Talin2与肿瘤侵袭和转移关系的研究进展*

董奕裕， 黄晓文， 刘庆宪

浙江省荣军医院 1检验科, 3神经内科/老年医学科(浙江嘉兴 314000)； 2武警海警总队医院检验科(浙江嘉兴 314000)

恶性肿瘤的发病率、病死率逐年攀升，已位居各类死因的第1位，这严重危害人类的健康。肿瘤患者死亡的主要原因是肿瘤细胞的局部浸润、侵袭和转移扩散，其侵袭力通过基因突变、改变其细胞生物物理和生物力学特征来适应周围的微环境，从而得以实现。作为肿瘤微环境的重要组成部分的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)在肿瘤细胞侵袭转移、影响宿主和肿瘤细胞行为、介导细胞微环境等过程中发挥重要作用[1]，恶性肿瘤的侵袭转移过程涉及细胞-细胞上皮间质转化[2]、细胞-基质间的黏附、ECM与基底膜(basement membrane,BM)的降解使肿瘤细胞穿透组织屏障、逃避宿主免疫系统监视等复杂过程。ECM包含肿瘤生长依赖的许多生长因子、细胞因子、抑制剂等为组织的构建提供机械支持，同时影响肿瘤细胞的转移、分化、侵袭和增殖等。而Talin作为ECM-整合素-细胞骨架间相互作用的关键分子，对肿瘤的生长和转移起着至关重要的作用。

1 Talin的基本结构与功能

Talin是一种大黏着斑蛋白，通过与ECM、细胞膜整合相连，将细胞内网络与ECM联系起来。这是一种可以在机械受力解折叠时暴露新识别位点的分子，它可以结合、募集并参与机械转导的细胞骨架蛋白。Talin蛋白的大小约为270 kD，由N-末端头部结构域和C-末端棒状结构域组成；头部结构域包含非典型FERM结构域(由F0、F1、F2和F3亚结构域组成)，负责与β-整合素尾部的相互作用。最近的结晶结构研究表明，Talin残基结构包含9个α-螺旋，它们组织成一个独特的折叠，并且有2个不同的区域与纽蛋白(vinculin,VCL)和F-肌动蛋白结合[3]，Talin头部域通过与β-整合素尾部的近膜区域相互作用直接阻断了α整合素的跨膜和细胞质结构域与β-整合素的结合[4]，并诱导整合素胞外结构域的构象变化，激活整合素[5]。Mark Ginsberg实验室证明了Talin与β-整合素细胞质尾部结合是“由内向外”整合素激活的一个常见步骤[6]。此外，Talin通过与纽蛋白、局部黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)和肌动蛋白结合将“由外向内”整合素信号传递到细胞中，发挥信号转导器作用。在脊椎动物中有2个Talin基因TLN1和TLN2，编码Talin1和Talin2，两者有74%的同源性。

2 Talin2调节细胞黏附到ECM的功能

细胞黏附分子在肿瘤上皮细胞和内皮细胞上的表达是一种高度调节的动态过程，需要生长因子、细胞因子和趋化因子的存在。它高度依赖于ECM的组成，肿瘤上皮细胞和内皮细胞脱离ECM后，能够避免失活而获得生存，从而有助于转移，细胞的转移依赖于细胞的黏附与细胞骨架。ECM可以控制细胞转移的速度与方向，可通过微环境的由外向内信号对细胞转移进行调节，而且细胞的形态特性和细胞内动力学则通过信号反馈给ECM[7]，对其微体系结构的分析表明，恶性细胞侵袭伴随着包括基质排列和蛋白水解等广泛的ECM过度生成和异常重塑[8]。几乎所有类型的细胞中发现由整合素介导的黏附到ECM，Talin是整合素黏附复合体的核心成分，是连接整合素与细胞骨架，是细胞通过整合素附着在ECM上维持动物的发育和组织的必需物质[9]。Talin通过结合β-整合素尾部来激活整合素，调节整合素对其ECM配体的改变黏附力外，还可以控制转移细胞的极性和募集黏附复合体来装配ECM，在调控肿瘤转移、生长、分化和凋亡等事件方面发挥重要的作用[10]。Talin2与β-整合素尾部的相互作用比Talin1强，它与侵袭性蛋白共存，调节牵引力的产生和侵袭性蛋白介导的基质降解，Talin2与β-整合素尾部的结合对于肿瘤细胞侵袭是必不可少的[11]，当Talin2缺失时抑制整合素介导的TK1细胞的细胞黏附作用。

3 Talin2调节肿瘤细胞黏着动力学

Talin在机械力的刺激下发生可塑性的构象变化，组织的机械刚性驱动是细胞功能和肿瘤发展的主要过程，细胞的收缩和黏附通过分子探测机制来进行。它由ECM、整合素、衔接蛋白和产生力的肌动球蛋白细胞骨架之间的动态分子键组成，形成一个通常称为“分子离合器”[12]的机械连接。Talin与细胞负载的关键组分结合成机械力装置，它已作为一种机械敏感度分子进行研究，只有当Talin经历机械力时才招募纽蛋白，并且仅当Talin成功结合整合素并与肌动蛋白偶联时才施加力，如果不满足这些条件，那么新生粘连由于没有经受足够的力来招募纽蛋白而被拆解，Talin2介导的牵引力生成可能与Talin2在大的局灶黏附形成中的作用有关。最新的研究表明，Talin对于牵引力的产生、细胞侵入和心血管完整性是必不可少的，且Talin2与Talin1有所不同，Talin1与非肌肉肌动蛋白的结合比Talin2强，而Talin2与肌肉肌动蛋白的亲和力比Talin1高[13]，Talin2在心脏和骨骼肌中高水平表达，对整合素β1和肌动蛋白的高亲和力可能有助于形成更具弹性的黏附连接。此外，基于谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)的“推-拉”模型分析，发现Talin2对不同β-整合素的亲和力高于Talin1[10]。

