整合素β3基因多态性蛋白质变异及其与疾病关系研究进展

韦宝敏 潘兴寿 李近都 李天资

1.右江民族医学院附属医院心血管内科，广西百色 533000；2.广西医科大学附属肿瘤医院肝胆胰脾外科，广西南宁 530021

在真核生物细胞质膜的特化区域中，由膜蛋白（membrane protein，MP）、骨架蛋白（cytoskeleton protein，CP）和胞外基质（extracellular matrix，ECM）等通过细胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）间的信息交流形成的连接结构称为细胞连接（cell junction，CJ）[1]。CJ是黏着的细胞间通过以CAM为受体、其识别的特异性黏附分子为配体相互连接形成紧密连接、黏着和通讯连接[2]。CAM是指一类以受体-配体结合、介导细胞间或细胞与ECM间相互接触和结合分子的统称，其可分为整合素（integrin，ITG）、选择素（selectin）、钙黏素（cadherin）、透明质酸黏素（hyaladherin）和免疫球蛋白（immunoglobulin）5个超级家族[3]。近年来，关于ITG在细胞识别和黏附、细胞活化和分化、免疫应答、细胞信号传导、炎症反应、创伤修复及其愈合、凝血及其血栓形成、肿瘤形成及其转移、淋巴细胞归巢等生理病理过程中关联性的研究异常活跃，有趣的分子靶点不断被识别，逐渐成为疾病诊断和治疗的新靶标[4]。现综述如下。

1 整合素家族

ITG在体内分布广泛，成员众多，是普遍存在于胞膜上的、依赖于二价离子的异亲型CAM，其主要功能是介导细胞之间、细胞和ECM之间的相互识别、黏附与连结，主导细胞内外部跨膜接头蛋白连结作用[5]。功能完整的ITG由α和β两配基以非共价键结合组成构成异源双体复合物。α配基由ITGA基因家族编码，β配基由ITGB基因家族编码。迄今所知，ITG α家族成员有18个、β家族8个。多数α配基仅能与一种β配基相组合，但也有α配基可与几种β配基组合，如αV配基可分别同β1、β3、β5、β6和β8等组合，而大部分β配基则可以同数种α配基组合。已有研究发现ITG异源双体复合物有24个成员，按其所携带的β配基不同可分为β1、β2、β3等8个家族。α配基和β配基可分布于多种细胞，同一种细胞可有多种ITG表达。以β3为配基的ITG蛋白分别有αⅡb/β3和αV/β3两个成员[6]。

整合蛋白是一种跨膜糖蛋白，其黏附作用主要是通过与特定的配体结合而产生生物反应。根据ITG在胞膜外与配体结合的状态不同，可分为低亲和状态和高亲和状态两种情况，ITG从低亲和状态切换到高亲和状态转变时称为激活，激活的整合蛋白触发与胞外配体结合，启动其黏附功能。被激活的整合蛋白可发生聚集，并募集ITG相关蛋白（integrinassoclated protern，IAP）形成小簇。ITG的不同亲和状态对于调节细胞黏附至关重要，例如在血液循环中，血小板是以非激活状态自由循环，当有伤口等异常情况发生时，ITG受到激动因素的刺激，开启ITGβ3活化并与纤维蛋白原结合等生物反应，导致血小板聚集，并形成能够阻止失血的血栓，实现止血功能[7]。目前认为整合蛋白活化是其构象重排实现，ITGβ3亚基胞外域晶体结构的动态变化观察表明，ITG通过弯曲变形构象，调整其自身的活化及其与配体结合位点相吻合度来实现其亲和状态[8]。

2 ITGβ3基因及其多态性

ITGβ3基因，是编码血小板膜糖蛋白Ⅲa（CD61）的基因，位于17号染色体长臂2区1号3带（17q21.3），基因区间在47 253 827～47 313 743，全长59 917 kb，编码区间在47 253 862～47 310 204，全长56 343 kb，有15个外显子、14个内含子；编码1648个氨基酸残基，分子量为105 kDa[9]。遗传多态性可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）片段长度多态性（fragment length polymorphism，FLP）、DNA重复序列多态性（repeat sequence polymorphism，RSP）和单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism，SNP）等[10]。ITGβ3 DNA单核苷酸多态性研究比较活跃，迄今已经发现ITGβ3 DNA有rs4634 G＞A、rs4642 A＞C，G，T、rs5917 G＞A、rs5918 T＞C、rs5919 T＞C、rs5920 T＞C、G、rs15908 A＞C，G，T、rs2317676 A＞G、rs3809863 C＞T等21 092个多态性变异位点。ITGβ3蛋白是血小板特异性抗原（platelet specific antigen，HPA）的载体，ITGβ3基因变异SNP导致HPA具有不同的表型。携带ITGβ3位点不同表型的患者，其抗原对血小板激动剂的反应不同。ITGβ3外显子176 rs5918 T＞C单核苷酸碱基由胸腺嘧啶（T）变为胞嘧啶（C），可致其第59位氨基酸残基由亮氨酸（Leu）变为脯氨酸（Pru），是动脉粥样硬化、血栓形成、心肌梗死、脑卒中以及肿瘤生长和转移的关键因素[11]，见表1。ITGβ3基因不同位点SNP及其表型已被广泛研究为急性冠状动脉综合征、创伤修复及其愈合、凝血及其血栓形成、肿瘤及其转移、淋巴细胞归巢等的遗传风险因素影响的研究，在临床上有非常重要的意义[12]。

