整合素β3基因多態性蛋白質變異及其與疾病關系研究進展

韋寶敏 潘興壽 李近都 李天資

1.右江民族醫學院附屬醫院心血管內科，廣西百色 533000；2.廣西醫科大學附屬腫瘤醫院肝膽胰脾外科，廣西南寧 530021

在真核生物細胞質膜的特化區域中，由膜蛋白（membrane protein，MP）、骨架蛋白（cytoskeleton protein，CP）和胞外基質（extracellular matrix，ECM）等通過細胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）間的信息交流形成的連接結構稱為細胞連接（cell junction，CJ）[1]。CJ是黏著的細胞間通過以CAM為受體、其識別的特異性黏附分子為配體相互連接形成緊密連接、黏著和通訊連接[2]。CAM是指一類以受體-配體結合、介導細胞間或細胞與ECM間相互接觸和結合分子的統稱，其可分為整合素（integrin，ITG）、選擇素（selectin）、鈣黏素（cadherin）、透明質酸黏素（hyaladherin）和免疫球蛋白（immunoglobulin）5個超級家族[3]。近年來，關于ITG在細胞識別和黏附、細胞活化和分化、免疫應答、細胞信號傳導、炎癥反應、創傷修復及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤形成及其轉移、淋巴細胞歸巢等生理病理過程中關聯性的研究異常活躍，有趣的分子靶點不斷被識別，逐漸成為疾病診斷和治療的新靶標[4]。現綜述如下。

1 整合素家族

ITG在體內分布廣泛，成員眾多，是普遍存在于胞膜上的、依賴于二價離子的異親型CAM，其主要功能是介導細胞之間、細胞和ECM之間的相互識別、黏附與連結，主導細胞內外部跨膜接頭蛋白連結作用[5]。功能完整的ITG由α和β兩配基以非共價鍵結合組成構成異源雙體復合物。α配基由ITGA基因家族編碼，β配基由ITGB基因家族編碼。迄今所知，ITG α家族成員有18個、β家族8個。多數α配基僅能與一種β配基相組合，但也有α配基可與幾種β配基組合，如αV配基可分別同β1、β3、β5、β6和β8等組合，而大部分β配基則可以同數種α配基組合。已有研究發現ITG異源雙體復合物有24個成員，按其所攜帶的β配基不同可分為β1、β2、β3等8個家族。α配基和β配基可分布于多種細胞，同一種細胞可有多種ITG表達。以β3為配基的ITG蛋白分別有αⅡb/β3和αV/β3兩個成員[6]。

整合蛋白是一種跨膜糖蛋白，其黏附作用主要是通過與特定的配體結合而產生生物反應。根據ITG在胞膜外與配體結合的狀態不同，可分為低親和狀態和高親和狀態兩種情況，ITG從低親和狀態切換到高親和狀態轉變時稱為激活，激活的整合蛋白觸發與胞外配體結合，啟動其黏附功能。被激活的整合蛋白可發生聚集，并募集ITG相關蛋白（integrinassoclated protern，IAP）形成小簇。ITG的不同親和狀態對于調節細胞黏附至關重要，例如在血液循環中，血小板是以非激活狀態自由循環，當有傷口等異常情況發生時，ITG受到激動因素的刺激，開啟ITGβ3活化并與纖維蛋白原結合等生物反應，導致血小板聚集，并形成能夠阻止失血的血栓，實現止血功能[7]。目前認為整合蛋白活化是其構象重排實現，ITGβ3亞基胞外域晶體結構的動態變化觀察表明，ITG通過彎曲變形構象，調整其自身的活化及其與配體結合位點相吻合度來實現其親和狀態[8]。

2 ITGβ3基因及其多態性

ITGβ3基因，是編碼血小板膜糖蛋白Ⅲa（CD61）的基因，位于17號染色體長臂2區1號3帶（17q21.3），基因區間在47 253 827～47 313 743，全長59 917 kb，編碼區間在47 253 862～47 310 204，全長56 343 kb，有15個外顯子、14個內含子；編碼1648個氨基酸殘基，分子量為105 kDa[9]。遺傳多態性可分為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）片段長度多態性（fragment length polymorphism，FLP）、DNA重復序列多態性（repeat sequence polymorphism，RSP）和單核苷酸多態性（single-nucleotide polymorphism，SNP）等[10]。ITGβ3 DNA單核苷酸多態性研究比較活躍，迄今已經發現ITGβ3 DNA有rs4634 G＞A、rs4642 A＞C，G，T、rs5917 G＞A、rs5918 T＞C、rs5919 T＞C、rs5920 T＞C、G、rs15908 A＞C，G，T、rs2317676 A＞G、rs3809863 C＞T等21 092個多態性變異位點。ITGβ3蛋白是血小板特異性抗原（platelet specific antigen，HPA）的載體，ITGβ3基因變異SNP導致HPA具有不同的表型。攜帶ITGβ3位點不同表型的患者，其抗原對血小板激動劑的反應不同。ITGβ3外顯子176 rs5918 T＞C單核苷酸堿基由胸腺嘧啶（T）變為胞嘧啶（C），可致其第59位氨基酸殘基由亮氨酸（Leu）變為脯氨酸（Pru），是動脈粥樣硬化、血栓形成、心肌梗死、腦卒中以及腫瘤生長和轉移的關鍵因素[11]，見表1。ITGβ3基因不同位點SNP及其表型已被廣泛研究為急性冠狀動脈綜合征、創傷修復及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤及其轉移、淋巴細胞歸巢等的遺傳風險因素影響的研究，在臨床上有非常重要的意義[12]。

