Kindlin-2與整合素在機體中的研究進展

吳校林,周 青

(襄陽市中心醫院 湖北文理學院附屬醫院心血管內科,湖北 襄陽 441000)

Kindlin家族是一類黏著斑蛋白，也是細胞骨架蛋白。目前該家族已經鑒定出3個成員，分別是Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3，這3個成員的分子結構相似，具有較高的保守性和同源性[1-2]。Kindlin-2在除造血細胞外的所有細胞中均有分布，在內皮細胞、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胞和心肌細胞中表達和分布的Kindlin家族成員[3]。Kinldin-2能與細胞中的整合素、整合素連接激酶(integrin-linked kinase,ILK)、踝蛋白、migfilin及樁蛋白等結合，影響細胞的增殖、黏附、遷移、分化以及參與整合素的活化等[1-4]。研究發現，Kindlin-2與心血管疾病、胚胎形成、腫瘤侵襲以及免疫系統功能密切相關，Kindlin-2基因敲除小鼠和斑馬魚具有胚胎致死性，并導致血管發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增加，而Kindlin-2能夠影響腫瘤細胞的侵襲力和耐藥性[5-9]。現就Kindlin-2和整合素的結構、生理功能以及與疾病的相關性進行綜述。

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應的基因，其中Kindlin-1對應的基因是FERMT1，位于第20號染色體12.3；Kindlin-2是FERMT2，位于第14號染色體22.1；Kindlin-3是FERMT3，位于第11號染色體13.1[11]。這3種人類Kindlin基因的表達和分布具有顯著的組織和細胞特異性。Kindlin-1主要在上皮細胞表達，缺乏Kindlin-1會導致腸道和皮膚疾病[12-14]。Kindlin-2的表達和分布非常廣泛，分布于除造血細胞外的所有細胞[3,15]。Kindlin-1和Kindlin-2蛋白主要定位在黏著斑中[12]。Kindlin-3主要在造血系統細胞中表達，如胸腺、骨髓以及脾臟，內皮細胞中也有Kindlin-3的表達，其主要定位于造血細胞的胞足體[3]。

Kindlin家族含有一個典型的FERM結構域(four-point-one，ezrin，radixin，moesin)。FERM結構域由F1、F2、F3三個亞結構域組成，而在Kindlin的核心序列前常有一個F0亞結構域[1-3,16]。F3亞結構含有一個磷酸化酪氨酸結合域(phosphotyrosine-binding domain，PTB)，可與整合素β亞基胞內段含酪氨酸的NxxY或NPxY序列結合，調節Kindlin蛋白的磷酸化和功能[16-17]。Kindlin的FERM結構域位于C端，而在踝蛋白等其他具有FERM結構域的蛋白中，FERM結構域位于N端[18-19]。F2亞結構域中還插入了一個PH(pleckstrin-homology)結構域，其具有磷脂酰肌醇結合位點，參與信號轉導通路的調節。因此，Kindlin蛋白結構不僅保留了FERM結構域的完整性，還增加了PH結構域的功能[16-18]。

2 Kindlin-2在細胞中的作用

2.1Kindlin-2在細胞-細胞連接中的作用 研究發現，Kindlin-2與上皮鈣黏素共定位于角化細胞的頂部和側面，并能結合β聯蛋白、γ聯蛋白以及肌動蛋白，穩定上皮鈣黏素與肌動蛋白復合體[13-14]。此外，在心臟和結腸的黏著斑中也發現了Kindlin-2[5,14]。在Kindlin-2+/-雜合子小鼠主動脈內皮細胞中，Kindlin-2與β聯蛋白、γ聯蛋白、肌動蛋白黏著連接組成的鈣黏素復合體存在共定位，使用凝血酶刺激臍靜脈內皮細胞后，Kindlin-2和肌動蛋白從穩定的黏著連接中分離并重新分布，導致黏著連接不穩定，而Kindlin-2與鈣黏素復合體結合后能夠穩定黏著連接，維持血管的通透性[7]。以上研究證明，Kindlin-2可維持細胞-細胞連接和細胞骨架結構。

2.2Kindlin-2在細胞-細胞外基質黏附和細胞遷移中的作用 Tu等[20]研究發現，人Kindlin-2蛋白定位于細胞-細胞外基質黏附位點，可直接與黏著斑蛋白整合素連接激酶以及migfilin結合。Kindlin-2或migfilin表達的下調會抑制細胞延展，同時migfilin與細絲蛋白和舒血管物質刺激磷蛋白結合，成為肌動蛋白細胞骨架與細胞-基質黏附復合體之間的重要連接[21-22]。在不表達Kindlin-2的結腸癌細胞中，表達Kindlin-2蛋白能增強癌細胞與細胞外基質的黏附，促進黏著斑形成，降低細胞的遷移力[21]。研究發現，Kindlin-2 F2亞結構域上的氨基酸序列與整合素連接激酶結合可調節黏著斑聚集，影響整合素介導的細胞黏附[22]。Kindlin-2的PH結構域和F0亞結構域與樁蛋白結合后可激活Rac1誘導的細胞膜前突促進細胞黏附[23]。Kindlin-2與踝蛋白結合可激活整合素誘導小鼠成纖維細胞在纖連蛋白上的黏附，且Kindlin-2能與樁蛋白結合形成復合體，促進黏著斑激酶介導的細胞遷移，缺乏Kindlin-2的成纖維細胞黏附纖連蛋白的能力顯著下降[24-25]。通過RNA干擾技術下調Kindlin-2的表達能夠抑制大鼠血管平滑肌細胞的黏附和遷移能力[26]。

