張冠華 智發(fā)朝

惡性腫瘤目前仍是人類(lèi)致死的首位原因。隨著研究的不斷深入，惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展步驟，腫瘤浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵因素正在逐漸被認(rèn)識(shí)。黏著斑（focal adhesions,FAs）是一種復(fù)雜的質(zhì)膜相關(guān)大分子集合，其將肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和整聯(lián)蛋白連接并與細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix,ECM）建立關(guān)系。FAs在細(xì)胞成熟過(guò)程中通過(guò)黏附作用及改變分子組合來(lái)產(chǎn)生牽引并轉(zhuǎn)換信號(hào)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞遷移，上述過(guò)程任一環(huán)節(jié)的缺失或改變將使細(xì)胞黏附能力下降，而黏附能力下降被認(rèn)為是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要因素之一。因此研究黏著斑的構(gòu)成及其支配黏附信號(hào)傳導(dǎo)的基本機(jī)制，對(duì)了解黏著斑在細(xì)胞轉(zhuǎn)移及腫瘤進(jìn)展中所扮演的角色至關(guān)重要。

一、黏著斑的結(jié)構(gòu)及種類(lèi)

1.黏著斑的結(jié)構(gòu)

黏著斑由Abercrombie在纖維母細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的研究中通過(guò)電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)[1]，在細(xì)胞培養(yǎng)中它與細(xì)胞基底層緊密連接，是細(xì)胞質(zhì)膜的電子致密區(qū)域。這種緊密連接的物理作用使得細(xì)胞可以和外環(huán)境進(jìn)行聯(lián)系，引起細(xì)胞黏附、遷移、擴(kuò)散、分化及凋亡。

黏著斑在整聯(lián)蛋白異二聚體的跨膜中心周?chē)纬?，與細(xì)胞外基質(zhì)連接，構(gòu)成細(xì)胞中側(cè)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的錨定區(qū)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外各種信號(hào)通路。在電鏡下觀察黏著斑不同于縫隙連接、緊密連接、細(xì)胞橋粒等有明顯的結(jié)構(gòu)。Kanchanawong P等[2]利用干涉測(cè)量光激活定位顯微技術(shù)（interferometric photoactivated localization microscopy,iPALM）的方法在納米尺度上觀測(cè)了黏著斑蛋白的顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)整聯(lián)蛋白和肌動(dòng)蛋白被一個(gè)40 nm長(zhǎng)、由部分重疊的蛋白特異性層組成的核（整聯(lián)蛋白信號(hào)傳遞層、力轉(zhuǎn)導(dǎo)層、肌動(dòng)蛋白控制層等）分開(kāi)，同時(shí)由踝蛋白連接。這些分層的形成可能受到蛋白與蛋白之間相互作用的空間約束，一旦形成這些空間結(jié)構(gòu)就會(huì)影響?zhàn)ぶ叩膭?dòng)力功能。

2.黏著斑的分子種類(lèi)

從1971年發(fā)現(xiàn)黏著斑到現(xiàn)在，黏著斑分子的組成名單在不斷增長(zhǎng)，對(duì)其的研究也更加的深入。目前，把這些黏著斑分子按照它們的位置（細(xì)胞外基質(zhì)、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)及細(xì)胞質(zhì)）可分為三種[3]；也可以按照其影響細(xì)胞遷移及侵襲具有重要作用的黏著斑蛋白作用機(jī)制進(jìn)行分類(lèi)[4]。下面將簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)重要黏著斑相關(guān)蛋白。

（1）整聯(lián)蛋白：整聯(lián)蛋白（或稱(chēng)整合素）（integrin）是異二聚體跨膜受體，有α和β兩個(gè)亞單位組成，其主要作為外基質(zhì)蛋白黏附分子存在?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)整聯(lián)蛋白家族包含24種αβ異質(zhì)二聚體復(fù)合物，不同亞單位的組合決定了結(jié)合區(qū)和對(duì)特定基質(zhì)蛋白受體親和力的影響[5]。整聯(lián)蛋白不僅連接了細(xì)胞骨架和細(xì)胞外微環(huán)境，并且調(diào)控細(xì)胞的關(guān)鍵功能，例如通過(guò)激活特定信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞的遷移及生存[6]。

