Src、FAK对E-cadherin和integrin介导的串联以及肿瘤浸润、转移的影响

周俭珊，黄海燕综述叶红审校

(三峡大学医学院，湖北襄阳443000)

Src、FAK对E-cadherin和integrin介导的串联以及肿瘤浸润、转移的影响

周俭珊，黄海燕综述叶红审校

(三峡大学医学院，湖北襄阳443000)

钙黏蛋白(E-cadherin)和整合素(Integrin)在协调控制细胞基本的生理和病理过程中扮演着重要的角色，包括形态发生、组织分化、伤口愈合、免疫监视、炎症反应、肿瘤进展和转移等。然而，目前调节钙黏蛋白和整合素之间通信的根本性分子机制仍然不是很清楚。尽管大量的证据支持两种黏附受体家族间存在有精细调控的串联，而且这种串联可以影响他们的表达、翻转、定位和/或功能，并可根据细胞内外的环境背景来增强或抑制黏附连接，然而这些重要的现象中涉及到的分子和分子调控机制目前还不完全清楚。最近越来越多的证据表明，非受体酪氨酸激酶Src和FAK与整合素和钙黏蛋白调控的细胞间黏附和信号转导的过程密切相关，本文主要是综述Src及FAK在串联中的重要作用，及探讨这种串联对肿瘤细胞的集体迁移、浸润和转移的潜力的影响。

钙黏蛋白；整合素；串联；Src；FAK

所谓分子串联是指信号通路间的通信，在细胞生物学中起着核心作用，使细胞能够连接到相邻细胞或者较远的分子功能组件，来产生协同或拮抗效应，最终产生生物学效果[1]。细胞间最重要的串联事件是连接到整合素和钙黏蛋白家族的黏附分子受体的信号网络。钙黏蛋白(E-cadherins)和整合素(Integrins)是在上皮中分别介导细胞和细胞间、细胞和胞外基质间黏附的主要分子。已有研究证实，这些分子参与了如细胞迁移、增殖、分化，生存和基因表达等重要生物过程的调节。大量的体内和体外实验都证明了在细胞黏附和移动过程中E-cadherins和Integrins两者介导的连接存在着串联，且这种串联可以调控肿瘤细胞的可塑性，在肿瘤细胞的局部浸润和远处转移中发挥了重要作用[2-3]。通过连接到肌动蛋白细胞骨架和下游信号分子级联反应的激活，E-cadherins和Integrins分别介导的连接可以相互作用，由此形成细胞表面和细胞骨架的一种耦联，细胞可以通过感知局部微环境并通过调整细胞间连接来适应环境变化。这是控制细胞能动性、趋化性和趋触性等生物过程的关键机制[4]。事实上在多细胞动物的整个生命活动中这种串联的监管网络都是极其重要的，而其功能障碍几乎总是导致发育缺陷和/或疾病，包括遗传疾病和癌症等[5]。有相当多的证据显示，Integrin-ECM黏连和E-cadherin介导的黏连的串联的中间信号很多，其中Src和FAK在整合素依赖的串联信号的活化中有着关键作用。

1 E-cadherin及E-cadherin介导的细胞间黏着连接

E-cadherin是1型经典黏附蛋白的典型成员，它作为一个Ca2+依赖的细胞表面蛋白介导的细胞间黏附因子，首次在早期小鼠胚胎分裂球中被发现，作用是调节细胞间的相互作用。E-cadherin是单次跨膜糖蛋白，其5个细胞外重复序列能够调节与邻近细胞相对的分子之间同种抗原间的钙离子依赖的相互作用[6]。E-cadherin介导的细胞间黏附的组件包括：β-catenin、p120-catenin、α-catenin、肌动蛋白细胞骨架。Ratheesh等[7]证实E-cadherin介导的细胞间黏着连接(AJs)的维持同样需要依赖动态的肌动蛋白骨架。黏着连接复合体各部分都有重要功能，其中需要强调的是α-catenin的功能不仅是介导了复合体与肌动蛋白丝之间的直接联系，还涉及到包括肌动蛋白丝动态监管和为cadherin-catenin复合体招募其他肌动蛋白调节分子的功能[8]。黏着连接是一种高度动态的结构，网格蛋白和小窝蛋白调节的细胞内吞参与控制和维持E-cadherin在细胞膜的稳定和稳态细胞中E-cadherin的水平。内吞是E-cadherin在细胞膜上进行交换的重要机制[9]。但并不是唯一负责调控E-cadherin在细胞间黏附区域表达的机制。在细胞间初始的交互过程中细胞膜表面E-cadherin的积累主要是依靠扩散完成的[10]。E-cadherin分子可以形成同型二聚体或寡聚体，高阶复合物称为钙黏着蛋白“集群”，他们的内部是高度固定，代表了真正的黏合结构[11]。虽然，我们已经了解到E-cadherin的动态性对保持细胞间连接的完整性非常重要，但是它对细胞间连接强度的影响的根本机制然目前尚不明了。

