整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞的調(diào)節(jié)機(jī)制及其應(yīng)用研究進(jìn)展

賀思佳 徐雷鳴

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院消化內(nèi)鏡診治部1(200092) 上海市小兒消化與營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2

胰腺癌是惡性程度最高的腫瘤之一，早期診斷率和手術(shù)切除率低，內(nèi)科治療效果不佳，患者病死率較高。因此，尋找更有效、更特異的診斷和治療方法成為胰腺癌研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。近年研究發(fā)現(xiàn)整合素(integrins)對(duì)胰腺癌細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲、遷移等具有調(diào)節(jié)作用，可能成為胰腺癌診治的新靶點(diǎn)，相關(guān)應(yīng)用研究的開展亦日益廣泛[1]。本文就整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞的調(diào)節(jié)機(jī)制及其應(yīng)用研究進(jìn)展作一綜述。

一、整合素概述

整合素是由α、β兩個(gè)亞基以非共價(jià)鍵結(jié)合形成的異二聚體跨膜糖蛋白，屬于細(xì)胞黏附受體家族，哺乳動(dòng)物中不同α、β亞基的組合可形成20余種整合素類型[2]。整合素配體主要是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，如膠原、纖維連接蛋白、層黏連蛋白、玻璃黏連蛋白等，整合素通過識(shí)別配體上的氨基酸序列并與之結(jié)合而發(fā)揮作用，大多數(shù)整合素最常見的配體識(shí)別位點(diǎn)為Arg-Gly-Asp序列(RGD序列)[3-4]。整合素與配體的結(jié)合形式多樣，每一種整合素可與多種配體結(jié)合，每一種配體亦可與多種整合素結(jié)合。

整合素的α、β亞基在結(jié)構(gòu)上均由長的胞外段、跨膜段和短的胞內(nèi)段三部分組成，α亞基通過胞外段即氨基端識(shí)別配體分子中的RGD序列，介導(dǎo)整合素與ECM組分的黏附，β亞基則通過胞內(nèi)段與細(xì)胞骨架相連，形成ECM-整合素-細(xì)胞骨架跨膜復(fù)合體。細(xì)胞外信號(hào)通過該復(fù)合體傳導(dǎo)至細(xì)胞骨架蛋白，誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重構(gòu)，改變細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞間的機(jī)械聯(lián)系，引起細(xì)胞變形和移動(dòng)，同時(shí)通過各種信號(hào)途徑調(diào)節(jié)胞內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)，影響細(xì)胞的生存、生長、增殖、分化、侵襲、遷移等生物學(xué)行為[1,5-6]。

整合素的信號(hào)調(diào)節(jié)作用為雙向變構(gòu)調(diào)節(jié)，即通過變構(gòu)實(shí)現(xiàn) 胞內(nèi)信號(hào)外傳(inside out signaling)和胞外信號(hào)內(nèi)傳(outside in signaling)。胞內(nèi)信號(hào)外傳主要是通過細(xì)胞本身功能狀態(tài)的改變，將細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通過整合素的胞內(nèi)段傳遞至胞外，調(diào)節(jié)整合素與配體的結(jié)合、整合素的聚集以及ECM的變化等。胞外信號(hào)內(nèi)傳主要是整合素與其配體結(jié)合后，通過FAK/Ras/MAPK、FAK/PI3K、FAK/STAT等途徑將信號(hào)傳遞至胞內(nèi)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白合成。兩種信號(hào)調(diào)節(jié)方式共同作用，可影響細(xì)胞極性、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)和細(xì)胞的生物學(xué)行為[1-3,5-6]。

二、整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞的調(diào)節(jié)及其機(jī)制

1. 整合素在胰腺癌細(xì)胞中的表達(dá)：正常胰腺組織的整合素表達(dá)和分布具有細(xì)胞特異性，如α2、α6在導(dǎo)管和腺泡細(xì)胞基底表面呈中-強(qiáng)陽性表達(dá)，泡心細(xì)胞則主要表達(dá)α3、α5。胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)組織中不同整合素的表達(dá)亦各不相同，α2、α6彌漫強(qiáng)陽性表達(dá)于癌細(xì)胞表面，α3、α5表達(dá)異質(zhì)性明顯，部分為中-弱陽性表達(dá)，約半數(shù)胰腺癌細(xì)胞α3、α5表達(dá)缺失[7]；β4在絕大多數(shù)PDAC組織中呈中-強(qiáng)陽性表達(dá)，在正常胰腺組織中則不表達(dá)[8]；α6與β4在一些人胰腺癌細(xì)胞株中呈共表達(dá)[9]；發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的胰腺癌組織αvβ3表達(dá)顯著增強(qiáng)[10]。整合素在胰腺癌不同發(fā)展階段的表達(dá)亦不盡相同，腫瘤發(fā)生早期整合素表達(dá)降低，使腫瘤細(xì)胞與ECM組分的黏附作用減弱，有利于腫瘤局部生長和擴(kuò)散；腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血循環(huán)后，整合素表達(dá)增高有利于腫瘤細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面定位增殖。