（2）黏著斑激酶：黏著斑激酶 （focal adhesion kinase,FAK）作為多種信號(hào)通路的樞紐是一種非受體蛋白酪氨酸激酶[7]。它由三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域組成，即氨基端（N）、羧基端（C）和激酶結(jié)構(gòu)域。黏著斑激酶可與整聯(lián)蛋白β亞單位、細(xì)胞骨架蛋白及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白相結(jié)合或與新生的黏著復(fù)合物及已形成的黏著斑結(jié)合，來(lái)激活細(xì)胞內(nèi)MAPK、PI3K、JNK等信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)[8]，從而影響細(xì)胞的黏附、生長(zhǎng)及遷移。

（3）樁蛋白：樁蛋白（paxillin）是在Rous氏肉瘤病毒轉(zhuǎn)化的雞胚纖維母細(xì)胞（RSV-CEFs）過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)的[9]。樁蛋白主要定位于黏著斑，包含LIM結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域和SH2結(jié)構(gòu)域。踝蛋白（talin）、神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體TrkA、絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶激酶、酪氨酸蛋白激酶等許多分子可與樁蛋白結(jié)合，參與黏著斑的組裝[10]，或形成復(fù)合物介導(dǎo)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)調(diào)控細(xì)胞的黏附和遷移[11]。

（4）紐蛋白：紐蛋白（vinculin）是細(xì)胞微絲骨架結(jié)合蛋白，它由8個(gè)α螺旋束組成，這8個(gè)α螺旋束構(gòu)成5個(gè)結(jié)構(gòu)域。紐蛋白通過(guò)自身結(jié)構(gòu)域與其它黏著斑蛋白，如踝蛋白、樁蛋白等相互作用參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)黏著斑及細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)[12]。Saunders等[13]在研究中指出，紐蛋白可通過(guò)介導(dǎo)黏著斑的形成與解聚以及微絲與細(xì)胞膜的連接與解聚來(lái)促使細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，也可通過(guò)穩(wěn)定黏著斑而抑制細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。在細(xì)胞黏附過(guò)程中，整聯(lián)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)接觸時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)拉力，促使活化紐蛋白向黏著斑處聚集，這提示紐蛋白在力傳導(dǎo)的細(xì)胞黏附過(guò)程中扮演重要角色[14]。

二、黏著斑與機(jī)械力傳導(dǎo)

1.黏著斑與機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化

黏著斑及黏著復(fù)合物（focal complexes）通過(guò)跨膜受體整聯(lián)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境相連，外環(huán)境中的機(jī)械信號(hào)感受到這些位點(diǎn)，通過(guò)相關(guān)信號(hào)通路轉(zhuǎn)化成生化信息[15]。肌動(dòng)球蛋白衍生收縮力可產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)牽引力，通過(guò)整聯(lián)蛋白轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外基質(zhì)[16]。黏著斑是由胞外到胞內(nèi)或由胞內(nèi)到胞外的力傳導(dǎo)的重要位點(diǎn)。細(xì)胞牽引力可拉伸纖連蛋白（fibronectin）暴露原纖維生成所需位點(diǎn)[17]；也可以顯露踝蛋白區(qū)域，使紐蛋白聚集來(lái)穩(wěn)固整聯(lián)蛋白和肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的連接[18]。紐蛋白可以作為黏著斑的受力分子，決定黏著斑的組裝和解離[14]。這些研究都表明了黏著斑的力傳導(dǎo)機(jī)制，通過(guò)揭露下游信號(hào)通路靶分子的重要位點(diǎn)，將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為生化信息?，F(xiàn)在看黏著斑可以產(chǎn)生力傳導(dǎo)，來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)、鋪展及遷移。但從長(zhǎng)期看來(lái)，它同樣可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)，細(xì)胞分化及癌癥等疾病進(jìn)展。

2.細(xì)胞內(nèi)外機(jī)械信號(hào)力傳導(dǎo)

細(xì)胞外的機(jī)械信號(hào)如基底剛度，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和切應(yīng)力等控制著細(xì)胞過(guò)程[19-22]。這些外部力量可以通過(guò)黏著斑結(jié)構(gòu)或整聯(lián)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白之間的黏結(jié)力來(lái)傳遞。例如機(jī)械力可引起整聯(lián)蛋白αvβ3胞外域變構(gòu)效應(yīng)改變，增加整聯(lián)蛋白αvβ3和纖連蛋白的黏結(jié)強(qiáng)度。隨后，更多的信號(hào)蛋白如Src和FAK被聚集，通過(guò)RhoA GTPases調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架活性[23]。這些信號(hào)傳遞分子參與增殖、存活等細(xì)胞重要進(jìn)程，在腫瘤細(xì)胞中一些分子信號(hào)傳遞機(jī)制會(huì)被解除控制發(fā)生改變[24]。因此，細(xì)胞外的機(jī)械信號(hào)可通過(guò)黏著斑感應(yīng)來(lái)控制腫瘤進(jìn)展等細(xì)胞內(nèi)生物進(jìn)程。

