整合素α7與腫瘤關(guān)系的研究進展

張西德 ，倪 豪 ，陸文博，徐 莎，熊 俊 *

(1．海軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織胚胎學(xué)教研室，上海 200433；2．海軍軍醫(yī)大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心，上海 200433；3．海軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)員十二隊，上海 200433)

整合素(integrin)是一類分布于細胞膜上的跨膜糖蛋白受體，通過與特異性配體結(jié)合，介導(dǎo)細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)之間的黏附，所形成的整合素黏附復(fù)合物(integrin adhesion complexes，IACs)可以激活細胞內(nèi)下游分子以及信號通路，從而使細胞對外界信號作出相應(yīng)的反應(yīng)，參與包括細胞增殖、細胞凋亡、細胞遷移和侵襲等細胞生物學(xué)行為的調(diào)控[1]。完整的整合素受體分子是由α亞基和β亞基通過非共價結(jié)合形成的異二聚體復(fù)合體，目前已知的整合素家族包含18種α亞基和8種β亞基，形成累計24種異二聚體復(fù)合體。游離的α亞基和β亞基不存于細胞表面，通常細胞中存在過量的β亞基，而α亞基的數(shù)量決定了細胞表面整合素受體的數(shù)量[2-3]。整合素α7(integrin alpha 7，ITGA7)是整合素α亞基家族成員之一，與整合素β1結(jié)合形成α7β1異二聚體復(fù)合體。較早的研究表明整合素α7參與了骨骼肌的正常發(fā)育和腸道細胞的分化調(diào)節(jié)[4-5]，近年來越來越多的證據(jù)顯示整合素α7與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。闡明整合素α7在腫瘤細胞增殖和凋亡、遷移和侵襲、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、干細胞特性調(diào)節(jié)等過程中的作用及其機制，將為腫瘤預(yù)防、診斷治療以及抑制腫瘤細胞侵襲轉(zhuǎn)移等方面提供新的思路和途徑?，F(xiàn)就整合素α7的結(jié)構(gòu)和功能，以及其在膠質(zhì)母細胞瘤、食管鱗狀細胞癌、肝細胞癌、前列腺癌等多種腫瘤進程中的研究進展作一綜述。

1 整合素α7的結(jié)構(gòu)和功能

整合素α7蛋白是Kramer等[6]在1991年從黑色素瘤細胞中鑒定出來，與整合素β1亞基結(jié)合形成α7β1異二聚體復(fù)合體，但在正常黑色素細胞中未檢測到，提示整合素α7表達可能與黑色素細胞惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。α7β1異二聚體復(fù)合體也是一種層黏連蛋白(laminin)受體，通過使用特異性蛋白水解衍生的laminin片段，確定α7β1異二聚體復(fù)合體選擇性地結(jié)合E8區(qū)域(laminin長臂的一部分)，而不與P1片段(laminin短臂的交叉點)結(jié)合。整合素α7蛋白全長1 137個氨基酸，包括信號肽、胞外部分、穿膜區(qū)和胞內(nèi)部分，胞外部分具有7個保守重復(fù)結(jié)構(gòu)域和3個二價陽離子結(jié)合區(qū)域。整合素α7基因是Wang等[7]在1995年采用Southern blot和原位雜交技術(shù)，證實人類基因組中只有1個整合素α7基因，并且定位于染色體12q13上。整合素α亞基序列的系統(tǒng)發(fā)育分析(phylogenetic analysis)表明早期整合素基因經(jīng)兩條途徑進化，形成兩個亞家族：I-整合素α亞基家族(包括整合素α1、α2、α10、α11、αL、αM、αX、αD和αE)和非I-整合素α亞基家族(包括整合素α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、αV和αIIb)[8]。其中I-整合素α亞基家族成員含有大約180個氨基酸的I結(jié)構(gòu)域(插入或相互作用結(jié)構(gòu)域)，是在古老時期插入非I-整合素α亞基基因后出現(xiàn)、并進一步進化形成，這一亞家族僅存在于脊椎動物。7種非I-整合素α亞基基因位于2號、12號和17號染色體上的簇中，與人類同源框(homeobox，HOX)基因簇的定位密切相關(guān)。HOX基因簇決定了身體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造基礎(chǔ)，整合素基因簇則是構(gòu)建細胞與細胞、細胞與ECM之間相互作用，兩者在胚胎發(fā)育過程中極為重要，由此推測HOX基因簇和整合素基因簇之間可能存在平行和協(xié)同進化過程[7]。整合素α7屬于非I-整合素α亞基家族，與HOX基因簇C簇(homeobox C cluster，HOXC)相鄰，HOX基因異常會導(dǎo)致異常發(fā)育和腫瘤發(fā)生，提示整合素α7基因古老且進化保守，極可能與發(fā)育過程和腫瘤發(fā)生也密切相關(guān)。

