整合素β1對(duì)惡性腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移作用的研究進(jìn)展

程方旭，黃曉霖，馬洪

(1.貴州醫(yī)科大學(xué)，貴陽(yáng) 550000； 2.貴州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔科，貴陽(yáng) 550001)

癌癥是目前危害人類(lèi)健康的主要因素之一，癌癥所造成的死亡人數(shù)僅次于心臟病，是全球范圍內(nèi)人類(lèi)第二大死亡因素[1]，并有超過(guò)心臟病死亡率的趨勢(shì)，給社會(huì)和家庭帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。在癌癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移嚴(yán)重影響患者的預(yù)后、生命質(zhì)量以及生存率。以頭頸部鱗癌為例，頭頸部鱗癌包括口腔鱗癌，在世界范圍內(nèi)居惡性腫瘤發(fā)病率第6位[2]。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，頭頸部鱗癌的總體5年生存率并沒(méi)有得到顯著提高，且屬于生存率較低的惡性腫瘤[3]。轉(zhuǎn)移是目前公認(rèn)的大多數(shù)惡性腫瘤患者5年生存率低的主要原因[4]。腫瘤的轉(zhuǎn)移受多種因素調(diào)控，癌細(xì)胞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移瘤是在一系列復(fù)雜的細(xì)胞生物學(xué)事件完成之后形成，內(nèi)在和外在的信號(hào)途徑的失調(diào)，使得初期轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞最終產(chǎn)生危及生命的惡性腫瘤[5]。癌癥的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療是患者治療效果及預(yù)后的重要保障，作為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，整合素β1對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和凋亡存在明確的影響，對(duì)整合素的研究為惡性腫瘤的治療及預(yù)后評(píng)估提供了較為明確的方向和方法。

1 整合素的結(jié)構(gòu)和功能

整合素是一種跨膜糖蛋白受體，在多種細(xì)胞表面均有表達(dá)[6]。介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞的黏附，細(xì)胞與基質(zhì)的相互作用以及癌細(xì)胞的遷移和侵襲[7-8]。整合素由非共價(jià)結(jié)合的α和β亞基組成[9]，它們形成細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的異二聚體受體復(fù)合物，目前的研究發(fā)現(xiàn)整合素家族中存在18種α亞基和8種β亞基，通過(guò)非共價(jià)鍵形成24種異二聚體結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基具有一個(gè)大的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域，一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和一個(gè)短的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域[8]。通過(guò)直接與ECM成分結(jié)合并介導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和侵襲，整合素在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和運(yùn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)移能力方面起著主要作用[10]。整合素β1是整合素家族中最大的亞群，它是細(xì)胞與ECM間、細(xì)胞與細(xì)胞間不可缺少的黏附分子，與多種腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移及侵襲密切相關(guān)[11]。有研究證實(shí)，整合素β1廣泛參與腫瘤血管和腫瘤淋巴管的生成，同時(shí)在增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞耐藥性以及失巢凋亡抗性方面發(fā)揮明顯作用。整合素β1主要與細(xì)胞和間質(zhì)黏附有關(guān),能與基質(zhì)成分結(jié)合,高表達(dá)或活性增強(qiáng)可通過(guò)與ECM相應(yīng)配體結(jié)合,提高腫瘤細(xì)胞在ECM中的遷移力[12-13]。整合素β1還可以在短暫發(fā)作的心肌缺血中預(yù)防心肌梗死，增加心肌中的內(nèi)皮細(xì)胞增殖和小動(dòng)脈形成[14]。

2 整合素β1與惡性腫瘤的關(guān)系

對(duì)整合素β1的研究相對(duì)集中于腫瘤領(lǐng)域，其對(duì)于腫瘤細(xì)胞的遷移、侵襲、增殖、凋亡，以及腫瘤的血管淋巴管生成、耐藥性和失巢凋亡抗性均存在廣泛的作用。大量研究證實(shí)，整合素β1在腫瘤細(xì)胞中呈異常過(guò)表達(dá)，使腫瘤細(xì)胞具備更強(qiáng)的遷移和侵襲能力，另外還能通過(guò)相關(guān)細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)通路，影響多種相關(guān)基因及蛋白質(zhì)的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖、凋亡等生物學(xué)行為異常[15-23]。整合素β1的表達(dá)水平往往與腫瘤的惡性正相關(guān)，整合素β1的高水平表達(dá)通常意味著患者的預(yù)后較差，生存率較低。

