Kindlin-2与整合素在机体中的研究进展

吴校林,周 青

(襄阳市中心医院 湖北文理学院附属医院心血管内科,湖北 襄阳 441000)

Kindlin家族是一类黏着斑蛋白，也是细胞骨架蛋白。目前该家族已经鉴定出3个成员，分别是Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3，这3个成员的分子结构相似，具有较高的保守性和同源性[1-2]。Kindlin-2在除造血细胞外的所有细胞中均有分布，在内皮细胞、骨骼肌和平滑肌中含量较高，且Kindlin-2是唯一可以在胚胎干细胞和心肌细胞中表达和分布的Kindlin家族成员[3]。Kinldin-2能与细胞中的整合素、整合素连接激酶(integrin-linked kinase,ILK)、踝蛋白、migfilin及桩蛋白等结合，影响细胞的增殖、黏附、迁移、分化以及参与整合素的活化等[1-4]。研究发现，Kindlin-2与心血管疾病、胚胎形成、肿瘤侵袭以及免疫系统功能密切相关，Kindlin-2基因敲除小鼠和斑马鱼具有胚胎致死性，并导致血管发育不成熟和心脏功能不全；在肝癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌等恶性肿瘤中，Kindlin-2在基因和蛋白水平表达增加，而Kindlin-2能够影响肿瘤细胞的侵袭力和耐药性[5-9]。现就Kindlin-2和整合素的结构、生理功能以及与疾病的相关性进行综述。

1 Kindlin家族概述

Kindlin-2是1994年由Wick等[10]筛查出的新的血清诱导型基因。Kindlin-2有62%的氨基酸与Kindlin-1相同，而Kindlin-3有49%的氨基酸与Kindlin-1相同[10-11]。目前已鉴定出三者对应的基因，其中Kindlin-1对应的基因是FERMT1，位于第20号染色体12.3；Kindlin-2是FERMT2，位于第14号染色体22.1；Kindlin-3是FERMT3，位于第11号染色体13.1[11]。这3种人类Kindlin基因的表达和分布具有显著的组织和细胞特异性。Kindlin-1主要在上皮细胞表达，缺乏Kindlin-1会导致肠道和皮肤疾病[12-14]。Kindlin-2的表达和分布非常广泛，分布于除造血细胞外的所有细胞[3,15]。Kindlin-1和Kindlin-2蛋白主要定位在黏着斑中[12]。Kindlin-3主要在造血系统细胞中表达，如胸腺、骨髓以及脾脏，内皮细胞中也有Kindlin-3的表达，其主要定位于造血细胞的胞足体[3]。

Kindlin家族含有一个典型的FERM结构域(four-point-one，ezrin，radixin，moesin)。FERM结构域由F1、F2、F3三个亚结构域组成，而在Kindlin的核心序列前常有一个F0亚结构域[1-3,16]。F3亚结构含有一个磷酸化酪氨酸结合域(phosphotyrosine-binding domain，PTB)，可与整合素β亚基胞内段含酪氨酸的NxxY或NPxY序列结合，调节Kindlin蛋白的磷酸化和功能[16-17]。Kindlin的FERM结构域位于C端，而在踝蛋白等其他具有FERM结构域的蛋白中，FERM结构域位于N端[18-19]。F2亚结构域中还插入了一个PH(pleckstrin-homology)结构域，其具有磷脂酰肌醇结合位点，参与信号转导通路的调节。因此，Kindlin蛋白结构不仅保留了FERM结构域的完整性，还增加了PH结构域的功能[16-18]。

2 Kindlin-2在细胞中的作用

2.1Kindlin-2在细胞-细胞连接中的作用 研究发现，Kindlin-2与上皮钙黏素共定位于角化细胞的顶部和侧面，并能结合β联蛋白、γ联蛋白以及肌动蛋白，稳定上皮钙黏素与肌动蛋白复合体[13-14]。此外，在心脏和结肠的黏着斑中也发现了Kindlin-2[5,14]。在Kindlin-2+/-杂合子小鼠主动脉内皮细胞中，Kindlin-2与β联蛋白、γ联蛋白、肌动蛋白黏着连接组成的钙黏素复合体存在共定位，使用凝血酶刺激脐静脉内皮细胞后，Kindlin-2和肌动蛋白从稳定的黏着连接中分离并重新分布，导致黏着连接不稳定，而Kindlin-2与钙黏素复合体结合后能够稳定黏着连接，维持血管的通透性[7]。以上研究证明，Kindlin-2可维持细胞-细胞连接和细胞骨架结构。

