整合素在纖維化疾病中作用的研究進展

周義霞，李武

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院感染與肝病科，昆明650032)

纖維化是指在各種損傷因素如慢性感染、藥物、毒物、放射線等作用下，組織發(fā)生慢性炎癥或損傷，引起組織內(nèi)纖維結(jié)締組織增多，實質(zhì)細胞減少，最終導(dǎo)致器官組織結(jié)構(gòu)改變和功能障礙的疾病。纖維化可發(fā)生于幾乎所有的組織器官，主要是肝臟、肺臟、腎臟、心臟、胰腺等。纖維化疾病早期不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)時大多已進展至器官硬化，并發(fā)癥也隨之而來，嚴重影響患者的生活質(zhì)量，最終危及患者生命。目前，纖維化疾病的治療選擇非常有限，器官移植是治療終末期纖維化疾病的唯一有效方法［1］。但由于供體器官有限，且價格昂貴，因此并不普及，目前迫切需要尋找有效的抗纖維化治療方法。

整合素是一類細胞黏附因子，在人體組織和細胞中分布廣泛，其作為細胞表面受體與不同配體結(jié)合，參與細胞與細胞間以及細胞與細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)間的黏附、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。整合素與多種疾病密切相關(guān)，在血栓性疾病中，抗血栓藥阿昔單抗、替羅非班等整合素阻斷藥，通過與整合素αⅡbβ3受體結(jié)合，抑制血小板聚集，從而發(fā)揮抗血栓的效果［2］。目前，許多潛在的抗纖維化靶點正在積極研究中，包括各種信號分子、生長因子和介導(dǎo)自分泌或旁分泌激活的促纖維化因子。整合素家族作為慢性炎癥和纖維化的關(guān)鍵調(diào)控因子備受關(guān)注，許多整合素抗體及抑制劑正在積極研發(fā)中，有望成為新的靶向抗纖維化的治療方法，給臨床纖維化疾病的治療帶來新的希望。現(xiàn)就整合素在纖維化疾病中的作用及相關(guān)機制予以綜述。

1 整合素概述

整合素是一大類細胞表面受體家族，是由α 亞基和β 亞基結(jié)合形成的異二聚體跨膜糖蛋白。在哺乳動物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)18 種α 和8 種β 亞基，這些亞基非共價鍵結(jié)合形成至少24 種不同的整合素，由各類細胞差異表達并識別多種配體，介導(dǎo)細胞內(nèi)與細胞外基質(zhì)以及相鄰細胞間的信息傳遞［3］。整合素由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)三部分組成，胞外N 端結(jié)構(gòu)域與特異性配體結(jié)合，胞內(nèi)區(qū)通過α 輔肌動蛋白、踝蛋白以及黏著斑蛋白與細胞骨架蛋白相連接，形成配體-整合素-細胞骨架跨膜系統(tǒng)。根據(jù)整合素配體的特異性可將整合素分為3 種:結(jié)合層粘連蛋白類整合素、結(jié)合膠原蛋白類整合素以及結(jié)合精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp，RGD)類整合素［4］。

整合素是一類細胞黏附分子，作為細胞表面受體通過細胞膜雙向傳遞信號。外向內(nèi)信號傳遞:整合素與ECM 中的配體結(jié)合，導(dǎo)致整合素構(gòu)象變化，并在細胞膜上聚集，形成局灶性黏附，激活多個細胞內(nèi)信號通路，將信號從胞外轉(zhuǎn)導(dǎo)入胞內(nèi)，從而調(diào)節(jié)細胞黏附、擴散、遷移、增殖、分化以及重塑［3，5］。內(nèi)向外信號傳遞:細胞內(nèi)信號誘導(dǎo)踝蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，導(dǎo)致踝蛋白與整合素β 亞基胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，這種結(jié)合解開了胞質(zhì)內(nèi)α 亞基鏈尾和β 亞基鏈尾之間的鏈接，整合素頭部構(gòu)象發(fā)生變化，使其與胞外配體結(jié)合的親和力增加，增強了細胞的黏附能力［3］。

2 整合素與肝纖維化

肝纖維化是一種由各種致病因子所致的慢性損傷后修復(fù)反應(yīng)，其主要病理改變?yōu)楦蝺?nèi)ECM 生成增加和降解減少導(dǎo)致的基質(zhì)過度沉積，引起肝臟結(jié)構(gòu)和功能改變。現(xiàn)已經(jīng)明確肝星狀細胞是肝纖維化時ECM 的主要合成細胞［6］。整合素是介導(dǎo)細胞與其周圍ECM 相互作用的受體，直接與ECM 的組分結(jié)合并控制其重構(gòu)，在肝纖維化的演變和進展中發(fā)揮重要作用。

