整合素在肺癌转移中的作用研究进展

董雨晴 俞万钧 李棠 徐涛

肺癌是世界上最常见的癌症之一，也是导致癌症相关死亡的主要原因，每年估计有2 200 万新发病例和179 万死亡病例[1]。肺癌可分为非小细胞肺癌（nonsmall-cell lung cancer，NSCLC）和小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）。NSCLC 又可分为腺癌、鳞状上皮细胞癌和大细胞癌。肺癌也是公认的最具侵袭性的恶性肿瘤之一，其5 年生存率仅为10%～15%。肺癌是否转移对预后至关重要。早期NSCLC 若无转移，5年生存率可达50%，而晚期转移性NSCLC 的5 年生存率只有1%～2%[2]。整合素是一种异二聚体跨膜糖蛋白受体，主要作为哺乳动物的信号蛋白。整合素在肿瘤转移的每一步都发挥着重要的作用，参与介导肿瘤细胞与细胞外基质（extracellular matrix，ECM）、肿瘤细胞与宿主细胞间的黏附及信号转导等多个环节作用。目前，靶向整合素药物（如Carotegrast、Lifitegrast、Natalizumab、Efalizumab 等）已经在心血管疾病、炎症性肠病、多发性硬化症和干眼病等的治疗领域中得到广泛开发和应用。但在癌症中，针对整合素的治疗靶点也有多年研究，却尚未有突破。本文就近年来整合素在肺癌转移中的相关调节机制、与周围微环境（如内皮细胞、免疫细胞等）的相互作用等领域中的研究进展作一综述，从而为肺癌的研究提供参考。

1 整合素的结构与功能

整合素又称为整联蛋白，是一种介导细胞和其外环境（如ECM）之间的连接的跨膜受体。整合素是由α（120～185 kD）和β（90～110 kD）两个亚单位形成的异二聚体。目前发现18 种α 亚单位和9 种β 亚单位，它们按不同的组合构成20 多种整合素。整合素亚基都是Ⅰ型跨膜糖蛋白，具有大的胞外结构域和典型的短细胞质尾的结构[3]。一般来说，α 亚基的胞外段识别ECM 的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列（arginine-glycine-aspartic acid，RGD）介导细胞与ECM 之间的黏附，而β 亚基的胞内段负责与细胞骨架相连。

作为跨膜黏附受体，整合素将肌动蛋白细胞骨架与细胞外环境偶联，并在细胞膜上双向传递信号。整合素的细胞外结构域结合特异性ECM、细胞表面可溶性蛋白配体；其胞质结构域与细胞骨架蛋白、信号蛋白和衔接蛋白相关。当结合配体或受到其他信号刺激后，整合素由折叠的非活化构象转变为伸展的活化构象。整合素的激活，可直接影响整合素介导的黏附作用[4]。活化后的整合素之间进一步形成聚簇，在细胞膜上组成一个多价的“脚手架”，其胞内段招募胞内信号分子及骨架蛋白，形成会聚黏着斑。细胞向不同部位的定向迁移伴随着黏着斑的组装和解聚动态变化。整合素介导的细胞黏附与迁移和癌症的转移和进展密切相关。除了与细胞黏附功能相关外，整合素与配体结合后还能向胞内传递信号，进而调控细胞增殖、骨架重排和凋亡等生理过程。在肿瘤微环境中，整合素可通过多种途径调控血管生成，如招募内皮祖细胞至肿瘤部位分化生成血管系统；促进髓细胞迁移浸润至肿瘤内部，分泌促血管生长因子促进血管形成等。并且肿瘤细胞可通过整合素快速锚定在血管内皮细胞表面，进而有效地穿出血管到达组织部位，实现肿瘤转移[5]。

整合素通过囊泡运输进出质膜[4]，称为整合素的内吞作用。整合素可以通过多种不同的途径被内吞，这取决于被激活的细胞类型、黏附状态和细胞信号通路。内吞作用使得整合素能被有效地循环利用，其中一小部分受体被溶酶体降解[6]。相较于正常组织和细胞，在肿瘤细胞中整合素往往出现异常表达[5]。这也提示了整合素与肿瘤转移之间有着密切联系。