Vignier等[9]通過對D12S312和D12S90之間的區(qū)域進行高分辨率輻射雜交作圖分析后，也顯示整合素α7基因定位于染色體12q13，證實該基因由至少27個外顯子組成，分布在長度約22.5 kb的區(qū)域內(nèi)，所有外顯子-內(nèi)含子邊界的序列符合已有共識的GT-AG剪接序列，第1內(nèi)含子中鑒定出CA-重復(fù)微衛(wèi)星。在人組織中還鑒定出整合素α7的轉(zhuǎn)錄剪接變體，包括α7A和α 7B(與胞內(nèi)序列有關(guān))、X1和X2(與胞外序列有關(guān))，這些變體受到發(fā)育調(diào)控且具有組織特異性。除這4種常見的轉(zhuǎn)錄剪接變體之外，還存在α7C、α7D、X3、X4、X5轉(zhuǎn)錄剪接變體，其中X4和X5還可分別翻譯成缺失297和362個氨基酸的蛋白質(zhì)。目前基因數(shù)據(jù)庫中顯示，整合素α7基因定位于染色體12q13.2，含31個外顯子，可生成十幾種轉(zhuǎn)錄剪接變體并編碼十幾種相應(yīng)的蛋白。整合素α7具有多種轉(zhuǎn)錄剪接變體和相應(yīng)的蛋白變體，以及新近還發(fā)現(xiàn)相關(guān)的環(huán)狀RNA(circITGA7)[10-11]，這增加了該分子的多樣性和復(fù)雜性。

整合素α7的功能在骨骼肌的成肌細胞中研究較早。α7β1異二聚體復(fù)合體是骨骼肌發(fā)育早期成肌細胞和成人肌纖維上主要的IACs，是laminin-1、laminin-2和laminin-4的特異性受體。骨骼肌發(fā)生過程中，laminin與α7β1異二聚體復(fù)合體和肌營養(yǎng)不良糖蛋白復(fù)合物 (dystrophinglycoprotein complex，DGC)的胞外成分α-營養(yǎng)不良聚糖(α-dystroglycan)結(jié)合，促使骨骼肌纖維正常發(fā)育；在成人肌纖維上，α7β1異二聚體復(fù)合體則起到維持肌纖維的細胞結(jié)構(gòu)及其與ECM的錨定、保持肌纖維活動力的作用。人和小鼠中整合素α7的缺失將導(dǎo)致肌肉營養(yǎng)不良[12]。對于正常組織或細胞，整合素α7的主要功能是與整合素β1一起構(gòu)成laminin受體，介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與ECM間的相互黏附，并將細胞外信號傳導(dǎo)至細胞內(nèi)，使細胞維持穩(wěn)定或作出相應(yīng)的反應(yīng)。

2 整合素α7在腫瘤進程中的作用

越來越多的研究表明，多種腫瘤組織中整合素α7存在異常表達，并通過影響其與相關(guān)配體的結(jié)合，以及相應(yīng)的胞內(nèi)信號傳導(dǎo)，進而影響腫瘤細胞的生物學(xué)行為和腫瘤的演進過程(表 1)。