4 Talin2调节肿瘤细胞的转移、侵袭

转移是肿瘤EMC和肿瘤细胞骨架相互作用的复杂过程，ECM通过整合素连接到细胞-ECM黏附部位的细胞黏附体，并通过整合素连接到肌动蛋白细胞骨架和各种下游信号通路，使细胞能够以协调的方式对外部刺激作出反应，Talin2是一种大的二聚细胞骨架蛋白，其功能是调节整合素对EMC配体的亲和力，在细胞黏附、转移、增殖和分化中起着决定作用，对肿瘤细胞的侵袭、血管内和肺转移是必不可少的，因为它能促进肿瘤细胞通过基质的侵袭[14], 促进肿瘤细胞突起的形成、运动、血管内渗入，导致肺转移增强，Talin1和Talin2水平与人肝癌的致瘤性有关，细胞周期分布、失活、转移和侵袭以及体内肿瘤形成抑制的变化与Talin1和Talin2的下调有关，而不仅仅与Talin1有关[15]，Talin2在病灶或纤维黏附部位、在整个细胞内形成弥漫性聚集物，这些聚集物超时凝聚形成更大的复合物[16]。在大多数情况下，只有Talin2在细胞中心的纤维粘连处被发现[17]。这种将Talin2定位在纤维连接蛋白分泌和聚集的部位，也有利于侵袭性蛋白的形成[13]，与整合素连接一样，Talin2中的肌动蛋白结合位点比Talin1中的等效区域更紧密，这对于产生牵引力、侵入性基质降解是必不可少的。Talin2在乳腺肿瘤细胞与正常邻近组织相比中，乳腺癌组织中的表达更高。细胞侵袭和转移分析实验表明，在shRNA介导的Talin2基因敲除后，2个MDA-MB-231乳腺癌细胞系中Talin2的缺失导致了细胞侵袭和转移的抑制[18]；Talin2的上调也与乳腺癌的肿瘤发生和转移有关[19-20]，导致更具攻击性的细胞侵袭。最近的研究表明Talin2基因敲除在肝细胞肿瘤细胞和乳腺肿瘤细胞转移中起作用[15,21]，另外，敲除Talin2能显著抑制SKBR3细胞的转移，使Talin2沉默也能降低了细胞的侵袭能力[22]。

5 Talin2与肿瘤细胞的凋亡关系

细胞凋亡，即程序性细胞死亡。细胞凋亡可通过半胱天冬酶(Caspase)的蛋白酶家族介导的外源性或内源性途径触发；两种凋亡途径融合激活效应器是Caspase-3，激活导致细胞的形态学和生化改变等细胞凋亡特征[23]，最终使细胞凋亡。实际上，肿瘤是一种发生在细胞增殖和凋亡过程不平衡状态的疾病。突变导致凋亡异常，有利于肿瘤细胞的过度增殖、侵袭和转移，肿瘤细胞在没有黏附ECM(抗失巢凋亡)的情况下存活的能力使它们能够发展锚定独立性，从原发肿瘤传播，侵入远处部位并建立转移性病变。最近研究显示，用Hoechst染色法检测Talin2敲除后MDA-MB-231细胞的形态学变化，细胞核变得凝集，大小变小，染色质部分缩聚成小球形或新月形，表明细胞发生凋亡，同时采用Annexin FITC和PI双标记FACS法检测细胞凋亡率；Talin2基因敲除显著抑制乳腺癌MDA-MB-231细胞的生长、转移能力和侵袭性，促进细胞凋亡。通过特异度RNA干扰敲除Talin2显著抑制细胞生长，并导致凋亡标志物的下调、裂解Caspase-3和聚ADP-核糖聚合酶的磷酸化[21]。Talin2水平升高可能抑制细胞死亡并增加转移[24]。

6 展望

肿瘤微环境主要包括ECM、各种调节肿瘤性质的生长因子和细胞因子[25]等对肿瘤的侵袭和转移起着不可或缺的作用。Talin是ECM、整合素和细胞骨架[26]中的关键分子，在脊椎动物中这两种不同表达的基因编码紧密相关。虽然已经证实Talin1在肿瘤细胞黏附和转移中起着重要作用，但关于Talin2的作用知之甚少[20]，对这些参与者和信号通路的认识才刚刚开始，它们的功能仍有待探索，目前已知Talin2基因敲除后能显著抑制MDA-MB-231细胞的生长、转移能力和侵袭性、促进细胞凋亡，而这正是肿瘤致命转移中发展各阶段基于多种细胞和分子机制的基础，凋亡途径的缺陷是如何促进肿瘤的发展和耐药性的，以及细胞凋亡如何作为肿瘤靶向治疗的媒介等问题需进一步深入研究。高通量的定量基因组学、蛋白质组学方法、结合适当的计算能力等新技术的不断开发、对不断增加的代谢参数进行新的高敏感度和定量测量无疑是解开这些复杂过程的先决条件之一，最后改进动物模型来研究这些机制，Talin2有望成为肿瘤的潜在治疗靶点。