FAK通路在RA發(fā)病機(jī)制中的作用

許金鑫 綜述 張 育 審校 (揚(yáng)州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院,揚(yáng)州 225001)

1 粘著斑激酶(FAK)的結(jié)構(gòu)與功能

粘著斑激酶(Focal adhesion kinase,FAK)是一種廣泛表達(dá)的胞漿內(nèi)非受體蛋白酪氨酸激酶,定位于整聯(lián)蛋白聚集處,具有多種功能,臨床研究顯示其在多種人類腫瘤中均有表達(dá),與腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移特性關(guān)系密切,并且能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和存活。大量研究發(fā)現(xiàn),FAK在多種生物及其組織中表達(dá),在惡性轉(zhuǎn)移腫瘤中呈現(xiàn)高表達(dá),FAK的高表達(dá)和酪氨酸磷酸化與多種惡性腫瘤的生長及侵襲轉(zhuǎn)移能力相關(guān)。FAK是整合蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要成員,有酪氨酸蛋白激酶活性,并可自身磷酸化。新近發(fā)現(xiàn)FAK可抑制細(xì)胞凋亡[1],擁有類似FAK作用的FAK家族新成員被不斷發(fā)現(xiàn),作為信號分子的FAK,具有廣泛的治療學(xué)意義。比如在基因治療上,通過調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)錄因子SiRNA水平,或者在其mRNA或蛋白水平,從而改變它的信號表達(dá)可以達(dá)到治療目的。FAK相關(guān)非激酶或粘著斑目標(biāo)域及酶活性的表達(dá)可被一種FAK激酶結(jié)構(gòu)域相關(guān)的激酶活化抑制劑FIP200所阻斷[2]。近年來,已有許多對抗FAK轉(zhuǎn)錄與激活的小分子被發(fā)現(xiàn),這些都為其治療學(xué)上的靶向治療提供了無限潛力[3,4]。

1.1 FAK的結(jié)構(gòu) 隨著細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展,人們早已認(rèn)識到細(xì)胞粘附不單純是機(jī)械連接,整合蛋白(integrin)是廣泛存在于各種哺乳類動物細(xì)胞的主要粘附分子之一,它引起細(xì)胞與基質(zhì)成分粘附而介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),特別是胞內(nèi)第一個信號分子—FAK的研究倍受重視,現(xiàn)已初步了解整合蛋白介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要信號分子及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),特別是FAK的分子結(jié)構(gòu)。FAK是一種非受體依賴型酪氨酸激酶,最先被發(fā)現(xiàn)存在于Src轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中,后來有很多實(shí)驗(yàn)表明它在多種腫瘤組織中高表達(dá),參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移,在細(xì)胞周期調(diào)控、粘附、遷移、生存等多方面發(fā)揮重要作用。在許多細(xì)胞中,FAK通過其特異性的磷酸化位點(diǎn)與含有Src同源序列2(SH2)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)結(jié)合,介導(dǎo)整合素、FAK/Src、FAK/JAK等多條信號傳導(dǎo)途徑[5]。

FAK在許多物種中都廣泛表達(dá),包括人、嚙齒類動物、蛙類、雞、果蠅及爪蟾屬等,提示其在進(jìn)化過程中高度保守。小鼠及人的FAK基因已被定位,編碼鼠的FAK基因定位于15號染色體myc基因遠(yuǎn)端,編碼人的FAK基因定位于8q24,與c-myc locus相鄰,cDNA全長4 285 bp,編碼1 028個氨基酸,分子量為125 kD。FAK在人的組織和細(xì)胞中也廣泛表達(dá),如間質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞、紅細(xì)胞等[6]。在結(jié)構(gòu)上,FAK包括一個N-氨基端FERM調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、一個中央催化酶結(jié)構(gòu)域、兩個富含脯氨酸的主鏈及一個羧基端粘著斑結(jié)構(gòu)域[5,7]。

1.2 FAK的功能 通過FAK信號通路可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的基本功能,比如細(xì)胞的增殖、生長、粘附、凋亡、擴(kuò)散、侵襲及游走等特性。FAK的信號異常多見于向惡性轉(zhuǎn)化的細(xì)胞,但也可出現(xiàn)于正常細(xì)胞來修正細(xì)胞的功能[6]。

