整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信号转导通路与肿瘤关系的相关研究进展

阳 莲 洪 莉

武汉大学人民医院妇产科，湖北武汉 430000

整合素又称“整联蛋白”，主要介导细胞与细胞间及细胞与细胞外基质间的黏附，同时作为基质分子受体，接受细胞外分子信号并通过信号通路转导，影响基因的表达，从而影响细胞增殖，调控细胞周期、细胞迁移等过程[1]。整合素的研究，尤其是整合素β1 的研究一直是近年来研究的热点，相关的研究结果也提示：整合素表达和功能异常与机体心血管疾病、血液疾病、炎性疾病和癌症等的病理状态的病因密切相关[2]。整合素β1 激活的信号反应主要包括黏着斑激酶（fo-cal adhesion kinase，FAK）通路、细胞分裂素活化蛋白激酶（MAPK）通路、PI3K 通路等[3]。整合素β1-FAKRas-MAPK 通路是整合素β1 介导的一条重要的信号转导通路，参与了细胞增殖、分化、迁徙、恶变等多种细胞生物学反应，是许多疾病发生发展的重要机制，也是疾病治疗的潜在靶点。本文就近年来该通路相关研究进展作一个简要综述。

1 整合素的结构特征

整合素属于跨膜受体家族，是由α 和β 亚单位组成的杂二聚体，在空间上形成两条长链平行并于胞外尾端汇合的倒置“U”字形结构[4]。整合素家族共有14 种α 亚单位和8 种β 亚单位，α 亚基主要调节整合素与阳离子依赖性配体的相互结合，β 亚基则参与细胞内骨架蛋白的相互作用和胞内信号转导及调节细胞的生物学功能[5]，其中以β1 亚基整合素的作用最为广泛。整合素β1 至少可以形成18 个含不同α 亚基的异二聚体，主要包括α1～11β1 和αVβ1。整合素β1 分布于平滑肌细胞、成纤维细胞、肿瘤细胞等多种细胞，其配体则主要为细胞外基质和多种细胞黏附分子等[6-7]。

2 整合素β1 介导的细胞信号通路

整合素在焦点接触器中启动的信号通路称为整合素信号通路，其主要是通过结构域构象的改变来调节细胞膜的双向信号传导，即“由外向内”和“由内向外”传导[8]。当整联蛋白的细胞外结构域同细胞外配体结合时会诱导整联蛋白细胞内结构域的末端发生构型的变化，构型的变化反过来又会改变整联蛋白的细胞质结构域末端同相邻蛋白的相互作用，从而激活下游的信号通路[9]。整合素β1 下游的信号通路主要包括FAK 通路、MAPK 通路、PI3K 通路等。其中最主要的是FAK 通路，而FAK 介导的信号转导通路主要包括以下几条：即FAK-PI3K-AKT/PKB 通路、FAK-Ras-MAPK 通路、FAK-STAT1 通路、FAK-GTPase 通路[3,9]，这几条通路并非泾渭分明，它们之间又相互关联。