2. 整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)：整合素本身缺乏激酶活性，但可募集并激活黏著斑激酶(FAK)、Scr家族激酶(SFK)等激酶[1]。整合素可通過FAK等激活Ras和ERK，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞增殖。ERK可調(diào)控細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)和p21表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期。然而整合素介導(dǎo)的ERK激活較微弱，不能刺激cyclin D1表達(dá)。生長因子受體亦可激活Ras和ERK，但其激活ERK的作用短暫，亦不足以產(chǎn)生cyclin D1。因此只有聯(lián)合整合素與生長因子兩種信號(hào)，才能適當(dāng)激活ERK以調(diào)控細(xì)胞增殖[11]。

胰島素樣生長因子Ⅰ受體(IGF-ⅠR)具有促胰腺癌細(xì)胞生長作用[12]。整合素β1可激活PI3K/AKT信號(hào)通路，而AKT信號(hào)激活可上調(diào)IGF-ⅠR表達(dá)[13]，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖。Src激活亦可通過其下游AKT活化而上調(diào)胰腺癌細(xì)胞的IGF-ⅠR表達(dá)[13]，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖。此外，F(xiàn)AK能與IGF-ⅠR相互作用而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖，延長細(xì)胞存活時(shí)間，同時(shí)抑制兩者活性可協(xié)同抑制胰腺癌細(xì)胞增殖和ERK磷酸化并增加細(xì)胞凋亡[14]。

3. 整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)：細(xì)胞凋亡途徑主要分為外源性死亡受體途徑和內(nèi)源性線粒體途徑，整合素對(duì)兩種凋亡途徑均有調(diào)節(jié)作用。有研究[15-16]發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原增加PDAC細(xì)胞惡性表型的作用是由整合素α2β1所介導(dǎo)，表現(xiàn)為促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，并通過上調(diào)Bcl-2家族成員Mcl-1表達(dá)而抵抗5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。此外，整合素還可通過上調(diào)Bcl-2或FLIP表達(dá)、激活PI3K-AKT或NF-κB信號(hào)以及使p53失活而延長細(xì)胞存活時(shí)間[1]。盡管整合素對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)作用多數(shù)是延長細(xì)胞存活時(shí)間，但亦有少部分為促進(jìn)細(xì)胞凋亡，如有研究發(fā)現(xiàn)整合素能募集并激活caspase-8而引起細(xì)胞凋亡[1]。與對(duì)細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)作用一樣，整合素對(duì)細(xì)胞凋亡的凋節(jié)亦依賴于其他信號(hào)途徑的共同作用。

4. 整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞侵襲、遷移的調(diào)節(jié)：整合素可與ECM組分相互作用，為腫瘤細(xì)胞侵襲周圍組織創(chuàng)造條件。此外，整合素還可通過FAK-SFK信號(hào)途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移能力。有研究[17]顯示癌細(xì)胞表面的α6β1可通過與間質(zhì)成纖維細(xì)胞表面的尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)受體相互作用，激活uPA-纖溶酶-基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)級(jí)聯(lián)而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。另有研究[18]發(fā)現(xiàn)電離輻射誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞侵襲是通過上調(diào)α5β1表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。接頭蛋白Eps8(EGFR pathway substrate 8)是αvβ6介導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞侵襲的關(guān)鍵調(diào)控分子。研究[19]顯示超過70%的胰腺癌組織Eps8和αvβ6表達(dá)上調(diào)，正常胰腺組織中則檢測(cè)不到兩者表達(dá)；αvβ6能促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞侵襲并激活轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)，Esp8則可在胰腺癌進(jìn)展的不同階段，對(duì)細(xì)胞功能在遷移與激活TGF-β之間的轉(zhuǎn)換發(fā)揮調(diào)控作用。