細(xì)胞的定向遷移是一個復(fù)雜的過程,它需要調(diào)節(jié)細(xì)胞支架的信號在時間和空間上的統(tǒng)一。FAK可以促進(jìn)細(xì)胞的遷移,但其機(jī)制還未被清楚地闡明。有報道證實(shí)成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及癌細(xì)胞的極性在細(xì)胞遷移過程中需要FAK信號及它們之間的復(fù)雜協(xié)調(diào)的聯(lián)系。首先,FAK通過p120RasGAP和p190RhoGAP誘導(dǎo)p190A的酪氨酸磷酸化,纖連蛋白整合介導(dǎo)的FAK激活及磷酸化促進(jìn)SH2介導(dǎo)的p190A與FAK的粘附,進(jìn)而FAK又促進(jìn)p190A的酪氨酸磷酸化。缺失p190A或者抑制FAK活性可阻斷FAK和p190A復(fù)合物的形成以及下游p190A的磷酸化,從而使細(xì)胞極性喪失,這就說明了FAK可通過調(diào)節(jié)p190A的定位及磷酸化而調(diào)節(jié)細(xì)胞的極性[8]。FAK作為最具潛力的信號分子之一,還被證實(shí)具有調(diào)節(jié)整合蛋白調(diào)節(jié)信號的能力。有學(xué)者證實(shí)CTGF(結(jié)締組織生長因子)可以通過上調(diào)FAK等信號通路以增強(qiáng)人軟骨肉瘤細(xì)胞的游走及MMP-13的表達(dá)[9]。

整合素、生長因子、G蛋白偶聯(lián)受體配體可以誘導(dǎo)FAK磷酸化和激活。其中整合素是一類重要的細(xì)胞表面受體家族,其與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)配體結(jié)合后,可以促使粘著斑形成。整合素β1、β3和β5亞基的胞質(zhì)端與FAK的N端區(qū)結(jié)合,從而引起FAK構(gòu)像改變,使激酶結(jié)構(gòu)域處于活化狀態(tài)。同時,FAK的酪氨酸位點(diǎn)Tyr397發(fā)生自身磷酸化,消除Src的自體抑制,活化的 Src再催化 FAK的 Tyr407、Tyr576、Tyr577和Tyr925位點(diǎn)的磷酸化,從而使FAK完全活化。FAK與Src結(jié)合形成FAK/Src復(fù)合體后FAK被激活。激活的FAK一方面磷酸化樁蛋白(paxillin)和Cas的酪氨酸殘基,進(jìn)入Ras途徑激活ERK;另一方面,FAK/Src復(fù)合體導(dǎo)致Tyr925磷酸化,磷酸化的Tyr925處肽模體TENN可與接頭蛋白Grb2結(jié)合,Grb2的SH3結(jié)構(gòu)域可與另一種鳥苷酸交換因子SOS(son of seven-less)結(jié)合,進(jìn)入Ras途徑激活ERK。因此,磷酸化FAK通過以上兩種途徑激活下游的ERK,完成FAK-ERK信號傳導(dǎo)通路(圖1)[10,11]。

FAK還與腫瘤細(xì)胞的存活、增殖、粘附、侵襲和轉(zhuǎn)移都密切相關(guān)[7]。多種惡性腫瘤中均可發(fā)現(xiàn)FAK的表達(dá)異常增高,包括肝癌、乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、卵巢癌、白血病等[3,12,13]。在體外腫瘤細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn),FAK的激活或磷酸化水平的增高與多種惡性腫瘤細(xì)胞的增殖呈正相關(guān),包括黑色素瘤細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞等[14],許多研究揭示FAK還在細(xì)胞毒的作用機(jī)制中發(fā)揮作用,它可以下調(diào)大多數(shù)致神經(jīng)毒性的物質(zhì)對神經(jīng)的毒副作用,它還可以調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞的發(fā)育,胚胎及形態(tài)的發(fā)生等等[6]。

圖1 FAK介導(dǎo)的信號通路示意圖Fig.1 FAK-mediated signal pathways diagram

FAK參與抑制細(xì)胞凋亡,若干實(shí)驗(yàn)均提示FAK可能有兩個作用,一是在細(xì)胞鋪展和移動時,FAK參與粘著斑形成和調(diào)節(jié);二是FAK參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程,以告知細(xì)胞核其細(xì)胞已錨定了。近年有關(guān)FAK在細(xì)胞凋亡中的作用也已肯定[4]。細(xì)胞粘附阻止凋亡,細(xì)胞凋亡時出現(xiàn)諸如細(xì)胞皺縮、染色質(zhì)固縮并產(chǎn)生細(xì)胞與胞外基質(zhì)(ECM)或細(xì)胞間粘附的解離等生物學(xué)特性變化,同樣道理,如果破壞ECM、減少細(xì)胞表面粘附分子或解除細(xì)胞粘附,都可引起不同程度細(xì)胞凋亡,這被稱為失巢凋亡(anoikis),充分說明細(xì)胞粘附可阻止細(xì)胞凋亡?？梢娫S多細(xì)胞生物學(xué)特性的呈現(xiàn)都是以細(xì)胞錨定依賴(anchorage dependent)為基礎(chǔ)的。