細(xì)胞內(nèi)的機(jī)械信號(hào)也可以通過(guò)黏著斑傳遞至細(xì)胞外微環(huán)境中[25]。肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架通過(guò)黏著斑與整聯(lián)蛋白相連接。當(dāng)肌動(dòng)蛋白纖維一端與整聯(lián)蛋白連接時(shí)，另一端向細(xì)胞內(nèi)逆行流動(dòng)產(chǎn)生張力。這種細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)球蛋白衍生張力可通過(guò)黏著斑影響細(xì)胞外基質(zhì)組合[26]。因此黏著斑可以感應(yīng)細(xì)胞內(nèi)機(jī)械信號(hào)來(lái)控制細(xì)胞外環(huán)境。這種由胞內(nèi)到胞外，由胞外到胞內(nèi)的雙向力傳導(dǎo)可通過(guò)整聯(lián)蛋白傳導(dǎo)來(lái)控制細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外基質(zhì)信號(hào)傳遞。

三、黏著斑與腫瘤進(jìn)展過(guò)程的細(xì)胞遷移

1.黏著斑調(diào)控機(jī)械微環(huán)境

如同前面所述，細(xì)胞不斷通過(guò)黏著斑從細(xì)胞外環(huán)境接收機(jī)械信號(hào)；通過(guò)整聯(lián)蛋白相關(guān)信號(hào)通路細(xì)胞對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答來(lái)維持細(xì)胞形態(tài)、遷移和生存功能。因此，當(dāng)細(xì)胞外微環(huán)境的改變而缺乏張力調(diào)節(jié)時(shí)，可致癌癥的發(fā)展和轉(zhuǎn)移[27-28]。

在細(xì)胞外微環(huán)境中，膠原蛋白是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。在癌癥發(fā)展過(guò)程中，金屬蛋白酶 （matrix metalloproteinase,MMP）使膠原蛋白周轉(zhuǎn)增強(qiáng)[29]。MMP可將纖維膠原蛋白分解成片段，在細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生缺口使腫瘤細(xì)胞移動(dòng)導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移。在許多類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞中黏著斑可發(fā)生基質(zhì)降解，這些位點(diǎn)的MT1-MMP靶點(diǎn)是由FAK-p130Cas復(fù)合物調(diào)節(jié)的[30]。腫瘤進(jìn)展中膠原蛋白的表達(dá)與沉積增強(qiáng)，膠原蛋白交聯(lián)可引起組織纖維化，這導(dǎo)致腫瘤組織通常比正常組織更堅(jiān)硬。Levental等[31]提出，賴(lài)氨酰氧化酶誘導(dǎo)的膠原蛋白交聯(lián)可使基質(zhì)更堅(jiān)硬，并通過(guò)整聯(lián)蛋白信號(hào)通路引起乳腺腫瘤的發(fā)生。在堅(jiān)硬的基質(zhì)中，整聯(lián)蛋白信號(hào)傳遞的增強(qiáng)促進(jìn)了細(xì)胞侵襲和乳腺惡性腫瘤生成。僅僅堅(jiān)硬的細(xì)胞外基質(zhì)并不足以引起乳腺組織改變，還需要致癌信號(hào)的傳遞，例如ErbB2[32]。這些都表明堅(jiān)硬的機(jī)械微環(huán)境可以通過(guò)黏著斑中整聯(lián)蛋白依賴(lài)的機(jī)械力傳導(dǎo)促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

2.腫瘤再生細(xì)胞與機(jī)械微環(huán)境

腫瘤細(xì)胞中只有一小部分是腫瘤干細(xì)胞，將這部分植入動(dòng)物宿主體內(nèi)即可形成腫塊。腫瘤干細(xì)胞可自我更新，分化成非干細(xì)胞，因此腫瘤是由不同時(shí)期分化的異質(zhì)腫瘤細(xì)胞組成的。Liu等[33]在最近的研究中表示，腫瘤再生細(xì)胞（Tumourrepopulating cells,TRCs）可以在柔軟的機(jī)械微環(huán)境中被篩選出來(lái)。TRCs在三維凝膠中比在涂有纖維蛋白近似硬度的二維凝膠中會(huì)更有效篩選，而黏著斑也可能在腫瘤再生細(xì)胞篩選過(guò)程中起機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。但在堅(jiān)硬的微環(huán)境中，TRCs仍保持它們的柔軟性，以便更有效的滲入不同的組織。腫瘤細(xì)胞經(jīng)過(guò)內(nèi)滲和外滲后，這一小部分TRCs可以最終存活下來(lái)并在其它組織中形成腫瘤細(xì)胞，這就導(dǎo)致了腫瘤的轉(zhuǎn)移[34]。TRCs在柔軟微環(huán)境中的增殖與之前報(bào)道堅(jiān)硬基質(zhì)可促進(jìn)腫瘤進(jìn)展相矛盾[31]，這說(shuō)明機(jī)械微環(huán)境中癌癥發(fā)展有著復(fù)雜機(jī)制。

