整合素β1对恶性肿瘤生长及转移作用的研究进展

程方旭，黄晓霖，马洪

(1.贵州医科大学，贵阳 550000； 2.贵州中医药大学第一附属医院口腔科，贵阳 550001)

癌症是目前危害人类健康的主要因素之一，癌症所造成的死亡人数仅次于心脏病，是全球范围内人类第二大死亡因素[1]，并有超过心脏病死亡率的趋势，给社会和家庭带来沉重的负担。在癌症的发生发展过程中，癌细胞的增殖、侵袭和迁移严重影响患者的预后、生命质量以及生存率。以头颈部鳞癌为例，头颈部鳞癌包括口腔鳞癌，在世界范围内居恶性肿瘤发病率第6位[2]。在相当长的一段时间里，头颈部鳞癌的总体5年生存率并没有得到显著提高，且属于生存率较低的恶性肿瘤[3]。转移是目前公认的大多数恶性肿瘤患者5年生存率低的主要原因[4]。肿瘤的转移受多种因素调控，癌细胞产生的转移瘤是在一系列复杂的细胞生物学事件完成之后形成，内在和外在的信号途径的失调，使得初期转移的癌细胞最终产生危及生命的恶性肿瘤[5]。癌症的早发现、早诊断、早治疗是患者治疗效果及预后的重要保障，作为近年来研究的热点，整合素β1对肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭和凋亡存在明确的影响，对整合素的研究为恶性肿瘤的治疗及预后评估提供了较为明确的方向和方法。

1 整合素的结构和功能

整合素是一种跨膜糖蛋白受体，在多种细胞表面均有表达[6]。介导细胞与细胞的黏附，细胞与基质的相互作用以及癌细胞的迁移和侵袭[7-8]。整合素由非共价结合的α和β亚基组成[9]，它们形成细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的异二聚体受体复合物，目前的研究发现整合素家族中存在18种α亚基和8种β亚基，通过非共价键形成24种异二聚体结构，每个亚基具有一个大的细胞外结构域，一个跨膜结构域和一个短的细胞内结构域[8]。通过直接与ECM成分结合并介导细胞运动和侵袭，整合素在调节细胞增殖和运动以及转移能力方面起着主要作用[10]。整合素β1是整合素家族中最大的亚群，它是细胞与ECM间、细胞与细胞间不可缺少的黏附分子，与多种肿瘤细胞的增殖、凋亡、转移及侵袭密切相关[11]。有研究证实，整合素β1广泛参与肿瘤血管和肿瘤淋巴管的生成，同时在增强肿瘤细胞耐药性以及失巢凋亡抗性方面发挥明显作用。整合素β1主要与细胞和间质黏附有关,能与基质成分结合,高表达或活性增强可通过与ECM相应配体结合,提高肿瘤细胞在ECM中的迁移力[12-13]。整合素β1还可以在短暂发作的心肌缺血中预防心肌梗死，增加心肌中的内皮细胞增殖和小动脉形成[14]。

2 整合素β1与恶性肿瘤的关系

对整合素β1的研究相对集中于肿瘤领域，其对于肿瘤细胞的迁移、侵袭、增殖、凋亡，以及肿瘤的血管淋巴管生成、耐药性和失巢凋亡抗性均存在广泛的作用。大量研究证实，整合素β1在肿瘤细胞中呈异常过表达，使肿瘤细胞具备更强的迁移和侵袭能力，另外还能通过相关细胞内外信号通路，影响多种相关基因及蛋白质的表达，导致细胞增殖、凋亡等生物学行为异常[15-23]。整合素β1的表达水平往往与肿瘤的恶性正相关，整合素β1的高水平表达通常意味着患者的预后较差，生存率较低。

