整合素对胰腺癌细胞的调节机制及其应用研究进展

贺思佳 徐雷鸣

上海交通大学医学院附属新华医院消化内镜诊治部1(200092) 上海市小儿消化与营养重点实验室2

胰腺癌是恶性程度最高的肿瘤之一，早期诊断率和手术切除率低，内科治疗效果不佳，患者病死率较高。因此，寻找更有效、更特异的诊断和治疗方法成为胰腺癌研究领域的热点课题。近年研究发现整合素(integrins)对胰腺癌细胞的增殖、凋亡、侵袭、迁移等具有调节作用，可能成为胰腺癌诊治的新靶点，相关应用研究的开展亦日益广泛[1]。本文就整合素对胰腺癌细胞的调节机制及其应用研究进展作一综述。

一、整合素概述

整合素是由α、β两个亚基以非共价键结合形成的异二聚体跨膜糖蛋白，属于细胞黏附受体家族，哺乳动物中不同α、β亚基的组合可形成20余种整合素类型[2]。整合素配体主要是细胞外基质(ECM)，如胶原、纤维连接蛋白、层黏连蛋白、玻璃黏连蛋白等，整合素通过识别配体上的氨基酸序列并与之结合而发挥作用，大多数整合素最常见的配体识别位点为Arg-Gly-Asp序列(RGD序列)[3-4]。整合素与配体的结合形式多样，每一种整合素可与多种配体结合，每一种配体亦可与多种整合素结合。

整合素的α、β亚基在结构上均由长的胞外段、跨膜段和短的胞内段三部分组成，α亚基通过胞外段即氨基端识别配体分子中的RGD序列，介导整合素与ECM组分的黏附，β亚基则通过胞内段与细胞骨架相连，形成ECM-整合素-细胞骨架跨膜复合体。细胞外信号通过该复合体传导至细胞骨架蛋白，诱导细胞骨架重构，改变细胞形态和细胞间的机械联系，引起细胞变形和移动，同时通过各种信号途径调节胞内基因转录和蛋白表达，影响细胞的生存、生长、增殖、分化、侵袭、迁移等生物学行为[1,5-6]。

整合素的信号调节作用为双向变构调节，即通过变构实现 胞内信号外传(inside out signaling)和胞外信号内传(outside in signaling)。胞内信号外传主要是通过细胞本身功能状态的改变，将细胞内信号通过整合素的胞内段传递至胞外，调节整合素与配体的结合、整合素的聚集以及ECM的变化等。胞外信号内传主要是整合素与其配体结合后，通过FAK/Ras/MAPK、FAK/PI3K、FAK/STAT等途径将信号传递至胞内，调节基因表达和蛋白合成。两种信号调节方式共同作用，可影响细胞极性、细胞骨架结构、基因表达和细胞的生物学行为[1-3,5-6]。

二、整合素对胰腺癌细胞的调节及其机制

1. 整合素在胰腺癌细胞中的表达：正常胰腺组织的整合素表达和分布具有细胞特异性，如α2、α6在导管和腺泡细胞基底表面呈中-强阳性表达，泡心细胞则主要表达α3、α5。胰腺导管腺癌(PDAC)组织中不同整合素的表达亦各不相同，α2、α6弥漫强阳性表达于癌细胞表面，α3、α5表达异质性明显，部分为中-弱阳性表达，约半数胰腺癌细胞α3、α5表达缺失[7]；β4在绝大多数PDAC组织中呈中-强阳性表达，在正常胰腺组织中则不表达[8]；α6与β4在一些人胰腺癌细胞株中呈共表达[9]；发生淋巴结转移的胰腺癌组织αvβ3表达显著增强[10]。整合素在胰腺癌不同发展阶段的表达亦不尽相同，肿瘤发生早期整合素表达降低，使肿瘤细胞与ECM组分的黏附作用减弱，有利于肿瘤局部生长和扩散；肿瘤细胞进入血循环后，整合素表达增高有利于肿瘤细胞黏附于血管内皮细胞表面定位增殖。

2. 整合素对胰腺癌细胞增殖的调节：整合素本身缺乏激酶活性，但可募集并激活黏着斑激酶(FAK)、Scr家族激酶(SFK)等激酶[1]。整合素可通过FAK等激活Ras和ERK，进而调控细胞增殖。ERK可调控细胞周期蛋白D1(cyclin D1)和p21表达，进而调控细胞从G1期进入S期。然而整合素介导的ERK激活较微弱，不能刺激cyclin D1表达。生长因子受体亦可激活Ras和ERK，但其激活ERK的作用短暂，亦不足以产生cyclin D1。因此只有联合整合素与生长因子两种信号，才能适当激活ERK以调控细胞增殖[11]。

胰岛素样生长因子Ⅰ受体(IGF-ⅠR)具有促胰腺癌细胞生长作用[12]。整合素β1可激活PI3K/AKT信号通路，而AKT信号激活可上调IGF-ⅠR表达[13]，促进胰腺癌细胞增殖。Src激活亦可通过其下游AKT活化而上调胰腺癌细胞的IGF-ⅠR表达[13]，进而促进细胞增殖。此外，FAK能与IGF-ⅠR相互作用而促进胰腺癌细胞增殖，延长细胞存活时间，同时抑制两者活性可协同抑制胰腺癌细胞增殖和ERK磷酸化并增加细胞凋亡[14]。