E-cadherin缺失和由此产生细胞间黏附的抑制或减弱，被认为是上皮-间质细胞转变(EMT)过程中关键的一步[12]。E-cadherin缺失而导致的EMT事件在上皮性肿瘤发生发展的病理过程中动摇了细胞间的联系，并且使上皮肿瘤细胞过渡到更加能动的和侵入性表型，上述过程被认为是肿瘤细胞在侵袭和转移中的一种重要事件。

2 Integrin和integrin-ECM连接

整合素是异质二聚体细胞表面的糖蛋白，作用是调节细胞与细胞外基质的相互作用，是连接细胞外环境到肌动蛋白细胞骨架的桥梁。这些跨膜蛋白质包括两个二级单位，称为α、β，其中至少有18个α亚单位和8个β亚单位，由此产生超过20个不同可能组合的整合素。整合素是通过黏合结构从细胞外向细胞内传输信号。踝蛋白和Kindlins是链接整合素与肌动蛋白细胞骨架关键因素，他们可以使整合素和黏着斑蛋白构象活化，进而加强细胞骨架和肌动蛋白交联的α-actinin的联系，并影响到钙黏蛋白介导的细胞间连接[13]。整合素的接触活化会导致脂质激酶活性的快速改变和激活，从而激活与黏着斑相连的酪氨酸蛋白激酶Src和FAK。这一激活过程可以增加肌动蛋白的动力和细胞膜表面细胞黏附的变化，激活大量位于下游且在细胞黏附、迁移、增殖和存活的过程中有着关键功能信号通路。下游的关键感受器包括the small Rho GTPases、Rho、Rac and CDC42，他们能协调在肌动蛋白细胞骨架的这种变化并驱动细胞极性和迁移[14]。尽管最初的整合素激活只导致了短暂的新生黏连的形成，但随着这种新生的黏连成长为大的复合物，最终也可以集中黏连捆绑在肌动蛋白应力纤维。这些黏附结构的协调装配和拆卸，配合上肌动球蛋白驱使的收缩，为细胞的运动提供了基本的动力，这些机械动力同样是细胞迁移必须的[15]。

Martinez-Rico等[16]研究表明由整合素诱导的肌动球蛋白收缩性的变化可以驱使E-cadherin介导的细胞间黏连的物理破坏。肌动球蛋白收缩(Actomyosin contraction)被磷酸化的肌球蛋白Ⅱ轻链(MLC)通过由两个关键激酶、MLC激酶(MLCK/MYLK)和Rho-相关的蛋白激酶(ROCK)，下游效应器RhoGTPase调节。

在细胞黏附和移动过程中E-cadherins和integrins两者介导的连接存在着串联，其中信号中间体Src和FAK在整合素依赖的串联信号的活化中有着关键作用。

