黏合斑激酶在癌症发展中的作用

仇 平

黏合斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)是一种细胞质酪氨酸激酶，是一种关键信号介导子，与正常细胞和癌细胞中的其他受体一样，它由细胞外质基质中的一类细胞表面受体重要家族——整合蛋白介导。整合蛋白通过破坏FAK激酶域和氨基酸末端FERM域之间的自动-抑制分子内的相互作用来激活FAK。活化的FAK形成一个带有Src家族激酶的二元复合体，它能够鳞酸化其他底物并触发多种细胞内信号途径来调节各种细胞功能。FAK在黏合斑中的亚细胞定位对FAK的信号转导非常重要，这是与其他激酶的区别之一。整合素-FAK信号可以通过磷酸化和蛋白质-蛋白质相互作用激活若干信号通路促使肿瘤发生。FAK通过调节癌细胞及癌细胞的微环境包括癌细胞迁移、入侵、表皮到间质的移动及血管生成，其在肿瘤发展和迁移中起着非常重要的作用。最近，用异种移植体和条件型敲出老鼠模已直接证明了FAK在肿瘤形成和发展中的作用。人们对在各种人类癌症中发现的FAK实验数据，过表达和激活取得了认同。现今，已建立若干FAK小分子抑制剂并在癌症治疗中进行了多阶段测试。整体来看，对癌症中FAK信号通路的大量研究为这种关键激酶积累了丰富信息，未来的相关研究可为癌症治疗提供新的可能性方案。

细胞外基质(ECM)介导的细胞相互作用在癌症形成和发展的许多方面起着关键作用。整合素家族细胞黏附受体是细胞黏附到细胞外基质的主要介导子，而ECM与肌动蛋白细胞骨架的连接在细胞结构中称为黏着斑(或联络接触)［1］。除了聚集整合蛋白自身，黏着斑的多结构性及其信号分子，都突出了黏着斑在调节细胞结构和功能中的重要性。其中主要的蛋白质是黏着斑激酶，非受体酪氨酸激酶，这是最早确定的在黏着斑中最重要的信号分子之一。

FAK的发现是两个旨在了解癌症分子机制的研究融合的结果。起初，研究人员以整合蛋白介导的细胞黏着为前提，寻找整合蛋白依赖方式的酪氨酸磷酸化蛋白质，通过触发关键信号分子的酪氨酸磷酸化，可提供正常细胞的锚依赖性生长，从而其磷酸化的异常可能是锚不依赖性增长的原因，这是癌细胞的标志之一。这些研究报道了血小板［2，3］中的一些蛋白质和成纤维细胞中一个约120kDa的主要蛋白质，其被可整合蛋白诱导磷酸化［4，5］。在第二组的研究中，确定了V-Src癌蛋白的关键底物，并通过在V-Src转化细胞混合蛋白质中产生对应的单克隆抗体进行克隆，以了解由致癌酪氨酸激酶引起的转化机制［6，7］。人们很快发现，这些底物之一便是一种酪氨酸激酶本身，它与整合蛋白介导细胞黏附触发磷酸化的120kDa蛋白质相同［7，8］。根据其在黏合斑中的显著定位，这种蛋白被命名为FAK［7］，由整核蛋白激发的FAK活化和磷酸化和癌基因转化一样为癌细胞锚非依赖生长提供了一个合理的解释机制［8］。自从20世纪90年代初这些最初的结果发现以来，人们进行了大量关于与癌症和许多生物学的、疾病过程相关FAK信号途径的研究。这种研究主要聚焦于FAK信号通路在癌症发展和进程中的作用，尽管FAK也在许多其他生物学和疾病过程也起着重要作用［9，10］。

人类FAK基因定位于染色体8q24.3(GenBank或FASTA格式:NW_923984.1;EntezID:5747和核苷酸访问编号:AC100860)［11］。虽然已经在这种基因中发现转录突变体可编码两种稍有不同的蛋白异构体(异构体α有1052个氨基酸，异构体β在α的N-末端增加了22个氨基酸)，但在不同物种中FAK蛋白(也称为PTK2，FAK1，pp125FAK和FADK)氨基酸和结构有大于95%的相似性［12］。FAK由一个N-末端FERM域(蛋白质4.1、埃兹蛋白、根蛋白、膜突蛋白同源体)，中央激酶域和C-末端区域组成，其中包括FAK定位到黏合斑上的黏合斑靶序列。无论是N-末端和C-端域都可以以各种FAK活化关键蛋白介导FAK相互作用，这种相互作用可通过整合蛋白或其他细胞表面受体进行调控，与FAK调控不同细胞功能一样。