2.1整合素β1促进肿瘤细胞的侵袭和迁移 癌症转移是涉及癌细胞从原发性病变扩散到远端器官的过程，是癌症致死的主要原因，肿瘤细胞的迁移和侵袭是癌症转移的重要环节。癌症转移目前不再被视为事件的线性级联，而是一系列并发的部分重叠的过程[15]，整合素β1在癌症转移的复杂事件中表现出明确的促进作用，有研究证明，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等肿瘤细胞迁移相关通路中存在作用。Li 等[16]研究表明，解整合素金属蛋白酶17与整合素β1共同作用，可以促进肝细胞癌细胞的迁移和侵袭，整合素β1通过激活黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)/PI3K/Akt通路增强肿瘤细胞的迁移和侵袭能力，解整合素金属蛋白酶17过表达激活整合素β1，增强FAK和Akt磷酸化，活化解整合素金属蛋白酶17介导的整合素β1激活下游FAK/PI3K/Akt通路，从而增强肝癌细胞的迁移和侵袭能力。该研究发现，活化的整合素β1更多地在体积较大的肿瘤中高水平表达，而且高度活跃表达整合素β1的肝细胞癌病例通常比相对低水平表达整合素β1的病例表现出更高的肿瘤分期。Guo等[17]的研究表明，整合素β1基因敲除减弱了血小板反应蛋白4对肝细胞癌细胞迁移和侵袭的促进作用。在进一步的机制研究中，蛋白印迹法分析发现，血小板反应蛋白4表达下调后，FAK及其下游基因PI3K、Akt的磷酸化水平明显降低。Yin等[18]在整合素β1与三阴性乳腺癌的研究中发现，整合素β1与肿瘤细胞恶性行为(如细胞迁移、侵袭和耐药性)正相关。该研究发现，沉默整合素β1可抑制细胞迁移、侵袭并增加对抗癌药物的敏感性。相反，整合素β1的激活增加了细胞迁移、侵袭并降低了对抗癌药物的敏感性。整合素β1是染色质域解旋酶DNA结合蛋白4(chromodomain helicase DNA binding protein 4,CHD4)的下游靶基因，可能被三阴性乳腺癌细胞中的CHD4转录调控。免疫组织化学显示，整合素β1和CHD4的共表达与三阴性乳腺癌患者的转移状态、复发和生存状态显著相关。Ishizuka等[19]对人神经母细胞瘤的研究中，发现敲低神经纤维网蛋白1基因后，神经母细胞瘤细胞中整合素β1的表达明显增加，而敲除整合素β1的神经母细胞瘤细胞的迁移和侵袭能力降低。Wang等[20]对整合素β1在头颈部鳞癌中的关键作用进行研究发现，在转移性原发肿瘤中，整合素β1的表达明显高于非转移性肿瘤；在有淋巴结转移的患者中，整合素β1的表达与总生存率呈负相关。可见，整合素β1敲低或低表达/不表达头颈部鳞癌细胞体内淋巴结和肺转移显著减少，侵袭能力显著降低。整合素通过与ECM中的不同配体分子结合，激活下游不同的信号转导通路，从而产生不同的生物学效应，其机制是多种蛋白分子交互作用形成网络调控发挥综合效应的结果。杜华等[21]的研究显示，整合素β1可能通过激活蛋白激酶C影响细胞骨架蛋白，从而增强肿瘤细胞的运动侵袭能力。通过以上部分机制的研究，整合素β1可能通过以下途径促进肿瘤细胞的迁移和侵袭：①增强FAK和Akt磷酸化，激活下游FAK/PI3K/Akt途径；②通过与CHD4共表达影响肿瘤细胞的迁移和侵袭；③通过激活蛋白激酶C促进肿瘤细胞迁移侵袭。

2.2整合素β1对肿瘤细胞增殖和凋亡的影响 在正常人体内，细胞的增殖和凋亡受到各种基因的程序性控制，保持在一个相对稳定的动态平衡状态，而癌细胞则表现为异常增殖，其凋亡受到抑制，癌细胞的大量积累导致肿瘤的形成，打破体内稳态而导致癌症，整合素β1在促进肿瘤细胞的增殖和抑制肿瘤细胞的凋亡中发挥重要作用。整合素β1在维持癌细胞成活和促进肿瘤发生中起重要作用，上调整合素β1的表达可以在体外诱导HT29细胞增殖，HT29细胞-整合素β1过表达组的平均肿瘤体积明显增大，而下调整合素β1的细胞快速凋亡[22]。可见，下调整合素β1表达可显著增强HT29细胞的体外凋亡作用。整合素β1对HT29细胞的显著作用提示，整合素β1可能在结直肠癌细胞的凋亡中发挥重要作用。应用整合素β1抑制剂可减少体内肿瘤的形成，增加细胞凋亡[23]。

2.3整合素β1对血管生成或血管生成拟态的影响 肿瘤血管生成对肿瘤的生长和转移灶的形成至关重要。正常机体内，血管的生成处于正常调控状态下，当组织生长速度大于血管形成速度时，组织缺氧刺激相关细胞因子分泌，介导血管生成过程，而肿瘤细胞的增殖速度远大于血管生成速度，肿瘤瘤体中央组织缺氧持续分泌促血管生成因子，促进肿瘤瘤体继续生长，并为肿瘤的转移创造条件。侵袭性生长的肿瘤细胞可以通过一种被称为血管生成拟态的过程形成血管状结构。这些结构在血管内皮细胞不参与的情况下形成，是肿瘤细胞获得充足血液供应和营养的一个替代通道[24]。癌细胞形成的血管生成拟态在肿瘤进展中起关键作用，Kawahara等[25]的研究通过对人纤维肉瘤、乳腺癌以及恶性黑色素瘤细胞整合素β1基因的敲除，发现血管生成拟态的网络形成均受到抑制，该表型在人纤维肉瘤细胞系中可维持24 h，证明了整合素β1对于人纤维肉瘤细胞系中类似血管生成拟态的网络形成是必需的，进一步揭示了整合素β1对于各种癌细胞系中类似于血管生成拟态的网络形成至关重要。整合素β1与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与TEK受体酪氨酸激酶直接相互作用，并且通过这种相互作用调节血管生成素-1依赖性的血管生成[28]。另有研究发现，整合素α9β1直接与血管内皮生长因子受体-A121结合，整合素α9β1的阻断特异性抑制了血管内皮生长因子受体-A121诱导的血管生成[29]。

