宋麗琴 張宇 吳小戀 趙魁 周海紅

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東湛江 524000

張力蛋白最早于20 世紀80 年代被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時研究人員在尋找可將肌動蛋白絲錨定到黏著斑并維持肌動蛋白細胞骨架和質(zhì)膜之間張力的“蛋白質(zhì)X”，發(fā)現(xiàn)與雞砂囊平滑肌中黏著斑蛋白（vinculin）共純化的物質(zhì)在體外具有肌動蛋白結(jié)合活性，因其能維持肌動蛋白絲的張力，故被命名為“張力蛋白”。迄今為止，在哺乳動物中，已發(fā)現(xiàn)張力蛋白家族有4個成員，最初被發(fā)現(xiàn)的張力蛋白被命名為tensin–1（TNS1），另外3 個成員為tensin–2（TNS2）、tensin–3（TNS3）和tensin–4（TNS4），是在尋找與TNS1 具有廣泛序列同源性的新張力蛋白家族成員時被發(fā)現(xiàn)的。這4 個成員在結(jié)構(gòu)上有一個共同特征，即在蛋白的C 末端均包含SH2 功能域（Src homology 2，SH2）及磷酸酪氨酸結(jié)合域（phosphotyrosine–binding，PTB）。張力蛋白作為連接細胞內(nèi)肌動蛋白細胞骨架與細胞外基質(zhì)的橋梁，介導(dǎo)細胞內(nèi)外信號的傳導(dǎo)，并調(diào)節(jié)細胞的黏附、遷移、增殖、分化等生物學(xué)過程。越來越多的證據(jù)表明，張力蛋白與人類許多疾病密切相關(guān)，但其發(fā)病機制尚不明確。因此，本文總結(jié)張力蛋白的結(jié)構(gòu)、周圍相關(guān)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、疾病相關(guān)性的研究進展，以期更好地研究張力蛋白在疾病發(fā)生發(fā)展中所起的作用。

1 張力蛋白的結(jié)構(gòu)特征

張力蛋白為一類含有多結(jié)構(gòu)域的大分子蛋白質(zhì)，能結(jié)合多種信號分子。其中，TNS4 分子量最小，為80kDa，其余3 個成員的分子量在170kDa～220kDa之間。張力蛋白家族在C 端及N 端的進化上高度保守，但各成員的中央?yún)^(qū)域沒有序列同源性。所有成員在C 端均具有同源的SH2–PTB 串聯(lián)結(jié)構(gòu)及黏著斑結(jié)合位點（FAB–C）；除了TNS4 因缺乏N 端區(qū)域而不具備肌動蛋白結(jié)合域（actin–binding domain，ABD），其他3 個成員的N 端均具有ABD Ⅰ和另一個黏著斑結(jié)合位點（FAB–N），從而擁有肌動蛋白結(jié)合活性，而位于TNS1中央?yún)^(qū)域的ABD Ⅱ則為TNS1所特有的結(jié)構(gòu)；另外，C1 結(jié)構(gòu)域僅存在于TNS2 的N端。

C 端的SH2 能識別并結(jié)合酪氨酸磷酸化蛋白，從而介導(dǎo)相關(guān)信號級聯(lián)反應(yīng)。緊隨SH2 的PTB結(jié)構(gòu)域則與整合素β1、β3、β5 和β7 細胞質(zhì)尾部的NPXY 基序相結(jié)合。N 端的ABD 與肌動蛋白絲結(jié)合并調(diào)節(jié)肌動蛋白的聚合速率。N 端的黏著斑結(jié)合位點FAB–N 與ABD Ⅰ重疊，而C 端的黏著斑結(jié)合位點FAB–C 則與SH2–PTB 結(jié)構(gòu)域重疊。C1 結(jié)構(gòu)域的功能目前尚不清楚。這些結(jié)構(gòu)域使張力蛋白能將肌動蛋白細胞骨架錨定到整合素受體，并轉(zhuǎn)導(dǎo)各種信號，維持細胞的正常結(jié)構(gòu)與功能。

