整合素β1對惡性腫瘤生長及轉移作用的研究進展

程方旭，黃曉霖，馬洪

(1.貴州醫科大學，貴陽 550000； 2.貴州中醫藥大學第一附屬醫院口腔科，貴陽 550001)

癌癥是目前危害人類健康的主要因素之一，癌癥所造成的死亡人數僅次于心臟病，是全球范圍內人類第二大死亡因素[1]，并有超過心臟病死亡率的趨勢，給社會和家庭帶來沉重的負擔。在癌癥的發生發展過程中，癌細胞的增殖、侵襲和遷移嚴重影響患者的預后、生命質量以及生存率。以頭頸部鱗癌為例，頭頸部鱗癌包括口腔鱗癌，在世界范圍內居惡性腫瘤發病率第6位[2]。在相當長的一段時間里，頭頸部鱗癌的總體5年生存率并沒有得到顯著提高，且屬于生存率較低的惡性腫瘤[3]。轉移是目前公認的大多數惡性腫瘤患者5年生存率低的主要原因[4]。腫瘤的轉移受多種因素調控，癌細胞產生的轉移瘤是在一系列復雜的細胞生物學事件完成之后形成，內在和外在的信號途徑的失調，使得初期轉移的癌細胞最終產生危及生命的惡性腫瘤[5]。癌癥的早發現、早診斷、早治療是患者治療效果及預后的重要保障，作為近年來研究的熱點，整合素β1對腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲和凋亡存在明確的影響，對整合素的研究為惡性腫瘤的治療及預后評估提供了較為明確的方向和方法。

1 整合素的結構和功能

整合素是一種跨膜糖蛋白受體，在多種細胞表面均有表達[6]。介導細胞與細胞的黏附，細胞與基質的相互作用以及癌細胞的遷移和侵襲[7-8]。整合素由非共價結合的α和β亞基組成[9]，它們形成細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的異二聚體受體復合物，目前的研究發現整合素家族中存在18種α亞基和8種β亞基，通過非共價鍵形成24種異二聚體結構，每個亞基具有一個大的細胞外結構域，一個跨膜結構域和一個短的細胞內結構域[8]。通過直接與ECM成分結合并介導細胞運動和侵襲，整合素在調節細胞增殖和運動以及轉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，它是細胞與ECM間、細胞與細胞間不可缺少的黏附分子，與多種腫瘤細胞的增殖、凋亡、轉移及侵襲密切相關[11]。有研究證實，整合素β1廣泛參與腫瘤血管和腫瘤淋巴管的生成，同時在增強腫瘤細胞耐藥性以及失巢凋亡抗性方面發揮明顯作用。整合素β1主要與細胞和間質黏附有關,能與基質成分結合,高表達或活性增強可通過與ECM相應配體結合,提高腫瘤細胞在ECM中的遷移力[12-13]。整合素β1還可以在短暫發作的心肌缺血中預防心肌梗死，增加心肌中的內皮細胞增殖和小動脈形成[14]。

2 整合素β1與惡性腫瘤的關系

對整合素β1的研究相對集中于腫瘤領域，其對于腫瘤細胞的遷移、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，整合素β1在腫瘤細胞中呈異常過表達，使腫瘤細胞具備更強的遷移和侵襲能力，另外還能通過相關細胞內外信號通路，影響多種相關基因及蛋白質的表達，導致細胞增殖、凋亡等生物學行為異常[15-23]。整合素β1的表達水平往往與腫瘤的惡性正相關，整合素β1的高水平表達通常意味著患者的預后較差，生存率較低。