整合素介导细胞黏附是FAK的主要上游激活子，目前已在几乎所有黏附细胞中发现FAK活化和酪氨酸磷酸化的增加。FAK氨基末端FERM域在FAK激活中起着关键作用，最近对FAK晶体结构的分析以及早期的突变研究，发现FAK激酶结构域分子内的相互作用可活化FAK［13～16］。当黏着斑激酶在非活动状态，FAK的FERM域和激酶域之间直接接触可以封闭其催化活性并消除其激活环以及重要位点Y397的自磷酸化。反之，在激活状态，FERM域被激活蛋白替代(例如整合蛋白β细胞质域或其他激活子)，可允许Y397迅速自磷酸化，暴露Src激酶家族锚定位点，它可磷酸化FAK上其余位点使其全面激活。这样和FAK活化关联的构象改变可用基于结构构型设计的探针进行荧光共振能量转移在活细胞中直接体现［17］。除了整合蛋白，FAK氨基末端域也与血小板衍生生长因子，表皮生长因子受体和肝细胞生长因子受体相互作用，这些相互作用可能对整合蛋白和生长因子受体之间的交叉对话起着重要作用，它有可能和黏着斑激酶活性的调节有关［18］。

一旦它被激活，FAK的Y397位点自磷酸化，通过SH2域为Src提供一个结合位点［19～21］。FAK结合到Src的 SH2结构域取代了Src Y527，减轻自抑制相互作用，导致Src的活化。相反，使FAK的Src附着位点磷酸化，包括FAK激酶激活环残基Y576和Y577，会进一步提高FAK的活性。FAK/Src复合体的相互激活能起始一系列磷酸化事件和新的蛋白质-蛋白质相互作用进而触发若干信号途径。已证实这些FAK信号转导通路可以调节正常细胞和癌症细胞的多种细胞功能。

小结及展望

FAK是一种促进肿瘤形成，生长和转移的关键分子之一，它通过提供异常信号作用于细胞存活，增殖，迁移，EMT，入侵及血管生成。FAK表达和活化的增加是很多癌症FAK信号异常的原因，FAK是一个理想分子靶位点，可专门抑制FAK活性来提供治疗。它还为将FAK下游因子作为肿瘤诊断和/或预后生物标志提供了机会。虽然比较容易获得专一FAK抑制物，但由于FAK随处表达，尽管表达水平较低，仍然需要解决肿瘤特异性靶向问题，这在正常组织中也一样。肿瘤特异性传递FAK抑制剂或结合其他肿瘤专一性药物部分调节FAK正常水平的表达或活性——单独使用效用低，可在临床试验中同时实现肿瘤特异性最大化和正常组织毒性最小化，这看起来是一个不错的策略。

1 Hynes，R.(2002).Integrins:bidirectional，allosteric signaling machines［J］.Cell，110:673-687.

2 Golden，A.，Brugge，J.S.，＆ Shattil，S.J.(1990).Role of platelet membrane glycoprotein IIb-IIIa in agonist-induced tyrosine phosphorylation of platelet proteins［J］.Journal of Cell Biology，111:3117-3127.

3 Ferrell Jr.，J.E.，＆ Martin，G.S.(1989).Tyrosine-specific protein phosphorylation is regulated by glycoprotein IIb-IIIa in platelets［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，86:2234-2238.

4 Kornberg，L.J.，Earp，H.S.，Turner，C.E.，Prockop，C.，＆ Juliano，R.L.(1991).Signal transduction by integrins:increased protein tyrosine phosphorylation caused by clustering of beta 1 integrins［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of A-merica，88:8392-8396.

5 Guan，J.L.，Trevithick，J.E.，＆ Hynes，R.O.(1991).Fibronectin/integrin interaction induces tyrosine phosphorylation of a 120-kDa protein［J］.Cell Regulation，2:951-964.

