FAK与肿瘤关系的研究进展

2015-11-23李玲妹综述曹文枫审校

中国肿瘤临床 2015年2期

李玲妹综述曹文枫审校

·综述·

FAK与肿瘤关系的研究进展

李玲妹综述曹文枫审校

着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）是一种细胞质内的蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase，PTK），因其与细胞粘附功能密切相关而得名。近年来，人们对FAK的了解逐渐深入，国内外大量研究表明FAK在多种肿瘤组织中表达增高，并与肿瘤的多个过程有着密切的关系。FAK已经成为新的肿瘤治疗靶点之一，为肿瘤的治疗带来新的方法和希望。

粘着斑激酶肿瘤转移凋亡

细胞外基质不仅是单纯提供肿瘤细胞存在的微环境，更重要的是涉及到复杂的信号传导。研究细胞表面粘附分子种类、结构和可能作用的机制，探讨这些粘附分子所介导的信号传导过程已经成为新的研究热点［1］。整合素家族作为细胞粘附分子的一种，是存在于细胞表面的受体［2］。

肿瘤细胞发生转移时，整合素会使同质性粘附性降低，异质性粘附升高，促进肿瘤细胞的移动和侵袭［3］。FAK本身作为整合素信号通路中的关键分子，又与细胞粘附密切相关，这就引起了人们的关注。FAK参与了肿瘤细胞的多个信号途径的传导，可以将细胞外的信号经整合素及生长因子受体传导至细胞内［4］。本文将着重讨论近几年来国内外关于FAK的结构、表达及其与肿瘤发生、发展关系的研究进展。

1 FAK的结构和功能

上世纪90年代早期，Schaller等［6］在转染的v-src鸡胚成纤维细胞中首次发现FAK并将其克隆鉴定出来，他们发现FAK具有酪氨酸激酶活性，在受到原癌基因产物和细胞外基质-整合素的刺激后发生磷酸化［6］。此外，小神经肽、内皮素和血管升压素等都能使其磷酸化。这就引起了人们对FAK蛋白的兴趣以及对其功能的不断研究。编码FAK的基因定位于人体第八号染色体上，其相对分子质量为125kD，生物进化过程中高度保守，故各种生物种间的同源性高达90%。FAK的结构主要由N端约370个氨基酸组成的FERM结构域、中心激酶结构域、C端区域脯氨酸富集区域和粘着斑靶向结构域组成，这些区域都是FAK发挥信号转导功能的关键部位［7］。

FAK属于蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosinekinase，PTK）超家族，因而也被称为PTKⅡ。蛋白酪氨酸激酶能催化多种底物蛋白质酪氨酸残基磷酸化，在细胞生长、增殖、分化中具有重要作用，根据其是否存在于细胞膜受体可将其分成非受体型和膜受体型。FAK蛋白是一种非受体酪氨酸激酶，缺乏跨膜区，是纯粹的细胞质酪氨酸激酶，但又不含有胞质酪氨酸激酶常有的SH2和SH3结构域，可见FAK结构之特殊性［5］。

2 FAK在肿瘤组织中的表达

正常生理状态下，FAK广泛分布在成纤维细胞、血小板、表皮细胞、单核细胞和滋养层细胞等的细胞质中［8］。近年来的研究表明在多种不同组织起源的肿瘤细胞，如大肠癌，前列腺癌，乳腺癌，卵巢癌和甲状腺癌中，都有不同程度的FAK核酸及蛋白表达，并且其表达水平与肿瘤的分化程度及转移状态密切相

关。Cance等［9］通过分析21例人乳腺癌和15例人结肠癌的病例，发现在恶性程度高的乳腺癌组织中，FAK的表达免疫反应活性有显著增高。有研究通过对配对的未转移的乳腺癌组织和转移的癌组织发现，高转移性癌组织中FAK基因的表达水平明显高于未转移的癌组织，提示FAK的表达可能与癌组织的转移有关，研究也对91例人食管鳞状细胞癌进行免疫分析，证实了FAK的免疫活性与肿瘤的分级和淋巴结转移程度成正比［10-11］。这些都提示FAK与肿瘤的浸润转移有密切关系，并且FAK的高表达和肿瘤侵袭性的表型、肿瘤的复发和恶化呈正相关，和患者的生存率呈负相关。

3 FAK与肿瘤浸润转移

人类的FAK核心启动子包含许多转录因子的结合位点，包括NF-κB、p53、AP-1、AP-2、PU-1、TCF-1和EGR-1等，表明FAK受到多种转录分子的调节，是多条信号通路的关键交汇点［12］。许多研究表明多种细胞外生长刺激因子的受体以及整合素信号分子都可以引发FAK分子的磷酸化激活，而这些信号通路和刺激因子都是与肿瘤的侵袭转移密切相关的［13］。