2.2Kindlin-2在细胞-细胞外基质黏附和细胞迁移中的作用 Tu等[20]研究发现，人Kindlin-2蛋白定位于细胞-细胞外基质黏附位点，可直接与黏着斑蛋白整合素连接激酶以及migfilin结合。Kindlin-2或migfilin表达的下调会抑制细胞延展，同时migfilin与细丝蛋白和舒血管物质刺激磷蛋白结合，成为肌动蛋白细胞骨架与细胞-基质黏附复合体之间的重要连接[21-22]。在不表达Kindlin-2的结肠癌细胞中，表达Kindlin-2蛋白能增强癌细胞与细胞外基质的黏附，促进黏着斑形成，降低细胞的迁移力[21]。研究发现，Kindlin-2 F2亚结构域上的氨基酸序列与整合素连接激酶结合可调节黏着斑聚集，影响整合素介导的细胞黏附[22]。Kindlin-2的PH结构域和F0亚结构域与桩蛋白结合后可激活Rac1诱导的细胞膜前突促进细胞黏附[23]。Kindlin-2与踝蛋白结合可激活整合素诱导小鼠成纤维细胞在纤连蛋白上的黏附，且Kindlin-2能与桩蛋白结合形成复合体，促进黏着斑激酶介导的细胞迁移，缺乏Kindlin-2的成纤维细胞黏附纤连蛋白的能力显著下降[24-25]。通过RNA干扰技术下调Kindlin-2的表达能够抑制大鼠血管平滑肌细胞的黏附和迁移能力[26]。

2.3Kindlin-2在细胞核中的作用 Kindlin-2蛋白主要定位于细胞黏着斑，有少部分定位于细胞核。组织学研究发现，Kindlin-2在人类平滑肌细胞和角化细胞中存在核定位[12]。Kindlin-2是与细胞周期相关的有丝分裂诱导基因，可以调控细胞增殖和分化[4,10]，因此Kindlin-2可以介导与细胞核相关的功能。与Kindlin-2相互作用的蛋白migfilin和踝蛋白也定位于细胞核，并参与细胞信号的转录调控[21,27]。Kindlin-2基因RNA干扰还可通过Wnt/β联蛋白信号通路抑制大鼠血管平滑肌细胞增殖[26]。以上研究提示，Kindlin-2在细胞核内发挥信号调节的作用。

3 Kindlin-2与整合素的关系

3.1整合素的结构功能及活化 整合素是各种细胞中常见的一类跨膜受体，是连接细胞外基质环境和细胞内信号转导的重要纽带，主要通过双向的信号转导介导细胞与细胞外基质的黏附、迁移以及分化等细胞事件，参与许多关键的生理过程，包括胚胎形成、血管生成、神经轴突生长、止血及维持机体内器官的完整等[28]。哺乳动物的整合素包括18个α亚基和8个β亚基，可形成24个不同的异二聚体，并且整合素的表达具有一定的细胞特异性，与配体的亲和力也不尽相同。整合素本身不具有内在酶活性，但整合素异二聚体可通过募集大量蛋白组装成功能多样的蛋白复合体，介导细胞结构的变化和信号转导功能。整合素与肌动蛋白、踝蛋白、Vinculin等蛋白形成复合体，通过黏着斑激酶、整合素连接激酶调节对细胞外基质的亲和力以及细胞内肌动蛋白的收缩，影响细胞骨架蛋白的结构，进而调节细胞的迁移和黏附等。研究表明，大部分整合素募集的蛋白是特定的，这些蛋白大多是细胞的骨架结构蛋白，如踝蛋白、vinculin、Kindlin以及舒血管物质刺激磷蛋白，部分蛋白结合的整合素也相对固定[15,28]。

