整合素连接激酶在妇科肿瘤中的研究新进展
2013-02-19郑雪琴张轶清皖南医学院安徽芜湖241002
郑雪琴,张轶清 (皖南医学院,安徽 芜湖 241002)
整合素连接激酶在妇科肿瘤中的研究新进展
郑雪琴,张轶清 (皖南医学院,安徽 芜湖 241002)
整合素连接激酶;信号传导;妇科肿瘤
ILK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,它是GE等于1996年以整合素β1亚单位胞浆区为诱饵[1],从酵母双杂交筛选系统中得到的一个cDNA片段。该基因在哺乳动物的不同细胞和组织中广泛表达,在进化上高度保守,ILK在线虫、果蝇、小鼠和人中都有同源类似物。
1 ILK的结构和生物学特性
人的ILK基因是定位于11P15.5-P15.4上,编码有452个氨基酸,相对分子量为59 000,全长1.8 kB的包括锚蛋白重复序列的cDNA片段,它含有三个结构域:C端(186-451位氨基酸)是激酶活化区域,是整合素结合位点,能够磷酸化β1、β2、β3的胞浆结构域,而锚定于整合素,从而介导细胞与细胞外基质的连接,达到影响细胞的多种生命活动。还能磷酸化蛋白激酶B(PKB)和糖原合成酶激酶-3(GSK-3),也能够自我磷酸化。中间的(180~212位氨基酸)为磷酸肌醇结合结构域,也叫PH结构域,它和C端结构域有部分的重叠,为血小板-白细胞C激酶底物同源域,能够结合蛋白激酶PI3K,使得ILK充分激活,参与调节激酶自身的活性。N端(33~164位氨基酸)为4个锚蛋白重复序列,该结构可能介导ILK与其他信号分子或细胞骨架等蛋白间相互作用,也可能和粘着斑蛋白(PIHCH)的LIM结构域结合,从而对ILK定位到粘着斑有调控作用。此外,ILK还有一些高度保守而且重要的序列,如:APE序列等,如果将ILK的第359位氨基酸的谷氨酸突变为赖氨酸,则ILK将失去活性。
2 ILK的信号传导途径
ILK是一个多功能蛋白,参与体内的多种信号传导通路,包括整合素信号通路,生长因子信号通路,Wnt信号通路等,在调节细胞黏附、凋亡、迁移、细胞周期、基质积聚、胚胎发育及肿瘤形成等过程中起重要作用。在体外对ILK进行活性分析,它不但能自我磷酸化,而且也能磷酸化许多外源底物,如:整合素β1胞浆区域,髓鞘碱性蛋白,PKB/Akt,GSK-3,不依赖 Ras的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK),上皮细胞间质转化(EMT)和β-连环蛋白(β-catenin)等。从而参与多种细胞行为。
2.1 ILK与整合素的信号通路:ILK能够与整合素β1亚基的胞浆结构域相互作用,为整合素信号传导通路中的重要信号分子,PINCH是一种接头蛋白[2],含有5个LIM区域和一个核定位信号,能与整合素一起参与细胞的黏附。整合素本身不含PINCH结合位点,而是通过ILK的N-末端的ANK序列和PINCH的N-末端LIMI结构域上的第二个锌指结合而产生作用,再通过ILK的C端直接与整合素胞质域结构结合,形成PINCH-ILK-整合素复合物,从而参与整合素的信号通路。