表1 整合素α7與8種腫瘤的關(guān)系研究報道

2.1 整合素α7與膠質(zhì)母細胞瘤

膠質(zhì)母細胞瘤是常見的成人惡性腦瘤，其生長速度快，具高浸潤潛能和治療抵抗，預(yù)后差，中位生存期約為14個月。Haas等[13]通過制備針對原發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤細胞的單克隆抗體庫，篩選并鑒定出整合素α7是膠質(zhì)母細胞瘤干細胞的功能標志物；整合素α7的敲低抑制膠質(zhì)母細胞瘤干細胞的生長；整合素α7的表達上調(diào)促進膠質(zhì)母細胞瘤的生長和侵襲，導(dǎo)致患者預(yù)后較差；使用整合素α7抗體可以抑制腫瘤生長；綜合數(shù)據(jù)庫mRNA表達譜分析顯示高表達整合素α7與低級別和高級別膠質(zhì)瘤患者的生存均呈現(xiàn)負相關(guān)。Nixon等[14]也證實整合素α7抗體可用于識別膠質(zhì)母細胞瘤起始細胞、結(jié)直腸癌起始細胞和人肌肉干細胞。整合素α7參與膠質(zhì)母細胞瘤演進的作用機制是由于激活的多種生長因子，介導(dǎo)了配體與受體的結(jié)合和相互作用。研究證實，整合素α7可使局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)、蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB/Akt)、原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src(proto-oncogenetyrosine-protein kinase Src，Src)等磷酸化，并且促進配體laminin外生。整合素α7的敲低使磷酸化的Akt量減少，導(dǎo)致失活態(tài)的磷酸化叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O亞型3a(forkhead box transcription factor O subtype 3a，F(xiàn)oxO3a)連同叉頭框蛋白O1(forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1)減少，進而使得叉頭框蛋白M1(forkhead box protein M1，F(xiàn)oxM1)減少，F(xiàn)oxM1的下游靶基因參與細胞周期、DNA修復(fù)、細胞侵襲以及干細胞特性調(diào)節(jié)等過程，以上因素共同導(dǎo)致腫瘤細胞生長侵襲能力的減弱。同時整合素α7敲低后，腫瘤細胞侵襲性減弱還源于p38激酶活性的降低[13]。

2.2 整合素α7與食管鱗狀細胞癌

食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是食管癌的主要組織學(xué)類型，是一種具有高發(fā)病率和高死亡率的破壞性疾病。Ming等[15]研究發(fā)現(xiàn)整合素α7表達陽性的ESCC細胞具有腫瘤干細胞樣生物學(xué)活性，即具有自我更新和分化潛能，且對化療表現(xiàn)出更強的抵抗能力；整合素α7表達陽性的ESCC細胞中，間充質(zhì)細胞標志物，如纖連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)及波形蛋白(vimentin)的表達顯著升高，提示整合素α7可以通過誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialto mesenchymal transition，EMT)促進腫瘤細胞發(fā)生侵襲和遷移；進一步研究證實，整合素α7誘導(dǎo)的EMT發(fā)生與其激活FAK/MAPK/ERK信號通路有關(guān)。另一方面，整合素α7通過激活FAK/PI3K/Akt信號通路促使多種底物蛋白磷酸化，從而阻止細胞色素c的釋放以及凋亡蛋白酶的激活，維持線粒體膜結(jié)構(gòu)的完整性，促使細胞抗凋亡能力增強。

2.3 整合素α7與肝細胞癌

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是一種具有高死亡率的原發(fā)性肝癌。Su等[16]研究表明，整合素α7在HCC細胞中表達升高，并且在已發(fā)生轉(zhuǎn)移的和Edmondson分級為III-IV級的肝癌組織中的表達要顯著高于未轉(zhuǎn)移的和Edmondson分級為I-II級的肝癌組織樣本。在HCC細胞中，精氨酸特異性二磷酸腺苷核糖轉(zhuǎn)移酶1(arginine-specific adenosine diphosphateribosyltransferase 1，ART1)與整合素α7的表達呈正相關(guān)；ART1可促進整合素α7核糖基化，從而使α7β1異二聚體復(fù)合體對配體laminin具有更強的親和力，功能增強。高表達的整合素α7激活下游FAK/PI3K/uPA信號通路，導(dǎo)致尿激酶纖溶酶原激活劑(urokinase-type plasminogen activator，uPA)表達升高。uPA是一種絲氨酸蛋白酶，活性狀態(tài)的uPA可以激活膠原酶分解膠原，直接降解基膜和ECM成分，參與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程[17]。Zhang等[18]證實在HCC患者中，熱休克蛋白27(heat shock protein 27，Hsp27)表達高者的預(yù)后不良；Hsp27通過激活A(yù)kt信號，促進基質(zhì)金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase，MMP2)和整合素α7的表達，促使HCC轉(zhuǎn)移。Chiba等[19]使用組蛋白去乙?；敢种苿┣乓志谹(trichostatin A，TSA)作用于多種肝癌細胞系，cDNA芯片(含557個癌相關(guān)基因)分析顯示包括整合素α7在內(nèi)的8種基因在TSA處理前后表現(xiàn)出顯著差異，表明肝癌中整合素α7的表達還存在組蛋白乙酰化修飾調(diào)節(jié)。