肿瘤细胞移动是肿瘤细胞转移和恶性转化的重要因素，FAK调节肿瘤细胞粘附、迁移，参与肿瘤细胞移动。FAK的自磷酸化位点Tyr397对于蛋白质酪氨酸激酶分子，比如c-Src和其它蛋白分子如PI3K，Grb7等有较高的识别力和亲和力，而活化的Src对于FAK介导的细胞移动至关重要。Jones等［14］的研究表明Tyr397磷酸化后可以与Src的SH2结构域结合，激活下游PI3K/Akt通路。有研究发现FAK si-RNA可抑制性调节下游细胞运动的关键节点FRNK的表达，进而推测FAK可能在细胞运动中发挥重要作用。该实验结果显示FRNK表达的下降主要是通过影响Src的磷酸化，这就使得FAK/Src复合物的形成受到影响，导致粘着斑的分解受到抑制，从而影响细胞迁移［15］。还有研究证明了细胞外的信号通过与FERM结合来激活FAK，Cas和Grb2分别通过脯氨酸和Tyr925与活化的FAK结合并激活Ras/MAPK/ERK通路，控制细胞移动和侵袭［16］。

Paxillin是一种存在于细胞胞质内关键的衔接蛋白，是FAK下游的焦点粘附调节蛋白之一。Du等［17］报道，Paxillin的磷酸化在细胞的迁移和移动中扮演着重要的角色。另外，庞霞等［18］的研究显示Paxillin的表达和激活不仅体现于不同的侵袭性肿瘤组织中，而且在淋巴管的侵袭、淋巴结的转移等调节肿瘤转移的关键过程中发挥重要作用。Paxillin和p130Cas是FAK/Src下游的重要靶分子，二者发生磷酸化之后可以通过Erk通路介导整合素通路传导的信号，从而促进细胞的侵袭。最近有研究报道p130Cas和FAK可以形成复合物FAK/v-Src/ p130Cas，伴随着JNK通路的激活来促进侵袭。另外Grb7通过结合磷酸化的FAK，二者形成的复合物可以激活paxillin的Y118位点来促进细胞移动［19］。

另有研究表明E-钙粘蛋白（E-cadherin）在肿瘤的发展和转移中发挥着重要作用，其主要分布在上皮细胞中，与维持上皮细胞形态、细胞极性及组织结构完整性密切相关。E-钙粘蛋白在肝、乳腺等的正常组织中表达比较多，在相应癌组织中其表达往往下降或缺如，且与肿瘤的转移及良恶性呈负相关［20］。Serrels等［21］发现FAK可能参与E-钙粘蛋白的调节以及上皮间质转化（EMT）的过程。EMT过程中，FAK与Src形成复合物调控E-钙粘蛋白的表达，上皮细胞失去极性，细胞之间紧密连接和粘附连接能力下降，而获得了浸润性和游走迁移能力，演变为具有间质细胞形态和特性的细胞，进而增强了细胞的侵袭和转移能力。Min等［22］证明了通过特异性的si-RNA降低FAK表达可以下调下游趋化因子MCP-1/CCL2的产生，抑制肿瘤相关成纤维细胞引起的侵袭转移。

肿瘤浸润与转移的关键问题是细胞外基质（extracellular matrix，ECM）成分的降解，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）可以降解ECM，从而促进肿瘤细胞的移动侵袭。有研究表明通过启动子报告实验和染色质免疫沉淀实验发现，Krüppel-like factor 8（KLF8）可以直接结合并调节MMP14基因的启动子，促进乳腺癌的转移，而分别通过抑制剂和si-RNA降低FAK的表达可以明显抑制MMP14的活性，表明FAK和KLF8存在相互协同作用，共同促进MMP14的活性，导致乳腺癌的转移［23］。