3.偽足小體和腫瘤轉(zhuǎn)移

細(xì)胞的遷移的過(guò)程很復(fù)雜，包括片狀偽足的伸出、黏著斑的形成及穩(wěn)定、細(xì)胞尾部黏著斑的解離以及細(xì)胞骨架的重新排列[35]。細(xì)胞遷移過(guò)程中細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)之間的接觸是呈動(dòng)態(tài)變化的，有新的黏附形成也有黏附的解離，即黏著斑處于組裝-解聚-再組裝的周轉(zhuǎn)狀態(tài)。黏著斑解聚后得到的分解產(chǎn)物可被重復(fù)利用，招募到新形成的黏著斑處。細(xì)胞尾部的黏著斑發(fā)生解聚后，細(xì)胞的尾部才能與基質(zhì)分離。

偽足小體（podosomes）和侵襲性偽足（invadopodia）常出現(xiàn)在侵襲性腫瘤細(xì)胞中，它們是動(dòng)態(tài)的細(xì)胞基質(zhì)接觸結(jié)構(gòu)。偽足小體和侵襲性偽足與黏著斑共用許多分子，但它們更加有動(dòng)態(tài)性，且含有整聯(lián)蛋白相關(guān)蛋白如樁蛋白和踝蛋白環(huán)繞肌動(dòng)蛋白核心組成的特殊結(jié)構(gòu)[36]。偽足小體同黏著斑一樣是力感受器。肌球蛋白依賴(lài)性?xún)?nèi)源力可以通過(guò)偽足小體傳遞到胞外微環(huán)境中，在底物上產(chǎn)生強(qiáng)大的牽引力。反過(guò)來(lái)，微環(huán)境中的機(jī)械信號(hào)通過(guò)偽足小體傳遞給細(xì)胞內(nèi)。侵襲性偽足存在于基質(zhì)降解中，比黏著斑更活躍，可致癌癥侵襲和轉(zhuǎn)移[37]。

四、小結(jié)

多蛋白多功能的黏著斑是由許多不同的信號(hào)分子組成的，它在雙向機(jī)械力傳導(dǎo)中有重要功能。黏著斑有利于細(xì)胞與外基質(zhì)的連接，方便外基質(zhì)與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架直接相連，在雙向機(jī)械力傳導(dǎo)中有重要作用，在結(jié)構(gòu)上、功能上控制了細(xì)胞的形態(tài)及細(xì)胞的遷移能力。許多黏著斑蛋白被認(rèn)為可當(dāng)做機(jī)械傳遞子，例如，整聯(lián)蛋白，踝蛋白，紐蛋白及樁蛋白。

如今腫瘤轉(zhuǎn)移及腫瘤治療抵抗是腫瘤研究中亟待解決的問(wèn)題。腫瘤治療過(guò)程中出現(xiàn)的細(xì)胞黏附介導(dǎo)的放療抵抗（cell adhesion-mediated radioresistance,CAMRR）和黏附介導(dǎo)的藥物抵抗（cell adhesion-mediated drug resistance,CAMDR）的分子機(jī)制研究有一定的進(jìn)展。多項(xiàng)研究已表明在放射治療獲得性抵抗表型中，整聯(lián)蛋白作為細(xì)胞受體對(duì)細(xì)胞與外基質(zhì)環(huán)境的相互聯(lián)系十分重要[38-40]。

縱觀前景，對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)硬度的影響、機(jī)械力傳導(dǎo)、黏著斑在細(xì)胞遷移中發(fā)揮的關(guān)鍵作用的分子機(jī)制的闡明，可以幫助我們找到削弱腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力的方法，阻止癌細(xì)胞的擴(kuò)散與侵襲，尋找潛在腫瘤治療干預(yù)靶點(diǎn)，最終為腫瘤的治療提供新的治療手段及延長(zhǎng)預(yù)后。

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