整合素與人乳頭瘤病毒感染

柯吳堅(jiān)綜述,車雅敏審校

(天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院皮膚性病科,天津300052)

整合素(integrin)是由不同α和β亞基組成的異二聚體跨膜糖蛋白,屬于細(xì)胞表面黏附分子,主要由胞外區(qū)(extracellular domain)、跨膜區(qū)(transmembrane domain)和胞內(nèi)區(qū)(intracellular domain)3部分組成。整合素通過雙向信號傳導(dǎo)通路介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)間的黏附。人乳頭瘤病毒(human papillomavirus,HPV)是一種具有高度宿主和組織特異性的DNA病毒,能引起人體皮膚和黏膜的上皮細(xì)胞增殖,它通過細(xì)胞表面特殊受體感染宿主。整合素在HPV黏附中發(fā)揮重要作用,被認(rèn)為是HPV感染的主要受體。通過對整合素與HPV感染間相互作用的研究,將有利于闡明 HPV感染途徑及致病機(jī)理,為臨床防治HPV感染和復(fù)發(fā)提供新的解決辦法。

1 整合素概述

整合素是一類分布廣泛的細(xì)胞表面跨膜糖蛋白,是細(xì)胞黏附分子家族中重要的成員之一。主要介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-ECM之間的相互識別、黏附及胞內(nèi)外的信號傳導(dǎo),影響細(xì)胞基因表達(dá)和各種生物學(xué)行為,對細(xì)胞生長、增殖、分化、凋亡等過程起到重要的調(diào)控作用[1-2]。

1.1 整合素的結(jié)構(gòu) 迄今發(fā)現(xiàn)的整合素有18種α亞基和8種β亞基,因α亞基與β亞基以不同組合方式進(jìn)行選擇性拼接以及轉(zhuǎn)錄后多樣性修飾,至少可形成25種以非共價(jià)鍵結(jié)合的異二聚體跨膜糖蛋白[3]。整合素通過自身α和β亞基的構(gòu)象改變而活化,α和β亞基共同決定整合素受體的特異性。α亞基末端氨基酸通過自身折返形成折迭環(huán),并通過二硫鍵與β亞基結(jié)合使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。α和β亞基均由一個較長的氨基末端胞外區(qū)、一個疏水跨膜區(qū)和一個較短的羧基末端胞內(nèi)區(qū)(只有β4亞基有較長的胞內(nèi)區(qū))組成[4]。(1)氨基末端胞外區(qū):為整合素與配體的特異性結(jié)合區(qū)域。胞外區(qū)可以識別配體分子中的特定序列,如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列(Arg-Gly-Asp,RGD),從而與纖維連接蛋白(fibronectin,FN)、層黏連蛋白(laminin,LN)、膠原(collagen)等 ECM 相結(jié)合,在介導(dǎo)細(xì)胞與ECM的信號傳導(dǎo)中起重要作用[5]。(2)疏水跨膜區(qū):相對保守,但近膜端卻有多種變異,可與許多細(xì)胞因子及其他可溶性調(diào)節(jié)因子共同作用而調(diào)節(jié)整合素的功能。(3)羧基末端胞內(nèi)區(qū):形態(tài)多樣,含細(xì)胞骨架結(jié)合位點(diǎn),通過與踝蛋白(talin)、紐蛋白(vinculin)、張力蛋白(tensin)或α-輔肌動蛋白(α-actinin)等細(xì)胞骨架蛋白連接,而最終連接到肌動蛋白(actin)上,引起細(xì)胞形態(tài)改變;也可直接或間接與連接蛋白結(jié)合,激活胞內(nèi)酶鏈系統(tǒng),介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

1.2 整合素的配體 整合素與配體的結(jié)合形式多樣[6],不同的整合素分子有不同的配體。α亞基與β亞基組合的方式?jīng)Q定整合素與配體結(jié)合形式,這種結(jié)合同時受到整合素異二聚體整體結(jié)構(gòu)的影響。整合素的配體包括:(1)ECM配體,如FN、LN、玻璃黏連蛋白(vitronectin)、纖維蛋白原(fibrinogen)、凝血酶敏感性蛋白質(zhì)(thrombin-sensitive protein,TSP)、Ⅰ型膠原蛋白(collagenⅠ)等;(2)細(xì)胞間配體,如細(xì)胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule);(3)血管細(xì)胞黏附配體,如血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)等。多數(shù)整合素只能識別配體蛋白中相當(dāng)短的一段特定氨基酸序列,大多為 RGD序列,少數(shù)為天冬氨酸-精氨酸-谷氨酸-丙氨酸序列(Asp-Arg-Glu-Ala,DGEA)或酪氨酸-異亮氨酸-甘氨酸-絲氨酸-精氨酸序列(Tyr-Iso-Gly-Ser-Arg,YIGSR)。若對RGD序列中的任何一個氨基酸甲基化或亞甲基化修飾則會減弱整合素與ECM的結(jié)合。