4 FAK与肿瘤细胞的增殖与凋亡

肿瘤的发生与细胞的增殖与凋亡失调有着密切关系，二者平衡的失调导致细胞凋亡不足、凋亡敏感性降低等。细胞粘附与细胞外基质是细胞存活的基本条件。有一种特殊的细胞死亡，是由于细胞与细胞外基质或相邻细胞脱离接触而诱发的-失巢凋亡（anoikis），在机体发育、组织自身平衡、疾病发生和肿瘤转移中起重要作用。细胞粘附分子FAK通过PI3K/Akt激酶信号通路来维持细胞与细胞外基质的粘附，而FAK信号的异常就会导致失巢现象的产生［24］。细胞外基质及其分子不仅为细胞提供适宜的微环境，而且还负责传导“生存信号”。作为整合素信号通路的“传感器”，FAK激活之后，可以通过介导Akt和NF-kB通路来抑制肿瘤细胞凋亡［25］。另外Yang等［26］利用特异性FAK的sh-RNA来干扰FAK的表达，结果表明FAK失活可以通过半胱天冬酶（cas-

pase）介导的信号通路来诱导小鼠骨肉瘤细胞的凋亡。FAK被证明可与半胱天冬酶相互作用，而半胱天冬酶是凋亡途径的起始者，去除FAK的细胞最终发生凋亡。Sonoda等［27］的研究证明通过抑制细胞凋亡蛋白酶--半胱天冬酶活性，过表达的FAK可以促进裸鼠的肿瘤形成以及细胞的克隆集落，降低细胞对凋亡的敏感性，另外，FAK的持续表达可以使细胞外的信号不断放大，抑制肿瘤细胞失去细胞外粘附后发生细胞凋亡，并且促进肿瘤细胞的增殖和迁移。有研究发现p53可以结合到FAK基因的启动子上并且抑制其活性，激活相应的通路，发出凋亡信号［28］。过表达的p53可以抑制FAK的mRNA和蛋白水平的表达，在FAK敲除的小鼠体内则未形成肿瘤。2014年Shang等［29］发现FAK的缺失可以有效地抑制c-MET/β-catenin诱发的肿瘤形成并且可以延长c-MET/β-catenin导致的肝细胞癌动物模型的生存时间，这些都进一步说明FAK在肿瘤形成过程中起关键作用。

有研究证明FAK可通过其本身的FERM结构域促使p53降解非依赖性激酶活性，使得细胞增殖，这提示FAK与肿瘤增殖密切相关［30］。FAK也可以与其它信号通路产生“互话”，促进肿瘤细胞生存，比如FAK下游的靶基因Src和表皮生长因子受体信号通路的相互协作，反过来同时抑制Src/FAK和EGFR/ FAK就可以更有效地增加肿瘤细胞的凋亡。

5 FAK对肿瘤治疗的影响

FAK在多种恶性肿瘤中表达增强，且大多为较早期事件，可以成为肿瘤诊断的分子标志物。有报道表明FAK可作为胃癌治疗的一个重要靶点，抑制FAK的功能可以阻断多条与肿瘤相关的信号通路。因此抑制FAK的表达，降低其活性成为肿瘤治疗的一个新靶点［31］。2002年Kohno等［32］发现应用FAK的小分子抑制剂可下调FAK的表达并可减少CD151诱导的肿瘤细胞移动和侵袭。Halder等［33］于2007年在紫杉烷敏感的SKOV3ip1和HeyA8细胞中以及紫杉烷耐药的HeyA8-MDR细胞中使用FAK的抑制剂TAE226，结果发现在两种细胞中都能有效阻断FAK的Y397和Y861位点的磷酸化，抑制肿瘤细胞的生长并且加强了紫杉烷介导的生长抑制。而且，Heffler等［34］发现利用抑制剂来下调FAK的表达，不仅可以抑制FAK的表达，而且还增强了肿瘤细胞对氟尿嘧啶等DNA损伤剂的敏感性，引起细胞对化疗药物敏感性的增加。另有研究显示在使用化疗药物顺铂的同时，下调FAK的表达可以显著增加疗效，并且协同应用比单用一种治疗方法效果更佳，提示FAK与肿瘤细胞对放疗的敏感性有密切关系。综上，单一抑制FAK的表达不能达到更好的治疗效果，而如何将FAK的小分子抑制剂和其它治疗方法结合以及深入了解其中的机制，达到更理想的效果还需要进一步研究。

6 展望

FAK是细胞表面的重要粘附分子，在多种肿瘤中高表达，成为最新的研究热点之一。近年来，越来越多文献显示FAK在恶性肿瘤的形成及转移中发挥重要作用，提示FAK可成为肿瘤诊断的一个有用的标志物和治疗靶点，对判断肿瘤生物学行为及其预后具有重要意义。FAK参与肿瘤细胞的增殖与凋亡、促进肿瘤细胞的迁移，并与肿瘤细胞侵袭转移有密切关系，但目前FAK在肿瘤治疗过程中的作用机制尚未完全阐明，仍需进一步研究与探索。随着对FAK的深入研究，其在肿瘤发生发展和治疗中的重要作用和意义将进一步明确，为肿瘤治疗带来新的思路和方法。

1Martin TA.The role of tight junctions in cancer metastasis［J］. Semin Cell Dev Biol，2014，36：224-231.

