整合素α7与肿瘤关系的研究进展

张西德 ，倪 豪 ，陆文博，徐 莎，熊 俊 *

(1．海军军医大学基础医学院组织胚胎学教研室，上海 200433；2．海军军医大学转化医学研究中心，上海 200433；3．海军军医大学基础医学院学员十二队，上海 200433)

整合素(integrin)是一类分布于细胞膜上的跨膜糖蛋白受体，通过与特异性配体结合，介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质(extracellular matrix，ECM)之间的黏附，所形成的整合素黏附复合物(integrin adhesion complexes，IACs)可以激活细胞内下游分子以及信号通路，从而使细胞对外界信号作出相应的反应，参与包括细胞增殖、细胞凋亡、细胞迁移和侵袭等细胞生物学行为的调控[1]。完整的整合素受体分子是由α亚基和β亚基通过非共价结合形成的异二聚体复合体，目前已知的整合素家族包含18种α亚基和8种β亚基，形成累计24种异二聚体复合体。游离的α亚基和β亚基不存于细胞表面，通常细胞中存在过量的β亚基，而α亚基的数量决定了细胞表面整合素受体的数量[2-3]。整合素α7(integrin alpha 7，ITGA7)是整合素α亚基家族成员之一，与整合素β1结合形成α7β1异二聚体复合体。较早的研究表明整合素α7参与了骨骼肌的正常发育和肠道细胞的分化调节[4-5]，近年来越来越多的证据显示整合素α7与肿瘤的发生发展密切相关。阐明整合素α7在肿瘤细胞增殖和凋亡、迁移和侵袭、上皮间充质转化、干细胞特性调节等过程中的作用及其机制，将为肿瘤预防、诊断治疗以及抑制肿瘤细胞侵袭转移等方面提供新的思路和途径。现就整合素α7的结构和功能，以及其在胶质母细胞瘤、食管鳞状细胞癌、肝细胞癌、前列腺癌等多种肿瘤进程中的研究进展作一综述。

1 整合素α7的结构和功能

整合素α7蛋白是Kramer等[6]在1991年从黑色素瘤细胞中鉴定出来，与整合素β1亚基结合形成α7β1异二聚体复合体，但在正常黑色素细胞中未检测到，提示整合素α7表达可能与黑色素细胞恶性转化有关。α7β1异二聚体复合体也是一种层黏连蛋白(laminin)受体，通过使用特异性蛋白水解衍生的laminin片段，确定α7β1异二聚体复合体选择性地结合E8区域(laminin长臂的一部分)，而不与P1片段(laminin短臂的交叉点)结合。整合素α7蛋白全长1 137个氨基酸，包括信号肽、胞外部分、穿膜区和胞内部分，胞外部分具有7个保守重复结构域和3个二价阳离子结合区域。整合素α7基因是Wang等[7]在1995年采用Southern blot和原位杂交技术，证实人类基因组中只有1个整合素α7基因，并且定位于染色体12q13上。整合素α亚基序列的系统发育分析(phylogenetic analysis)表明早期整合素基因经两条途径进化，形成两个亚家族：I-整合素α亚基家族(包括整合素α1、α2、α10、α11、αL、αM、αX、αD和αE)和非I-整合素α亚基家族(包括整合素α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、αV和αIIb)[8]。其中I-整合素α亚基家族成员含有大约180个氨基酸的I结构域(插入或相互作用结构域)，是在古老时期插入非I-整合素α亚基基因后出现、并进一步进化形成，这一亚家族仅存在于脊椎动物。7种非I-整合素α亚基基因位于2号、12号和17号染色体上的簇中，与人类同源框(homeobox，HOX)基因簇的定位密切相关。HOX基因簇决定了身体结构的构造基础，整合素基因簇则是构建细胞与细胞、细胞与ECM之间相互作用，两者在胚胎发育过程中极为重要，由此推测HOX基因簇和整合素基因簇之间可能存在平行和协同进化过程[7]。整合素α7属于非I-整合素α亚基家族，与HOX基因簇C簇(homeobox C cluster，HOXC)相邻，HOX基因异常会导致异常发育和肿瘤发生，提示整合素α7基因古老且进化保守，极可能与发育过程和肿瘤发生也密切相关。