2.2 ILK与生长因子的信号通路:ILK不仅作为一种分子支架,在细胞与细胞外基质中发挥重要的作用,而且还作为一个信号分子,参与了细胞信号的转导,对细胞的生存、分化、增殖进行着调控。而这种机制可能是通过PI3K信号传导途径介导的,ILK的PH样结构与PI3K的产物3,4,5-3磷酸肌醇结合而产生作用。最近研究证实Nck-2是一种接头蛋白,它能将细胞黏附与生长因子信号通路连接起来[3],Nck-2包含一个C-末端的SH2区域和三个N-末端SH3区域,它可以通过第三个SH3结构域与PINCH的第四个LIM结构域结合,使得Nck-2和ILK连接而产生作用。Nck-2的SH3结构域还可以和胰岛素效应底物1(IRS-1)结合,而SH2结构域可以与配子激活的表皮生长因子受体(EGF)、血小板生长因子受体(PDGF)结合,形成Nck-2所介导的超分子复合物,为ILK参与生长因子的信号通路提供了一定的依据。
2.3 ILK与Wnt信号通路:Wnt信号通路是一种高度保守,对胚胎发育和形态形成有控制作用的信号途径,该途径是由一系列癌基因和抑癌基因编码的蛋白质成分,而各蛋白质之间相互联系,相互制约,在细胞的增值、分化、粘连和运动中发挥着重要作用。其中LEF-1/β-catenin通路是个研究中研究最多,最为深入的一个分支,ILK通过与LEF-1结合形成复合物,而胞浆内的β-catenin主要与细胞膜上的E钙黏素(E-cadherin)相结合,介导细胞黏附,促进β-catenin核转运,使得β-catenin的降解减少,同时诱导LEF-1的表达和转录,两者协同作用,最大限度的定位于细胞核,使得胞浆中的游离β-catenin减少,从而使得E-cadherin表达下降,间质细胞基因表达上调,而使细胞间的黏附能力丧失,细胞与细胞外基质的相互作用减弱,上皮细胞转化,肿瘤发生。
3 ILK与肿瘤的形成侵袭和转移
3.1 ILK与肿瘤的形成:ILK存在于人体的多种正常组织中,如:心、肝、骨骼肌、肺、肾、前列腺、胰腺等,而ILK的上调与人类的多种肿瘤有关。Chung等报道ILK在人类几种肿瘤中表达显著增高[4],主要有尤文肉瘤,成神经管细胞瘤和多种神经间叶肿瘤,结果提示:ILK表达可能为神经分化肿瘤的一种新型标志物,Itor等发现ILK在正常胃黏膜中表达下降[5],在胃癌中高度表达,并与肿瘤的浸润深度及淋巴结转移程度呈正相关,故认为ILK可能成为胃癌侵袭性的新的生物学指标,Marotta等研究表明ILK在结肠癌中高表达,通过选择性阻断ILK的信号传导[6],将有可能成为一种更有效的治疗结肠癌的方法。Garff等研究认为ILK的表达加速了人类前列腺癌细胞系的进程[7],而且表明ILK与前列腺癌的分级有关,与患者的预后呈反比。Qi等研究得出ILK表达量与前列腺肿瘤的形成密切相关[8],ILK表达激增可能作为某些前列腺癌复发的指标。Takanami则认为ILK与小细胞肺癌的生长,侵袭有关,ILK高表达,则患者预后不良[9],Jenny等研究发现ILK在肝细胞癌组织中较正常中表达明显增长吧[10];Mark等则认为ILK在胰腺癌的细胞增殖和凋亡中有非常确切的作用[11]。
以上研究表明ILK在人类的多种正常组织中均有微弱的表达并发挥生理作用,而ILK的表达和活性的微小改变,可能与人类肿瘤的发生密切相关。细胞与细胞外基质的相互作用能够调控着细胞的生长、分化、迁移等,对细胞的程序性死亡进行着一定的调节,一旦细胞与细胞外基质相互作用的平衡被打破,细胞的程序性死亡途径必将会发生紊乱,从而导致细胞发生癌变。细胞癌变的显著标志:就是细胞不依赖黏附生长,即在缺乏细胞锚定下,细胞的程序性死亡途径被抑制,整合素和生长因子参与并介导了这些作用,而ILK作为偶联这些受体的下游组分的效应物,参与了细胞基础功能的调控,起到了关键的作用。
3.2 ILK与肿瘤的侵袭和转移
