(yán)重危害人類的健康。腫瘤患者死亡的主要原因是腫瘤細(xì)胞的局部浸潤、侵襲和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，其侵襲力通過基因突變、改變其細(xì)胞生物物理和生物力學(xué)特征來適應(yīng)周圍的微環(huán)境，從而得以實現(xiàn)。作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)在腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移、影響宿主和腫瘤細(xì)胞行為、介導(dǎo)細(xì)胞微環(huán)境等過程中發(fā)揮重要作用[1]，惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移過程涉及細(xì)胞-細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[2]、細(xì)胞-基質(zhì)間的黏附、ECM與基底膜(basement membrane,BM)的降解使腫瘤細(xì)胞穿透組織屏障、逃避宿主免疫系統(tǒng)監(jiān)視等復(fù)雜過程。ECM包含腫瘤生長依賴的許多生長因子、細(xì)胞因子、抑制劑等為組織的構(gòu)建提供機(jī)械支持，同時影響腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、分化、侵襲和增殖等。而Talin作為ECM-整合素-細(xì)胞骨架間相互作用的關(guān)鍵分子，對腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移起著至關(guān)重要的作用。

1 Talin的基本結(jié)構(gòu)與功能

Talin是一種大黏著斑蛋白，通過與ECM、細(xì)胞膜整合相連，將細(xì)胞內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與ECM聯(lián)系起來。這是一種可以在機(jī)械受力解折疊時暴露新識別位點的分子，它可以結(jié)合、募集并參與機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)胞骨架蛋白。Talin蛋白的大小約為270 kD，由N-末端頭部結(jié)構(gòu)域和C-末端棒狀結(jié)構(gòu)域組成；頭部結(jié)構(gòu)域包含非典型FERM結(jié)構(gòu)域(由F0、F1、F2和F3亞結(jié)構(gòu)域組成)，負(fù)責(zé)與β-整合素尾部的相互作用。最近的結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究表明，Talin殘基結(jié)構(gòu)包含9個α-螺旋，它們組織成一個獨(dú)特的折疊，并且有2個不同的區(qū)域與紐蛋白(vinculin,VCL)和F-肌動蛋白結(jié)合[3]，Talin頭部域通過與β-整合素尾部的近膜區(qū)域相互作用直接阻斷了α整合素的跨膜和細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域與β-整合素的結(jié)合[4]，并誘導(dǎo)整合素胞外結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化，激活整合素[5]。Mark Ginsberg實驗室證明了Talin與β-整合素細(xì)胞質(zhì)尾部結(jié)合是“由內(nèi)向外”整合素激活的一個常見步驟[6]。此外，Talin通過與紐蛋白、局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)和肌動蛋白結(jié)合將“由外向內(nèi)”整合素信號傳遞到細(xì)胞中，發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)器作用。在脊椎動物中有2個Talin基因TLN1和TLN2，編碼Talin1和Talin2，兩者有74%的同源性。

2 Talin2調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附到ECM的功能

細(xì)胞黏附分子在腫瘤上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上的表達(dá)是一種高度調(diào)節(jié)的動態(tài)過程，需要生長因子、細(xì)胞因子和趨化因子的存在。它高度依賴于ECM的組成，腫瘤上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞脫離ECM后，能夠避免失活而獲得生存，從而有助于轉(zhuǎn)移，細(xì)胞的轉(zhuǎn)移依賴于細(xì)胞的黏附與細(xì)胞骨架。ECM可以控制細(xì)胞轉(zhuǎn)移的速度與方向，可通過微環(huán)境的由外向內(nèi)信號對細(xì)胞轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且細(xì)胞的形態(tài)特性和細(xì)胞內(nèi)動力學(xué)則通過信號反饋給ECM[7]，對其微體系結(jié)構(gòu)的分析表明，惡性細(xì)胞侵襲伴隨著包括基質(zhì)排列和蛋白水解等廣泛的ECM過度生成和異常重塑[8]。幾乎所有類型的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)由整合素介導(dǎo)的黏附到ECM，Talin是整合素黏附復(fù)合體的核心成分，是連接整合素與細(xì)胞骨架，是細(xì)胞通過整合素附著在ECM上維持動物的發(fā)育和組織的必需物質(zhì)[9]。Talin通過結(jié)合β-整合素尾部來激活整合素，調(diào)節(jié)整合素對其ECM配體的改變黏附力外，還可以控制轉(zhuǎn)移細(xì)胞的極性和募集黏附復(fù)合體來裝配ECM，在調(diào)控腫瘤轉(zhuǎn)移、生長、分化和凋亡等事件方面發(fā)揮重要的作用[10]。Talin2與β-整合素尾部的相互作用比Talin1強(qiáng)，它與侵襲性蛋白共存，調(diào)節(jié)牽引力的產(chǎn)生和侵襲性蛋白介導(dǎo)的基質(zhì)降解，Talin2與β-整合素尾部的結(jié)合對于腫瘤細(xì)胞侵襲是必不可少的[11]，當(dāng)Talin2缺失時抑制整合素介導(dǎo)的TK1細(xì)胞的細(xì)胞黏附作用。

