Src、FAK對E-cadherin和integrin介導的串聯以及腫瘤浸潤、轉移的影響

周儉珊，黃海燕綜述葉紅審校

(三峽大學醫學院，湖北襄陽443000)

Src、FAK對E-cadherin和integrin介導的串聯以及腫瘤浸潤、轉移的影響

周儉珊，黃海燕綜述葉紅審校

(三峽大學醫學院，湖北襄陽443000)

鈣黏蛋白(E-cadherin)和整合素(Integrin)在協調控制細胞基本的生理和病理過程中扮演著重要的角色，包括形態發生、組織分化、傷口愈合、免疫監視、炎癥反應、腫瘤進展和轉移等。然而，目前調節鈣黏蛋白和整合素之間通信的根本性分子機制仍然不是很清楚。盡管大量的證據支持兩種黏附受體家族間存在有精細調控的串聯，而且這種串聯可以影響他們的表達、翻轉、定位和/或功能，并可根據細胞內外的環境背景來增強或抑制黏附連接，然而這些重要的現象中涉及到的分子和分子調控機制目前還不完全清楚。最近越來越多的證據表明，非受體酪氨酸激酶Src和FAK與整合素和鈣黏蛋白調控的細胞間黏附和信號轉導的過程密切相關，本文主要是綜述Src及FAK在串聯中的重要作用，及探討這種串聯對腫瘤細胞的集體遷移、浸潤和轉移的潛力的影響。

鈣黏蛋白；整合素；串聯；Src；FAK

所謂分子串聯是指信號通路間的通信，在細胞生物學中起著核心作用，使細胞能夠連接到相鄰細胞或者較遠的分子功能組件，來產生協同或拮抗效應，最終產生生物學效果[1]。細胞間最重要的串聯事件是連接到整合素和鈣黏蛋白家族的黏附分子受體的信號網絡。鈣黏蛋白(E-cadherins)和整合素(Integrins)是在上皮中分別介導細胞和細胞間、細胞和胞外基質間黏附的主要分子。已有研究證實，這些分子參與了如細胞遷移、增殖、分化，生存和基因表達等重要生物過程的調節。大量的體內和體外實驗都證明了在細胞黏附和移動過程中E-cadherins和Integrins兩者介導的連接存在著串聯，且這種串聯可以調控腫瘤細胞的可塑性，在腫瘤細胞的局部浸潤和遠處轉移中發揮了重要作用[2-3]。通過連接到肌動蛋白細胞骨架和下游信號分子級聯反應的激活，E-cadherins和Integrins分別介導的連接可以相互作用，由此形成細胞表面和細胞骨架的一種耦聯，細胞可以通過感知局部微環境并通過調整細胞間連接來適應環境變化。這是控制細胞能動性、趨化性和趨觸性等生物過程的關鍵機制[4]。事實上在多細胞動物的整個生命活動中這種串聯的監管網絡都是極其重要的，而其功能障礙幾乎總是導致發育缺陷和/或疾病，包括遺傳疾病和癌癥等[5]。有相當多的證據顯示，Integrin-ECM黏連和E-cadherin介導的黏連的串聯的中間信號很多，其中Src和FAK在整合素依賴的串聯信號的活化中有著關鍵作用。

1 E-cadherin及E-cadherin介導的細胞間黏著連接

E-cadherin是1型經典黏附蛋白的典型成員，它作為一個Ca2+依賴的細胞表面蛋白介導的細胞間黏附因子，首次在早期小鼠胚胎分裂球中被發現，作用是調節細胞間的相互作用。E-cadherin是單次跨膜糖蛋白，其5個細胞外重復序列能夠調節與鄰近細胞相對的分子之間同種抗原間的鈣離子依賴的相互作用[6]。E-cadherin介導的細胞間黏附的組件包括：β-catenin、p120-catenin、α-catenin、肌動蛋白細胞骨架。Ratheesh等[7]證實E-cadherin介導的細胞間黏著連接(AJs)的維持同樣需要依賴動態的肌動蛋白骨架。黏著連接復合體各部分都有重要功能，其中需要強調的是α-catenin的功能不僅是介導了復合體與肌動蛋白絲之間的直接聯系，還涉及到包括肌動蛋白絲動態監管和為cadherin-catenin復合體招募其他肌動蛋白調節分子的功能[8]。黏著連接是一種高度動態的結構，網格蛋白和小窩蛋白調節的細胞內吞參與控制和維持E-cadherin在細胞膜的穩定和穩態細胞中E-cadherin的水平。內吞是E-cadherin在細胞膜上進行交換的重要機制[9]。但并不是唯一負責調控E-cadherin在細胞間黏附區域表達的機制。在細胞間初始的交互過程中細胞膜表面E-cadherin的積累主要是依靠擴散完成的[10]。E-cadherin分子可以形成同型二聚體或寡聚體，高階復合物稱為鈣黏著蛋白“集群”，他們的內部是高度固定，代表了真正的黏合結構[11]。雖然，我們已經了解到E-cadherin的動態性對保持細胞間連接的完整性非常重要，但是它對細胞間連接強度的影響的根本機制然目前尚不明了。