2.3Kindlin-2在細胞核中的作用 Kindlin-2蛋白主要定位于細胞黏著斑，有少部分定位于細胞核。組織學研究發現，Kindlin-2在人類平滑肌細胞和角化細胞中存在核定位[12]。Kindlin-2是與細胞周期相關的有絲分裂誘導基因，可以調控細胞增殖和分化[4,10]，因此Kindlin-2可以介導與細胞核相關的功能。與Kindlin-2相互作用的蛋白migfilin和踝蛋白也定位于細胞核，并參與細胞信號的轉錄調控[21,27]。Kindlin-2基因RNA干擾還可通過Wnt/β聯蛋白信號通路抑制大鼠血管平滑肌細胞增殖[26]。以上研究提示，Kindlin-2在細胞核內發揮信號調節的作用。

3 Kindlin-2與整合素的關系

3.1整合素的結構功能及活化 整合素是各種細胞中常見的一類跨膜受體，是連接細胞外基質環境和細胞內信號轉導的重要紐帶，主要通過雙向的信號轉導介導細胞與細胞外基質的黏附、遷移以及分化等細胞事件，參與許多關鍵的生理過程，包括胚胎形成、血管生成、神經軸突生長、止血及維持機體內器官的完整等[28]。哺乳動物的整合素包括18個α亞基和8個β亞基，可形成24個不同的異二聚體，并且整合素的表達具有一定的細胞特異性，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合體，介導細胞結構的變化和信號轉導功能。整合素與肌動蛋白、踝蛋白、Vinculin等蛋白形成復合體，通過黏著斑激酶、整合素連接激酶調節對細胞外基質的親和力以及細胞內肌動蛋白的收縮，影響細胞骨架蛋白的結構，進而調節細胞的遷移和黏附等。研究表明，大部分整合素募集的蛋白是特定的，這些蛋白大多是細胞的骨架結構蛋白，如踝蛋白、vinculin、Kindlin以及舒血管物質刺激磷蛋白，部分蛋白結合的整合素也相對固定[15,28]。

蛋白組學的發展讓人們對整合素的作用機制有了更進一步的認識。在血小板和白細胞這些非黏附細胞中，整合素主要以彎曲構象存在，使細胞表面的配體結合位點封閉并遠離結合部位，這個結構主要由α和β亞基胞內段靠近細胞膜區域形成的共價連接維持[28]。整合素的信號轉導具有雙向性，可以激活內向外信號和外向內信號。當激動劑與相關配體結合后引起細胞內信號分子與整合素胞內段相互作用時，產生內向外信號，導致整合素活化，整合素從對細胞外基質、可溶性蛋白等配體的低親和力狀態轉變為高親和力狀態，使整合素受體與配體的結合能力增強，Kindlin家族蛋白主要在這個過程中發揮重要作用；整合素活化后，細胞外的配體與整合素的胞外段緊密結合并產生外向內信號，引起細胞骨架結構重組，構象改變，細胞形成偽足、黏著斑等結構，從而發揮重要的生理作用[28-29]。

3.2Kindlin-2調節整合素的活化 Kindlin家族蛋白在結構上能夠與整合素β亞基的胞內段結合，調節整合素的雙向信號轉導和生理功能，Kindlin-2能與β1、β2、β3整合素的胞內段結合[1-3]。研究發現，Kindlin-2 F3亞結構域中的NxxY或NPxY序列是與整合素結合的主要位點[17,20]。Kindlin-2缺乏或功能失調時會嚴重影響整合素的活化和機體的生理功能。缺乏Kindlin-2蛋白的胚胎干細胞會導致β1整合素不能活化，進而導致圍生期胚泡被破壞[15]。Shi等[21]在表達有整合素αⅡbβ3的中國倉鼠卵巢細胞中觀察到，過表達Kindlin-2能活化整合素，因為過表達的Kindlin-2與整合素β3亞單位胞內段結合后增強了整合素αⅡbβ3的活性。進一步研究發現，Kindlin-2磷酸化酪氨酸結合域中的色氨酸和谷氨酰胺是Kindlin-2發揮關鍵作用的氨基酸，這兩個氨基酸被丙氨酸替代后，導致Kindlin-2不能與整合素β3亞單位胞內段結合，從而使整合素αⅡbβ3不能活化[18,22]。在人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)中抑制Kindlin-2的表達后，HUVEC在纖維蛋白原、玻連蛋白上的黏附顯著減少，并抑制血管內皮生長因子誘導的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]。小鼠內皮細胞和C2C12成肌細胞中Kindlin-2水平的下降可破壞肌動蛋白細胞的骨架結構，主要由于Kindlin-2中的F0亞結構域與肌動蛋白結合影響整合素外向內信號所致[24]，且Kindlin-2的C端區域也影響整合素的激活[30]。以上研究證實，Kindlin-2可與整合素胞內段結合并使其活化，進而影響細胞的一系列生理功能。