6 Kanner，S.B.，Reynolds，A.B.，Vines，R.R.，＆ Parsons，J.T.(1990).Monoclonal antibodies to individual tyrosine-phosphorylated protein substrates of oncogene-encoded tyrosine kinases［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，87:3328-3332.

7 Schaller，M.D.，Borgman，C.A.，Cobb，B.S.，Vines，R.R.，Reynolds，A.B.，＆ Parsons，J.T.(1992).pp125FAK a structurally distinctive protein-tyrosine kinase associated with focal adhesions［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，89:5192-5196.

8 Guan，J.L.，＆ Shalloway，D.(1992).Regulation of focal adhesion-associated protein tyrosine kinase by both cellular adhesion and oncogenic transformation［J］.Nature，358:690-692.

9 Parsons，J.T.(2003).Focal adhesion kinase:the first ten years［J］.Journal of Cell Science，116:1409-1416.

10 Mitra，S.K.，＆ Schlaepfer，D.D.(2006).Integrin-regulated FAKSrc signaling in normal and cancer cells［J］.Current Opinion in Cell Biology，18:516-523.

11 Fiedorek Jr.，F.T.，＆ Kay，E.S.(1995).Mapping of the focal adhesion kinase(Fadk)gene to mouse chromosome 15 and human chromosome 8［J］.Mammalian Genome，6:123-126.

12 Whitney，G.S.，Chan，P.Y.，Blake，J.，Cosand，W.L.，Neubauer，M.G.，Aruffo，A.，et al.(1993).Human T and B lymphocytes express a structurally conserved focal adhesion kinase，pp125FAK［J］.DNA and Cell Biology，12:823-830.

13 Lietha，D.，Cai，X.，Ceccarelli，D.F.，Li，Y.，Schaller，M.D.，＆Eck，M.J.(2007).Structural basis for the autoinhibition of focal adhesion kinase［J］.Cell，129:1177-1187.

14 Dunty，J.M.，Gabarra-Niecko，V.，King，M.L.，Ceccarelli，D.F.，Eck，M.J.，＆ Schaller，M.D.(2004).FERM domain interaction promotes FAK signaling［J］.Molecular and Cellular Biology，24:5353-5368.

15 Cooper，L.A.，Shen，T.L.，＆ Guan，J.L.(2003).Regulation of focal adhesion kinase by its amino-terminal domain through an autoinhibitory interaction［J］.Molecular and Cellular Biology，23:8030-8041.

16 Cohen，L.A.，＆ Guan，J.L.(2005).Residues within the first subdomain of the FERM-like domain in focal adhesion kinase are important in its regulation［J］.Journal of Biological Chemistry，280:8197-8207.

17 Cai，X.，Lietha，D.，Ceccarelli，D.F.，Karginov，A.V.，Rajfur，Z.，Jacobson，K.，et al.(2008).Spatial and temporal regulation of focal adhesion kinase activity in living cells［J］.Molecular and Cellular Biology，28:201-214.

18 Sieg，D.J.，Hauck，C.R.，Ilic，D.，Klingbeil，C.K.，Schaefer，E.，Damsky，C.H.，et al.(2000).FAK integrates growth-factor and integrin signals to promote cell migration［J］.Nature Cell Biology，2:249-256.

19 Cary，L.A.，＆ Guan，J.L.(1999).Focal adhesion kinase in integrin-mediated signaling［J］.Frontiers in Bioscience，4:D102-113.

20 Schaller，M.D.，Hildebrand，J.D.，Shannon，J.D.，Fox，J.W.，Vines，R.R.，＆ Parsons，J.T.(1994).Autophosphorylation of the focal adhesion kinase，pp125FAK，directs SH2-dependent binding of pp60src［J］.Molecular and Cellular Biology，14:1680-1688.

21 Xing，Z.，Chen，H.C.，Nowlen，J.K.，Taylor，S.J.，Shalloway，D.，＆ Guan，J.L.(1994).Direct interaction of v-Src with the focal adhesion kinase mediated by the Src SH2 domain［J］.Molecular Biology of the Cell，5:413-421.