3.2.1 ILK参与肿瘤细胞的黏附和迁移:各细胞之间是通过细胞的黏附分子彼此黏附不能分离,整合素和E-catenin蛋白都是重要的黏附分子,ILK不但能介导整合素的信号通路发挥作用,还可以引起细胞壁肌动蛋白丝的结构发生重组,提高细胞的可动性,达到提高细胞的迁移和侵袭能力,ILK还可以与PIHCH和小细胞蛋白(Parvin)形成ILK-PIHCH-Parvin(IPP)复合物[12],从不同层面上调节肌动蛋白,促进肿瘤细胞的迁移和侵袭过程,ILK的过量表达可导致E-catenin的表达丧失,而E-catenin蛋白是黏附连接的重要组成元素,能降低肿瘤的细胞间的黏附力,有助于肿瘤的侵袭和转移。
3.2.2 ILK参与细胞外基质的降解:细胞外基质(ECM)的降解在肿瘤细胞的浸润和转移中起重要的作用,肿瘤细胞主要通过降解ECM,而使自己穿透ECM,入侵血管到达宿主器官,而ECM的降解主要是通过蛋白水解酶实现,基质金属蛋白酶(MMPS)具有降解各种ECM的能力,MMPS原可以被丝氨酸蛋白酶,UPS等激活,进一步将纤溶酶原转换为蛋白水解酶,降解基质成分,Trousseau等发现,ILK高表达能够通过GSK-3β的抑制和AP-I转录因子途径使MMP-9上调,磷酸化转录因子aNAC,ILK也可以通过磷酸化PKB而诱导MMP-2、尿激酶型纤溶酶原激活剂(UPA)、骨桥蛋白(OPN)的表达,而促进ECM的降解,从而促进细胞的浸润和转移[13]。
3.2.3 ILK参与肿瘤血管的形成:血管生成在肿瘤的发生、发展中起非常重要的作用,它既为肿瘤细胞的生长提供养分,也为肿瘤细胞浸润和转移提供通道,血管内皮生长因子(VEGF)既是肿瘤血管形成密切相关的因子,能促进血管内皮细胞的存活、增殖和迁移。也是一种血管渗透因子。ILK通过磷酸化激活 PKB,进一步磷酸化哺乳动物雷帕霉素蛋白(mTOR),通过缺氧诱导因子(HIF-a),使得VEGF的表达上调,促进肿瘤血管形成[14],而有利于肿瘤细胞迁移,同时在VEGF的正反馈调节下,进一步激活ILK,共同调节下游效应分子,达到促进肿瘤血管形成的目的。
4 ILK与妇科肿瘤
4.1 ILK与卵巢癌:卵巢癌的发病率仅次于宫颈癌和子宫内膜癌,居于妇科肿瘤的第三位,但其死亡率却列居各类妇科肿瘤的首位,晚期卵巢癌的5年生存率仅为25% ~30%,且近年来发病率有上升趋势,主要是由于卵巢癌的胚胎发育、组织解剖及内分泌功能都极其复杂,导致卵巢癌无论在诊断上还是在治疗上都是一大难题,已有研究证实ILK与卵巢癌的发生、发展密切相关。Ahmed等研究报道ILK在卵巢癌中出现高表达[15],是良性肿瘤患者的6~9倍,还说明ILK参与了卵巢肿瘤由良性到恶性的进行性发展,且与肿瘤的分级相关,特别与侵袭性关系密切。并通过卡铂治疗卵巢癌患者,观察疗效,发现血清ILK的含量明显下降,甚至达到健康者的正常水平,提示在卵巢癌的治疗中具有潜意义。于翠珍等研究随正常卵巢组、良性肿瘤、交界性肿瘤及卵巢癌的进展[16],ILK的阳性率逐步上升,还提出ILK的强表达是卵巢癌的中晚期事件,并进一步证明ILK与肿瘤的侵袭和转移能力直接相关,朱明艳等研究提出卵巢癌不论分化程度如何[17],其表达均高于良性和交界性卵巢肿瘤,并与肿瘤的分期,分级,淋巴结转移及有无腹水有显著的相关性,而与患者的年龄、组织学类型无关。并提出ILK在不同卵巢癌中的表达不同,其中在子宫内膜样癌中的表达最高。可见ILK的表达和活性的上调与卵巢癌的关系密切,可见,ILK在卵巢肿瘤的生物学方面起重要作用,ILK参与了卵巢癌的发生、发展,特别与侵袭性关系密切,有望ILK在卵巢癌的诊断与治疗作为一种新的标志物及重要的干预靶点,但还有待进一步研究。