3 Talin2調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞黏著動力學(xué)

Talin在機(jī)械力的刺激下發(fā)生可塑性的構(gòu)象變化，組織的機(jī)械剛性驅(qū)動是細(xì)胞功能和腫瘤發(fā)展的主要過程，細(xì)胞的收縮和黏附通過分子探測機(jī)制來進(jìn)行。它由ECM、整合素、銜接蛋白和產(chǎn)生力的肌動球蛋白細(xì)胞骨架之間的動態(tài)分子鍵組成，形成一個通常稱為“分子離合器”[12]的機(jī)械連接。Talin與細(xì)胞負(fù)載的關(guān)鍵組分結(jié)合成機(jī)械力裝置，它已作為一種機(jī)械敏感度分子進(jìn)行研究，只有當(dāng)Talin經(jīng)歷機(jī)械力時才招募紐蛋白，并且僅當(dāng)Talin成功結(jié)合整合素并與肌動蛋白偶聯(lián)時才施加力，如果不滿足這些條件，那么新生粘連由于沒有經(jīng)受足夠的力來招募紐蛋白而被拆解，Talin2介導(dǎo)的牽引力生成可能與Talin2在大的局灶黏附形成中的作用有關(guān)。最新的研究表明，Talin對于牽引力的產(chǎn)生、細(xì)胞侵入和心血管完整性是必不可少的，且Talin2與Talin1有所不同，Talin1與非肌肉肌動蛋白的結(jié)合比Talin2強(qiáng)，而Talin2與肌肉肌動蛋白的親和力比Talin1高[13]，Talin2在心臟和骨骼肌中高水平表達(dá)，對整合素β1和肌動蛋白的高親和力可能有助于形成更具彈性的黏附連接。此外，基于谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST)的“推-拉”模型分析，發(fā)現(xiàn)Talin2對不同β-整合素的親和力高于Talin1[10]。

4 Talin2調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、侵襲

轉(zhuǎn)移是腫瘤EMC和腫瘤細(xì)胞骨架相互作用的復(fù)雜過程，ECM通過整合素連接到細(xì)胞-ECM黏附部位的細(xì)胞黏附體，并通過整合素連接到肌動蛋白細(xì)胞骨架和各種下游信號通路，使細(xì)胞能夠以協(xié)調(diào)的方式對外部刺激作出反應(yīng)，Talin2是一種大的二聚細(xì)胞骨架蛋白，其功能是調(diào)節(jié)整合素對EMC配體的親和力，在細(xì)胞黏附、轉(zhuǎn)移、增殖和分化中起著決定作用，對腫瘤細(xì)胞的侵襲、血管內(nèi)和肺轉(zhuǎn)移是必不可少的，因為它能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞通過基質(zhì)的侵襲[14], 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞突起的形成、運(yùn)動、血管內(nèi)滲入，導(dǎo)致肺轉(zhuǎn)移增強(qiáng)，Talin1和Talin2水平與人肝癌的致瘤性有關(guān)，細(xì)胞周期分布、失活、轉(zhuǎn)移和侵襲以及體內(nèi)腫瘤形成抑制的變化與Talin1和Talin2的下調(diào)有關(guān)，而不僅僅與Talin1有關(guān)[15]，Talin2在病灶或纖維黏附部位、在整個細(xì)胞內(nèi)形成彌漫性聚集物，這些聚集物超時凝聚形成更大的復(fù)合物[16]。在大多數(shù)情況下，只有Talin2在細(xì)胞中心的纖維粘連處被發(fā)現(xiàn)[17]。這種將Talin2定位在纖維連接蛋白分泌和聚集的部位，也有利于侵襲性蛋白的形成[13]，與整合素連接一樣，Talin2中的肌動蛋白結(jié)合位點比Talin1中的等效區(qū)域更緊密，這對于產(chǎn)生牽引力、侵入性基質(zhì)降解是必不可少的。Talin2在乳腺腫瘤細(xì)胞與正常鄰近組織相比中，乳腺癌組織中的表達(dá)更高。細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移分析實驗表明，在shRNA介導(dǎo)的Talin2基因敲除后，2個MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞系中Talin2的缺失導(dǎo)致了細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的抑制[18]；Talin2的上調(diào)也與乳腺癌的腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移有關(guān)[19-20]，導(dǎo)致更具攻擊性的細(xì)胞侵襲。最近的研究表明Talin2基因敲除在肝細(xì)胞腫瘤細(xì)胞和乳腺腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中起作用[15,21]，另外，敲除Talin2能顯著抑制SKBR3細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，使Talin2沉默也能降低了細(xì)胞的侵襲能力[22]。