2.1整合素β1促進腫瘤細胞的侵襲和遷移 癌癥轉移是涉及癌細胞從原發性病變擴散到遠端器官的過程，是癌癥致死的主要原因，腫瘤細胞的遷移和侵襲是癌癥轉移的重要環節。癌癥轉移目前不再被視為事件的線性級聯，而是一系列并發的部分重疊的過程[15]，整合素β1在癌癥轉移的復雜事件中表現出明確的促進作用，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等腫瘤細胞遷移相關通路中存在作用。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，可以促進肝細胞癌細胞的遷移和侵襲，整合素β1通過激活黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)/PI3K/Akt通路增強腫瘤細胞的遷移和侵襲能力，解整合素金屬蛋白酶17過表達激活整合素β1，增強FAK和Akt磷酸化，活化解整合素金屬蛋白酶17介導的整合素β1激活下游FAK/PI3K/Akt通路，從而增強肝癌細胞的遷移和侵襲能力。該研究發現，活化的整合素β1更多地在體積較大的腫瘤中高水平表達，而且高度活躍表達整合素β1的肝細胞癌病例通常比相對低水平表達整合素β1的病例表現出更高的腫瘤分期。Guo等[17]的研究表明，整合素β1基因敲除減弱了血小板反應蛋白4對肝細胞癌細胞遷移和侵襲的促進作用。在進一步的機制研究中，蛋白印跡法分析發現，血小板反應蛋白4表達下調后，FAK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現，整合素β1與腫瘤細胞惡性行為(如細胞遷移、侵襲和耐藥性)正相關。該研究發現，沉默整合素β1可抑制細胞遷移、侵襲并增加對抗癌藥物的敏感性。相反，整合素β1的激活增加了細胞遷移、侵襲并降低了對抗癌藥物的敏感性。整合素β1是染色質域解旋酶DNA結合蛋白4(chromodomain helicase DNA binding protein 4,CHD4)的下游靶基因，可能被三陰性乳腺癌細胞中的CHD4轉錄調控。免疫組織化學顯示，整合素β1和CHD4的共表達與三陰性乳腺癌患者的轉移狀態、復發和生存狀態顯著相關。Ishizuka等[19]對人神經母細胞瘤的研究中，發現敲低神經纖維網蛋白1基因后，神經母細胞瘤細胞中整合素β1的表達明顯增加，而敲除整合素β1的神經母細胞瘤細胞的遷移和侵襲能力降低。Wang等[20]對整合素β1在頭頸部鱗癌中的關鍵作用進行研究發現，在轉移性原發腫瘤中，整合素β1的表達明顯高于非轉移性腫瘤；在有淋巴結轉移的患者中，整合素β1的表達與總生存率呈負相關。可見，整合素β1敲低或低表達/不表達頭頸部鱗癌細胞體內淋巴結和肺轉移顯著減少，侵襲能力顯著降低。整合素通過與ECM中的不同配體分子結合，激活下游不同的信號轉導通路，從而產生不同的生物學效應，其機制是多種蛋白分子交互作用形成網絡調控發揮綜合效應的結果。杜華等[21]的研究顯示，整合素β1可能通過激活蛋白激酶C影響細胞骨架蛋白，從而增強腫瘤細胞的運動侵襲能力。通過以上部分機制的研究，整合素β1可能通過以下途徑促進腫瘤細胞的遷移和侵襲：①增強FAK和Akt磷酸化，激活下游FAK/PI3K/Akt途徑；②通過與CHD4共表達影響腫瘤細胞的遷移和侵襲；③通過激活蛋白激酶C促進腫瘤細胞遷移侵襲。

2.2整合素β1對腫瘤細胞增殖和凋亡的影響 在正常人體內，細胞的增殖和凋亡受到各種基因的程序性控制，保持在一個相對穩定的動態平衡狀態，而癌細胞則表現為異常增殖，其凋亡受到抑制，癌細胞的大量積累導致腫瘤的形成，打破體內穩態而導致癌癥，整合素β1在促進腫瘤細胞的增殖和抑制腫瘤細胞的凋亡中發揮重要作用。整合素β1在維持癌細胞成活和促進腫瘤發生中起重要作用，上調整合素β1的表達可以在體外誘導HT29細胞增殖，HT29細胞-整合素β1過表達組的平均腫瘤體積明顯增大，而下調整合素β1的細胞快速凋亡[22]。可見，下調整合素β1表達可顯著增強HT29細胞的體外凋亡作用。整合素β1對HT29細胞的顯著作用提示，整合素β1可能在結直腸癌細胞的凋亡中發揮重要作用。應用整合素β1抑制劑可減少體內腫瘤的形成，增加細胞凋亡[23]。