4 Kindlin-2調節整合素影響相關疾病

4.1Kindlin-2與整合素在心血管系統中的作用 Kindlin-2基因敲除小鼠心臟發育會出現嚴重異常，并具有胚胎致死性，且胚胎干細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[5,15]。Dowling等[5]通過RNA干擾技術抑制斑馬魚的Kindlin-2基因后，斑馬魚的活動能力出現下降、體型發育明顯異常、心室發育不全、心包出現水腫、心肌細胞肌間盤紊亂引起心室收縮功能降低。進一步研究發現，Kindlin-2基因敲除的雜合子斑馬魚和小鼠新生血管數量減少，形成的血管缺乏中膜血管平滑肌細胞，且血管基膜的厚度變薄，血管通透性明顯增加，提示血管發育不成熟，這可能與Kindlin-2基因缺陷導致整合素αVβ3的活化受阻，進而影響血管的形成和發展有關[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脈后，可顯著抑制1個月后的頸動脈內膜增生，Wnt/β聯蛋白信號通路在其中起重要作用[26]。在小鼠心臟發育早期敲除Kindlin-2基因具有胚胎致死性，而在妊娠晚期或成熟的心肌細胞中敲除Kindlin-2基因會導致心力衰竭和過早死亡，這與心臟擴大和心肌廣泛纖維化有關，心臟中β1整合素蛋白的表達也顯著下降[31]。與Kindlin-1基因突變引起Kindler綜合征[32]和Kindlin-3基因突變引起白細胞黏附缺陷癥Ⅲ型[33]不同，目前還沒有發現因Kindlin-2基因缺失或突變導致的特定人類遺傳性疾病，考慮與Kindlin-2在機體中分布廣泛和基因功能缺失性突變導致的胚胎死亡有關。Kindlin-2基因非致死性突變可能會引起某種具有遺傳性質的心肌病，如擴張型心肌病、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 目前發現，Kindlin-2在多種腫瘤中表達失調，如前列腺癌、乳腺癌、結腸癌、胰腺癌、食管鱗狀細胞癌、胃癌、膀胱癌以及急性髓性白血病等[8]。Kindlin-2通過調節癌細胞的存活、增殖、遷移、黏附、侵襲等影響腫瘤的進展和轉移。在前列腺癌中，Kindlin-2高表達的細胞系對順鉑的耐受性高，而敲除Kindlin-2基因的細胞系對順鉑的敏感性增強[34-35]。在前列腺癌細胞系中，下調Kindlin-2的表達可顯著增強前列腺癌細胞對多西紫杉醇誘導的細胞凋亡和細胞死亡的敏感性[34]。通過miR-138特異性靶向抑制前列腺癌細胞系中的Kindlin-2，可導致Kindlin-2/β1整合素途徑失調，提示miR-138/Kindlin-2/β1整合素信號轉導軸對調節化療藥物的敏感性至關重要[34]。Kindlin-2可通過激活核因子κB(nuclear factor kappa beta,NF-κB)促進前列腺癌細胞存活[35]。NF-κB能介導基質金屬蛋白酶的表達和活性上調，前列腺癌細胞的侵襲能力也被激活[35]。在乳腺癌中，Kindlin-2可影響癌細胞的侵襲性和遷移性，其可能通過Kindlin-2/轉化生長因子-β/生長因子集落刺激因子-1信號軸發揮作用[8]。在肝癌組織中，Kindlin-2在基因和蛋白水平的表達明顯增加，且Kindlin-2能通過Wnt/β聯蛋白信號通路促進肝癌細胞的侵襲和轉移[9]。在食管鱗狀癌細胞中，通過RNA干擾抑制Kindlin-2或轉染miR-200b可抑制黏著斑的形成，降低細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信號軸實現[36]。以上研究提示，Kindlin-2可通過活化整合素參與腫瘤細胞的增殖、分化、侵襲以及黏附等，因此Kinlin-2蛋白有望成為預測惡性腫瘤的重要生物標志物，并用于指導腫瘤的分期和治療。

5 展 望

Kindlin-2在整合素的活化及其介導的雙向信號轉導過程中起重要的調節作用。Kindlin-2對于心臟和血管的形成與發展具有重要意義，并影響著腫瘤的發生發展以及侵襲性和耐藥性，這均與Kindlin-2調節整合素的活化有關。但目前關于Kindlin-2影響整合素從低親和力狀態轉變為高親和力狀態的具體機制和信號轉導通路尚不清楚。因此，針對Kindlin-2與整合素的作用機制進行研究可以加深對Kindlin家族蛋白和整合素的認識，且有助于發現Kindlin-2相關疾病，并為臨床上診斷和治療這些疾病提供新方向。