2 整合素相关调节机制

整合素可受多种因素的调节，进而对肺癌的转移造成影响。对于整合素基因表达，蓖麻锌指1 通过与整合素αV 启动子结合，调控整合素αV 转录[7]。另一转录因子锌指E-盒结合同源盒蛋白1 通过抑制蛋白磷酸酶2 活性增加整合素α1、β1，进而增强肿瘤细胞与胶原纤维的黏附，促进肿瘤细胞的扩散[8]。长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）作为非编码基因组的重要组成部分，也参与了整合素的调控。例如，反向型lncRNA 整合素β1 能与调味增强子同源物2 相互作用，抑制其与整合素β1 启动子的结合，从而激活整合素β1 表达，促进肺腺癌进展[9]。miRNA 也是一类非编码单链RNA 分子，参与转录后基因表达的调控。miR-126 能直接通过靶基因整合素亚基α6 或通过miR-34c-3p上调整合素α2β1，调控NSCLC的进展[10]。

整合素同时也是调控下游相关信号通路的关键因素。其中整合素αVβ3 相关研究较多，有研究表明它能与内皮源性血管性血友病因子结合，抑制肺癌细胞的增殖和迁移，诱导细胞凋亡[11]。也能通过激活依赖于tribbles 假激酶3 的信号通路中的黏附斑激酶/蛋白激酶B/SOX2 轴来促进肺癌的发生[12]。受整合素调节相关的信号通路还有纤维蛋白原α/整合素/蛋白激酶B 轴、CD151-整合素α3 复合物/黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）/p130Cas 信号通路、分解素金属蛋白酶15/CD151/整合素α3、α6、αV/表皮生长因子受体/局部FAK 信号通路等[13-15]。

整合素的循环过程中，主要通过内吞作用被内化到细胞中。lncRNA HITT 可以通过干扰小G 蛋白（targeting GTPase，Rab）5 与鸟嘌呤核苷酸交换因子与结合，进而抑制整合素β1 的内吞作用，达到抑制细胞迁移和肿瘤转移作用[16]。

在细胞迁移过程中，异常的肌动蛋白细丝组装诱导膜突起，促进局部黏附转换，从而促进肺癌转移。肿瘤相关蛋白富脯氨酸11 通过影响细胞内整合素的内化和FAK 的磷酸化，影响丝状突起的肌动蛋白细丝组装，从而调节局灶性粘连的周转动力学和细胞运动[17]。

3 整合素与肺癌转移

转移是肿瘤进展中最具破坏性的阶段，导致了肿瘤的高死亡率。肿瘤转移包含多个顺序和相互关联的步骤，并受多种信号通路的调控。肺癌转移是一个复杂的、多步骤的、连续的主动过程，可称为侵袭-转移性级联反应，主要包括：（1）肿瘤生长和转移的激活，瘤细胞间因黏附能力下降而从原发部位脱落。这是肿瘤转移的开始；（2）肿瘤细胞穿破脉管进入血管或淋巴管；（3）逃脱宿主免疫活性细胞，得以生存；（4）在远处部位停滞并穿出血管；（5）在继发部位生长。

肿瘤转移与预后密切相关，已有多项研究表明整合素参与其中。Wang 等[18]就将整合素α5、α6、αL 作为三要素，并以此计算每例肺腺癌患者的风险评分，从而评估预后。Prieto 等[19]证明肺神经内分泌细胞的整合素α5、αV、β1 等基因上调，提示胶原/整合素基因与肺神经内分泌肿瘤的进展有关。