表1 整合蛋白β3血小板特异性抗原常见基因多态性位点变异情况

3 ITGβ3蛋白表达和结构域

黏附分子通过其独特的转导信号途径调节细胞功能，ITGβ3受体通过质膜传递由细胞内向外和由细胞外向内双向信号来调控止血、增殖、分化、迁移和细胞凋亡的信号，其广泛分布于多种组织的细胞表面[13]。在甲状腺、子宫内膜、阑尾、肾、膀胱、胎盘、前列腺、小肠、胆囊、食管等19种组织均有较高的表达，其相对表达量在甲状腺组织最高。根据基因型-组织表达（the genotype-tissue expression，GTEx）的转录组测序（RNA-Seq）表达数据，在每千碱基长度的reads数（reads per kilobase per million mapped reads，RPKM）总相对表达量为206.56中，甲状腺组织为32.622 RPKM，相对表达量居各种组织最高[14]。不同组织相对表达量分布情况见表2。

表2 ITGβ3蛋白在不同组织中的相对表达量比较

ITGβ3蛋白是Ⅰ型跨膜蛋白分子，其结构由胞外区（头）、跨膜区和胞质区（尾）组成，类似于一个“头”连着两条“腿”。可分为PSI、β-Propeller、βA、Thigh、Calf-1、Calf-2、Hybrid、EGF-like-1、EGF-like-2、EGF-like-3、EGF-like-4和βTD等结构域。胞外区最长，呈球形结构，为氨基末端，与细胞外基质或配体结合；胞质区比较短，呈线状结构；胞内区最短，与细胞骨架分子相连，在胞内外信号传递中具有重要作用。β3配基在PSI结构域中有一个由5个氨基酸组成的依赖金属离子的吸附位点（metal ion dependent adhesion site，MIDAS），其位于具有调节作用的钙离子结合位点附近，Ca2+、Mg2+和Mn2+等金属离子与MIDAS相互作用促使ITG结构域构象变化，从而导致其与配体的吸附或解离[13-16]。β3配基不同功能结构域分布情况见表3。

表3 ITGβ3蛋白的功能结构域及其位点变异分布

4 ITGβ3与疾病的关联性

ITGβ3通常要与配体结合参与细胞增殖、分化、黏附和迁移等过程，在多种病理过程中发挥重要作用[17]。整合蛋白与ECM中的配体分子结合，介导细胞与细胞、细胞与ECM的黏附，从而控制细胞与细胞、细胞与基膜的黏附，防止细胞游走[18]。β3与其配基结合组成αv/β3（CD51/CD61、玻璃粘蛋白受体）和αⅡb/β3两种整合蛋白，αv/β3又称细胞粘连素，其配体有纤连蛋白、层粘连蛋白、基质金属蛋白酶-2、骨桥蛋白、骨调节蛋白、凝血酶原、血小板反应蛋白、玻璃体连接蛋白和血管性假血友病因子等。αⅡb/β3其配体有纤连蛋白、层粘蛋白、纤溶酶原、凝血酶原、血小板反应蛋白和玻连蛋白等[19]。ITGβ3与可溶性纤维蛋白原结合，引起血小板/血小板相互作用，可导致血小板快速聚集和黏附，物理堵塞破裂的内皮表面，在血小板聚集中起重要作用，被认为是一种血小板-血小板接触受体。ITGβ3在肿瘤、人类免疫缺陷病毒感染等情况下，与CAM蛋白的相互作用可增强瘤体病变中的血管生成，在肿瘤及其恶变疾病的发生发展中扮演重要角色，并对药效有影响[20]。

