整合素在胰腺癌中的研究進展

李模 李童希 周宇 杜毅超 譚鵬 付文廣，

1西南醫科大學附屬醫院普通外科(肝膽胰外科)，瀘州 646000；2西南醫科大學附屬醫院四川省院士(專家)工作站，瀘州 646000

【提要】 整合素可介導細胞與細胞及細胞與細胞外基質間的相互作用，并可通過調節細胞增殖和遷移等方式在胰腺癌中發揮重要作用。本文就整合素在胰腺癌中的研究進展進行綜述。

胰腺癌惡性程度較高，治療效果不佳，5年生存率不到8%[1]，因此迫切需要尋找新的治療靶點以提高胰腺癌的療效。研究發現，整合素通過影響胰腺癌細胞的增殖和侵襲等生物學過程調控胰腺癌的發生和發展，是具有潛力的治療靶點。

一、整合素的結構和功能

整合素是由1個α亞基和1個β亞基組成的異二聚體跨膜蛋白，每個亞基都由胞外區、跨膜區和胞內區3個結構域組成。其中胞外區是配體的結合位點，α亞基的胞外區由β-propeller結構域、Thigh結構域、Calf-1及Calf-2組成，而β亞基的胞外區則包含1個βΙ結構域、1個Hybrid結構域、1個PSI(plexin-sempahorin-integrin)結構域、4個表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)結構域和1個β-tail結構域[2](圖1)。在脊椎動物中，發現有18個α亞基和8個β亞基，α亞基和β亞基以非共價結合共形成24種功能各異的整合素，如αvβ3、α6β4等[2]。根據整合素識別配體的特異性，可分為膠原蛋白結合類、層黏連蛋白結合類、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)結合類以及白細胞特異性類4個亞家族[3]。

整合素通過與細胞外基質(extracellular matrix，ECM)配體結合形成黏附復合物，介導細胞與ECM的牢固黏附[4]。此外，整合素還具有跨細胞膜傳遞雙向信號的能力。一方面，整合素通過踝蛋白等細胞骨架蛋白與胞內區結構域結合，實現整合素由內向外的信號傳遞，整合素的構象也由封閉、彎曲的靜止狀態變為開放、延伸的激活狀態，從而導致細胞與ECM配體的親和力增加[3](圖1)。另一方面，整合素缺乏固有的酶活性，但可與纖維連接蛋白(fibronectin，FN)等ECM配體結合，激活包括黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)、磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositid-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/AKT)、細胞外信號調節激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等在內的下游信號分子，從而介導整合素由外向內的信號轉導，調節細胞增殖和侵襲等生物學行為[4-5]。

圖1 整合素結構示意圖[2-3]

二、整合素在胰腺癌發病機制中的作用

多種整合素可影響胰腺癌細胞的增殖、凋亡和侵襲等生物學行為，調控胰腺癌的進展，進而影響患者的預后。

1．整合素對胰腺癌細胞增殖的調控：研究發現，Src作為整合素信號轉導的介質，可通過與整合素的相互作用介導MAPK/ERK信號通路的激活，促進胰腺癌細胞的生長和增殖[5]。同時，整合素α2在胰腺導管腺癌細胞的增殖過程中扮演著重要角色，其通過激活胰腺導管腺癌細胞中的信號轉導及轉錄激活蛋白3信號通路促進細胞程序死亡-配體1(programmed death-ligand 1，PD-L1)的表達，調節癌細胞的增殖[6]。αvβ6在大多數胰腺導管腺癌中表達，通過與非活性轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)含RGD潛伏期相關肽結合激活TGF-β，從而誘導胰腺導管腺癌細胞的增殖[7-8]。在胰腺癌中，特定整合素與ECM之間的相互作用也可促進癌細胞的增殖。例如，在人胰腺癌細胞系中過表達的α2β1特異性介導胰腺癌中由Ⅰ型膠原誘導的腫瘤細胞惡性表型，促進胰腺癌細胞增殖[9]。而通過對胰腺癌細胞系PT45-P1中表達L1細胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)的功能結構域的研究發現，L1CAM與α5β1相互作用從而誘導IL-1β的產生及持續激活核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，促進腫瘤細胞增殖和生長，且該過程受α5β1和整合素連接激酶的調控[10]。此外，整合素還可通過與胰腺癌腫瘤微環境中的生長因子和細胞因子等相互作用促進胰腺癌細胞增殖。研究發現，整合素與表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)協同作用激活整合素/EGFR-ERK/MAPK信號通路，驅動胰腺癌細胞增殖，介導腫瘤細胞生長失調[11]。而炎癥細胞因子IL-1α通過上調α6β1導致ERK激活，促進胰腺癌細胞的增殖，但這一作用可被抗α6β1的整合素抗體抑制[12]。