Vignier等[9]通过对D12S312和D12S90之间的区域进行高分辨率辐射杂交作图分析后，也显示整合素α7基因定位于染色体12q13，证实该基因由至少27个外显子组成，分布在长度约22.5 kb的区域内，所有外显子-内含子边界的序列符合已有共识的GT-AG剪接序列，第1内含子中鉴定出CA-重复微卫星。在人组织中还鉴定出整合素α7的转录剪接变体，包括α7A和α 7B(与胞内序列有关)、X1和X2(与胞外序列有关)，这些变体受到发育调控且具有组织特异性。除这4种常见的转录剪接变体之外，还存在α7C、α7D、X3、X4、X5转录剪接变体，其中X4和X5还可分别翻译成缺失297和362个氨基酸的蛋白质。目前基因数据库中显示，整合素α7基因定位于染色体12q13.2，含31个外显子，可生成十几种转录剪接变体并编码十几种相应的蛋白。整合素α7具有多种转录剪接变体和相应的蛋白变体，以及新近还发现相关的环状RNA(circITGA7)[10-11]，这增加了该分子的多样性和复杂性。

整合素α7的功能在骨骼肌的成肌细胞中研究较早。α7β1异二聚体复合体是骨骼肌发育早期成肌细胞和成人肌纤维上主要的IACs，是laminin-1、laminin-2和laminin-4的特异性受体。骨骼肌发生过程中，laminin与α7β1异二聚体复合体和肌营养不良糖蛋白复合物 (dystrophinglycoprotein complex，DGC)的胞外成分α-营养不良聚糖(α-dystroglycan)结合，促使骨骼肌纤维正常发育；在成人肌纤维上，α7β1异二聚体复合体则起到维持肌纤维的细胞结构及其与ECM的锚定、保持肌纤维活动力的作用。人和小鼠中整合素α7的缺失将导致肌肉营养不良[12]。对于正常组织或细胞，整合素α7的主要功能是与整合素β1一起构成laminin受体，介导细胞与细胞、细胞与ECM间的相互黏附，并将细胞外信号传导至细胞内，使细胞维持稳定或作出相应的反应。

2 整合素α7在肿瘤进程中的作用

越来越多的研究表明，多种肿瘤组织中整合素α7存在异常表达，并通过影响其与相关配体的结合，以及相应的胞内信号传导，进而影响肿瘤细胞的生物学行为和肿瘤的演进过程(表 1)。

表1 整合素α7与8种肿瘤的关系研究报道

2.1 整合素α7与胶质母细胞瘤

胶质母细胞瘤是常见的成人恶性脑瘤，其生长速度快，具高浸润潜能和治疗抵抗，预后差，中位生存期约为14个月。Haas等[13]通过制备针对原发性胶质母细胞瘤细胞的单克隆抗体库，筛选并鉴定出整合素α7是胶质母细胞瘤干细胞的功能标志物；整合素α7的敲低抑制胶质母细胞瘤干细胞的生长；整合素α7的表达上调促进胶质母细胞瘤的生长和侵袭，导致患者预后较差；使用整合素α7抗体可以抑制肿瘤生长；综合数据库mRNA表达谱分析显示高表达整合素α7与低级别和高级别胶质瘤患者的生存均呈现负相关。Nixon等[14]也证实整合素α7抗体可用于识别胶质母细胞瘤起始细胞、结直肠癌起始细胞和人肌肉干细胞。整合素α7参与胶质母细胞瘤演进的作用机制是由于激活的多种生长因子，介导了配体与受体的结合和相互作用。研究证实，整合素α7可使局部黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)、蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB/Akt)、原癌基因酪氨酸蛋白激酶Src(proto-oncogenetyrosine-protein kinase Src，Src)等磷酸化，并且促进配体laminin外生。整合素α7的敲低使磷酸化的Akt量减少，导致失活态的磷酸化叉头框转录因子O亚型3a(forkhead box transcription factor O subtype 3a，FoxO3a)连同叉头框蛋白O1(forkhead box protein O1，FoxO1)减少，进而使得叉头框蛋白M1(forkhead box protein M1，FoxM1)减少，FoxM1的下游靶基因参与细胞周期、DNA修复、细胞侵袭以及干细胞特性调节等过程，以上因素共同导致肿瘤细胞生长侵袭能力的减弱。同时整合素α7敲低后，肿瘤细胞侵袭性减弱还源于p38激酶活性的降低[13]。