蛋白组学的发展让人们对整合素的作用机制有了更进一步的认识。在血小板和白细胞这些非黏附细胞中，整合素主要以弯曲构象存在，使细胞表面的配体结合位点封闭并远离结合部位，这个结构主要由α和β亚基胞内段靠近细胞膜区域形成的共价连接维持[28]。整合素的信号转导具有双向性，可以激活内向外信号和外向内信号。当激动剂与相关配体结合后引起细胞内信号分子与整合素胞内段相互作用时，产生内向外信号，导致整合素活化，整合素从对细胞外基质、可溶性蛋白等配体的低亲和力状态转变为高亲和力状态，使整合素受体与配体的结合能力增强，Kindlin家族蛋白主要在这个过程中发挥重要作用；整合素活化后，细胞外的配体与整合素的胞外段紧密结合并产生外向内信号，引起细胞骨架结构重组，构象改变，细胞形成伪足、黏着斑等结构，从而发挥重要的生理作用[28-29]。

3.2Kindlin-2调节整合素的活化 Kindlin家族蛋白在结构上能够与整合素β亚基的胞内段结合，调节整合素的双向信号转导和生理功能，Kindlin-2能与β1、β2、β3整合素的胞内段结合[1-3]。研究发现，Kindlin-2 F3亚结构域中的NxxY或NPxY序列是与整合素结合的主要位点[17,20]。Kindlin-2缺乏或功能失调时会严重影响整合素的活化和机体的生理功能。缺乏Kindlin-2蛋白的胚胎干细胞会导致β1整合素不能活化，进而导致围生期胚泡被破坏[15]。Shi等[21]在表达有整合素αⅡbβ3的中国仓鼠卵巢细胞中观察到，过表达Kindlin-2能活化整合素，因为过表达的Kindlin-2与整合素β3亚单位胞内段结合后增强了整合素αⅡbβ3的活性。进一步研究发现，Kindlin-2磷酸化酪氨酸结合域中的色氨酸和谷氨酰胺是Kindlin-2发挥关键作用的氨基酸，这两个氨基酸被丙氨酸替代后，导致Kindlin-2不能与整合素β3亚单位胞内段结合，从而使整合素αⅡbβ3不能活化[18,22]。在人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)中抑制Kindlin-2的表达后，HUVEC在纤维蛋白原、玻连蛋白上的黏附显著减少，并抑制血管内皮生长因子诱导的HUVEC在纤维蛋白原、玻连蛋白上的迁移，说明Kindlin-2影响αVβ3的活化[18]。小鼠内皮细胞和C2C12成肌细胞中Kindlin-2水平的下降可破坏肌动蛋白细胞的骨架结构，主要由于Kindlin-2中的F0亚结构域与肌动蛋白结合影响整合素外向内信号所致[24]，且Kindlin-2的C端区域也影响整合素的激活[30]。以上研究证实，Kindlin-2可与整合素胞内段结合并使其活化，进而影响细胞的一系列生理功能。