3. 整合素对胰腺癌细胞凋亡的调节：细胞凋亡途径主要分为外源性死亡受体途径和内源性线粒体途径，整合素对两种凋亡途径均有调节作用。有研究[15-16]发现Ⅰ型胶原增加PDAC细胞恶性表型的作用是由整合素α2β1所介导，表现为促进癌细胞增殖，并通过上调Bcl-2家族成员Mcl-1表达而抵抗5-氟尿嘧啶诱导的细胞凋亡。此外，整合素还可通过上调Bcl-2或FLIP表达、激活PI3K-AKT或NF-κB信号以及使p53失活而延长细胞存活时间[1]。尽管整合素对细胞凋亡的调节作用多数是延长细胞存活时间，但亦有少部分为促进细胞凋亡，如有研究发现整合素能募集并激活caspase-8而引起细胞凋亡[1]。与对细胞增殖的调节作用一样，整合素对细胞凋亡的凋节亦依赖于其他信号途径的共同作用。

4. 整合素对胰腺癌细胞侵袭、迁移的调节：整合素可与ECM组分相互作用，为肿瘤细胞侵袭周围组织创造条件。此外，整合素还可通过FAK-SFK信号途径调节细胞迁移能力。有研究[17]显示癌细胞表面的α6β1可通过与间质成纤维细胞表面的尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)受体相互作用，激活uPA-纤溶酶-基质金属蛋白酶-2(MMP-2)级联而促进胰腺癌细胞转移。另有研究[18]发现电离辐射诱导胰腺癌细胞侵袭是通过上调α5β1表达实现的。接头蛋白Eps8(EGFR pathway substrate 8)是αvβ6介导胰腺癌细胞侵袭的关键调控分子。研究[19]显示超过70%的胰腺癌组织Eps8和αvβ6表达上调，正常胰腺组织中则检测不到两者表达；αvβ6能促进胰腺癌细胞侵袭并激活转化生长因子-β(TGF-β)，Esp8则可在胰腺癌进展的不同阶段，对细胞功能在迁移与激活TGF-β之间的转换发挥调控作用。

三、整合素在胰腺癌诊治中的应用

1. 整合素与胰腺癌的诊断：以放射性核素标记的RGD多肽探针检测细胞表面αvβ3的表达情况，可实现对胰腺癌的早期诊断[4]，常用于标记的放射性核素有18F、111In、99mTc等。van Hagen等[20]设计了一种环形螯合剂二乙烯三胺五乙酸(DTPA)-RGD类似物，该类似物可以111In和125I标记，对多种人类恶性肿瘤新生血管上的αvβ3具有高亲和力。在大鼠胰腺癌细胞株CA20948移植瘤模型中，111In-DTPA-RGD能与肿瘤细胞表面的整合素特异性结合而聚集，该结果为胰腺癌的放射性核素显像和治疗奠定了实验基础。刘峰君等[21]采用纳米载体组装技术构建了Gd3+与RGD共修饰量子点双模态纳米探针，该探针用于胰腺癌细胞的双模态成像具有较高的弛豫率，能对人胰腺癌细胞株patu8988进行荧光-T1加权MR非侵入性双模态成像，提示了以整合素为基础的分子影像学技术在胰腺癌早期诊断中的应用前景。

2. 整合素与胰腺癌的治疗：整合素如αvβ3在肿瘤细胞和肿瘤内皮细胞表面高表达，因此较之血管生成抑制剂，整合素抑制剂用于抗肿瘤治疗具有更高的靶向性，且引起骨髓抑制、胃肠道不良反应的概率较低，已逐渐成为抗肿瘤治疗研究的热点[1,3-4]。Ji等[22]制备了RGD偶联白蛋白纳米微粒，旨在利用整合素介导的胞吞作用增强胰腺癌细胞对抗癌药物的摄取率，结果体内外实验均显示RGD偶联吉西他滨白蛋白纳米微粒能明显提高吉西他滨对人胰腺癌细胞株BxPC-3的增殖抑制效应，表明RGD偶联白蛋白纳米微粒作为抗胰腺癌药物的载体系统具有良好的应用前景。

3. 整合素与胰腺癌的预后评估：整合素参与了胰腺癌的发生、进展和转移过程，对其预后预测亦有一定价值。Sawai等[23]的研究发现，癌组织中α6强阳性表达或α5β1弱阳性表达的PDAC患者TNM分期更高、发生肝转移和预后不良的可能性更大；非癌组织中α6或α5β1弱阳性表达提示预后不良；多变量回归分析显示α6强阳性表达和α5β1弱阳性表达均为胰腺癌患者的独立预后评估指标。

四、结语与展望

整合素作为介导细胞与细胞间以及细胞与ECM间相互作用的桥梁，能有效调节胰腺癌细胞的增殖、凋亡、侵袭、迁移等重要生物学行为，因此可作为胰腺癌诊断和治疗的新靶点。然而整合素种类繁多，功能复杂，与多种细胞因子之间存在相互调节机制，不同分化类型、不同发展阶段的胰腺癌整合素表达类型亦不尽相同，因此深入研究整合素与相关信号分子间的相互作用及其在胰腺癌发生、发展中的表达，将为其临床应用奠定坚实的理论基础。尽管现有研究表明靶向整合素能有效提高胰腺癌的早期诊断率和药物治疗效果，但相关研究尚处于细胞学或动物实验水平，缺乏大规模临床试验验证。未来仍需进一步探究以整合素为靶点的新型胰腺癌诊断方法、抗肿瘤药物以及肿瘤联合治疗方案，从而为胰腺癌的临床诊治开辟新的研究途径和发展方向。

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