2.1整合素β1促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移 癌癥轉(zhuǎn)移是涉及癌細(xì)胞從原發(fā)性病變擴(kuò)散到遠(yuǎn)端器官的過(guò)程，是癌癥致死的主要原因，腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲是癌癥轉(zhuǎn)移的重要環(huán)節(jié)。癌癥轉(zhuǎn)移目前不再被視為事件的線(xiàn)性級(jí)聯(lián)，而是一系列并發(fā)的部分重疊的過(guò)程[15]，整合素β1在癌癥轉(zhuǎn)移的復(fù)雜事件中表現(xiàn)出明確的促進(jìn)作用，有研究證明，整合素β1在磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)、核因子κB等腫瘤細(xì)胞遷移相關(guān)通路中存在作用。Li 等[16]研究表明，解整合素金屬蛋白酶17與整合素β1共同作用，可以促進(jìn)肝細(xì)胞癌細(xì)胞的遷移和侵襲，整合素β1通過(guò)激活黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)/PI3K/Akt通路增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力，解整合素金屬蛋白酶17過(guò)表達(dá)激活整合素β1，增強(qiáng)FAK和Akt磷酸化，活化解整合素金屬蛋白酶17介導(dǎo)的整合素β1激活下游FAK/PI3K/Akt通路，從而增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力。該研究發(fā)現(xiàn)，活化的整合素β1更多地在體積較大的腫瘤中高水平表達(dá)，而且高度活躍表達(dá)整合素β1的肝細(xì)胞癌病例通常比相對(duì)低水平表達(dá)整合素β1的病例表現(xiàn)出更高的腫瘤分期。Guo等[17]的研究表明，整合素β1基因敲除減弱了血小板反應(yīng)蛋白4對(duì)肝細(xì)胞癌細(xì)胞遷移和侵襲的促進(jìn)作用。在進(jìn)一步的機(jī)制研究中，蛋白印跡法分析發(fā)現(xiàn)，血小板反應(yīng)蛋白4表達(dá)下調(diào)后，F(xiàn)AK及其下游基因PI3K、Akt的磷酸化水平明顯降低。Yin等[18]在整合素β1與三陰性乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，整合素β1與腫瘤細(xì)胞惡性行為(如細(xì)胞遷移、侵襲和耐藥性)正相關(guān)。該研究發(fā)現(xiàn)，沉默整合素β1可抑制細(xì)胞遷移、侵襲并增加對(duì)抗癌藥物的敏感性。相反，整合素β1的激活增加了細(xì)胞遷移、侵襲并降低了對(duì)抗癌藥物的敏感性。整合素β1是染色質(zhì)域解旋酶DNA結(jié)合蛋白4(chromodomain helicase DNA binding protein 4,CHD4)的下游靶基因，可能被三陰性乳腺癌細(xì)胞中的CHD4轉(zhuǎn)錄調(diào)控。免疫組織化學(xué)顯示，整合素β1和CHD4的共表達(dá)與三陰性乳腺癌患者的轉(zhuǎn)移狀態(tài)、復(fù)發(fā)和生存狀態(tài)顯著相關(guān)。Ishizuka等[19]對(duì)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤的研究中，發(fā)現(xiàn)敲低神經(jīng)纖維網(wǎng)蛋白1基因后，神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中整合素β1的表達(dá)明顯增加，而敲除整合素β1的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力降低。Wang等[20]對(duì)整合素β1在頭頸部鱗癌中的關(guān)鍵作用進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)移性原發(fā)腫瘤中，整合素β1的表達(dá)明顯高于非轉(zhuǎn)移性腫瘤；在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者中，整合素β1的表達(dá)與總生存率呈負(fù)相關(guān)?？梢?jiàn)，整合素β1敲低或低表達(dá)/不表達(dá)頭頸部鱗癌細(xì)胞體內(nèi)淋巴結(jié)和肺轉(zhuǎn)移顯著減少，侵襲能力顯著降低。整合素通過(guò)與ECM中的不同配體分子結(jié)合，激活下游不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)，其機(jī)制是多種蛋白分子交互作用形成網(wǎng)絡(luò)調(diào)控發(fā)揮綜合效應(yīng)的結(jié)果。杜華等[21]的研究顯示，整合素β1可能通過(guò)激活蛋白激酶C影響細(xì)胞骨架蛋白，從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)侵襲能力。通過(guò)以上部分機(jī)制的研究，整合素β1可能通過(guò)以下途徑促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲：①增強(qiáng)FAK和Akt磷酸化，激活下游FAK/PI3K/Akt途徑；②通過(guò)與CHD4共表達(dá)影響腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲；③通過(guò)激活蛋白激酶C促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移侵襲。