E-cadherin缺失和由此產生細胞間黏附的抑制或減弱，被認為是上皮-間質細胞轉變(EMT)過程中關鍵的一步[12]。E-cadherin缺失而導致的EMT事件在上皮性腫瘤發生發展的病理過程中動搖了細胞間的聯系，并且使上皮腫瘤細胞過渡到更加能動的和侵入性表型，上述過程被認為是腫瘤細胞在侵襲和轉移中的一種重要事件。

2 Integrin和integrin-ECM連接

整合素是異質二聚體細胞表面的糖蛋白，作用是調節細胞與細胞外基質的相互作用，是連接細胞外環境到肌動蛋白細胞骨架的橋梁。這些跨膜蛋白質包括兩個二級單位，稱為α、β，其中至少有18個α亞單位和8個β亞單位，由此產生超過20個不同可能組合的整合素。整合素是通過黏合結構從細胞外向細胞內傳輸信號。踝蛋白和Kindlins是鏈接整合素與肌動蛋白細胞骨架關鍵因素，他們可以使整合素和黏著斑蛋白構象活化，進而加強細胞骨架和肌動蛋白交聯的α-actinin的聯系，并影響到鈣黏蛋白介導的細胞間連接[13]。整合素的接觸活化會導致脂質激酶活性的快速改變和激活，從而激活與黏著斑相連的酪氨酸蛋白激酶Src和FAK。這一激活過程可以增加肌動蛋白的動力和細胞膜表面細胞黏附的變化，激活大量位于下游且在細胞黏附、遷移、增殖和存活的過程中有著關鍵功能信號通路。下游的關鍵感受器包括the small Rho GTPases、Rho、Rac and CDC42，他們能協調在肌動蛋白細胞骨架的這種變化并驅動細胞極性和遷移[14]。盡管最初的整合素激活只導致了短暫的新生黏連的形成，但隨著這種新生的黏連成長為大的復合物，最終也可以集中黏連捆綁在肌動蛋白應力纖維。這些黏附結構的協調裝配和拆卸，配合上肌動球蛋白驅使的收縮，為細胞的運動提供了基本的動力，這些機械動力同樣是細胞遷移必須的[15]。

Martinez-Rico等[16]研究表明由整合素誘導的肌動球蛋白收縮性的變化可以驅使E-cadherin介導的細胞間黏連的物理破壞。肌動球蛋白收縮(Actomyosin contraction)被磷酸化的肌球蛋白Ⅱ輕鏈(MLC)通過由兩個關鍵激酶、MLC激酶(MLCK/MYLK)和Rho-相關的蛋白激酶(ROCK)，下游效應器RhoGTPase調節。

在細胞黏附和移動過程中E-cadherins和integrins兩者介導的連接存在著串聯，其中信號中間體Src和FAK在整合素依賴的串聯信號的活化中有著關鍵作用。

