整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉導通路與腫瘤關系的相關研究進展

陽 蓮 洪 莉

武漢大學人民醫院婦產科，湖北武漢 430000

整合素又稱“整聯蛋白”，主要介導細胞與細胞間及細胞與細胞外基質間的黏附，同時作為基質分子受體，接受細胞外分子信號并通過信號通路轉導，影響基因的表達，從而影響細胞增殖，調控細胞周期、細胞遷移等過程[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，相關的研究結果也提示：整合素表達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的病因密切相關[2]。整合素β1 激活的信號反應主要包括黏著斑激酶（fo-cal adhesion kinase，FAK）通路、細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 介導的一條重要的信號轉導通路，參與了細胞增殖、分化、遷徙、惡變等多種細胞生物學反應，是許多疾病發生發展的重要機制，也是疾病治療的潛在靶點。本文就近年來該通路相關研究進展作一個簡要綜述。

1 整合素的結構特征

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”字形結構[4]。整合素家族共有14 種α 亞單位和8 種β 亞單位，α 亞基主要調節整合素與陽離子依賴性配體的相互結合，β 亞基則參與細胞內骨架蛋白的相互作用和胞內信號轉導及調節細胞的生物學功能[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 分布于平滑肌細胞、成纖維細胞、腫瘤細胞等多種細胞，其配體則主要為細胞外基質和多種細胞黏附分子等[6-7]。

2 整合素β1 介導的細胞信號通路

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，其主要是通過結構域構象的改變來調節細胞膜的雙向信號傳導，即“由外向內”和“由內向外”傳導[8]。當整聯蛋白的細胞外結構域同細胞外配體結合時會誘導整聯蛋白細胞內結構域的末端發生構型的變化，構型的變化反過來又會改變整聯蛋白的細胞質結構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 介導的信號轉導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，它們之間又相互關聯。

3 FAK-Ras-MAPK 通路的組成及轉導機制

FAK 是酪氨酸激酶和整合素介導的信號通路中的重要成員[10]，其N-端區可連接到整合素β1 的胞漿區，當細胞外基質（extracellular matrix，ECM）或細胞黏附分子等配基與整合素β1 胞外區結合后，可引起整合素β1 在焦點復合物聚集，通過整合素β1-talin，talin-FAK 間的相互作用導致多個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，可通過正向調節自身磷酸化位點Tyr416 和負向調節的磷酸化位點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 結合蛋白，它有兩種狀態，結合GTP 時為活化狀態，結合GDP 時為失活狀態，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，這些高度保守的結構域包含GTP 及效應因子的結合域。MAPK 是存在于細胞內的一類絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶，在所有真核細胞上都表達。目前研究認為：MAPK 信號通路由4 條平行的信號轉導通路組成。細胞外信號調節蛋白激1/2 通路、c-Jun 氨基末端激酶和/或應激活化蛋白激酶（SAPK）通路、p38 絲裂原活化蛋白激酶通路和細胞外信號調節蛋白激酶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，共同調節著細胞的生長、分化等。

當整合素β1 與其配體結合后，整合素β1 亞基的胞質端與FAK 的N2 端區結合，從而引起FAK 構象的改變，使激酶結構域處于活化狀態，同時Tyr397自身磷酸化，介導Src 與FAK 直接的相互作用。激活的FAK 取代SrcC 末端的調節性磷酸化Tyr，與SH2結合，形成Src-FAK 激酶復合物，從而使Src 激活[8,13]。Src-（FAK）激酶復合物可使Tyr789 磷酸化蛋白質酪氨酸酶α（PTPα），而Grb2 可介導Src-FAK 和PTPα的偶聯，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 激酶復合物所致的磷酸化Tyr397 相結合[15]。活化的Ras 與Raf（即MAPKKK）結合成復合物并將Raf 固定于細胞膜內側，進一步激活Raf，活化的Raf結合磷酸化并激活MAPKK，而MAPKK 進一步激活MAPK，這就構成了MAPK 通路的三級活化，激活后的MAPK 轉位至核內調節轉錄，從而調節細胞生長、增殖與分化。