2.4 整合素α7與結(jié)直腸癌

轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌(metastatic colorectal cancer，mCRC)是結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)患者死亡的最常見原因。Liu等[20]研究證實叉頭框蛋白C1(forkhead box protein C1，F(xiàn)oxC1)促進CRC侵襲和肺轉(zhuǎn)移；FoxC1直接結(jié)合其下游靶基因整合素α7和成纖維細胞生長因子受體4(fibroblast growth factor receptor 4，F(xiàn)GFR4)并激活它們的表達，促進CRC轉(zhuǎn)移。Nixon等[14]研發(fā)了一種針對特定細胞亞群的、同時進行靶標發(fā)掘和抗體生成的體外技術(shù)，并用于CRC起始細胞研究，在生成的數(shù)百種抗體中，鑒定出排名前三的可識別CRC起始細胞的抗體是整合素α7、HLA-A1和整合素β6。這提示整合素α7有可能是CRC腫瘤干細胞的標志物。

也有研究報道顯示，CRC中整合素α7具有抑癌作用。Li等[10]研究發(fā)現(xiàn)整合素α7線性轉(zhuǎn)錄本和相關(guān)環(huán)狀RNA(circITGA7)在CRC組織和細胞系中的表達均顯著下調(diào)；circITGA7通過吸附miR-370-3p調(diào)節(jié)Ras信號通路，上調(diào)整合素α7的表達，抑制CRC細胞的生長、遷移和侵襲。研究還發(fā)現(xiàn)circITGA7通過吸附miR-3187-3p，上調(diào)附加性梳樣蛋白1(additional sex combs like 1，ASXL1)的表達，抑制CRC細胞的增殖[11]。整合素α7在CRC中的作用呈現(xiàn)出相反的研究結(jié)果，可能是由于研究對象(組織、細胞系和腫瘤干細胞亞群)、實驗體系不同所致。

2.5 整合素α7與乳腺癌

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤。Bhandari等[21]通過RTPCR和TCGA隊列分析證實，與配對的癌旁組織相比，整合素α7在乳腺癌組織中表達下調(diào)；分析TCGA隊列中乳腺癌患者的臨床特征，發(fā)現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤大小與整合素α7表達顯著相關(guān)；體外實驗證實，整合素α7在MDA-MB-231和BT-549細胞中的表達水平高于其他乳腺癌細胞系，整合素α7的敲低導(dǎo)致MDA-MB-231和BT-549細胞的遷移和侵襲能力增強，并同時促進了c-met和vimentin的表達、EMT的發(fā)生。乳腺癌細胞中抑制c-met/Akt/mTOR信號通路可以抑制EMT[22]。三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer，TNBC)患者遠處轉(zhuǎn)移的發(fā)生率較高，目前缺乏有效的靶向治療，采用人腫瘤轉(zhuǎn)移PCR芯片分析比對TNBC與管腔亞型乳腺癌組織樣本中84個腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的差異表達，結(jié)果顯示TNBC組織樣本中下調(diào)最顯著的分子是整合素α7[23]。這些提示整合素α7可能是乳腺癌的抑制基因，與乳腺癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