三、整合素在胰腺癌診治中的應(yīng)用

1. 整合素與胰腺癌的診斷：以放射性核素標(biāo)記的RGD多肽探針檢測(cè)細(xì)胞表面αvβ3的表達(dá)情況，可實(shí)現(xiàn)對(duì)胰腺癌的早期診斷[4]，常用于標(biāo)記的放射性核素有18F、111In、99mTc等。van Hagen等[20]設(shè)計(jì)了一種環(huán)形螯合劑二乙烯三胺五乙酸(DTPA)-RGD類似物，該類似物可以111In和125I標(biāo)記，對(duì)多種人類惡性腫瘤新生血管上的αvβ3具有高親和力。在大鼠胰腺癌細(xì)胞株CA20948移植瘤模型中，111In-DTPA-RGD能與腫瘤細(xì)胞表面的整合素特異性結(jié)合而聚集，該結(jié)果為胰腺癌的放射性核素顯像和治療奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。劉峰君等[21]采用納米載體組裝技術(shù)構(gòu)建了Gd3+與RGD共修飾量子點(diǎn)雙模態(tài)納米探針，該探針用于胰腺癌細(xì)胞的雙模態(tài)成像具有較高的弛豫率，能對(duì)人胰腺癌細(xì)胞株patu8988進(jìn)行熒光-T1加權(quán)MR非侵入性雙模態(tài)成像，提示了以整合素為基礎(chǔ)的分子影像學(xué)技術(shù)在胰腺癌早期診斷中的應(yīng)用前景。

2. 整合素與胰腺癌的治療：整合素如αvβ3在腫瘤細(xì)胞和腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面高表達(dá)，因此較之血管生成抑制劑，整合素抑制劑用于抗腫瘤治療具有更高的靶向性，且引起骨髓抑制、胃腸道不良反應(yīng)的概率較低，已逐漸成為抗腫瘤治療研究的熱點(diǎn)[1,3-4]。Ji等[22]制備了RGD偶聯(lián)白蛋白納米微粒，旨在利用整合素介導(dǎo)的胞吞作用增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的攝取率，結(jié)果體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均顯示RGD偶聯(lián)吉西他濱白蛋白納米微粒能明顯提高吉西他濱對(duì)人胰腺癌細(xì)胞株BxPC-3的增殖抑制效應(yīng)，表明RGD偶聯(lián)白蛋白納米微粒作為抗胰腺癌藥物的載體系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

3. 整合素與胰腺癌的預(yù)后評(píng)估：整合素參與了胰腺癌的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程，對(duì)其預(yù)后預(yù)測(cè)亦有一定價(jià)值。Sawai等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，癌組織中α6強(qiáng)陽性表達(dá)或α5β1弱陽性表達(dá)的PDAC患者TNM分期更高、發(fā)生肝轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良的可能性更大；非癌組織中α6或α5β1弱陽性表達(dá)提示預(yù)后不良；多變量回歸分析顯示α6強(qiáng)陽性表達(dá)和α5β1弱陽性表達(dá)均為胰腺癌患者的獨(dú)立預(yù)后評(píng)估指標(biāo)。

四、結(jié)語與展望

整合素作為介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間以及細(xì)胞與ECM間相互作用的橋梁，能有效調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲、遷移等重要生物學(xué)行為，因此可作為胰腺癌診斷和治療的新靶點(diǎn)。然而整合素種類繁多，功能復(fù)雜，與多種細(xì)胞因子之間存在相互調(diào)節(jié)機(jī)制，不同分化類型、不同發(fā)展階段的胰腺癌整合素表達(dá)類型亦不盡相同，因此深入研究整合素與相關(guān)信號(hào)分子間的相互作用及其在胰腺癌發(fā)生、發(fā)展中的表達(dá)，將為其臨床應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。盡管現(xiàn)有研究表明靶向整合素能有效提高胰腺癌的早期診斷率和藥物治療效果，但相關(guān)研究尚處于細(xì)胞學(xué)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，缺乏大規(guī)模臨床試驗(yàn)驗(yàn)證。未來仍需進(jìn)一步探究以整合素為靶點(diǎn)的新型胰腺癌診斷方法、抗腫瘤藥物以及腫瘤聯(lián)合治療方案，從而為胰腺癌的臨床診治開辟新的研究途徑和發(fā)展方向。

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