整合素β1在正常肝臟細胞中廣泛表達，在肝纖維化時表達明顯增多。整合素β1促纖維化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)核心介質(zhì)包括絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蛋白、機械敏感因子、Yes 相關(guān)蛋白1 (Yes-associated protein 1，YAP-1)。Martin 等［7］研究表明，人整合素α11β1在體外通過阻斷和逆轉(zhuǎn)肝肌成纖維細胞的促纖維化特性(細胞遷移、增殖、收縮和膠原蛋白的產(chǎn)生)，從而有效抑制肝纖維化中膠原蛋白的沉積。YAP-1 是體外肝星狀細胞活化所必需的。在體內(nèi)，單劑量的YAP-1 抑制劑維替泊芬可改善四氯化碳誘導(dǎo)的纖維化小鼠肝臟的纖維化程度［8］。因此有可能通過抑制體內(nèi)YAP-1 和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蛋白的功能而改善肝纖維化。

整合素α5β1作為ECM 的受體，存在于肝細胞和肝星狀細胞等細胞表面。黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)是整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的基礎(chǔ)分子，整合素受體的胞質(zhì)端與FAK 結(jié)合，引起FAK 活化。張坤等［9］的研究表明，肝復(fù)康可能通過抑制α5β1/FAK 通路信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制肝星狀細胞的增殖和活化、降低炎癥反應(yīng)程度，從而防治肝纖維化。

整合素αv 在許多細胞類型中廣泛表達。迄今為止發(fā)現(xiàn)，αv 亞基可與5 個β 亞基(β1、β3、β5、β6和β8)組合，也可與轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)和TGF-β3的潛伏相關(guān)肽(latencyassociated peptide，LAP)的RGD 序列結(jié)合，且具有激活潛伏TGF-β 的能力［1］。整合素與TGF-β 信號通路之間存在廣泛聯(lián)系，在組織纖維化過程中，整合素與TGF-β 形成正饋循環(huán)介導(dǎo)膠原重塑，阻斷整合素或TGF-β 的激活可抑制膠原合成，降低ECM 的異常沉積，有可能成為治療纖維化疾病的新的靶點［10］。在慢性膽道損傷小鼠模型中，αvβ6基因的破壞或選擇性靶向抗體可有效抑制HSC 活化，預(yù)防肝纖維化的發(fā)生［11］。

骨膜素是一種基質(zhì)細胞蛋白，可作為整合素的配體。肝星狀細胞活化誘導(dǎo)骨膜素表達，骨膜素通過整合素αv 發(fā)揮強有效的促纖維化活性，破壞整合素αv 和骨膜素的相互作用，顯著下調(diào)纖維化基因的表達［12］，提示整合素αv/骨膜素軸可作為肝纖維化新的治療靶標。

3 整合素與肺纖維化

肺纖維化是大多數(shù)慢性肺疾病的終末期改變，其病理特征為肺成纖維細胞過度增殖與分化，轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞分泌大量膠原蛋白，導(dǎo)致ECM 在肺泡內(nèi)和肺間質(zhì)過度聚集，并伴隨炎癥損傷和組織結(jié)構(gòu)破壞，最終引起肺衰竭，甚至導(dǎo)致患者死亡。

整合素α5β1是纖維連接蛋白的主要受體，可與纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)中的RGD 序列結(jié)合。在博萊霉素誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化中，α5β1、纖維連接蛋白的表達增加，經(jīng)TGF-β 作用后，肺成纖維細胞中整合素α5β1的表達進一步增加，表明整合素α5β1在肺間質(zhì)細胞活化、增殖、分化及ECM 合成中發(fā)揮極其重要的作用［13］。在機械通氣誘導(dǎo)的肺纖維化過程中，α7β1通過α7亞基特異性結(jié)合層粘連蛋白調(diào)節(jié)細胞的增殖、遷移和分化，阻斷層粘連蛋白/α7β1信號通路可以抑制肺組織中成纖維細胞的增殖，從而抑制肺纖維化［14］。

整合素αvβ1在活化的成纖維細胞中高度表達，其直接與TGF-β1的LAP 結(jié)合介導(dǎo)TGF-β1的活化。Reed 等［15］設(shè)計并合成整合素αvβ1的特異性抑制劑，該抑制劑可減弱博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，表明整合素αvβ1可作為抗肺纖維化的靶點。