2 張力蛋白的周圍相關(guān)結(jié)構(gòu)

張力蛋白定位于黏著斑，黏著斑是連接細胞內(nèi)肌動蛋白細胞骨架與細胞外基質(zhì)的跨膜復(fù)合體，由多種蛋白質(zhì)組成，其中涉及α–肌動蛋白、整合素、踝蛋白、Kindlin 蛋白、黏著斑蛋白、張力蛋白等蛋白質(zhì)，黏著斑通過與胞外基質(zhì)的機械耦合傳導(dǎo)各種細胞內(nèi)外信號，并調(diào)節(jié)細胞的遷移、增殖、分化等生物學(xué)過程。黏著斑不會主動產(chǎn)生力，而是充當(dāng)肌動蛋白產(chǎn)生的應(yīng)力的傳遞媒介。

肌動蛋白在各種細胞中廣泛表達，是細胞內(nèi)最豐富和最重要的蛋白質(zhì)之一。肌動蛋白是細胞產(chǎn)生力的來源，肌動蛋白絲聚合可產(chǎn)生前伸力，而肌動蛋白絲沿著肌球蛋白Ⅱ的雙極絲滑動產(chǎn)生收縮力，這兩種力對改變細胞形態(tài)、連接胞外基質(zhì)使細胞彼此之間形成黏附并遷移、增殖及分化非常重要。受多種機制的嚴格調(diào)控，通過聚合/解聚循環(huán)，肌動蛋白單體和多聚體之間處于動態(tài)平衡，以實現(xiàn)不同的肌動蛋白分布和高度多樣化的全身功能。

整合素幾乎在脊椎動物所有細胞類型中表達，它是由非共價結(jié)合的α 亞基和β 亞基組成的異二聚體，每個亞基都是Ⅰ型跨膜蛋白（主要介導(dǎo)細胞–基質(zhì)黏附），具有較大的多結(jié)構(gòu)域胞外部分、一個跨膜區(qū)域和較短的胞質(zhì)尾部，胞質(zhì)尾部為整合素與胞內(nèi)蛋白質(zhì)相互作用的核心區(qū)域。人類表達18 個α 亞基和8 個β 亞基，它們組合形成24 種不同的整合素異二聚體，具有不同的配體結(jié)合特異性和信號傳導(dǎo)特異性，因此，整合素能與多種細胞外配體結(jié)合。通過胞外結(jié)構(gòu)域與細胞外配體的結(jié)合及細胞質(zhì)尾部與細胞內(nèi)信號蛋白、細胞骨架蛋白的結(jié)合，整合素在質(zhì)膜上雙向轉(zhuǎn)換生物化學(xué)信號和機械力。

踝蛋白是整合素最重要的細胞質(zhì)結(jié)合伙伴，通過其FERM 結(jié)構(gòu)域中F3 模塊的磷酸酪氨酸結(jié)合基序與整合素胞質(zhì)尾部的NPXY 基序結(jié)合以啟動整合素的激活，是整合素的關(guān)鍵激活劑。踝蛋白還可直接與肌動蛋白、黏著斑蛋白結(jié)合。

Kindlin 蛋白對整合素的激活和信號傳導(dǎo)也是必不可少的。Kindlin 蛋白是包含F(xiàn)ERM 結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，與踝蛋白不同的是，Kindlin 與整合素胞質(zhì)尾部的NXXY 基序結(jié)合，踝蛋白和Kindlin 蛋白共同觸發(fā)整合素胞外結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化，將其轉(zhuǎn)換為高親和力配體結(jié)合狀態(tài)。

黏著斑蛋白具有結(jié)合肌動蛋白、踝蛋白、樁蛋白等蛋白的多個位點，也是調(diào)節(jié)黏著斑力傳遞的重要環(huán)節(jié)。

α–肌動蛋白可與肌動蛋白結(jié)合，還與許多信號分子、跨膜受體的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域、離子通道結(jié)合，使其在細胞骨架和肌肉收縮中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