另有許多報道提示FAK具有治療學(xué)意義[2,3,15],比如在基因治療上,通過調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)錄因子SiRNA水平,或者在其mRNA或蛋白水平從而改變它的信號表達(dá)而達(dá)到治療目的。FAK相關(guān)非激酶或粘著斑目標(biāo)域及酶活性的表達(dá)可被FIP200所阻斷,FIP200即是一種FAK激酶結(jié)構(gòu)域相關(guān)的激酶活化抑制劑[2]。近年來,已有許多對抗FAK轉(zhuǎn)錄與激活的小分子被發(fā)現(xiàn),這些都為其治療學(xué)上的靶向治療提供了無限潛力[3,4]。Su[16]等的研究顯示:癌組織與非癌組織相比,FAK染色增強(qiáng);分化差的結(jié)腸癌、胃癌組織中的FAK表達(dá)較分化好的組織表達(dá)增強(qiáng);具淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的腫瘤較無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的表達(dá)增強(qiáng);腫瘤浸潤程度越深,FAK表達(dá)越強(qiáng),提示FAK與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。抑制FAK表達(dá)后細(xì)胞中磷酸化 FAK pY397、NF-κ B、AKT 、Bcl-2等的表達(dá)水平也降低,說明抑制FAK表達(dá)能下調(diào)具有抗凋亡作用的 AKT 、NF-κ B、Bcl-2 的表達(dá) ,而 AKT 、NF-κ B 可能是FAK的下游分子,參與了FAK介導(dǎo)的生存信號通路,與FAK共同發(fā)揮了抑制腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。Fujii等[17]對60例肝細(xì)胞肝癌患者的FAK mRNA表達(dá)及FAK表達(dá)與臨床病理學(xué)數(shù)據(jù)的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)FAK蛋白的表達(dá)對HCC患者的生存期有預(yù)測意義等等。

2 FAK與RA

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)是一種常見的多系統(tǒng)性炎癥性的自身免疫性疾病。RA最主要病理特征是關(guān)節(jié)滑膜血管新生和對關(guān)節(jié)破壞力極強(qiáng)的血管翳形成。近來研究表明,滑膜成纖維細(xì)胞在RA的病理過程中起著非常重要的作用,它們參與了炎癥和血管新生的整個過程,在RA滑膜病理過程中起著關(guān)鍵性作用[18,19]。因此,通過抑制滑膜細(xì)胞的增殖、粘附、侵襲和轉(zhuǎn)移等功能來治療RA血管新生和炎癥反應(yīng)可能成為RA治療很好的靶點(diǎn)。

在滑膜組織中,A型滑膜細(xì)胞(巨噬細(xì)胞)和B型滑膜細(xì)胞交叉存在,這些滑膜細(xì)胞的形態(tài)及生物學(xué)特性不同于正常的滑膜細(xì)胞,它們表達(dá)原癌基因和一些抗細(xì)胞凋亡的分子,并且缺乏某些特定的腫瘤抑制基因。它們可以產(chǎn)生促炎因子和由信號肽介導(dǎo)的炎癥趨化因子受體等,這些產(chǎn)物不僅能使滑膜細(xì)胞聚集,而且還能引起天然免疫的炎癥細(xì)胞向滑膜聚集。最重要的是,它們還可以通過產(chǎn)生基質(zhì)降解分子而在RA的病理過程中發(fā)揮強(qiáng)大的破壞作用。在上個世紀(jì)70年代,Fassbender等就發(fā)現(xiàn)了滑膜成纖維細(xì)胞破壞RA患者的關(guān)節(jié)軟骨和骨,這種細(xì)胞被描述為一種富含細(xì)胞質(zhì)的,具有巨大的蒼白核和顯著的核仁的細(xì)胞。后續(xù)的研究顯示這種滑膜細(xì)胞的培養(yǎng)可以不貼壁,而且缺少接觸抑制,支持RA可能形成了腫瘤樣組織。據(jù)推測,RA滑膜成纖維細(xì)胞的侵襲性生長起源于其增殖不受控制,因?yàn)榛ぜ?xì)胞增生就是RA的特征,但是,該細(xì)胞的增值比率與其侵襲關(guān)節(jié)基質(zhì)的活力并無關(guān)聯(lián)[20]。