4.1 ITGβ3与慢性血管疾病

慢性血管疾病主要指以代谢紊乱脂质紊乱引起的动脉粥样硬化性、炎症性和功能性血管疾病，已经成为人类疾病死亡原因中的首位[21]。主动脉、冠状动脉、颈动脉、脑动脉却是慢性血管疾病主要的罹患部位，因而心肌梗死、脑梗死和血栓形成等成为血管疾病的主要后果[22]。研究证明ITGβ3肽链某些氨基酸残基的变化可以增加其与纤维蛋白原的相互作用，导致对血栓素和其他激动剂刺激的异常反应，增强血小板的聚集和凝血酶的生成，降低出血时间，并通过有丝分裂原激活的蛋白激酶、细胞外调节蛋白激酶途径，增加信号传导并增强细胞迁移[23]。ITGβ3基因多态性与血小板功能的变异性关系的研究表明，ITGβ3 rs4642与凝血酶时间和纤维蛋白原相关。ITGβ rs56197296和rs5919等位基因与ADP诱导的血小板聚集减少有关，ITGβ rs55827077与GPⅡb/Ⅲa减少有关。临床上可通过竞争性药物靶向序列以改善患者的血小板功能，抵抗出血或血栓形成。ITGβ rs1009312、rs2015049、rs3760364、rs567581451、rs7208170和rs117052258与出血时间相关。认为ITGβ3基因多态性在血小板功能中的作用关系相当复杂。通过测序ITGβ3（rs4642 A＞G和rs4634 G＞A）中的单核苷酸多态性进行基因分型。研究证明rs4642和rs4634多态性均不影响替格瑞洛诱导IPA。ITGβ3 rs4642和rs4634多态性均不影响替格瑞洛诱导血小板聚集。认为ITGβ3 rs4642和rs4634基因型与替格瑞洛离体抗血小板活性降低无关。ITGβ3能识别多数配体中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽（Arg-Gly-Asp，RGD）序列发挥生物学作用。在获得性免疫缺陷综合征感染中，ITGβ3蛋白与细胞外病毒的反式激活因子相互作用，促进卡波西氏肉瘤病变组织中的血管生成，加重患者病程。ITGβ3能结合柯萨奇病毒a9和柯萨奇病毒b1衣壳蛋白，成为这些病毒的受体。ITGβ3的某些变异，与上述病毒感染的易感性有关，临床上可通过竞争性药物靶向序列以阻止病毒与易感细胞结合，抵抗感染[24]。

4.2 ITGβ3与恶性肿瘤

肿瘤是机体在环境和遗传等致瘤因素的作用下，癌组织和癌旁组织微环境中，病变的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，克隆性异常增生而形成的危害生命健康的致病性组织[25]。癌症患者常常伴有明显的DNA损害，表现为原癌基因被激活，抑癌基因失活，凋亡调节基因、损伤修复基因变性，发生靶细胞转化，转化的细胞选择性地形成具有不同特点的亚克隆，并具有浸润和转移等恶性病变[26]。ITG不仅参与促进肿瘤细胞生长、侵袭、转移、血管生成、抵抗细胞凋亡和药物抵抗，还参与细胞极化、出芽、肌动蛋白收缩、黏着斑形成以及尾部与基底分离等过程[27]。流行病学研究表明，ITGβ3与癌症风险有关，ITGβ3突变是乳腺癌、卵巢癌、非霍奇金淋巴瘤、结肠癌和肾癌等易感性的候选基因[28]。有研究认为ITGβ3是肿瘤生长和转移的关键因素，其在肿瘤中的表达紊乱及其与临床的关系成为研究的重点[29]。研究表明，ITGβ3在肝癌、胃癌、黑色素瘤、神经胶质瘤、卵巢癌和乳腺癌中的表达增加与肿瘤的侵袭特性相关，在组织培养中，通过抑制ITGβ3蛋白的过度表达，可以很好地破坏肿瘤血管生成，并有效减少肿瘤生长和迁移[30]。根据ITGβ3参与肿瘤重编程代谢、塑造基质、免疫微环境、促进间质转化和维持肿瘤干性等特点，设计针对ITGβ3干预靶药，在几种类型的肿瘤中取得了可喜的成果[31]。

ITG在细胞识别和黏附、细胞活化和分化、免疫应答、细胞信号传导、炎症反应、创伤修复及其愈合、凝血及其血栓形成、肿瘤形成及其转移、淋巴细胞归巢等生理病理过程中扮演重要角色，分子靶点众多。充分了解ITG在病变过程中的机制、识别其在临床诊断和治疗中相关的分子靶点及其扮演的角色，不论是对医学还是药学都有重要的现实意义。