5 Talin2與腫瘤細(xì)胞的凋亡關(guān)系

細(xì)胞凋亡，即程序性細(xì)胞死亡。細(xì)胞凋亡可通過半胱天冬酶(Caspase)的蛋白酶家族介導(dǎo)的外源性或內(nèi)源性途徑觸發(fā)；兩種凋亡途徑融合激活效應(yīng)器是Caspase-3，激活導(dǎo)致細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和生化改變等細(xì)胞凋亡特征[23]，最終使細(xì)胞凋亡。實際上，腫瘤是一種發(fā)生在細(xì)胞增殖和凋亡過程不平衡狀態(tài)的疾病。突變導(dǎo)致凋亡異常，有利于腫瘤細(xì)胞的過度增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，腫瘤細(xì)胞在沒有黏附ECM(抗失巢凋亡)的情況下存活的能力使它們能夠發(fā)展錨定獨(dú)立性，從原發(fā)腫瘤傳播，侵入遠(yuǎn)處部位并建立轉(zhuǎn)移性病變。最近研究顯示，用Hoechst染色法檢測Talin2敲除后MDA-MB-231細(xì)胞的形態(tài)學(xué)變化，細(xì)胞核變得凝集，大小變小，染色質(zhì)部分縮聚成小球形或新月形，表明細(xì)胞發(fā)生凋亡，同時采用Annexin FITC和PI雙標(biāo)記FACS法檢測細(xì)胞凋亡率；Talin2基因敲除顯著抑制乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移能力和侵襲性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。通過特異度RNA干擾敲除Talin2顯著抑制細(xì)胞生長，并導(dǎo)致凋亡標(biāo)志物的下調(diào)、裂解Caspase-3和聚ADP-核糖聚合酶的磷酸化[21]。Talin2水平升高可能抑制細(xì)胞死亡并增加轉(zhuǎn)移[24]。

6 展望

腫瘤微環(huán)境主要包括ECM、各種調(diào)節(jié)腫瘤性質(zhì)的生長因子和細(xì)胞因子[25]等對腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移起著不可或缺的作用。Talin是ECM、整合素和細(xì)胞骨架[26]中的關(guān)鍵分子，在脊椎動物中這兩種不同表達(dá)的基因編碼緊密相關(guān)。雖然已經(jīng)證實Talin1在腫瘤細(xì)胞黏附和轉(zhuǎn)移中起著重要作用，但關(guān)于Talin2的作用知之甚少[20]，對這些參與者和信號通路的認(rèn)識才剛剛開始，它們的功能仍有待探索，目前已知Talin2基因敲除后能顯著抑制MDA-MB-231細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移能力和侵襲性、促進(jìn)細(xì)胞凋亡，而這正是腫瘤致命轉(zhuǎn)移中發(fā)展各階段基于多種細(xì)胞和分子機(jī)制的基礎(chǔ)，凋亡途徑的缺陷是如何促進(jìn)腫瘤的發(fā)展和耐藥性的，以及細(xì)胞凋亡如何作為腫瘤靶向治療的媒介等問題需進(jìn)一步深入研究。高通量的定量基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)方法、結(jié)合適當(dāng)?shù)挠嬎隳芰Φ刃录夹g(shù)的不斷開發(fā)、對不斷增加的代謝參數(shù)進(jìn)行新的高敏感度和定量測量無疑是解開這些復(fù)雜過程的先決條件之一，最后改進(jìn)動物模型來研究這些機(jī)制，Talin2有望成為腫瘤的潛在治療靶點。