3 關鍵的信號中間體Src和FAK

3.1 Src和FAKSrc激酶家族是具有酪氨酸激酶(Protein tyrosine kinase，PTK)活性的蛋白質，作為連接許多細胞外和細胞內重要信號途徑的膜結合開關分子，Src激酶在受體介導的信號傳遞及細胞間通訊中具有中心調節作用[17]。參與許多重要的生理過程，如生長、分化、黏附、轉錄等。主要的酪氨酸激酶分為受體型和非受體型兩類，受體蛋白酪氨酸激酶介導不同的細胞內信號傳導途徑，他們與多數跨膜受體相關聯，如激素受體、細胞因子受體等。非受體蛋白酪氨酸激酶可通過細胞外配體與受體結合及細胞周期特殊階段的細胞黏附分子激活。黏附斑激酶(Focal adhesion kinase，FAK)是一類胞質非受體蛋白酪氨酸激酶，屬于PTK超家族，也稱PTK II。FAK在細胞信號轉導中處于十分重要的位置，它是細胞內外信號出入的中樞，介導多條信號通路。FAK可以整合來自整合素及機械信號等信號，激活胞內多條信號通路，控制著細胞運動、生存和增殖；FAK在胚胎的發生和腫瘤侵襲過程中同樣發揮著重要作用[18]。

3.2 Src和FAK在串聯中的作用機制Src和FAK在下游整合素活化信號的傳輸中有著關鍵作用。盡管目前通過細胞表面整合素來激活Src和FAK確切機制仍不清楚，但可以確定的是兩種激酶激活過程都需要自身蛋白質構象改變，達到自動抑制的釋放。在FAK的激活過程中，Src會綁定到FAK的自身磷酸化區域，FAK-Src復雜復合物的形成是充分激活FAK所必須的條件之一[19]。但是這會導致在FAK的激酶循環及它的完全性催化活化過程中Src介導的酪氨酸磷酸化的殘留。信號通路中會形成integrin-Src-FAK軸，而在串聯過程中integrin-Src-FAK軸發揮重要作用[20]。

3.2.1 黏附連接的組件磷酸化并控制黏附連接組分的信號輸入目前已經證實，Src在細胞間黏著連接正常的周轉和組裝中扮演重要角色，它可以使黏附連接的組件磷酸化，這在維持黏附連接組分的動態性上有著重要的意義。在正常組織的細胞中Src會嚴格監管原癌基因的活動，但是在表達的致瘤Src，其結構和功能會發生顯著的變化，其中包含具有監管功能的羧基末端尾巴的突變，會導致激活的激酶的構成(生成)和黏附連接組件的磷酸化，這些通常會導致細胞間黏連的中斷和侵襲性增加[17]。在黏附連接被破壞的過程中，FAK的類似的角色已經被確立了；在這里，隨著整合素的接觸，通過FAK介導的β-catenin的磷酸化導致了AJs完整性的喪失[21]，此外在血管內皮生長因子(VEGF)對內皮細胞的刺激下，血管內皮鈣黏蛋白(VE)通過FAK的磷酸化，也會導致細胞間黏連的中斷。酪氨酸磷酸化改變黏附連接組件中各部分的親和力，導致黏附蛋白和細胞骨架之間聯系的削弱或切斷，并可能導致腫瘤組織中黏附連接的破壞，在這些過程中Src和/或FAK活動都很強。然而，通過整合素激活或生長因子的刺激而瞬時激活Src和FAK，會導致AJs組件磷酸化和連接的破壞。在細胞外基質中的整合素和生長因子調節的細胞間黏附連接的完整性過程中，激活的Src和FAK在協調下游信號產生中發揮著極關鍵的功能。FAK和Src在多個控制黏附連接組分的信號輸入過程中發揮著不可或缺的作用。Cicchini等[22]發現FAK-Src通路除參與調節轉錄生長因子β(TGFβ)誘導的EMT外，還參與到EMT事件中整合素的激活，這些都與腫瘤組織進一步的侵襲和轉移密切相關，FAK和Src在控制腫瘤細胞的黏附中的重要作用毋庸置疑。

3.2.2 控制鈣黏蛋白的蛋白質水平Src和FAK不但可以直接磷酸化AJs組件，還可以通過控制鈣黏蛋白的蛋白質水平的穩定來調節黏附連接[22]。目前有報道稱，Src可以通過鈣黏蛋白的啟動子來影響轉錄，以控制E-cadherin的表達。此外，E-cadherin表達的增加在FAK-null鼠的胚胎干細胞中被觀察到，歸因于E-cadherin的轉錄阻遏SNAIL1的調節[23]，E-cadherin表達的增加，可以改變黏附連接組件的組裝和影響上皮細胞表型轉換，從而影響腫瘤細胞黏附過程，為腫瘤的發生發展提供條件。