3.1 整合素与ECM 肿瘤ECM 作为肿瘤微环境的核心成员，是肿瘤细胞转移到周围组织的第一道屏障。细胞通过与ECM 结合形成局部黏附复合体，为细胞迁移提供牵引力和收缩力。整合素β 样1 蛋白抑制整合素β1 活性，促进后缘局灶性黏附复合物的分解以促进细胞的定向迁移[20]。柯萨奇和腺病毒受体被证实是一种受ECM 的硬度影响的机械敏感蛋白，能与黏着斑蛋白Src、FAK 和巴西林形成复合体，促进三磷酸鸟苷/RAS 相关蛋白1/整合素的激活，促进细胞-基质黏附而促进肺癌转移[21]。

在肺癌细胞微生态中脂多糖和脂磷胆酸被发现也能促进肺癌细胞的恶性进展，可能参与的机制是其能增加骨桥蛋白/整合素β3 的表达，激活磷脂酰肌醇三羟基激酶/蛋白激酶B 通路，促进肺癌细胞的恶性进展[22]。整合素也可将胞骨架蛋白Talin 与局灶黏附蛋白连接，使微丝力作用于细胞外基质，并诱导基质降解，从而促进细胞迁移[23]。其中骨桥蛋白受香烟烟雾提取物和苯并[a]芘调节，通过Janus 激酶/信号传导转录激活因子3 信号通路，诱导肺癌细胞迁移和侵袭[24]。天然存在的醌甲三萜Pritimerin 可通过抑制整合素β1介导的黏附过程，影响细胞骨架与整合素相互作用，在体内有很强的抗癌活性[25]。但Haake 等[26]证明了整合素β1 细胞质尾部足以促进整合素β1 依赖性局部黏附激酶的激活、基因表达，并不需要整合素-ECM 相互结合发挥作用，这可能可以解释某些针对抑制整合素-ECM 相互作用为治疗策略失败的原因。

3.2 整合素与上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT） EMT 是存在于多个组织和发育阶段的生物学过程，与癌细胞转移密切相关。整合素αVβ3 可受microRNA200 抑制，进而影响EMT 进程[27]。研究表明177Lu 标记环状RGD 肽，可有效治疗NSCLC 和其他过表达整合素αVβ3 受体的癌症[28]。此外，热休克蛋白家族A 成员1 样能与整合素αV 形成复合物，通过蛋白激酶B 通路/糖原合酶激酶-3β 激活途径稳定β-catenin，促进EMT 进程[29]。

Nonpanya 等[30]发现从长圆叶波罗蜜中分离的纯化合物artocarpin，通过抑制整合素αV 和β3 减缓EMT 进程，达到抑制癌细胞向间充质表型的转变的效果。中草药冬凌草素通过影响整合素β1，抑制FAK/细胞外调节蛋白激酶信号通路，也可抑制SCLC 细胞的迁移和EMT[31]。对于耐辐射的肺癌，Li 等[32]发现整合素β1可能通过影响DNA 修复、Yes 相关蛋白1 介导的EMT诱导辐射抗性。这表明整合素β1 可能是克服NSCLC细胞放射耐药的一个关键点。

3.3 整合素与血管形成 无论是原发性肺癌还是继发转移性肺癌在生长扩散过程中都依赖血管生成。血管生成不仅促进原发瘤的生长，而且增加了癌细胞入血的机会以促进转移。整合素在肺癌血管生成过程中也发挥重要作用。整合素β3 被证实可作为一种新的肺癌脑转移预后生物标志物[33]。在大多数肺腺癌中可发现表皮生长因子受体突变，在受体突变的情况下整合素β1 可能参与了含C 型凝集素结构域11A 对血管内皮细胞的生物学效应，从而对肺腺癌产生影响[34]。此外，神经纤维蛋白-2 通过刺激依赖Rab11 的整合素α5/磷酸化FAK 复合体到新的黏附位点，促进内皮细胞的黏附和迁移，影响了肺癌转移中血管的生成[35]。