2.3整合素β1對血管生成或血管生成擬態的影響 腫瘤血管生成對腫瘤的生長和轉移灶的形成至關重要。正常機體內，血管的生成處于正常調控狀態下，當組織生長速度大于血管形成速度時，組織缺氧刺激相關細胞因子分泌，介導血管生成過程，而腫瘤細胞的增殖速度遠大于血管生成速度，腫瘤瘤體中央組織缺氧持續分泌促血管生成因子，促進腫瘤瘤體繼續生長，并為腫瘤的轉移創造條件。侵襲性生長的腫瘤細胞可以通過一種被稱為血管生成擬態的過程形成血管狀結構。這些結構在血管內皮細胞不參與的情況下形成，是腫瘤細胞獲得充足血液供應和營養的一個替代通道[24]。癌細胞形成的血管生成擬態在腫瘤進展中起關鍵作用，Kawahara等[25]的研究通過對人纖維肉瘤、乳腺癌以及惡性黑色素瘤細胞整合素β1基因的敲除，發現血管生成擬態的網絡形成均受到抑制，該表型在人纖維肉瘤細胞系中可維持24 h，證明了整合素β1對于人纖維肉瘤細胞系中類似血管生成擬態的網絡形成是必需的，進一步揭示了整合素β1對于各種癌細胞系中類似于血管生成擬態的網絡形成至關重要。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，并且通過這種相互作用調節血管生成素-1依賴性的血管生成[28]。另有研究發現，整合素α9β1直接與血管內皮生長因子受體-A121結合，整合素α9β1的阻斷特異性抑制了血管內皮生長因子受體-A121誘導的血管生成[29]。

2.4整合素β1對淋巴管生成的影響 除了腫瘤血管生成，腫瘤淋巴管生成也是腫瘤發生發展的關鍵環節。整合素β1對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]的研究發現，整合素β1在淋巴管內皮細胞的侵襲中起關鍵作用，通過干擾小RNA對淋巴內皮細胞進行整合素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，他們評估了整合素β1敲低對其他淋巴管生成調控因子的影響，發現整合素β1基因顯著降低了血管內皮生長因子受體3和磷酸化的胞外信號調節激酶水平，表明在整合素β1基因缺失的情況下，關鍵的淋巴管生成途徑受到顯著影響。這些結果均表明，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程中發揮重要作用，并改變了促進淋巴管生成的信號機制。Garmy-Susini等[32]通過體外及體內實驗發現，整合素α4β1在體外促進淋巴內皮細胞遷移、出芽和血管形成，以及在體內促進生長因子誘導的淋巴管生成和成活，這些結果強烈表明整合素α4β1促進了腫瘤誘導的淋巴管生成，進一步的實驗顯示淋巴內皮細胞整合素α4β1通過促進淋巴內皮細胞遷移和體內成活，在腫瘤淋巴管生成和轉移中發揮關鍵作用。

2.5整合素β1對腫瘤細胞抗性的影響 整合素β1對腫瘤細胞抗性的影響體現在以下兩個方面，分別是耐藥性以及腫瘤細胞的失巢凋亡抗性。在腫瘤的治療中，腫瘤細胞耐藥性成為影響腫瘤化療效果的關鍵因素之一，而目前的研究證實，整合素β1可通過多種途徑對腫瘤細胞耐藥性產生影響。Tian等[33]的研究發現，與單層細胞相比，在肝細胞癌的多細胞球體中，由5-氟尿嘧啶和順鉑介導的增殖抑制和誘導細胞凋亡作用消失，而在多細胞球體中檢測到高水平的整合素β1，通過整合素β1抑制性抗體的作用，可以抑制多細胞球體的形成，并顯著增強增殖抑制和凋亡誘導。Brannon等[34]的研究發現，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作用，從而產生曲美替尼耐藥。細胞失巢凋亡是指細胞在脫離ECM懸浮于體液中發生的程序性細胞死亡，而癌細胞則存在失巢凋亡抗性，這種特性決定了癌細胞在遠距離血液或淋巴轉移過程中能夠成活并產生新的轉移灶，Guha等[35]的研究報道了具有高轉移性的結腸癌細胞的失巢凋亡抗性較正常的腸上皮細胞更高，這些癌細胞在非貼壁生長狀態下高水平表達整合素α2、整合素β1，并激活表皮生長因子受體。

3 小 結

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