整合素αvβ3在多種細胞類型中表達，參與炎癥反應(yīng)、切口愈合和腫瘤血管生成等病理生理過程。纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)是TGF-β1下游的關(guān)鍵靶基因，TGF-β1能調(diào)控人胚肺成纖維細胞PAI-1 的表達，而整合素αvβ3拮抗劑西侖吉肽能抑制PAI-1 的表達，PAI-1 小干擾RNA 能顯著抑制Ⅰ型膠原的表達。劉博［16］對放射性肺纖維化小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，西侖吉肽能通過干預(yù)TGF-β1/αvβ3/PAI-1 通路調(diào)節(jié)關(guān)鍵蛋白的表達，減弱放射性肺纖維化的發(fā)生，為臨床上使用西侖吉肽干預(yù)治療放射性肺纖維化提供理論依據(jù)。

αvβ6和αvβ8均能與TGF-β1和TGF-β3LAP 中相同的RGD 序列結(jié)合，αvβ6通過直接細胞-細胞間接觸激活TGF-β1，而αvβ8則是通過將LAP 復(fù)合物呈遞給細胞表面的基質(zhì)金屬蛋白酶，從而激活TGF-β1［1］。研究表明，抗αvβ6抗體能夠減弱博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化，同時降低TGF-β 活性［17-18］。已經(jīng)開發(fā)了靶向αvβ6的人源化單克隆抗體STX-100，目前正處于治療特發(fā)性肺纖維化的Ⅱ期臨床試驗中。在IL-1β和白蛋白誘導(dǎo)的小鼠氣道纖維化模型中，肺成纖維細胞αvβ8的條件性缺失可抑制小鼠氣道纖維化［19］。

4 整合素與腎纖維化

腎纖維化是各種慢性腎臟疾病進展到慢性腎衰竭的共同途徑和病理基礎(chǔ)，其病理過程包括腎小球硬化、腎小管萎縮、ECM 異常增多和過度沉積及腎間質(zhì)纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，腎纖維化過程中，腎間質(zhì)炎癥細胞浸潤、成纖維細胞激活、ECM 過度沉積等均與整合素的異常表達有關(guān)［20］。

整合素參與調(diào)節(jié)嚙齒類動物腎纖維化的形成［21］。整合素α1β1和α2β1是膠原蛋白的主要受體，在腎臟中廣泛表達。整合素α1β1主要結(jié)合Ⅳ型膠原，而整合素α2β1主要結(jié)合Ⅰ型膠原。在新月體腎小球腎炎的大鼠模型中，整合素α1β1在腎小球和腎小管間質(zhì)過度表達，用整合素α1β1抑制性抗體治療可減少腎臟纖維化形成［22］。研究表明，從中藥丹參中分離的生物活性成分隱丹參酮可通過抑制TGF-β1/Smad3/整合素β1信號通路，部分改善腎纖維化和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，使中藥抗腎纖維化成為可能［23］。但有研究表明，整合素α1缺失小鼠較野生型小鼠會發(fā)生更嚴重的腎小球硬化［24-25］，這可能與α1β1增加活性氧的產(chǎn)生及下調(diào)膠原沉積有關(guān)［26］。與野生型小鼠相比，α2缺陷型小鼠過表達TGF-β 和結(jié)締組織生長因子，促進腎纖維化形成［27］。

αvβ1是腎成纖維細胞上唯一能結(jié)合并激活TGF-β 的αv 整合素，是腎纖維化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Chang 等［28］研究表明，小分子抑制劑C8 在體外能阻斷αvβ1，減輕腎纖維化并改善腎功能，其具體的作用機制還有待進一步研究。Hayashida 等［29］研究表明，在人腎小管細胞系中，整合素β1基因敲除后，整合素αvβ3的活性增強，導(dǎo)致Rac1 的活性增加，刺激胞外信號調(diào)節(jié)激酶活化，從而導(dǎo)致Ⅰ型膠原轉(zhuǎn)錄增加，促使腎纖維化發(fā)生。Hahm 等［30］研究表明，αvβ6在人類腎臟疾病中的表達高度上調(diào)，靶向αvβ6的阻斷抗體可抑制腎纖維化形成。整合素αvβ8在腎小球系膜細胞中的表達豐富，主要配體是潛在TGF-β。生理情況下，整合素αvβ8結(jié)合LAP/TGF-β 復(fù)合物，使TGF-β 保持無活性狀態(tài);在無整合素αvβ8的情況下，TGF-β 的生物活性水平升高，導(dǎo)致腎小球損傷［31］。有學(xué)者提出，抑制多種整合素亞型可能會對糖尿病腎病中的蛋白尿和腎纖維化產(chǎn)生有意義的影響。在大鼠糖尿病腎病模型中，用αv 抑制劑MK-0429 長期治療后，蛋白尿、腎纖維化顯著減少，提示該αv 抑制劑可能會改善糖尿病腎病的腎纖維化進展［32］。