4 Kindlin-2调节整合素影响相关疾病

4.1Kindlin-2与整合素在心血管系统中的作用 Kindlin-2基因敲除小鼠心脏发育会出现严重异常，并具有胚胎致死性，且胚胎干细胞黏附于层粘连蛋白和纤连蛋白的能力显著降低，这与β1整合素不能被激活密切有关[5,15]。Dowling等[5]通过RNA干扰技术抑制斑马鱼的Kindlin-2基因后，斑马鱼的活动能力出现下降、体型发育明显异常、心室发育不全、心包出现水肿、心肌细胞肌间盘紊乱引起心室收缩功能降低。进一步研究发现，Kindlin-2基因敲除的杂合子斑马鱼和小鼠新生血管数量减少，形成的血管缺乏中膜血管平滑肌细胞，且血管基膜的厚度变薄，血管通透性明显增加，提示血管发育不成熟，这可能与Kindlin-2基因缺陷导致整合素αVβ3的活化受阻，进而影响血管的形成和发展有关[6]。将携带Kindlin-2小干扰RNA的慢病毒载体注入球囊损伤的大鼠颈动脉后，可显著抑制1个月后的颈动脉内膜增生，Wnt/β联蛋白信号通路在其中起重要作用[26]。在小鼠心脏发育早期敲除Kindlin-2基因具有胚胎致死性，而在妊娠晚期或成熟的心肌细胞中敲除Kindlin-2基因会导致心力衰竭和过早死亡，这与心脏扩大和心肌广泛纤维化有关，心脏中β1整合素蛋白的表达也显著下降[31]。与Kindlin-1基因突变引起Kindler综合征[32]和Kindlin-3基因突变引起白细胞黏附缺陷症Ⅲ型[33]不同，目前还没有发现因Kindlin-2基因缺失或突变导致的特定人类遗传性疾病，考虑与Kindlin-2在机体中分布广泛和基因功能缺失性突变导致的胚胎死亡有关。Kindlin-2基因非致死性突变可能会引起某种具有遗传性质的心肌病，如扩张型心肌病、肥厚型心肌病等[5,31]。

4.2Kindlin-2与整合素在肿瘤疾病中的作用 目前发现，Kindlin-2在多种肿瘤中表达失调，如前列腺癌、乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、食管鳞状细胞癌、胃癌、膀胱癌以及急性髓性白血病等[8]。Kindlin-2通过调节癌细胞的存活、增殖、迁移、黏附、侵袭等影响肿瘤的进展和转移。在前列腺癌中，Kindlin-2高表达的细胞系对顺铂的耐受性高，而敲除Kindlin-2基因的细胞系对顺铂的敏感性增强[34-35]。在前列腺癌细胞系中，下调Kindlin-2的表达可显著增强前列腺癌细胞对多西紫杉醇诱导的细胞凋亡和细胞死亡的敏感性[34]。通过miR-138特异性靶向抑制前列腺癌细胞系中的Kindlin-2，可导致Kindlin-2/β1整合素途径失调，提示miR-138/Kindlin-2/β1整合素信号转导轴对调节化疗药物的敏感性至关重要[34]。Kindlin-2可通过激活核因子κB(nuclear factor kappa beta,NF-κB)促进前列腺癌细胞存活[35]。NF-κB能介导基质金属蛋白酶的表达和活性上调，前列腺癌细胞的侵袭能力也被激活[35]。在乳腺癌中，Kindlin-2可影响癌细胞的侵袭性和迁移性，其可能通过Kindlin-2/转化生长因子-β/生长因子集落刺激因子-1信号轴发挥作用[8]。在肝癌组织中，Kindlin-2在基因和蛋白水平的表达明显增加，且Kindlin-2能通过Wnt/β联蛋白信号通路促进肝癌细胞的侵袭和转移[9]。在食管鳞状癌细胞中，通过RNA干扰抑制Kindlin-2或转染miR-200b可抑制黏着斑的形成，降低细胞延展和迁移的能力，这主要通过Kindlin-2-β1整合素-蛋白激酶B信号轴实现[36]。以上研究提示，Kindlin-2可通过活化整合素参与肿瘤细胞的增殖、分化、侵袭以及黏附等，因此Kinlin-2蛋白有望成为预测恶性肿瘤的重要生物标志物，并用于指导肿瘤的分期和治疗。

5 展 望

Kindlin-2在整合素的活化及其介导的双向信号转导过程中起重要的调节作用。Kindlin-2对于心脏和血管的形成与发展具有重要意义，并影响着肿瘤的发生发展以及侵袭性和耐药性，这均与Kindlin-2调节整合素的活化有关。但目前关于Kindlin-2影响整合素从低亲和力状态转变为高亲和力状态的具体机制和信号转导通路尚不清楚。因此，针对Kindlin-2与整合素的作用机制进行研究可以加深对Kindlin家族蛋白和整合素的认识，且有助于发现Kindlin-2相关疾病，并为临床上诊断和治疗这些疾病提供新方向。