3 关键的信号中间体Src和FAK

3.1 Src和FAKSrc激酶家族是具有酪氨酸激酶(Protein tyrosine kinase，PTK)活性的蛋白质，作为连接许多细胞外和细胞内重要信号途径的膜结合开关分子，Src激酶在受体介导的信号传递及细胞间通讯中具有中心调节作用[17]。参与许多重要的生理过程，如生长、分化、黏附、转录等。主要的酪氨酸激酶分为受体型和非受体型两类，受体蛋白酪氨酸激酶介导不同的细胞内信号传导途径，他们与多数跨膜受体相关联，如激素受体、细胞因子受体等。非受体蛋白酪氨酸激酶可通过细胞外配体与受体结合及细胞周期特殊阶段的细胞黏附分子激活。黏附斑激酶(Focal adhesion kinase，FAK)是一类胞质非受体蛋白酪氨酸激酶，属于PTK超家族，也称PTK II。FAK在细胞信号转导中处于十分重要的位置，它是细胞内外信号出入的中枢，介导多条信号通路。FAK可以整合来自整合素及机械信号等信号，激活胞内多条信号通路，控制着细胞运动、生存和增殖；FAK在胚胎的发生和肿瘤侵袭过程中同样发挥着重要作用[18]。

3.2 Src和FAK在串联中的作用机制Src和FAK在下游整合素活化信号的传输中有着关键作用。尽管目前通过细胞表面整合素来激活Src和FAK确切机制仍不清楚，但可以确定的是两种激酶激活过程都需要自身蛋白质构象改变，达到自动抑制的释放。在FAK的激活过程中，Src会绑定到FAK的自身磷酸化区域，FAK-Src复杂复合物的形成是充分激活FAK所必须的条件之一[19]。但是这会导致在FAK的激酶循环及它的完全性催化活化过程中Src介导的酪氨酸磷酸化的残留。信号通路中会形成integrin-Src-FAK轴，而在串联过程中integrin-Src-FAK轴发挥重要作用[20]。

3.2.1 黏附连接的组件磷酸化并控制黏附连接组分的信号输入目前已经证实，Src在细胞间黏着连接正常的周转和组装中扮演重要角色，它可以使黏附连接的组件磷酸化，这在维持黏附连接组分的动态性上有着重要的意义。在正常组织的细胞中Src会严格监管原癌基因的活动，但是在表达的致瘤Src，其结构和功能会发生显著的变化，其中包含具有监管功能的羧基末端尾巴的突变，会导致激活的激酶的构成(生成)和黏附连接组件的磷酸化，这些通常会导致细胞间黏连的中断和侵袭性增加[17]。在黏附连接被破坏的过程中，FAK的类似的角色已经被确立了；在这里，随着整合素的接触，通过FAK介导的β-catenin的磷酸化导致了AJs完整性的丧失[21]，此外在血管内皮生长因子(VEGF)对内皮细胞的刺激下，血管内皮钙黏蛋白(VE)通过FAK的磷酸化，也会导致细胞间黏连的中断。酪氨酸磷酸化改变黏附连接组件中各部分的亲和力，导致黏附蛋白和细胞骨架之间联系的削弱或切断，并可能导致肿瘤组织中黏附连接的破坏，在这些过程中Src和/或FAK活动都很强。然而，通过整合素激活或生长因子的刺激而瞬时激活Src和FAK，会导致AJs组件磷酸化和连接的破坏。在细胞外基质中的整合素和生长因子调节的细胞间黏附连接的完整性过程中，激活的Src和FAK在协调下游信号产生中发挥着极关键的功能。FAK和Src在多个控制黏附连接组分的信号输入过程中发挥着不可或缺的作用。Cicchini等[22]发现FAK-Src通路除参与调节转录生长因子β(TGFβ)诱导的EMT外，还参与到EMT事件中整合素的激活，这些都与肿瘤组织进一步的侵袭和转移密切相关，FAK和Src在控制肿瘤细胞的黏附中的重要作用毋庸置疑。

3.2.2 控制钙黏蛋白的蛋白质水平Src和FAK不但可以直接磷酸化AJs组件，还可以通过控制钙黏蛋白的蛋白质水平的稳定来调节黏附连接[22]。目前有报道称，Src可以通过钙黏蛋白的启动子来影响转录，以控制E-cadherin的表达。此外，E-cadherin表达的增加在FAK-null鼠的胚胎干细胞中被观察到，归因于E-cadherin的转录阻遏SNAIL1的调节[23]，E-cadherin表达的增加，可以改变黏附连接组件的组装和影响上皮细胞表型转换，从而影响肿瘤细胞黏附过程，为肿瘤的发生发展提供条件。