由前文可知,FAK已被證實(shí)在很多腫瘤組織中高表達(dá),參與了腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移,而滑膜成纖維細(xì)胞具有腫瘤樣增殖的特性[21],在滑膜的襯里層很難檢測到細(xì)胞凋亡,這是由于在滑膜成纖維細(xì)胞形成血管翳的部位有變異存活因子蛋白的廣泛表達(dá)[22],而使其不能正常凋亡,有類似腫瘤的性質(zhì),造成對骨關(guān)節(jié)的侵襲破壞。由此我們設(shè)想通過抑制FAK的表達(dá)來減少B型滑膜細(xì)胞的粘附、增生及游走等的發(fā)生,從而達(dá)到治療RA的目的。

FAK 家族 ,包括 FAK 和 PYK2 是整聯(lián)蛋白 α γ β3信號通路中的主要調(diào)節(jié)者,它們在細(xì)胞的粘附、破骨細(xì)胞的形成及血管的發(fā)生中均起重要作用。所有的這些環(huán)節(jié)在RA的進(jìn)程中都是必不可少的。有學(xué)者應(yīng)用免疫印跡分析及 Western blot研究通過磷光體標(biāo)記的 pFAK、pPyk2、pSrc、pPaxillin 和 pPLCγ在 RA滑膜細(xì)胞和正?；ぜ?xì)胞中的表達(dá)量,結(jié)果顯示RA滑膜組織中pFAK等的表達(dá)量相較于正常組織顯著升高,經(jīng)TNF-α處理過的RA滑膜細(xì)胞pFAK表達(dá)量更高[23]。在敲除了FAK基因的滑膜成纖維細(xì)胞顯示出粘著斑位點(diǎn)的增多及細(xì)胞遷移缺陷[5]。

先前也有學(xué)者用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞表面分子的表達(dá),揭示在RA的滑膜細(xì)胞中FAK可被整粘蛋白β1刺激從而上調(diào)細(xì)胞間粘附分子1(ICAM-1)和Fas等的表達(dá),進(jìn)而影響細(xì)胞的存活與凋亡[24]。最近有學(xué)者通過肽多糖對滑膜成纖維細(xì)胞表達(dá)IL-6的影響的研究表明,肽多糖能增加 FAK、PI3K和AKT的磷酸化作用,通過TLR-(Toll樣受體)2、FAK、AKT等信號途徑增加人滑膜成纖維細(xì)胞表達(dá)IL-6,并且IL-6的產(chǎn)生量隨著肽多糖的濃度增高或作用時間的延長而顯著增加。同理,通過TLR2 siRNA和2 siRNA核苷酸聚合也可以降低肽多糖介導(dǎo)的IL-6產(chǎn)生。用P13K抑制劑、AKT抑制劑和FAK突變體等預(yù)處理滑膜成纖維細(xì)胞也能夠抑制PNG所引起的這種反應(yīng)[25]。

可見,FAK活性的調(diào)控直接影響細(xì)胞凋亡,是細(xì)胞凋亡研究中又一值得重視的環(huán)節(jié)。目前的研究發(fā)現(xiàn),在多種腫瘤組織中,FAK的核酸及蛋白水平是處于高表達(dá)或過度激活的狀態(tài),通過抑制其功能能夠部分逆轉(zhuǎn)腫瘤的惡性表型。從廣泛的研究結(jié)果看,FAK在腫瘤的靶向治療中的作用是令人振奮的。

3 問題與展望

綜上所述,現(xiàn)在已較清楚地了解了FAK的結(jié)構(gòu),及其通過介導(dǎo)細(xì)胞粘附分子和其他細(xì)胞表面蛋白產(chǎn)生的信號傳導(dǎo)途徑中的重要作用。RA滑膜細(xì)胞有變異存活因子蛋白的廣泛表達(dá)使其不能正常凋亡,有類似腫瘤的性質(zhì),并且RA的病因仍不十分明確,因而針對的治療選擇仍然很有限[26]。從分子靶向藥物治療靶點(diǎn)的基本條件之一“高表達(dá)和異常表達(dá)”的角度上,FAK分子靶向治療在RA的應(yīng)用極有研究價值,但是,目前的問題在于雖然FAK在許多腫瘤的治療應(yīng)用中毫無疑問,但對RA的治療是否有效,還有待更多的實(shí)驗(yàn)研究來進(jìn)一步證實(shí),我們相信,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,隨著對此機(jī)制不斷的深入研究,RA的治療也可能將會被推向一個更加廣闊的領(lǐng)域。

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