研究表明，張力蛋白也可激活整合素，并通過代謝傳感器腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate–activated protein kinase，AMPK）負調(diào)控張力蛋白的表達來抑制整合素的活性。

3 張力蛋白的生物學(xué)功能

張力蛋白作為黏著斑的一部分，與α–肌動蛋白、踝蛋白、Kindlin 蛋白、黏著斑蛋白、整合素等多種蛋白質(zhì)一起將細胞內(nèi)肌動蛋白細胞骨架與細胞外基質(zhì)連接起來，從而介導(dǎo)細胞內(nèi)外信號的傳導(dǎo)，與細胞的黏附、遷移、侵襲、增殖、分化、機械傳導(dǎo)密切相關(guān)。

3.1 調(diào)節(jié)細胞黏附

細胞通過黏附整合到組織中，并進行雙向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細胞的遷移、增殖等生物學(xué)過程。根據(jù)不同的成熟階段，細胞黏附的亞型可分為新生粘連、局灶性復(fù)合體、局灶性粘連（即黏著斑）、纖維狀粘連，TNS2 主要位于黏著斑，而TNS3 主要存在于纖維狀粘連，TNS1 存在于兩者中。張力蛋白調(diào)節(jié)細胞黏附的形成。據(jù)報道，Hic–5（一種黏著斑支架蛋白）通過與TNS1 相互作用可促進纖維狀粘連的形成與成熟。另有研究發(fā)現(xiàn)，代謝傳感器AMPK 可負調(diào)控TNS1 和TNS3 的表達，當(dāng)AMPK 缺失時，TNS1和TNS3 的表達上調(diào)，且整合素活性增強，同時促進纖維狀粘連的形成。

3.2 調(diào)節(jié)細胞遷移與侵襲

張力蛋白可調(diào)節(jié)細胞的遷移。有研究者通過Boyden 室細胞遷移分析實驗發(fā)現(xiàn)，過表達TNS1 或TNS2 后，細胞遷移速度明顯加快。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SH2 對TNS1 介導(dǎo)的細胞遷移至關(guān)重要，TNS1的SH2 的酪氨酸磷酸化蛋白結(jié)合活性可促進細胞遷移。然而，TNS3 卻是細胞遷移的負調(diào)節(jié)劑。據(jù)報道，TNS3 在HEK293 細胞中過表達可顯著抑制細胞遷移和侵襲，相反，人類癌細胞中內(nèi)源性TNS3的siRNA 敲低可顯著促進它們的遷移。由于TNS4缺乏N 端肌動蛋白結(jié)合域，且競爭性地干擾能結(jié)合整合素的肌動蛋白結(jié)合蛋白，這種相互作用顯著抑制整合素與肌動蛋白的耦聯(lián)，從而削弱細胞黏附并增強細胞遷移活性。在腫瘤侵襲過程中，上皮細胞失去細胞與細胞的黏附并轉(zhuǎn)變?yōu)殚g充質(zhì)表型，稱為上皮–間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，被認為在促進細胞遷移和侵襲方面起著重要作用。有報道稱，TNS4 可通過正向調(diào)節(jié)Src（一種非受體型細胞質(zhì)酪氨酸蛋白激酶）的表達以促進結(jié)直腸癌的上皮–間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和可能的結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移。

3.3 調(diào)節(jié)細胞增殖與分化

張力蛋白參與調(diào)節(jié)細胞的增殖與分化。有研究表明，哌唑嗪可下調(diào)急性髓性白血病細胞系U937 細胞中TNS1 的表達，同時抑制U937 細胞活力，并誘導(dǎo)細胞周期停滯和細胞凋亡，但上調(diào)TNS1 可逆轉(zhuǎn)哌唑嗪對U937 細胞活力的抑制及促凋亡作用。TNS3可通過促進活性整合素的表達以促進扁桃體間充質(zhì)干細胞的增殖與分化。TNS4 是目前已知的唯一能易位到細胞核的成員。據(jù)報道，以HeLa 細胞（宮頸癌細胞）為實驗對象，盡管過表達TNS4 沒有促細胞增殖作用，但沉默TNS4 將顯著抑制細胞增殖。