2.6 整合素α7與前列腺癌

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性最常見的惡性腫瘤。Drivalos等[24]采用免疫組化法檢測顯示PCa中整合素α7的表達低于正常前列腺組織；整合素α7的降低與Gleason評分、病理分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和前列腺特異性抗原水平有關(guān)系；在非轉(zhuǎn)移性PCa細胞中恢復(fù)整合素α7的表達時，腫瘤體積、侵襲性和患者死亡率都明顯下降，提示整合素α7表達與腫瘤惡性程度呈負相關(guān)。整合素α7在PCa中發(fā)揮抑制作用及其機制已比較明確。金屬蛋白酶組織抑制因子3(tissueinhibitorof metalloproteinase 3，TIMP3)可與整合素α7胞內(nèi)區(qū)C末端相連，形成α7-TIMP3復(fù)合物，導(dǎo)致腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)的下調(diào)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)發(fā)生細胞質(zhì)易位和細胞周期蛋白D1(cycline D1)的下調(diào)，從而抑制PCa細胞生長[25]。高溫應(yīng)激蛋白A2(high temperature requirement protein A2，HtrA2)是一種線粒體絲氨酸蛋白酶，在細胞凋亡調(diào)控中具有關(guān)鍵作用。Zhu等[26]研究證實PCa細胞中，整合素α7胞內(nèi)區(qū)C末端與HtrA2相互作用，促進癌細胞死亡；正常情況下，整合素α7與其配體laminin-2相互作用可以防止細胞死亡，維持正常前列腺細胞功能。Han等[27]研究證實整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)與微型染色體維持蛋白7(miniature chromosome maintenance 7，MCM7)結(jié)合，MCM7的N末端的58個氨基酸為ILK結(jié)合基序，整合素α7通過ILK誘導(dǎo)MCM7磷酸化，降低MCM7與染色質(zhì)的結(jié)合，從而抑制細胞生長。PCa和平滑肌肉瘤細胞系中恢復(fù)整合素α7表達可抑制腫瘤細胞生長和細胞運動。整合素α7與laminin相互作用、ILK與MCM7結(jié)合、MCM7磷酸化并減少與染色質(zhì)結(jié)合，這些是整合素α7信號通路中的關(guān)鍵事件，導(dǎo)致腫瘤的抑制。

2.7 整合素α7與間皮瘤

間皮瘤是位于肺部的胸膜細胞疾病，通常由于接觸石棉引起。惡性胸膜間皮瘤(malignant pleural mesothelioma，MPM)則是具有侵襲性生長和快速復(fù)發(fā)的破壞性惡性腫瘤。Laszlo等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平，大多數(shù)MPM細胞系中整合素α7的表達均低于正常間皮細胞，這一異常表達主要與整合素α7啟動子在MPM細胞中被高度甲基化有關(guān)。在低內(nèi)源性整合素α7表達的MPM細胞中過表達整合素α7可以抑制細胞運動，證實整合素α7在MPM細胞遷移中起到抑制性的調(diào)節(jié)作用。雖然MPM的組織學(xué)分型與整合素α7表達之間沒有明顯相關(guān)關(guān)系，但是與低表達組或無表達組相比，整合素α7表達高的患者總體中位生存期升高，而且整合素α7在人MPM組織中的表達下調(diào)會帶來不良預(yù)后。研究表明整合素α7是一種表觀遺傳調(diào)控的腫瘤抑制基因，是人類MPM的預(yù)后因子，并被鑒定是MPM潛在的新型診斷和治療靶標[28-29]。

3 展望

綜上所述，整合素α7在已報道的數(shù)種腫瘤中的表達情況存在差異，介導(dǎo)的信號通路以及導(dǎo)致的腫瘤細胞生物學(xué)行為也存在差別，在膠質(zhì)母細胞瘤、食管鱗狀細胞癌和肝細胞癌中主要表現(xiàn)為促癌作用，在乳腺癌、前列腺癌和間皮瘤中表現(xiàn)為抑癌作用，而在結(jié)直腸癌中既有促癌，又有抑癌的報道。這可能與整合素α7的表達受到極為復(fù)雜的調(diào)控(包括基因突變、DNA甲基化、組蛋白乙?；?、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)、蛋白修飾等)，存在多種轉(zhuǎn)錄剪接變體和蛋白變體，功能受到胞外配體laminin和胞內(nèi)多個分子的影響，并且介導(dǎo)細胞內(nèi)多條信號通路有關(guān)，具體機制有待進一步闡明，這將是整合素α7研究的一個方向。另外，整合素α亞基家族中，以laminin為配體的除整合素α7外，還有其他2位成員：整合素α3和整合素α6，它們均可與整合素β1結(jié)合形成完整受體，整合素α6還可與整合素β4結(jié)合形成完整受體[3]。大量證據(jù)顯示整合素α6和整合素α3與腫瘤關(guān)系也極為密切。整合素α7、整合素α6和整合素α3三者存在較高的同源性和各自的組織特異性，在腫瘤發(fā)生過程中，它們的作用是否存在相似性，是否存在與整合素β1、配體laminin間的競爭結(jié)合關(guān)系，以及是否存在功能上的互補等，將是整合素α7研究的另一個焦點。