在正常腎臟中，整合素α8亞基僅在腎小球系膜細胞和血管平滑肌細胞上表達，當腎小球損傷時α8的表達上調(diào)［33］。有研究表明，上調(diào)的α8在糖尿病腎病中起保護作用，可能有助于改善腎小球損傷［34］。此外，Hartner 等［35］研究發(fā)現(xiàn)，在單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠中，管狀上皮細胞和間質(zhì)成纖維細胞出現(xiàn)α8亞基的表達，引起α8亞基及其配體表達的增加，但并未增加間質(zhì)纖維化，而缺乏α8亞基的小鼠則發(fā)生更嚴重的腎纖維化。由此得出，整合素α8亞基在腎臟疾病中的上調(diào)可能是保護性的，而非促纖維化的。

近年來對整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)的研究越來越多。ILK 可與整合素β1、β3亞基胞質(zhì)區(qū)域結(jié)合，參與整合素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)ECM 積聚、細胞黏附、遷移、凋亡等過程，與腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生密切相關(guān)。ILK 抑制劑QLT0267 可以部分抑制ILK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的下游效應(yīng)分子，從而降低HK-2細胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的進展速度，延緩糖尿病腎病的腎間質(zhì)纖維化進程［36］。在多囊性腎病中，囊性上皮細胞異常分泌骨膜素，激活I(lǐng)LK-蛋白激酶B-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白途徑，促進囊腫生長和纖維化，靶向骨膜素-整合素-ILK 軸可能是緩解多囊性腎病中囊腫生長和纖維化的潛在治療方法［37］。

5 整合素與心肌纖維化

心肌纖維化是以心臟間質(zhì)成纖維細胞過度增殖、膠原過度沉積及異常分布為特征的心臟間質(zhì)重構(gòu)，最終導(dǎo)致心臟功能衰竭。其病理特點主要表現(xiàn)為ECM 合成和降解失衡，各類型膠原比例失衡、排列紊亂，同時伴有心肌成纖維細胞的增生。

心臟成纖維細胞表達含β1亞基的整合素、αvβ3和αvβ5，通過與ECM 相作用在心臟重塑中發(fā)揮關(guān)鍵作用。含β1亞基的整合素在心臟細胞中的表達最為豐富，主要介導(dǎo)細胞與ECM 間的黏附。β1亞基作為Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的主要受體，與ECM 結(jié)合引起FAK 酪氨酸磷酸化，從而激活FAK，介導(dǎo)成纖維細胞遷移［38］。林傳欽等［39］發(fā)現(xiàn)，阻斷整合素β1能夠抑制FAK 的磷酸化，下調(diào)TGF-β1、基質(zhì)金屬蛋白酶9、Ⅰ型膠原α1及Ⅲ型膠原α1的表達，從而改善心肌細胞纖維化。但也有研究認為，在心肌纖維化中，Ⅰ型膠原可通過降低整合素α2β1的表達，增強成纖維細胞的分化和增殖，促進心肌纖維化［40］。因此，α 亞基與β1亞基結(jié)合后可能發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。

整合素αvβ3和αvβ5在纖維化期間介導(dǎo)TGF-β1活化，促進成纖維細胞分化為具有收縮功能的肌成纖維細胞［41］。Sarrazy 等［42］提出，抑制整合素αvβ3和(或)αvβ5可能是阻止人心臟成纖維細胞分化為肌成纖維細胞的有效策略。此外，Perrucci 等［43］發(fā)現(xiàn)，西侖吉肽可通過抑制整合素αvβ5的表達，顯著減少自發(fā)性高血壓大鼠成纖維細胞分化為有害的肌成纖維細胞。大量研究證明，整合素αv 的特異性缺失或應(yīng)用αv 抑制劑可以抑制TGF-β1的激活，有效治療和預(yù)防器官纖維化，包括心臟、肺、肝和腎纖維化，且不會引起不良反應(yīng)［44-45］。因此，靶向抑制整合素αvβ3、αvβ5或αv 亞基可作為抗纖維化治療的有效途徑之一。

6 小 結(jié)

隨著慢性疾病的不斷進展，人體各組織器官均可發(fā)生纖維化病變，引起器官功能衰竭，最終危及生命。纖維化形成的核心是ECM 生成增多和(或)降解減少，如何阻止或逆轉(zhuǎn)ECM 過度沉積成為治療的關(guān)鍵。整合素作為ECM 受體，單獨或與各細胞信號通路相互作用參與纖維化的形成。目前，已經(jīng)研發(fā)了針對不同整合素亞型的抑制劑，主要為含β1或αv 亞基的整合素抑制劑，并且動物研究顯示其在多個器官有抗纖維化潛力。隨著整合素在纖維化疾病中研究的深入，將會給臨床研發(fā)治療纖維化的有效藥物提供新的思路。但目前大部分研究尚處于動物實驗階段，因此整合素抑制劑運用于臨床還需要繼續(xù)探索。