3.2.3 調節E-cadherin的內吞作用黏著連接是一種高度動態的結構，網格蛋白和小窩蛋白調節的細胞內吞參與控制和維持E-cadherin在細胞膜的穩定和穩態細胞中E-cadherin的水平。Avizienyte等[24]研究發現，Src調節E-cadherin的內吞作用的先決條件是整合素信號的激活。Src和FAK也可以調節E-cadherin的內吞作用及在細胞膜的定位和區域化。早期研究表明，致瘤的Src可以控制E-cadherin的內吞作用[25]。此外，研究顯示造成黏附連接的破壞同樣需要Src依賴的FAK磷酸化，最近，筆者發現小干擾RNA(SiRNA)介導FAK或β1-整合素的消耗，E-cadherin內吞作用的抑制都能夠加強細胞間黏連，減少集體入侵，然而藥物抑制FAK或Src減少在體內腫瘤細胞的集體運動的效果并不令人滿意，這可能與E-cadherin在細胞膜表面的翻轉變化相關[26]。通過對E-cadherin在細胞膜上動態翻轉的微調，Src和FAK可以控制細胞間黏著連接的的強度，進而影響在腫瘤細胞的遷移和侵襲性能力。

3.2.4 肌動蛋白活動和收縮力的調節目前研究表明，通過Integrin-Src-FAK軸對E-cadherin動力學的精細控制可以對包括體內和體外的上皮性腫瘤的行為產生重大影響，細胞間連接完整性的損失并不是腫瘤細胞獲得行動力和侵襲表型能力的必須條件。那么是Src和FAK的下游的什么信號調節了黏附連接呢？Avizienyte等[19]發現含磷的肌動蛋白外圍的活動和收縮力的調節也是上游信號流中調節Integrin和E-cadherin-介導的黏連的作用點之一，Src可以配合其他激酶信號通路，如有絲分裂原激活蛋白激酶(MAPK)，肌球蛋白輕鏈激酶MLCK和ROCK，進而來促進周邊含磷的肌動蛋白積累，這對維持一種間充質表型和抑制E-cadherin介導細胞間黏連的形成是必須的。

3.2.5 黏附組件β-catenin核轉位等Integrin-Src-FAK通過對含磷的肌動蛋白外圍的活動和收縮力的調節，并不是上游信號流中調節整合素和E-cadherin-介導黏連的唯一途徑。Coluccia等[27]發現在信號通路Integrin-Src-FAK軸下游的Wnt-β-catenin途徑調節整合素和E-cadherin-介導的黏連中也發揮了重要作用，在Wnt-β-catenin途徑調節過程中，首先Integrin-Src-FAK軸的激活可導致黏附連接的破壞，而后進行β-catenin核轉位，以及隨后轉錄活動的激活。這一過程通常與惡性腫瘤跟進一步的侵襲有關[28]。

4 小結

E-cadherins和Integrins是在上皮中分別介導細胞和細胞間，細胞和胞外基質間黏附的主要分子。E-cadherins和integrins都可以通過細胞膜上獨立的構型區域提供雙向的傳輸信號。越來越多的證據也支持，在這些黏附分子間存在著精確調控的串聯，這種串聯可以通過感知細胞間及基質環境來進行調節，可以增強或減弱細胞間黏附和信號傳導功能。細胞黏附和移動過程中E-cadherins和Integrins兩者介導的連接所存在的串聯可以調控腫瘤細胞的可塑性。結合目前研究資料，筆者可以認為Src、FAK及Integrin-Src-FAK軸在E-cadherins和integrins介導的連接串聯的調控中占據著核心的位置。由此可推斷，通過調節Src、FAK的功能，來調節E-cadherins在細胞膜上的水平，通過改變這種串聯，可以影響到細胞的生理和病理過程。協調整合素和鈣黏蛋白介導的串聯間的結構和功能的關系，進而可能改變腫瘤的發生、發展過程，這無疑是一項潛在的重要的預防和治療腫瘤的策略。

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10.3969/j.issn.1003-6350.2016.01.033

2015-01-02)

葉紅。E-mail：yehong998@126.com