表1 整合蛋白β3血小板特異性抗原常見基因多態性位點變異情況

3 ITGβ3蛋白表達和結構域

黏附分子通過其獨特的轉導信號途徑調節細胞功能，ITGβ3受體通過質膜傳遞由細胞內向外和由細胞外向內雙向信號來調控止血、增殖、分化、遷移和細胞凋亡的信號，其廣泛分布于多種組織的細胞表面[13]。在甲狀腺、子宮內膜、闌尾、腎、膀胱、胎盤、前列腺、小腸、膽囊、食管等19種組織均有較高的表達，其相對表達量在甲狀腺組織最高。根據基因型-組織表達（the genotype-tissue expression，GTEx）的轉錄組測序（RNA-Seq）表達數據，在每千堿基長度的reads數（reads per kilobase per million mapped reads，RPKM）總相對表達量為206.56中，甲狀腺組織為32.622 RPKM，相對表達量居各種組織最高[14]。不同組織相對表達量分布情況見表2。

表2 ITGβ3蛋白在不同組織中的相對表達量比較

ITGβ3蛋白是Ⅰ型跨膜蛋白分子，其結構由胞外區（頭）、跨膜區和胞質區（尾）組成，類似于一個“頭”連著兩條“腿”。可分為PSI、β-Propeller、βA、Thigh、Calf-1、Calf-2、Hybrid、EGF-like-1、EGF-like-2、EGF-like-3、EGF-like-4和βTD等結構域。胞外區最長，呈球形結構，為氨基末端，與細胞外基質或配體結合；胞質區比較短，呈線狀結構；胞內區最短，與細胞骨架分子相連，在胞內外信號傳遞中具有重要作用。β3配基在PSI結構域中有一個由5個氨基酸組成的依賴金屬離子的吸附位點（metal ion dependent adhesion site，MIDAS），其位于具有調節作用的鈣離子結合位點附近，Ca2+、Mg2+和Mn2+等金屬離子與MIDAS相互作用促使ITG結構域構象變化，從而導致其與配體的吸附或解離[13-16]。β3配基不同功能結構域分布情況見表3。

表3 ITGβ3蛋白的功能結構域及其位點變異分布

4 ITGβ3與疾病的關聯性

ITGβ3通常要與配體結合參與細胞增殖、分化、黏附和遷移等過程，在多種病理過程中發揮重要作用[17]。整合蛋白與ECM中的配體分子結合，介導細胞與細胞、細胞與ECM的黏附，從而控制細胞與細胞、細胞與基膜的黏附，防止細胞游走[18]。β3與其配基結合組成αv/β3（CD51/CD61、玻璃粘蛋白受體）和αⅡb/β3兩種整合蛋白，αv/β3又稱細胞粘連素，其配體有纖連蛋白、層粘連蛋白、基質金屬蛋白酶-2、骨橋蛋白、骨調節蛋白、凝血酶原、血小板反應蛋白、玻璃體連接蛋白和血管性假血友病因子等。αⅡb/β3其配體有纖連蛋白、層粘蛋白、纖溶酶原、凝血酶原、血小板反應蛋白和玻連蛋白等[19]。ITGβ3與可溶性纖維蛋白原結合，引起血小板/血小板相互作用，可導致血小板快速聚集和黏附，物理堵塞破裂的內皮表面，在血小板聚集中起重要作用，被認為是一種血小板-血小板接觸受體。ITGβ3在腫瘤、人類免疫缺陷病毒感染等情況下，與CAM蛋白的相互作用可增強瘤體病變中的血管生成，在腫瘤及其惡變疾病的發生發展中扮演重要角色，并對藥效有影響[20]。