3 FAK-Ras-MAPK 通路的组成及转导机制

FAK 是酪氨酸激酶和整合素介导的信号通路中的重要成员[10]，其N-端区可连接到整合素β1 的胞浆区，当细胞外基质（extracellular matrix，ECM）或细胞黏附分子等配基与整合素β1 胞外区结合后，可引起整合素β1 在焦点复合物聚集，通过整合素β1-talin，talin-FAK 间的相互作用导致多个FAK 分子聚集到焦点黏附物处，而后FAK 之间相互磷酸化而被激活。Src 蛋白激酶是一种酪氨酸蛋白激酶，可通过正向调节自身磷酸化位点Tyr416 和负向调节的磷酸化位点Tyr527 来控制自身的激活和失活。Ras 蛋白属于具有GTP 酶活性的GTP 结合蛋白，它有两种状态，结合GTP 时为活化状态，结合GDP 时为失活状态，Ras 基因可编码出H-Ras、N-Ras、K-RasA 和K-RasB 4 种蛋白[11]，其氨基酸序列高度保守，这些高度保守的结构域包含GTP 及效应因子的结合域。MAPK 是存在于细胞内的一类丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，在所有真核细胞上都表达。目前研究认为：MAPK 信号通路由4 条平行的信号转导通路组成。细胞外信号调节蛋白激1/2 通路、c-Jun 氨基末端激酶和/或应激活化蛋白激酶（SAPK）通路、p38 丝裂原活化蛋白激酶通路和细胞外信号调节蛋白激酶5/大丝裂原活化蛋白激酶1[12]。MAPK 通路基本组成是一种从酵母到人类都保守的三级激酶模式，MAPK 通路基本组成是一种从酵母到人类都保守的三级激酶模式，包括MAPK 激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MAPKKK）、MAPK 激酶（MAP kinase kinase，MAPKK）和MAPK，这三种激酶能在一定条件下依次激活，共同调节着细胞的生长、分化等。

当整合素β1 与其配体结合后，整合素β1 亚基的胞质端与FAK 的N2 端区结合，从而引起FAK 构象的改变，使激酶结构域处于活化状态，同时Tyr397自身磷酸化，介导Src 与FAK 直接的相互作用。激活的FAK 取代SrcC 末端的调节性磷酸化Tyr，与SH2结合，形成Src-FAK 激酶复合物，从而使Src 激活[8,13]。Src-（FAK）激酶复合物可使Tyr789 磷酸化蛋白质酪氨酸酶α（PTPα），而Grb2 可介导Src-FAK 和PTPα的偶联，Grb2 二聚体通过连接FAK 和PTPα，从而完全激活FAK[14]。因此，Src 和FAK 之间是一个相互激活的关系。完全激活的FAK 通过两条途径激活Ras途径，一条是磷酸化蛋白和Cas 的酪氨酸残基进入Ras 途径激活MAPK，另一条是接头蛋Grb2 与磷酸化的Src-FAK 激酶复合物所致的磷酸化Tyr397 相结合[15]。活化的Ras 与Raf（即MAPKKK）结合成复合物并将Raf 固定于细胞膜内侧，进一步激活Raf，活化的Raf结合磷酸化并激活MAPKK，而MAPKK 进一步激活MAPK，这就构成了MAPK 通路的三级活化，激活后的MAPK 转位至核内调节转录，从而调节细胞生长、增殖与分化。

4 整合素β1-FAK-Ras-MAPK 转导通路与肿瘤

4.1 诱导上皮-间质转化

细胞外基质被认为是限制肿瘤细胞发生迁移的第一道屏障。上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transitio，EMT）的特征是黏附性降低，迁移和侵袭增强[16]。发生EMT 的上皮细胞，若要向远处的迁移，必须激活或分泌蛋白降解酶类来降解基质，形成局部溶解区来提供转移通道[17]。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）几乎能降解ECM 中的大部分蛋白结构[18]。整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信号转导通路诱导EMT 主要是与MMPs 的活化有关。研究表明，FAK能够激活下游靶分子MMPs-2 和MMPs-9，诱导肝癌细胞发生迁移。正常小鼠乳腺上皮细胞的研究揭示了ERK-MAPK 在TGFβ 介导的EMT 中的作用，此外，组成型JNK/SAPK 活化促进了人乳腺上皮细胞中的EMT 的作用需要ERK-MAPK 活化[19]。对EB 病毒编码的潜伏膜蛋白1（LMP1）的研究提示，LMP1 正是通过整合素β1 介导的ERK-MAPK 信号通路而诱导EMT，而进一步增强了肿瘤的侵袭和转移[20]。在胰腺癌（PC）的研究也表明，钙网蛋白通过整合素/EGFRERK/MAPK 信号通路促进PC 细胞中表皮生长因子诱导的EMT[21]，MUC4/X 的过表达则也通过调节整合素β1/FAK/ERK 途径增加细胞侵袭转移以及细胞与ECM 的黏附[22]。