3.4 張力蛋白的機械傳導(dǎo)作用

黏著斑的實質(zhì)是一條蛋白質(zhì)–蛋白質(zhì)相互作用鏈，在動態(tài)改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象過程中產(chǎn)生力的傳遞。張力蛋白（TNS1、TNS2、TNS3）通過其肌動蛋白結(jié)合域?qū)⒓拥鞍准毎羌芘c胞外基質(zhì)相連接，實現(xiàn)機械信號的傳導(dǎo)，并將機械刺激轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)細胞的黏附、遷移、增殖等生物學(xué)過程。

4 張力蛋白的疾病相關(guān)性

研究發(fā)現(xiàn)，TNS1 為非綜合征性二尖瓣脫垂的高度易感基因之一，并在斑馬魚和小鼠TNS1 基因敲除模型中得以驗證。另一項英國的全基因組關(guān)聯(lián)研究則表明TNS1 編碼區(qū)的非同義單核苷酸多態(tài)性與慢性阻塞性肺疾病的發(fā)病風(fēng)險相關(guān)，并發(fā)現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病患者氣道中TNS1 的表達增加。還有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠TNS1 基因敲除會導(dǎo)致囊性腎臟疾病的發(fā)生，最終小鼠因腎衰竭而死亡。此外，在不同的腫瘤病變中，TNS1 表現(xiàn)出差異性表達，如TNS1在結(jié)直腸癌、非小細胞肺癌中表達上調(diào)，在膀胱癌中表達下調(diào)。

據(jù)報道，F(xiàn)VB/N 品系的TNS2 缺陷小鼠會出現(xiàn)嚴重的腎病綜合征，超微結(jié)構(gòu)分析提示腎小球基底膜增厚、系膜區(qū)域擴大、足細胞足突在出生后不久即消失等情況。另有報道稱，沉默TNS2 可上調(diào)蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白和胰島素受體底物1等蛋白質(zhì)的活性，并增加A549 細胞和HeLa 細胞的致瘤性。此外，研究者通過分析公共數(shù)據(jù)庫中TNS2與癌癥相關(guān)性的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TNS2 表達水平在頭頸部惡性腫瘤、食管癌、乳腺癌、肺癌、肝癌和結(jié)腸癌中均下調(diào)。

還有研究表明，食管鱗狀細胞癌中高度過表達TNS3，且TNS3 與患者腫瘤惡性程度及預(yù)后不良呈正相關(guān)，而沉默TNS3 可顯著抑制體外和體內(nèi)食管鱗狀細胞癌細胞的增殖，表明TNS3 在食管鱗癌中有促癌作用，為潛在治療靶點。另外，胃癌、食管癌組織中TNS4 基因表達水平明顯高于鄰近正常組織，并與患者的不良預(yù)后相關(guān)。

以上數(shù)據(jù)表明，張力蛋白與人類許多疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，尤其與肺部疾病、腎臟疾病及癌癥的相關(guān)性較高。

5 結(jié)語

經(jīng)過30 余年的研究，人們對張力蛋白家族的結(jié)構(gòu)、功能及疾病相關(guān)性都有了更深入的認識。張力蛋白是一類多結(jié)構(gòu)域的大分子蛋白，能與多種蛋白質(zhì)相互作用，在肌動蛋白–肌動蛋白結(jié)合蛋白–整合素–細胞外基質(zhì)通路中，不僅有機械傳導(dǎo)作用，還能將機械刺激轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號，從而調(diào)節(jié)細胞的黏附、遷移、侵襲、增殖、分化等生物學(xué)過程，并與人類多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。但張力蛋白在疾病中所扮演的角色同其結(jié)構(gòu)特征一樣充滿著復(fù)雜性，張力蛋白與其他信號分子的相互作用及致病機制仍待進一步探索。此外，張力蛋白能否作為相關(guān)癌癥的診斷、預(yù)后生物標(biāo)志物及治療靶點，也需要更多的研究加以驗證。