4.2 ILK与宫颈癌:宫颈癌是世界上发病率最高的妇科肿瘤,居妇科恶性肿瘤的首位,近年来发病率有年轻化趋势,严重危害女性的身心健康。目前关于ILK在宫颈癌中报道不多,李胜水等研究提出ILK在正常宫颈组织、宫颈上皮内瘤变及宫颈癌的进展中[18],其表达逐渐上升,并提出ILK的表达与宫颈癌的生物学行为及其恶性程度有关,随宫颈癌的组织分级的升高而增高,并与患者的临床分期,淋巴结转移程度有关,提出ILK参与宫颈癌的发生、发展,还有助于评估宫颈癌患者的预后。童英等研究证明随着宫颈上皮由正常向非典型增生和浸润癌转变的过程中[19],ILK逐渐增强,进入增殖期的细胞逐渐增多。宫颈癌组织中ILK的阳性率明显高于CINII~CINIII级,CINI级阳性率明显高于正常宫颈组织,但CINⅠ与CINⅡ~CINⅢ级之间,差异无统计学意义(P>0.05),ILK的表达较好的反应了宫颈上皮不同增殖阶段细胞增殖活性的变化,但在临床病理特征方面,显示ILK的表达与患者年龄、分期、分化程度及有无淋巴结转移无相关性。
4.3 ILK与子宫内膜癌:子宫内膜癌是最常见的子宫体癌,为女性生殖道三大常见的恶性肿瘤之一,为生殖系统恶性肿瘤的20%~30%,近年来发病率逐年上升。李春玲等研究结果显示[20]:ILK在正常子宫内膜组织中弱表达,而在子宫内膜癌中表达显著增强,并随病理分期、组织分级、肌层浸润深度及淋巴结转移程度的增高,ILK蛋白的表达逐步增高,并提出ILK的表达与子宫内膜癌的侵袭性,生长速度和预后密切相关,表明ILK可能参与了调节子宫内膜病变有良性到恶性的进行性阶段的进展。
4.4 ILK与外阴肿瘤:外阴的多种病变与人乳头瘤病毒(HPV)感染有关,高危型HPV感染则是外阴恶性肿瘤的重要原因之一,而HPV感染与ILK蛋白的过表达是否存在一定的关系,李胜水等研究表明[21],ILK在外阴恶性肿瘤中的阳性表达率明显高于VIN组,并提出ILK阳性表达与外阴恶性肿瘤的分期、分级、肿瘤的大小、淋巴结转移及预后无关,提示ILK的阳性表达可能只对细胞转化和恶性表型的维持有重要作用,并对ILK表达阳性的癌前病变进行积极干预,可以遏制细胞的持续转化,提示ILK与外阴恶性肿瘤的发生,发展存在一定关系,并进一步提出:ILK的表达与肿瘤的分化程度有关,ILK高表达的外阴鳞癌患者,预示着其高度恶性,高侵袭性,高转移性及预后不良。
4.5 ILK与妊娠滋养细胞疾病:妊娠滋养细胞疾病(GTD)是特发于生育期妇女的一种肿瘤,严重威胁着生育期女性的健康,李胜水等研究证实[22],ILK在早期妊娠绒毛中的表达可能与早期胎盘滋养细胞中有许多类似恶性组织的特性有关,但这种生理性癌基因的表达是否不同于滋养细胞恶变为侵袭性葡萄胎及绒癌时所见的癌基因表达,有待进一步探讨,并指出ILK的表达差异与妊娠滋养细胞肿瘤的临床分期无关,但与患者的预后有关,为葡萄胎的早期诊断,治疗及合理用药提供有力的依据。
5 展望
ILK是一个胞内信号传导基因,通过一些相关因子的联系,使其与肿瘤的发生,发展密切相关,也提出了ILK在妇科肿瘤发生,发展中起着非常重要的作用,但国内外对ILK在妇科肿瘤方面的研究相对较少,特别是ILK在妇科肿瘤的发病机制方面的研究还有待进一步的探索,有望ILK在妇科肿瘤中作为一种新型的标志物,在肿瘤的排查、诊断、治疗及判断预后发挥重要的作用。
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郑雪琴为皖南医学院在读研究生
2012-04-16 编校:潘宏竹]