1.3 整合素介導(dǎo)的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路 整合素通過胞外區(qū)與ECM、胞內(nèi)區(qū)與細(xì)胞骨架、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子和其他一些蛋白相結(jié)合,從而介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外間雙向信號傳遞[7-8]。目前認(rèn)為信號傳導(dǎo)主要有以下幾種途徑:(1)整合素連接激酶(integrin linked kinase,ILK)信號傳導(dǎo)途徑,ILK是一種酪氨酸激酶,廣泛分布于人體各種組織和細(xì)胞中,可與整合素β1、β3胞內(nèi)區(qū)相連,對整合素起相互調(diào)節(jié)作用,是整合素通過絲裂原活化蛋白激酶/c-Jun氨基末端激酶(MAPK/JNK)途徑傳導(dǎo)信號至細(xì)胞核內(nèi),調(diào)節(jié)mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)的一條信號傳導(dǎo)途徑。(2)鈣離子信號傳導(dǎo)途徑,整合素與配體結(jié)合后可引起細(xì)胞內(nèi)自由鈣離子濃度升高,如整合素激活磷脂酶C(phospho lipase C,PLC)時,PLC分解磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinosital biphosphate,PIP2)產(chǎn)生肌醇三磷酸(inositol triphosphate,IP3),IP3刺激胞內(nèi)鈣離子庫釋放[9],自由鈣離子濃度調(diào)節(jié)磷脂酶(phospholipase,PL)和蛋白激酶(protein kinase,PK)等多種酶活性,并能作為第二或第三信使激活MAPK/JNK。若阻斷鈣離子通道,則可抑制整合素介導(dǎo)的黏附作用。(3)黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)信號傳導(dǎo)途徑,整合素可刺激FAK發(fā)生酪氨酸磷酸化,激活FAK是許多整合素信號傳導(dǎo)系統(tǒng)中重要過程。(4)三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate,GTP)結(jié)合蛋白家族信號傳導(dǎo)途徑,整合素能夠與這些蛋白相互作用而形成復(fù)合物,激活小分子GTP結(jié)合蛋白,可對細(xì)胞骨架變形、細(xì)胞增殖分化等進(jìn)行調(diào)節(jié)。(5)環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)信號傳導(dǎo)途徑,cAMP信號傳導(dǎo)途徑在α 3β 1整合素與 LN-5中發(fā)揮作用。

1.4 整合素的功能 整合素具有兩種主要功能:(1)傳遞細(xì)胞內(nèi)外信息,整合素介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外信息雙向傳遞過程,它不僅將信息從ECM傳遞入細(xì)胞內(nèi)部,同時也可將細(xì)胞內(nèi)的信號通過胞內(nèi)區(qū)傳遞到細(xì)胞外配體結(jié)合位點(diǎn)。整合素的信息傳遞過程是整合素與多種黏附分子和信使分子間相互作用的結(jié)果。(2)是細(xì)胞與ECM連接的橋梁,整合素作為細(xì)胞與ECM相互作用的橋梁,是細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-ECM 黏附的重要受體,主要通過結(jié)合配體中的RGD序列實(shí)現(xiàn)。

2 整合素與HPV感染

病毒感染宿主細(xì)胞時,先與被感染細(xì)胞表面的某些病毒受體結(jié)合,在該受體的介導(dǎo)下,病毒顆粒才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),因此這些受體決定了病毒的宿主特異性和組織特異性。通過大量對整合素與病毒感染關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),許多病毒都能利用整合素作為病毒受體或共受體(co-receptor)進(jìn)入宿主細(xì)胞[10]。HPV是特異性感染皮膚和黏膜的雙鏈DNA病毒,在HPV黏附到宿主細(xì)胞過程中,整合素發(fā)揮重要作用,被認(rèn)為是HPV感染的主要受體。