2.2整合素β1對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡的影響 在正常人體內(nèi)，細(xì)胞的增殖和凋亡受到各種基因的程序性控制，保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而癌細(xì)胞則表現(xiàn)為異常增殖，其凋亡受到抑制，癌細(xì)胞的大量積累導(dǎo)致腫瘤的形成，打破體內(nèi)穩(wěn)態(tài)而導(dǎo)致癌癥，整合素β1在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮重要作用。整合素β1在維持癌細(xì)胞成活和促進(jìn)腫瘤發(fā)生中起重要作用，上調(diào)整合素β1的表達(dá)可以在體外誘導(dǎo)HT29細(xì)胞增殖，HT29細(xì)胞-整合素β1過(guò)表達(dá)組的平均腫瘤體積明顯增大，而下調(diào)整合素β1的細(xì)胞快速凋亡[22]?？梢?jiàn)，下調(diào)整合素β1表達(dá)可顯著增強(qiáng)HT29細(xì)胞的體外凋亡作用。整合素β1對(duì)HT29細(xì)胞的顯著作用提示，整合素β1可能在結(jié)直腸癌細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮重要作用。應(yīng)用整合素β1抑制劑可減少體內(nèi)腫瘤的形成，增加細(xì)胞凋亡[23]。

2.3整合素β1對(duì)血管生成或血管生成擬態(tài)的影響 腫瘤血管生成對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移灶的形成至關(guān)重要。正常機(jī)體內(nèi)，血管的生成處于正常調(diào)控狀態(tài)下，當(dāng)組織生長(zhǎng)速度大于血管形成速度時(shí)，組織缺氧刺激相關(guān)細(xì)胞因子分泌，介導(dǎo)血管生成過(guò)程，而腫瘤細(xì)胞的增殖速度遠(yuǎn)大于血管生成速度，腫瘤瘤體中央組織缺氧持續(xù)分泌促血管生成因子，促進(jìn)腫瘤瘤體繼續(xù)生長(zhǎng)，并為腫瘤的轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件。侵襲性生長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞可以通過(guò)一種被稱(chēng)為血管生成擬態(tài)的過(guò)程形成血管狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在血管內(nèi)皮細(xì)胞不參與的情況下形成，是腫瘤細(xì)胞獲得充足血液供應(yīng)和營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)替代通道[24]。癌細(xì)胞形成的血管生成擬態(tài)在腫瘤進(jìn)展中起關(guān)鍵作用，Kawahara等[25]的研究通過(guò)對(duì)人纖維肉瘤、乳腺癌以及惡性黑色素瘤細(xì)胞整合素β1基因的敲除，發(fā)現(xiàn)血管生成擬態(tài)的網(wǎng)絡(luò)形成均受到抑制，該表型在人纖維肉瘤細(xì)胞系中可維持24 h，證明了整合素β1對(duì)于人纖維肉瘤細(xì)胞系中類(lèi)似血管生成擬態(tài)的網(wǎng)絡(luò)形成是必需的，進(jìn)一步揭示了整合素β1對(duì)于各種癌細(xì)胞系中類(lèi)似于血管生成擬態(tài)的網(wǎng)絡(luò)形成至關(guān)重要。整合素β1與α5二聚化形成整合素α5β1，整合素α5是唯一的促血管生成因子[26-27]，整合素α5β1與TEK受體酪氨酸激酶直接相互作用，并且通過(guò)這種相互作用調(diào)節(jié)血管生成素-1依賴(lài)性的血管生成[28]。另有研究發(fā)現(xiàn)，整合素α9β1直接與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-A121結(jié)合，整合素α9β1的阻斷特異性抑制了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-A121誘導(dǎo)的血管生成[29]。