2Paszek MJ，Dufort CC，Rossier O，et al.The cancer glycocalyx mechanically primes integrin-mediated growth and survival［J］.Nature，2014，511（7509）：319-325.

3Wang C，Jiang K，Gao D，et al.Cluterin Protects Hepatocellular Carinoma Cells from Endplasmic Reticulum Stress Induced Apoptosis through GRP78［J］.PLOS ONE，2013，8（2）：e55981.

4Goñi GM1，Epifano C2，Boskovic J，et al.Phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate triggers activation of focal adhesion kinase by inducing clustering and conformational changes［J］.Proc Natl Acad S c i U S A，2014，111（31）：E3177-E3186.

5Rustad KC，Wong VW，Gurtner GC，et al.The role of focal adhesion complexes in fibroblast mechanotransduction during scar formation［J］.Differentiation，2013，86（3）：87-91.

6Schaller MD，Otey CA，Hildebrand JD，et al.Focal Adhesion Kinase and Paxillin Bind to Peptides Mimicking β Integrin Cytoplasmic Domains［J］.J Cell Biol，1995，130（5）：1181-1187.

7Hauck CR，Hsia DA，Schlaepfer DD，et al.The Focal Adhesion Kinase-A Regulator of Cell Migration and Invasion［J］.IUBMB Life，2002，53（2）：115-119.

8Figel S，Gelman IH.Focal Adhesion Kinase Controls Prostate Cancer Progression Via Intrinsic Kinase and Scaffolding Functions［J］. Anticancer Agents Med Chem，2011，11（7）：607-616.

9Cance WG，Harris JE，Iacocca MV，et al.Immunohistochemical Analyses of Focal Adhesion Kinase Expression in Benign and Malignant Human Breast and Colon Tissues：Correlation with Preinvasive and Invasive Phenotypes［J］.Clin cancer res，2000，6（6）：2417-2423.

10 Miyazaki T，Kato H，Nakajima M，et al.FAK overexpression is correlated with tumour invasiveness and lymph node metastasis in oesophageal squamous cell carcinoma［J］.Br J Cancer，2003，89（1）：140-145.

11 Mierke CT.The role of focal adhesion kinase in the regulation of cellular mechanical properties［J］.Phys.Biol，2013，10（6）：065005.

12 Golubovskaya VM.FAK and Nanog cross talk with p53 in Cancer Stem Cells［J］.Anticancer Agents Med Chem，2013，13（4）：576-580.

13 Quadri SK.Cross talk between focal adhesion kinase and cadherins：role in regulating endothelial barrier function［J］.Microvasc Res，2012，83（1）：3-11.

14 Jones RJ，Brunton VG，Frame MC，et al.Adhesion-linked kinases in cancer；emphasis on Src，focal adhesion kinase and PI3-kinase［J］.Eur J Cancer，2000，36（13）：1595-1606.

15 Cheng SY，Sun G，Schlaepfer DD，et al.Grb2 Promotes Integrin-Induced Focal Adhesion Kinase（FAK）Autophosphorylation and Directs the Phosphorylation of Protein Tyrosine Phosphataseby the Src-FAK Kinase Complex［J］.Mol Cell Biol，2014，34（3）：348-361.

16 Aponte M，Jiang W，Lakkis M，et al.Activation of Platelet-Activating Factor Receptor and Pleiotropic Effects on Tyosine Phospho-EGFR/Src/FAK/Paxillin in Ovarian Cancer［J］.Cancer Res，2008，68（14）：5839-5848.

17 Du T，Qu Y，Li J，et al.Maternal embryonic leucine zipper kinase enhances gastric cancer progression via the FAK/Paxillin pathway［J］.Molecular Cancer，2014，13：100.

18 Xia Pang，Minglei Li，Zhihua Zhao，et al.Expression and clinical significance of FAK、Paxillin and MMP-9 protein in esophageal squamous cell carcinoma tissue［J］.Chongqing Medical，2011，40（17）：1367-1369.［庞霞，李晟磊，赵志华，等.食管鳞状细胞癌组织中FAK、Paxillin和MMP-9蛋白的表达及临床意义［J］.重庆医学，2011，40（17）：1367-1369.］

19 Boivin B，Chaudhary F，Dickinson BC，et al.Receptor protein-tyrosine phosphatase α regulates focal adhesion kinase phosphorylation and ErbB2 oncoprotein-mediated mammary epithelial cell motility［J］.J Biol Chem，2013，288（52）：36926-36935.