2．整合素對胰腺癌細胞凋亡的調控：在正常上皮細胞中，整合素對維持細胞生長和存活至關重要，如果細胞失去對ECM的錨定而喪失整合素信號將導致失巢凋亡[13]。在胰腺癌中，整合素與ECM相互作用激活PI3K/AKT通路，調節關鍵下游信號分子，介導抗凋亡蛋白Bcl-2表達的增加和NF-κB的激活，從而抵抗失巢凋亡[14]。此外，整合素與生長因子的串擾可促進錨定非依賴性胰腺癌細胞的生長。研究發現，α6β4在胰腺癌進展的早期上調并重新分布[15]。當細胞與ECM的黏附減少時，胰島素樣生長因子1與α6β4直接結合可通過整合素與胰島素樣生長因子1受體的串擾激活PI3K和MAPK信號通路，發揮抗凋亡作用，調節胰腺癌細胞的存活[16-17]。因此，整合素對胰腺癌細胞抗失巢凋亡的作用并不局限于細胞黏附ECM的條件，而且可能在細胞分離后繼續發揮作用。有趣的是，胰腺癌中p53的突變允許α6β4通過一系列侵襲和增殖途徑促進細胞存活，抵抗細胞凋亡[5]。

此外，整合素也是影響胰腺癌放化療敏感性的重要因素。胰腺癌中與α2β1結合的I型膠原通過上調Bcl-2家族成員Mcl-1來保護5-氟尿嘧啶誘導的細胞凋亡[18]。而胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cells，PSCs)可通過涉及FAK的整合素β1信號來保護胰腺癌細胞免受放療誘導的細胞凋亡[19]。

3．整合素對胰腺癌細胞侵襲的調控：整合素參與調控胰腺癌細胞的遷移和侵襲。整合素β1在胰腺癌的遷移和侵襲過程中扮演著重要角色。K-ras是胰腺癌中最常見的突變基因，當缺乏ECM信號時，整合素β1在胰腺癌上調K-ras下游信號中發揮作用[20]。半乳糖凝集素3通過整合素β1激活PSCs產生IL-8，從而激活NF-κB介導腫瘤細胞間質相互作用，促進胰腺癌細胞的生長和轉移[21]。研究表明，胰腺癌細胞在Ⅰ型膠原蛋白表面的黏附和遷移可由α2β1特異性介導[9]。癌癥相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)上的α3β1與層黏連蛋白-332相互作用以促進胰腺癌細胞的侵襲和遷移[22]。α5β1可通過參與纖黏蛋白(flbronection,FN)的組裝來調節腫瘤細胞遷移和侵襲。3D膠原基質中的胰腺癌細胞通過α5β1介導與成纖維細胞表面FN結合，黏附在成纖維細胞上并獲得遷移能力，侵入膠原基質[23]。