4 整合素β1-FAK-Ras-MAPK 轉導通路與腫瘤

4.1 誘導上皮-間質轉化

細胞外基質被認為是限制腫瘤細胞發生遷移的第一道屏障。上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transitio，EMT）的特征是黏附性降低，遷移和侵襲增強[16]。發生EMT 的上皮細胞，若要向遠處的遷移，必須激活或分泌蛋白降解酶類來降解基質，形成局部溶解區來提供轉移通道[17]。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）幾乎能降解ECM 中的大部分蛋白結構[18]。整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉導通路誘導EMT 主要是與MMPs 的活化有關。研究表明，FAK能夠激活下游靶分子MMPs-2 和MMPs-9，誘導肝癌細胞發生遷移。正常小鼠乳腺上皮細胞的研究揭示了ERK-MAPK 在TGFβ 介導的EMT 中的作用，此外，組成型JNK/SAPK 活化促進了人乳腺上皮細胞中的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 介導的ERK-MAPK 信號通路而誘導EMT，而進一步增強了腫瘤的侵襲和轉移[20]。在胰腺癌（PC）的研究也表明，鈣網蛋白通過整合素/EGFRERK/MAPK 信號通路促進PC 細胞中表皮生長因子誘導的EMT[21]，MUC4/X 的過表達則也通過調節整合素β1/FAK/ERK 途徑增加細胞侵襲轉移以及細胞與ECM 的黏附[22]。

4.2 促進腫瘤細胞增殖，抑制腫瘤細胞凋亡

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 亦可保護細胞不發生凋亡[23]，這是因為活化的MAPK 進入細胞核后，可激活c-myc，myc 作為轉錄因子促進細胞cyclinD、SCF、E2F 等G1-S 有關基因的表達，使細胞進入G1期，而Cyclin D1 是參與細胞周期G1/S 期轉換的重要正性調節蛋白。鼻咽癌的相關實驗數據結果顯示,36 例鼻咽癌中Cyclin D1、Ki-67 陽性表達率均為80.56%，且與p-ERK 表達呈正相關，提示ERK 信號通路激活其下游基因CyclinD1 和Ki-67，Ki-67 協同Cyclin D1共同導致細胞周期紊亂，促進鼻咽癌細胞的增殖[24]。氧化二甲基查爾酮C 可抑制A375 細胞的增殖、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[25]。在大鼠成骨細胞中，不同程度激活MAPKERK1/2 信號通路后，發現成骨性基因如COLI、RUNX2和ALP 的表達水平顯著提高，且反映細胞增殖的PCNA蛋白表達明顯提高，提示成骨細胞發生增殖[26]。Holliday 結合識別蛋白（HJURP）是一種癌基因，可驅動肝細胞癌（HCC）中p21 上游的細胞周期進程，而p21的穩定性受包括涉及ERK1/2，HJURP 通過MAPK/ERK1/2 等信號傳導途徑使p21 去穩定，從而來促進HCC 細胞增殖。與正常非腫瘤組織比較，MAPK 在許多人類腫瘤，如結腸癌、食管癌、乳腺癌等腫瘤中呈持續的激活表達，抑制p38 通路的同時可加強ERK 的激活，導致凋亡延遲[27]。miR-138 過表達可抑制FAK、Src 和ERK 的磷酸化，從而降低細胞運動性，侵襲菌落和應力纖維形成[28]，CX3CL1 亦可通過激活Src/FAK途徑增強前列腺癌脊柱轉移[29]。

4.3 促進腫瘤血管生成

近年來相關研究表明，血管生成在腫瘤的生長、侵襲和轉移中發揮重要作用，而血管內皮生長因子（VEGF）是血管生成中的重要因子，當整合素分子和配體相結合后，可通過介導血管內皮細胞的遷移和黏附，從而促進新生血管成熟和穩定[30]，α5β1 在前列腺轉移癌細胞中高表達，且與血管內皮生長因子和血管內皮生長因子受體正相關，說明α5β1 整合素與腫瘤組織血管生成和轉移密切相關[31]。MAPK 通路在多種腫瘤內呈持續激活狀態，可誘導VEGF 及IL-8 等細胞因子的產生，從而促進腫瘤血管生成[32]。阻斷MAPK通路后，PANC-1 細胞VEGF 蛋白表達明顯下降，同樣也證實MAPK 通路可通過誘導VEGF 的表達，以促進腫瘤血管的生成[33]。但具體的整合素如何介導MAPK通路促進腫瘤血管生成有待進一步研究。

5 小結

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉導通路是一條與細胞生物活動密切相關的信號轉到通路。越來越多的研究提示其在許多疾病，尤其是腫瘤的相關發生發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。但有關整合素的信號轉導通路是錯綜復雜的，各種信號轉導途徑之間錯綜交錯。關于整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信號轉導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步，該通路的作用機制將會越來越明朗，其與疾病的相關性也會越來越清晰。