20 Asiaf A，Ahmad ST，Aziz SA，et al.Loss of Expression and Aberrant Methylation of the CDH1（E-cadherin）Gene in Breast CancerPatients from Kashmir［J］.Asian Pac J Cancer Prev，2014，15（15）：6397-6403.

21 Serrels A，Canel M，Brunton VG，et al.Src/FAK-mediated regulation of E-cadherin as a mechanism for controlling collective cell movement［J］.Cell Adh Migr，2011，5（4）：360-365.

22 Min A，Zhu C，Wang J，et al.Focal Adhesion Kinase Knockdown in Carcinoma-Associated Fibroblasts Inhibits Oral Squamous Cell Carcinoma Metastasis via Downregulating MCP-1/CCL2 Expression［J］.J Biochem Mol Toxicol，2014，doi：10.10021jbt.21669.

23 Lu H，Hu L，Yu L，et al.KLF8 and FAK cooperatively enrich the active MMP14 on the cell surface required for the metastatic progression of breast cancer［J］.Oncogene，2014，33（22）：2909-2017.

24 Kwiatkowska A，Kijewska M，Lipko M，et al.Downregulation of Akt and FAK phosphorylation reduces invasion of glioblastoma cells by impairment of MT1-MMP shuttling to lamellipodia and downregulates MMPs expression［J］.Biochimica et Biophysica Acta，2011，1813（5）：655-667.

25 You JJ，Yang CH，Yang CM，et al.Cyr61 induces the expression of monocyte chemoattractant protein-1 via the integrin ανβ3，FAK，PI3K/Akt，and NF-κB pathways in retinal vascular endothelial cells［J］.Cell Signal，2014，26（1）：133-140.

26 Yang S，Wang L，Kong Q，et al.Depression of Focal Adhesion Kinase Induces Apoptosis in Rat Osteosarcoma OSR-6 Cells in a Caspase-Dependent Pathway［J］.Cell Biochem Biophys，2014，70（2）：765-770.

27 Sonoda Y，Matsumoto Y，Funakoshi M，et al.Anti-apoptotic role of focal adhesion kinase（FAK）.Induction of inhibitor-of-apoptosis proteins and apoptosis suppression by the overexpression of FAK in a human leukemic cell line，HL-60［J］.J Biol Chem，2000，275（21）：16309-16315.

28 Golubovskaya VM，Canc W，et al.Focal Adhesion Kinase and p53 signal transduction pathways in cancer［J］.Front Biosci（Landmark Ed），2010，15：901-912.

29 Shang N，Arteaga M，Zaidi A，et al.FAK is required for c-Met/ β-catenin-driven hepatocarcinogenesis［J］.Hepatology，2015，61（1）：214-226.

30 Lim ST，Chen XL，Lim Y，et al.Nuclear FAK promotes cell proliferation and survival through FERM-enhanced p53 degradation［J］. Mol Cell，2008，29（1）：9-22.

31 Shanthi E，KrishnaMH，Arunesh GM，et al.Focal adhesion kinase inhibitors in the treatment of metastatic cancer：a patent review［J］.Expert Opin Ther Pat，2014，24（10）：1077-1100.

32 Kohno M，Hasegawa H，Miyake M，et al.CD151 enhances cell motility and metastasis of cancer cells in the presence of focal adhesion kinase［J］.Int J Cancer，2002，97（3）：336-343.

33 Halder J，Lin YG，Merritt WM，et al.Therapeutic Efficacy of a Novel Focal Adhesion Kinase Inhibitor TAE226 in Ovarian Carcinoma［J］.Cancer Res，2007，67（22）：10976-10983.

34 Heffler M，Golubovskaya VM，Dunn KM，et al.Focal adhesion kinase autophosphorylation inhibition decreases colon cancer cell growth and enhances the efficacy of chemotherapy［J］.Cancer Biol Ther，2013，14（8）：761-772.

（2014-08-22收稿）

（2014-10-25修回）

（编辑：周晓颖）

Research progress on the relationship between FAK and cancer

Lingmei LI,Wenfeng CAO

Wenfeng CAO;E-mail:caowenfeng@tjmuch.com

Focal adhesion kinase(FAK),a type of protein tyrosine kinase in the cytoplasm,is highly expressed in many types of malignant tumors.FAK is named as such because of its close relationship with the cell adhesion function.Recent studies show that FAK is expressed in many tumor cells and has a definite relationship with cancer progress,metastasis,and prognosis.Accordingly,FAK has become one of the new tumor therapeutic targets that will bring new methods for tumor therapy.

focal adhesion kinase,cancer,metastasis,apoptosis