整合素α1是胰腺癌細胞在富含TGF-β和膠原蛋白的腫瘤微環境轉移過程中必不可少[24]。而整合素α2的過表達可通過多種機制促進胰腺癌的進展。胰腺癌中過表達的整合素α2通過與ECM蛋白結合誘導癌細胞遷移和侵襲[25]。此外，整合素α2還可通過激活胰腺癌細胞中的信號轉導及轉錄激活蛋白3信號通路來增加PD-L1的表達，調控癌細胞的遷移，阻斷整合素α2后PD-L1表達被選擇性下調[6]。抑制胰腺癌中過表達的整合素α3將顯著抑制胰腺癌細胞的存活和遷移并通過顯著降低EGFR的表達抑制腫瘤生長[26]。整合素α6通過調節AKT的磷酸化從而控制PI3K信號通路的激活來調控胰腺癌細胞的侵襲和轉移[27]。而IL-1α通過上調整合素α6來介導ERK的激活，促進胰腺癌細胞的遷移[12]。研究發現，胰腺癌中過表達的αvβ3與腫瘤的淋巴結轉移相關，伴有淋巴結轉移的原發性腫瘤中αvβ3的表達明顯高于無淋巴結轉移的腫瘤[28]；而αvβ6與胰腺癌細胞侵襲和TGF-β激活密切相關。αvβ6在胰腺癌細胞中的遷移促進作用依賴于EGFR途徑底物8的存在，該底物是肌動蛋白重塑、內吞和GTPase激活的調節劑。在表達EGFR途徑底物8的胰腺癌中αvβ6通過激活TGF-β促進腫瘤細胞的侵襲和轉移[29]。然而，在保留了功能性Smad4信號的胰腺癌細胞中，αvβ6和TGF-β在共同的依賴Smad4的腫瘤抑制通路中起作用，阻斷TGF-β或αvβ6將加速胰腺癌的發生和進展[30]。此外，整合素α6與核糖體蛋白SA結合可激活胰腺癌細胞中的PI3K和MAPK信號通路，促進基質金屬蛋白酶-7的分泌，通過降解腫瘤中的ECM促進腫瘤細胞的侵襲和遷移[27]。研究表明，外泌體整合素積極參與腫瘤的進展，是介導腫瘤細胞向特定器官轉移的關鍵分子，胰腺癌細胞釋放的外泌體可根據它們攜帶的特定整合素到達不同的器官，如α6β4和α6β1與肺轉移有關，而αvβ5與肝轉移有關[31]。

4．整合素對胰腺癌細胞上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的調控：EMT對腫瘤進展和轉移至關重要，是上皮癌細胞獲得遷移和侵襲性表型的關鍵[4]。在EMT期間，胰腺癌細胞失去其上皮特征，特別是E-鈣黏蛋白的下調，導致細胞黏附和極性的喪失并獲得更多間質細胞的侵襲和遷移特性，最終導致胰腺癌的侵襲性進展[4,32]。而整合素在胰腺癌的EMT誘導和某些效應的調節中發揮著重要作用。TGF-β是最具特征的 EMT 誘導劑之一，胰腺癌中過表達的αvβ6通過激活TGF-β促進腫瘤細胞EMT和基質肌成纖維細胞分化，從而促進胰腺癌細胞的侵襲與轉移[29]。研究表明，整合素α1與胰腺癌微環境中的TGF-β共表達，并與膠原蛋白協同誘導EMT[24]。胰腺癌中廣泛表達的αvβ3與CAFs產生的骨橋蛋白相互作用，通過αvβ3-AKT/ERK-叉頭盒蛋白M1信號通路來誘導EMT，促進胰腺癌進展和轉移[33]。研究發現，整合素β4的高表達與胰腺癌的許多EMT標志事件相關，包括孤立細胞浸潤、E-鈣黏蛋白表達減少和波形蛋白表達增加，敲除了整合素β4的胰腺癌細胞遷移和侵襲能力降低，表明整合素β4可能在胰腺癌的EMT過程中扮演著重要角色[34]。此外，整合素與生長因子及其受體的串擾也參與胰腺癌的EMT過程。例如，鈣網蛋白可通過整合素/EGFR-ERK/MAPK信號通路來促進胰腺癌細胞中EGF誘導的EMT[11]。

三、整合素在胰腺癌早期診斷中的作用

現已有多種整合素作為胰腺癌的早期診斷生物標志物及非侵入性腫瘤成像靶標被用于胰腺癌的早期診斷。整合素α1在胰腺癌及胰腺上皮內瘤變組織中上調，是胰腺癌的不良預后指標[24]。研究發現，胰腺癌患者血清中整合素β6水平顯著高于健康對照組，且與血清CA19-9水平聯合檢測可提高胰腺癌診斷的準確性。同時，該研究發現血清整合素β6水平有助于判斷腫瘤是否存在轉移，提示整合素β6作為一種新的血清生物標志物，在胰腺癌早期診斷方面具有巨大潛力[35]。而整合素在胰腺癌中的持續過表達是其成為分子成像靶標的基礎，通過制備αvβ6結合肽并用4-18F-氟苯甲酸進行放射性標記行體外測試和體內評估發現，18F-αvβ6結合肽在體外和體內均對αvβ6表現出高親和力和選擇性，能夠被原發灶和轉移灶顯著攝取，而正常骨、腦、肝和肺對18F-αvβ6結合肽的非特異性攝取較低，表明18F-αvβ6結合肽是可用于檢測轉移的顯像劑[36]。在1例轉移性胰腺癌患者，正電子發射斷層成像(positron emission tomography，PET)成功顯示了肺內<1 cm轉移性病變中18F-αvβ6結合肽的攝取，說明對于識別傳統CT成像可能無法確定的小病灶，18F-αvβ6結合肽的PET成像具有一定的優勢[36]。同時，通過αvβ6定向成像可以及早檢測和監測治療反應，從而能夠預測治療結果和優化治療方案。