2.4整合素β1對(duì)淋巴管生成的影響 除了腫瘤血管生成，腫瘤淋巴管生成也是腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。整合素β1對(duì)于形成許多已知的整合素異二聚體必不可少，這些異二聚體參與淋巴管生成，包括α5β1、αvβ1、α9β1、α1β1、α2β1和α4β1[30]。Kumaravel等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，整合素β1在淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的侵襲中起關(guān)鍵作用，通過(guò)干擾小RNA對(duì)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行整合素β1的敲低處理，顯著降低了研究建立的模型中淋巴管的出芽率；同時(shí)，他們?cè)u(píng)估了整合素β1敲低對(duì)其他淋巴管生成調(diào)控因子的影響，發(fā)現(xiàn)整合素β1基因顯著降低了血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體3和磷酸化的胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶水平，表明在整合素β1基因缺失的情況下，關(guān)鍵的淋巴管生成途徑受到顯著影響。這些結(jié)果均表明，整合素β1基因在包含膠原蛋白、纖維連接蛋白和其他前淋巴管生成因子的3D模型的淋巴管出芽過(guò)程中發(fā)揮重要作用，并改變了促進(jìn)淋巴管生成的信號(hào)機(jī)制。Garmy-Susini等[32]通過(guò)體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，整合素α4β1在體外促進(jìn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞遷移、出芽和血管形成，以及在體內(nèi)促進(jìn)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的淋巴管生成和成活，這些結(jié)果強(qiáng)烈表明整合素α4β1促進(jìn)了腫瘤誘導(dǎo)的淋巴管生成，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)顯示淋巴內(nèi)皮細(xì)胞整合素α4β1通過(guò)促進(jìn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞遷移和體內(nèi)成活，在腫瘤淋巴管生成和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2.5整合素β1對(duì)腫瘤細(xì)胞抗性的影響 整合素β1對(duì)腫瘤細(xì)胞抗性的影響體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，分別是耐藥性以及腫瘤細(xì)胞的失巢凋亡抗性。在腫瘤的治療中，腫瘤細(xì)胞耐藥性成為影響腫瘤化療效果的關(guān)鍵因素之一，而目前的研究證實(shí)，整合素β1可通過(guò)多種途徑對(duì)腫瘤細(xì)胞耐藥性產(chǎn)生影響。Tian等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，與單層細(xì)胞相比，在肝細(xì)胞癌的多細(xì)胞球體中，由5-氟尿嘧啶和順鉑介導(dǎo)的增殖抑制和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用消失，而在多細(xì)胞球體中檢測(cè)到高水平的整合素β1，通過(guò)整合素β1抑制性抗體的作用，可以抑制多細(xì)胞球體的形成，并顯著增強(qiáng)增殖抑制和凋亡誘導(dǎo)。Brannon等[34]的研究發(fā)現(xiàn)，促分裂原活化的蛋白激酶激酶與整合素β1共同作用可躲避胰腺癌突變基因Kras的抑制劑曲美替尼的凋亡誘導(dǎo)作用，從而產(chǎn)生曲美替尼耐藥。細(xì)胞失巢凋亡是指細(xì)胞在脫離ECM懸浮于體液中發(fā)生的程序性細(xì)胞死亡，而癌細(xì)胞則存在失巢凋亡抗性，這種特性決定了癌細(xì)胞在遠(yuǎn)距離血液或淋巴轉(zhuǎn)移過(guò)程中能夠成活并產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)移灶，Guha等[35]的研究報(bào)道了具有高轉(zhuǎn)移性的結(jié)腸癌細(xì)胞的失巢凋亡抗性較正常的腸上皮細(xì)胞更高，這些癌細(xì)胞在非貼壁生長(zhǎng)狀態(tài)下高水平表達(dá)整合素α2、整合素β1，并激活表皮生長(zhǎng)因子受體。

3 小 結(jié)

整合素作為一類(lèi)廣泛存在于脊椎動(dòng)物細(xì)胞表面的細(xì)胞黏附分子，廣泛參與了細(xì)胞的增殖、分化、遷移、惡變等細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)[36]。整合素β1作為整合素家族中最大的亞群，與多種腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲、血管淋巴管形成以及抗性密切相關(guān)[37]，而整合素β1抑制劑的應(yīng)用可明顯減弱相關(guān)腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為，縮小腫瘤體積。整合素β1與惡性腫瘤相關(guān)的研究為探索癌癥發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在條件提供了新的方向和思路，但是其相關(guān)分子機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，依然需要大量的研究來(lái)探索和證實(shí)。相信隨著相關(guān)研究的深入，整合素β1在惡性腫瘤中的作用機(jī)制會(huì)越來(lái)越清晰，從而為惡性腫瘤的診斷和治療提供更加有力的依據(jù)。