4.2 促进肿瘤细胞增殖，抑制肿瘤细胞凋亡

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 亦可保护细胞不发生凋亡[23]，这是因为活化的MAPK 进入细胞核后，可激活c-myc，myc 作为转录因子促进细胞cyclinD、SCF、E2F 等G1-S 有关基因的表达，使细胞进入G1期，而Cyclin D1 是参与细胞周期G1/S 期转换的重要正性调节蛋白。鼻咽癌的相关实验数据结果显示,36 例鼻咽癌中Cyclin D1、Ki-67 阳性表达率均为80.56%，且与p-ERK 表达呈正相关，提示ERK 信号通路激活其下游基因CyclinD1 和Ki-67，Ki-67 协同Cyclin D1共同导致细胞周期紊乱，促进鼻咽癌细胞的增殖[24]。氧化二甲基查尔酮C 可抑制A375 细胞的增殖、迁移和侵袭，可能与抑制整合素β1 的磷酸化、阻断ERK通路有关[25]。在大鼠成骨细胞中，不同程度激活MAPKERK1/2 信号通路后，发现成骨性基因如COLI、RUNX2和ALP 的表达水平显著提高，且反映细胞增殖的PCNA蛋白表达明显提高，提示成骨细胞发生增殖[26]。Holliday 结合识别蛋白（HJURP）是一种癌基因，可驱动肝细胞癌（HCC）中p21 上游的细胞周期进程，而p21的稳定性受包括涉及ERK1/2，HJURP 通过MAPK/ERK1/2 等信号传导途径使p21 去稳定，从而来促进HCC 细胞增殖。与正常非肿瘤组织比较，MAPK 在许多人类肿瘤，如结肠癌、食管癌、乳腺癌等肿瘤中呈持续的激活表达，抑制p38 通路的同时可加强ERK 的激活，导致凋亡延迟[27]。miR-138 过表达可抑制FAK、Src 和ERK 的磷酸化，从而降低细胞运动性，侵袭菌落和应力纤维形成[28]，CX3CL1 亦可通过激活Src/FAK途径增强前列腺癌脊柱转移[29]。

4.3 促进肿瘤血管生成

近年来相关研究表明，血管生成在肿瘤的生长、侵袭和转移中发挥重要作用，而血管内皮生长因子（VEGF）是血管生成中的重要因子，当整合素分子和配体相结合后，可通过介导血管内皮细胞的迁移和黏附，从而促进新生血管成熟和稳定[30]，α5β1 在前列腺转移癌细胞中高表达，且与血管内皮生长因子和血管内皮生长因子受体正相关，说明α5β1 整合素与肿瘤组织血管生成和转移密切相关[31]。MAPK 通路在多种肿瘤内呈持续激活状态，可诱导VEGF 及IL-8 等细胞因子的产生，从而促进肿瘤血管生成[32]。阻断MAPK通路后，PANC-1 细胞VEGF 蛋白表达明显下降，同样也证实MAPK 通路可通过诱导VEGF 的表达，以促进肿瘤血管的生成[33]。但具体的整合素如何介导MAPK通路促进肿瘤血管生成有待进一步研究。

5 小结

整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信号转导通路是一条与细胞生物活动密切相关的信号转到通路。越来越多的研究提示其在许多疾病，尤其是肿瘤的相关发生发展过程中起到了很大的作用，有望为抗癌药物的研制提供潜在的靶点。但有关整合素的信号转导通路是错综复杂的，各种信号转导途径之间错综交错。关于整合素β1-FAK-Ras-MAPK 信号转导通路的研究方兴未艾，但多局限于该通路某一段或者是某个靶点的研究，对于整体通路的研究相对较少。相信随着对其研究的不断进步，该通路的作用机制将会越来越明朗，其与疾病的相关性也会越来越清晰。