2.1 整合素α 6在HPV感染中的作用 整合素α 6亞基是整合素家族中一個重要成員,其基因位于第2號染色體上,cDNA全長3 450個堿基,與β1及β 4亞基通過非共價(jià)鍵結(jié)合形成α 6β1和α 6β4異二聚體跨膜糖蛋白,是LN單特異受體,主要依賴于其胞外區(qū)發(fā)揮作用[11]。整合素α 6是HPV感染的黏附受體[12-14],HPV可通過膜相關(guān)的整合素α 6黏附到培養(yǎng)細(xì)胞上。表達(dá)整合素α 6的角質(zhì)形成細(xì)胞(keratinocyte,KC)很容易被HPV感染;而缺乏整合素α 6的突變型KC則相對地抵抗HPV感染[15]。整合素α 6是LN-5在半橋粒的天然連接部件,它可直接或間接的促使HPV從富含LN-5的ECM轉(zhuǎn)移到周圍細(xì)胞中[15]。不表達(dá)整合素α 6的B細(xì)胞系不被HPV病毒樣顆粒(virus-like particle,VLP)感染,提示整合素α 6亞基可能是HPV VLP受體的組成部分[16];若B細(xì)胞表達(dá)整合素α 6,則可增強(qiáng)HPV VLP與B細(xì)胞的連接能力[17]。應(yīng)用整合素α 6的單克隆抗體(GoH3)可影響HPV對細(xì)胞的黏附、增殖和遷移作用,從而能減少60%的 HPV-6 VLP黏附到細(xì)胞上[18]。Yoon等[12]對整合素α 6表達(dá)水平與HPV-16 Ll-VLP結(jié)合宮頸癌細(xì)胞數(shù)量的關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):宮頸癌細(xì)胞所結(jié)合HPV VLP數(shù)量與細(xì)胞中整合素α 6的表達(dá)水平正相關(guān),因而研究者認(rèn)為整合素α 6是 HPV-16的一個重要受體。Fothergill和McMillan[17]研究 顯示 HPV-6b、-18、-31、-35 的 L1 或 L1/L2-VLP與整合素α 6β4結(jié)合,可激活 p13激酶信號傳導(dǎo)途徑,而該途徑可產(chǎn)生更適合HPV感染宿主細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境。Du等[14]認(rèn)為整合素α 6β 4是 HPV主要的受體,表達(dá)整合素α 6β4的細(xì)胞很容易被HPV所黏附,當(dāng)皮損處整合素α 6β4表達(dá)水平的上調(diào)時,使感染HPV的細(xì)胞更易于被再次感染。但也有研究表明,在所有HPV類型感染中,整合素α 6并不是介導(dǎo)HPV-11、-16、-33 VLP黏附到細(xì)胞所必需的專一性受體,不表達(dá)整合素α 6的黏附細(xì)胞也能夠支持 HPV的進(jìn)入和脫衣殼,從而導(dǎo)致細(xì)胞被HPV感染[18-19]。

2.2 整合素β4在HPV感染中的作用 Oldak等[20]研究顯示,與HPV感染相關(guān)的女性外陰尖銳濕疣,其整合素β4表達(dá)水平上調(diào);在HPV感染相關(guān)的宮頸上皮內(nèi)瘤變(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)Ⅰ和Ⅱ級時,整合素β4低水平表達(dá),而病情發(fā)展到CINⅢ級或侵襲性腫瘤時,整合素β4高水平表達(dá),提示整合素β4表達(dá)水平與CIN惡性程度呈正相關(guān)性。對病變組織的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),整合素β4的表達(dá)與HPV E2的轉(zhuǎn)錄存在相關(guān)性。HPV E2蛋白是調(diào)節(jié)病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的一個重要轉(zhuǎn)錄因子,它主要功能是抑制HPV高危型的E6、E7致癌基因在黏膜的表達(dá)。當(dāng)E2蛋白表達(dá)缺失時,可引起整合素β4異常表達(dá)和HPV E6、E7轉(zhuǎn)錄上調(diào),是 HPV感染所致疾病朝惡性變發(fā)展的一個結(jié)果。與HPV感染相關(guān)的宮頸癌組織中,HPV E2開放閱讀框架(open reading frame,ORF)被打斷,導(dǎo)致HPV基因組整合進(jìn)細(xì)胞的基因組中,是HPV致癌的主要機(jī)制之一。HPV-8和HPV-18的E2蛋白是整合素β4的重要調(diào)節(jié)者,在人類KC,HPV-8或HPV-18 E2蛋白的表達(dá)導(dǎo)致整合素β4表達(dá)的降低,二者呈負(fù)相關(guān)。E2蛋白對整合素β4的抑制作用,至少部分由于E2蛋白與整合素β4啟動子的直接相互作用造成[21]。

2.3 其他整合素在HPV感染中的作用 整合素α 2β1的減少與HPV-16永生化KC的活性減少相關(guān)[22],整合素α 2在HPV永生化KC表達(dá)的減少可能是普遍存在的,提示可將它作為細(xì)胞永生化的生物學(xué)標(biāo)志。整合素α 2的減少過程與誘導(dǎo)HPV-16 E6/E7進(jìn)入食管KC之間存在時間間隔。對永生化食管KC的HPV-16致癌基因 E6/E7體外研究還顯示,整合素β4在這些細(xì)胞低水平表達(dá)可導(dǎo)致細(xì)胞朝惡性化發(fā)展。此外,通過用HPV-16 E6基因轉(zhuǎn)染上皮細(xì)胞系HaCaT和C33A后發(fā)現(xiàn),與轉(zhuǎn)染了空載體的對照細(xì)胞相比,表達(dá)E6蛋白的細(xì)胞對整合素βl的表達(dá)明顯增強(qiáng),并對細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抵抗,且侵襲膠原基質(zhì)的能力也增強(qiáng)[23]。

3 結(jié) 語

迄今為止,雖然人們對整合素在HPV與宿主細(xì)胞相互作用中的角色做了大量研究,但仍然有許多問題尚未解決。對整合素與HPV關(guān)系的進(jìn)一步研究,將可能會對HPV感染以及復(fù)發(fā)機(jī)制的闡明、HPV的預(yù)防、抗HPV疫苗及藥物的研制等諸多方面產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響,并有可能為臨床上防治HPV感染和復(fù)發(fā)提供新的思路。

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