2.4整合素β1对淋巴管生成的影响 除了肿瘤血管生成，肿瘤淋巴管生成也是肿瘤发生发展的关键环节。整合素β1对于形成许多已知的整合素异二聚体必不可少，这些异二聚体参与淋巴管生成，包括α5β1、αvβ1、α9β1、α1β1、α2β1和α4β1[30]。Kumaravel等[31]的研究发现，整合素β1在淋巴管内皮细胞的侵袭中起关键作用，通过干扰小RNA对淋巴内皮细胞进行整合素β1的敲低处理，显著降低了研究建立的模型中淋巴管的出芽率；同时，他们评估了整合素β1敲低对其他淋巴管生成调控因子的影响，发现整合素β1基因显著降低了血管内皮生长因子受体3和磷酸化的胞外信号调节激酶水平，表明在整合素β1基因缺失的情况下，关键的淋巴管生成途径受到显著影响。这些结果均表明，整合素β1基因在包含胶原蛋白、纤维连接蛋白和其他前淋巴管生成因子的3D模型的淋巴管出芽过程中发挥重要作用，并改变了促进淋巴管生成的信号机制。Garmy-Susini等[32]通过体外及体内实验发现，整合素α4β1在体外促进淋巴内皮细胞迁移、出芽和血管形成，以及在体内促进生长因子诱导的淋巴管生成和成活，这些结果强烈表明整合素α4β1促进了肿瘤诱导的淋巴管生成，进一步的实验显示淋巴内皮细胞整合素α4β1通过促进淋巴内皮细胞迁移和体内成活，在肿瘤淋巴管生成和转移中发挥关键作用。

2.5整合素β1对肿瘤细胞抗性的影响 整合素β1对肿瘤细胞抗性的影响体现在以下两个方面，分别是耐药性以及肿瘤细胞的失巢凋亡抗性。在肿瘤的治疗中，肿瘤细胞耐药性成为影响肿瘤化疗效果的关键因素之一，而目前的研究证实，整合素β1可通过多种途径对肿瘤细胞耐药性产生影响。Tian等[33]的研究发现，与单层细胞相比，在肝细胞癌的多细胞球体中，由5-氟尿嘧啶和顺铂介导的增殖抑制和诱导细胞凋亡作用消失，而在多细胞球体中检测到高水平的整合素β1，通过整合素β1抑制性抗体的作用，可以抑制多细胞球体的形成，并显著增强增殖抑制和凋亡诱导。Brannon等[34]的研究发现，促分裂原活化的蛋白激酶激酶与整合素β1共同作用可躲避胰腺癌突变基因Kras的抑制剂曲美替尼的凋亡诱导作用，从而产生曲美替尼耐药。细胞失巢凋亡是指细胞在脱离ECM悬浮于体液中发生的程序性细胞死亡，而癌细胞则存在失巢凋亡抗性，这种特性决定了癌细胞在远距离血液或淋巴转移过程中能够成活并产生新的转移灶，Guha等[35]的研究报道了具有高转移性的结肠癌细胞的失巢凋亡抗性较正常的肠上皮细胞更高，这些癌细胞在非贴壁生长状态下高水平表达整合素α2、整合素β1，并激活表皮生长因子受体。

3 小 结

整合素作为一类广泛存在于脊椎动物细胞表面的细胞黏附分子，广泛参与了细胞的增殖、分化、迁移、恶变等细胞生物学反应[36]。整合素β1作为整合素家族中最大的亚群，与多种肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭、血管淋巴管形成以及抗性密切相关[37]，而整合素β1抑制剂的应用可明显减弱相关肿瘤细胞的恶性生物学行为，缩小肿瘤体积。整合素β1与恶性肿瘤相关的研究为探索癌症发生和发展的内在条件提供了新的方向和思路，但是其相关分子机制错综复杂，依然需要大量的研究来探索和证实。相信随着相关研究的深入，整合素β1在恶性肿瘤中的作用机制会越来越清晰，从而为恶性肿瘤的诊断和治疗提供更加有力的依据。