3.2.3 调节E-cadherin的内吞作用黏着连接是一种高度动态的结构，网格蛋白和小窝蛋白调节的细胞内吞参与控制和维持E-cadherin在细胞膜的稳定和稳态细胞中E-cadherin的水平。Avizienyte等[24]研究发现，Src调节E-cadherin的内吞作用的先决条件是整合素信号的激活。Src和FAK也可以调节E-cadherin的内吞作用及在细胞膜的定位和区域化。早期研究表明，致瘤的Src可以控制E-cadherin的内吞作用[25]。此外，研究显示造成黏附连接的破坏同样需要Src依赖的FAK磷酸化，最近，笔者发现小干扰RNA(SiRNA)介导FAK或β1-整合素的消耗，E-cadherin内吞作用的抑制都能够加强细胞间黏连，减少集体入侵，然而药物抑制FAK或Src减少在体内肿瘤细胞的集体运动的效果并不令人满意，这可能与E-cadherin在细胞膜表面的翻转变化相关[26]。通过对E-cadherin在细胞膜上动态翻转的微调，Src和FAK可以控制细胞间黏着连接的的强度，进而影响在肿瘤细胞的迁移和侵袭性能力。

3.2.4 肌动蛋白活动和收缩力的调节目前研究表明，通过Integrin-Src-FAK轴对E-cadherin动力学的精细控制可以对包括体内和体外的上皮性肿瘤的行为产生重大影响，细胞间连接完整性的损失并不是肿瘤细胞获得行动力和侵袭表型能力的必须条件。那么是Src和FAK的下游的什么信号调节了黏附连接呢？Avizienyte等[19]发现含磷的肌动蛋白外围的活动和收缩力的调节也是上游信号流中调节Integrin和E-cadherin-介导的黏连的作用点之一，Src可以配合其他激酶信号通路，如有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)，肌球蛋白轻链激酶MLCK和ROCK，进而来促进周边含磷的肌动蛋白积累，这对维持一种间充质表型和抑制E-cadherin介导细胞间黏连的形成是必须的。

3.2.5 黏附组件β-catenin核转位等Integrin-Src-FAK通过对含磷的肌动蛋白外围的活动和收缩力的调节，并不是上游信号流中调节整合素和E-cadherin-介导黏连的唯一途径。Coluccia等[27]发现在信号通路Integrin-Src-FAK轴下游的Wnt-β-catenin途径调节整合素和E-cadherin-介导的黏连中也发挥了重要作用，在Wnt-β-catenin途径调节过程中，首先Integrin-Src-FAK轴的激活可导致黏附连接的破坏，而后进行β-catenin核转位，以及随后转录活动的激活。这一过程通常与恶性肿瘤跟进一步的侵袭有关[28]。

4 小结

E-cadherins和Integrins是在上皮中分别介导细胞和细胞间，细胞和胞外基质间黏附的主要分子。E-cadherins和integrins都可以通过细胞膜上独立的构型区域提供双向的传输信号。越来越多的证据也支持，在这些黏附分子间存在着精确调控的串联，这种串联可以通过感知细胞间及基质环境来进行调节，可以增强或减弱细胞间黏附和信号传导功能。细胞黏附和移动过程中E-cadherins和Integrins两者介导的连接所存在的串联可以调控肿瘤细胞的可塑性。结合目前研究资料，笔者可以认为Src、FAK及Integrin-Src-FAK轴在E-cadherins和integrins介导的连接串联的调控中占据着核心的位置。由此可推断，通过调节Src、FAK的功能，来调节E-cadherins在细胞膜上的水平，通过改变这种串联，可以影响到细胞的生理和病理过程。协调整合素和钙黏蛋白介导的串联间的结构和功能的关系，进而可能改变肿瘤的发生、发展过程，这无疑是一项潜在的重要的预防和治疗肿瘤的策略。

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R73-37

A

1003—6350（2016）01—0093—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.01.033

2015-01-02)

叶红。E-mail：yehong998@126.com