在肿瘤中，供血血管的形成主要机制有：（1）在原有血管中由内皮细胞形成血管（血管生成）；（2）内皮细胞的前体形成血管（血管生成）；（3）肿瘤细胞沿已有血管系统生长（血管选择性）：（4）肿瘤细胞形成血管样结构（血管生成拟态）。而血管生成因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）参与了这些过程中的大多数。天然物质Terrein 能通过下调整合素抑制血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的分泌以及VEGF 与VEGFR2 的相互作用，抑制A549 细胞的血管生成过程[36]。Broussonin A 和B 则通过下调整合素β1，使VEGFA 刺激的下游信号通路失活来抗血管生成[37]。

另外，Fu 等[38]认为[99mTC]-Galacto-RGD2对原发性肺癌的检测灵敏度高，原因在于内皮细胞和肿瘤细胞中整合素αVβ3 的表达。Zhang 等[39]则报道了一种自扩增的活性氧敏感前药纳米诱饵，作用机制之一就是通过血管细胞黏附分子1/整合素α4、β1 的相互作用靶向肺转移结节，使肺癌化疗增敏免疫成为可能。

3.4 整合素与淋巴管 肺癌的转移除了涉及血管生成的形成，淋巴管的形成也对癌细胞远处转移至关重要。特别是淋巴管内皮细胞（lymphatic endothelial cells，LECs）在癌细胞周围构成淋巴管，促进癌细胞侵入淋巴结。VEGF 被报道也可促进LEC 介导的淋巴管生成和肺癌转移。如血管生成素-2 促进肺癌细胞VEGFA 依赖的LEC 淋巴管生成，与整合素α5β1/p38/NF-κB信号通路相关[40]。

此外，Ren 等[41]发现肺腺癌标本中的微淋巴管密度与整合素α6 过表达相关。机制上可能是通过结合和促进肿瘤坏死因子受体相关因子2-K63 多泛素化，使整合素α6 具有持续的NF-κB 活性，进而调节淋巴管生成和淋巴转移。

3.5 整合素与细胞死亡 凋亡是细胞的主动死亡过程，凋亡信号启动机制的丧失是肿瘤形成和转移的关键。随着分子生物学技术、免疫组化等方法的发展应用，整合素在调控细胞凋亡方面所起的作用受到广泛的重视。ZBM-H 与葡萄糖调节蛋白78 直接结合，从而诱导整合素α的磷酸化进而促进A549细胞的凋亡[42]。

细胞焦亡是一种新的程序性细胞死亡方式，与细胞凋亡在细胞形态学改变和发生机制上都有明显区别，其特征为依赖于半胱天冬酶-1，并伴有大量促炎症因子的释放。整合素β5 能通过鞘脂代谢重编程抑制化疗诱导的典型焦亡，从而赋予癌症化疗耐药[43]。

中药复方金复康由12 种中草药（黄芪、北沙参、麦冬、女贞子、山茱萸、绞股蓝、淫羊藿、胡芦巴、石上柏、石见穿、重楼、天冬）组成，已应用于临床治疗NSCLC 患者。金复康可通过抑制整合素/Src 信号通路诱导肺癌细胞凋亡[44]。金复康的抗肿瘤机制可能与诱导细胞周期阻滞、细胞凋亡和表观遗传调控有关。另外，Khine等[45]发现翘鳞韧伞（Mont）肽可作为一种新的联合药物治疗肺癌，被证实可将整合素β1、β3、β5、α5、αV 和下游相关信号降低，从而促进细胞凋亡增强。

4 小结

整合素作为细胞与细胞、ECM 之间的桥梁，在多种疾病中发挥着作用。整合素的抑制剂已经有几种上市药物，例如Vedolizumab 和Natalizumab，它们主要作用于白细胞整合素α4β7 和α4β1 的抗体，用于治疗溃疡性结肠炎、克罗恩病和多发性硬化症。而本文讨论了整合素介导的细胞与肿瘤微环境、细胞与细胞的相互作用在肿瘤转移过程中起的重要作用，为探索肺癌转移的发生机制、早期诊断及预后判断标志提供了多方位的线索，也为整合素作为肺癌转移治疗靶点、单独或联合使用提供了新的思路。