四、整合素在胰腺癌治療中的作用

目前針對整合素的靶向治療主要包括肽模擬物、單克隆抗體和藥物的靶向輸送[37]。西倫吉肽(cilengitide，EMD121974)作為一種基于RGD序列特異性抑制腫瘤內皮細胞表面受體αvβ3和αvβ5的環肽抑制劑，在臨床前研究中能有效抑制腫瘤血管生成和疾病進展[3]。伏洛昔單抗(volociximab，M200)可阻斷FN與α5β1的結合，并誘導增殖的內皮細胞凋亡，從而抑制血管生成。1項隨機多中心Ⅱ期試驗招募了20例轉移性胰腺癌患者，用伏洛昔單抗和吉西他濱聯合治療，發現當伏洛昔單抗的給藥劑量為10 mg/kg時，5%的患者病情緩解而50%的患者病情穩定[38]。αvβ6在大多數胰腺癌中高表達，靶向αvβ6的單克隆抗體(264RAD)能在體外減少αvβ6 陽性胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，抑制人胰腺癌異種移植物的生長，顯著提高表達αvβ6的胰腺癌小鼠的存活率[7]。

胰腺癌具有豐富的腫瘤間質，是化療藥物有效遞送至腫瘤細胞的潛在屏障[39]。包裹了紫杉醇的納米二氨基四乙酸納米顆粒具有良好的腫瘤靶向性和穿透性，可通過其整合素特異性配體靶向作用于腫瘤細胞質膜上的αvβ3增加對胰腺癌異種移植物的藥物遞送并提高對胰腺癌的治療效果[40]，說明整合素靶向作用與化療藥物的結合具有潛在的臨床應用價值。此外，口蹄疫病毒(foot and mouth disease virus，FMDV)-多肽藥物結合物SG3299在體內和體外均表現出αvβ6選擇性，可通過減少胰腺癌細胞的增殖并誘導DNA損傷和細胞凋亡來消除或抑制已建立的胰腺癌腫瘤異種移植物的發展，這為胰腺癌提供了一種有前景的分子特異性療法[41]。

除了靶向腫瘤細胞和血管細胞外，靶向腫瘤微環境中其他細胞的整合素，例如CAFs、免疫細胞等是另一個潛在的治療策略。有研究表明，針對整合素α5的新型模擬肽AV3可抑制胰腺癌中PSCs的激活，減少結締組織增生，并增強吉西他濱的療效[39]。同時，嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor，CAR)T細胞免疫療法已在癌癥治療中顯示出前景。由FMDV設計的αvβ6特異性CAR T細胞對在嚴重聯合免疫缺陷小鼠中建立的表達αvβ6的胰腺癌腫瘤異種移植物具有優越的抗腫瘤活性且無顯著毒性[42]。目前尚需大力開發更有效的針對整合素特異性靶向藥物及更多的臨床試驗來進一步驗證。

綜上所述，整合素是調控胰腺癌的重要介質，介導胰腺癌細胞的增殖、凋亡、侵襲等生物學行為，不同類型整合素在胰腺癌中的特異性表達和對配體的選擇性為研究靶向整合素的胰腺癌診斷和治療方法提供了可能性。盡管基于靶向整合素的抗胰腺癌藥物在臨床前模型中取得了令人鼓舞的結果，但尚需大規模臨床試驗進行驗證。同時，還需進一步了解整合素在胰腺癌中的作用機制，才能繼續在臨床上進行新型整合素靶向藥物的研究，為胰腺癌的診治開辟新的途徑。

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