4.1 ITGβ3與慢性血管疾病

慢性血管疾病主要指以代謝紊亂脂質紊亂引起的動脈粥樣硬化性、炎癥性和功能性血管疾病，已經成為人類疾病死亡原因中的首位[21]。主動脈、冠狀動脈、頸動脈、腦動脈卻是慢性血管疾病主要的罹患部位，因而心肌梗死、腦梗死和血栓形成等成為血管疾病的主要后果[22]。研究證明ITGβ3肽鏈某些氨基酸殘基的變化可以增加其與纖維蛋白原的相互作用，導致對血栓素和其他激動劑刺激的異常反應，增強血小板的聚集和凝血酶的生成，降低出血時間，并通過有絲分裂原激活的蛋白激酶、細胞外調節蛋白激酶途徑，增加信號傳導并增強細胞遷移[23]。ITGβ3基因多態性與血小板功能的變異性關系的研究表明，ITGβ3 rs4642與凝血酶時間和纖維蛋白原相關。ITGβ rs56197296和rs5919等位基因與ADP誘導的血小板聚集減少有關，ITGβ rs55827077與GPⅡb/Ⅲa減少有關。臨床上可通過競爭性藥物靶向序列以改善患者的血小板功能，抵抗出血或血栓形成。ITGβ rs1009312、rs2015049、rs3760364、rs567581451、rs7208170和rs117052258與出血時間相關。認為ITGβ3基因多態性在血小板功能中的作用關系相當復雜。通過測序ITGβ3（rs4642 A＞G和rs4634 G＞A）中的單核苷酸多態性進行基因分型。研究證明rs4642和rs4634多態性均不影響替格瑞洛誘導IPA。ITGβ3 rs4642和rs4634多態性均不影響替格瑞洛誘導血小板聚集。認為ITGβ3 rs4642和rs4634基因型與替格瑞洛離體抗血小板活性降低無關。ITGβ3能識別多數配體中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽（Arg-Gly-Asp，RGD）序列發揮生物學作用。在獲得性免疫缺陷綜合征感染中，ITGβ3蛋白與細胞外病毒的反式激活因子相互作用，促進卡波西氏肉瘤病變組織中的血管生成，加重患者病程。ITGβ3能結合柯薩奇病毒a9和柯薩奇病毒b1衣殼蛋白，成為這些病毒的受體。ITGβ3的某些變異，與上述病毒感染的易感性有關，臨床上可通過競爭性藥物靶向序列以阻止病毒與易感細胞結合，抵抗感染[24]。

4.2 ITGβ3與惡性腫瘤

腫瘤是機體在環境和遺傳等致瘤因素的作用下，癌組織和癌旁組織微環境中，病變的細胞在基因水平上失去對其生長的正常調控，克隆性異常增生而形成的危害生命健康的致病性組織[25]。癌癥患者常常伴有明顯的DNA損害，表現為原癌基因被激活，抑癌基因失活，凋亡調節基因、損傷修復基因變性，發生靶細胞轉化，轉化的細胞選擇性地形成具有不同特點的亞克隆，并具有浸潤和轉移等惡性病變[26]。ITG不僅參與促進腫瘤細胞生長、侵襲、轉移、血管生成、抵抗細胞凋亡和藥物抵抗，還參與細胞極化、出芽、肌動蛋白收縮、黏著斑形成以及尾部與基底分離等過程[27]。流行病學研究表明，ITGβ3與癌癥風險有關，ITGβ3突變是乳腺癌、卵巢癌、非霍奇金淋巴瘤、結腸癌和腎癌等易感性的候選基因[28]。有研究認為ITGβ3是腫瘤生長和轉移的關鍵因素，其在腫瘤中的表達紊亂及其與臨床的關系成為研究的重點[29]。研究表明，ITGβ3在肝癌、胃癌、黑色素瘤、神經膠質瘤、卵巢癌和乳腺癌中的表達增加與腫瘤的侵襲特性相關，在組織培養中，通過抑制ITGβ3蛋白的過度表達，可以很好地破壞腫瘤血管生成，并有效減少腫瘤生長和遷移[30]。根據ITGβ3參與腫瘤重編程代謝、塑造基質、免疫微環境、促進間質轉化和維持腫瘤干性等特點，設計針對ITGβ3干預靶藥，在幾種類型的腫瘤中取得了可喜的成果[31]。

ITG在細胞識別和黏附、細胞活化和分化、免疫應答、細胞信號傳導、炎癥反應、創傷修復及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤形成及其轉移、淋巴細胞歸巢等生理病理過程中扮演重要角色，分子靶點眾多。充分了解ITG在病變過程中的機制、識別其在臨床診斷和治療中相關的分子靶點及其扮演的角色，不論是對醫學還是藥學都有重要的現實意義。