2.2 整合素α7与食管鳞状细胞癌

食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是食管癌的主要组织学类型，是一种具有高发病率和高死亡率的破坏性疾病。Ming等[15]研究发现整合素α7表达阳性的ESCC细胞具有肿瘤干细胞样生物学活性，即具有自我更新和分化潜能，且对化疗表现出更强的抵抗能力；整合素α7表达阳性的ESCC细胞中，间充质细胞标志物，如纤连蛋白(fibronectin，FN)及波形蛋白(vimentin)的表达显著升高，提示整合素α7可以通过诱导上皮间充质转化(epithelialto mesenchymal transition，EMT)促进肿瘤细胞发生侵袭和迁移；进一步研究证实，整合素α7诱导的EMT发生与其激活FAK/MAPK/ERK信号通路有关。另一方面，整合素α7通过激活FAK/PI3K/Akt信号通路促使多种底物蛋白磷酸化，从而阻止细胞色素c的释放以及凋亡蛋白酶的激活，维持线粒体膜结构的完整性，促使细胞抗凋亡能力增强。

2.3 整合素α7与肝细胞癌

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是一种具有高死亡率的原发性肝癌。Su等[16]研究表明，整合素α7在HCC细胞中表达升高，并且在已发生转移的和Edmondson分级为III-IV级的肝癌组织中的表达要显著高于未转移的和Edmondson分级为I-II级的肝癌组织样本。在HCC细胞中，精氨酸特异性二磷酸腺苷核糖转移酶1(arginine-specific adenosine diphosphateribosyltransferase 1，ART1)与整合素α7的表达呈正相关；ART1可促进整合素α7核糖基化，从而使α7β1异二聚体复合体对配体laminin具有更强的亲和力，功能增强。高表达的整合素α7激活下游FAK/PI3K/uPA信号通路，导致尿激酶纤溶酶原激活剂(urokinase-type plasminogen activator，uPA)表达升高。uPA是一种丝氨酸蛋白酶，活性状态的uPA可以激活胶原酶分解胶原，直接降解基膜和ECM成分，参与肿瘤侵袭和转移过程[17]。Zhang等[18]证实在HCC患者中，热休克蛋白27(heat shock protein 27，Hsp27)表达高者的预后不良；Hsp27通过激活Akt信号，促进基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase，MMP2)和整合素α7的表达，促使HCC转移。Chiba等[19]使用组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(trichostatin A，TSA)作用于多种肝癌细胞系，cDNA芯片(含557个癌相关基因)分析显示包括整合素α7在内的8种基因在TSA处理前后表现出显著差异，表明肝癌中整合素α7的表达还存在组蛋白乙酰化修饰调节。

2.4 整合素α7与结直肠癌

转移性结直肠癌(metastatic colorectal cancer，mCRC)是结直肠癌(colorectal cancer，CRC)患者死亡的最常见原因。Liu等[20]研究证实叉头框蛋白C1(forkhead box protein C1，FoxC1)促进CRC侵袭和肺转移；FoxC1直接结合其下游靶基因整合素α7和成纤维细胞生长因子受体4(fibroblast growth factor receptor 4，FGFR4)并激活它们的表达，促进CRC转移。Nixon等[14]研发了一种针对特定细胞亚群的、同时进行靶标发掘和抗体生成的体外技术，并用于CRC起始细胞研究，在生成的数百种抗体中，鉴定出排名前三的可识别CRC起始细胞的抗体是整合素α7、HLA-A1和整合素β6。这提示整合素α7有可能是CRC肿瘤干细胞的标志物。

也有研究报道显示，CRC中整合素α7具有抑癌作用。Li等[10]研究发现整合素α7线性转录本和相关环状RNA(circITGA7)在CRC组织和细胞系中的表达均显著下调；circITGA7通过吸附miR-370-3p调节Ras信号通路，上调整合素α7的表达，抑制CRC细胞的生长、迁移和侵袭。研究还发现circITGA7通过吸附miR-3187-3p，上调附加性梳样蛋白1(additional sex combs like 1，ASXL1)的表达，抑制CRC细胞的增殖[11]。整合素α7在CRC中的作用呈现出相反的研究结果，可能是由于研究对象(组织、细胞系和肿瘤干细胞亚群)、实验体系不同所致。

2.5 整合素α7与乳腺癌

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤。Bhandari等[21]通过RTPCR和TCGA队列分析证实，与配对的癌旁组织相比，整合素α7在乳腺癌组织中表达下调；分析TCGA队列中乳腺癌患者的临床特征，发现淋巴结转移和肿瘤大小与整合素α7表达显著相关；体外实验证实，整合素α7在MDA-MB-231和BT-549细胞中的表达水平高于其他乳腺癌细胞系，整合素α7的敲低导致MDA-MB-231和BT-549细胞的迁移和侵袭能力增强，并同时促进了c-met和vimentin的表达、EMT的发生。乳腺癌细胞中抑制c-met/Akt/mTOR信号通路可以抑制EMT[22]。三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer，TNBC)患者远处转移的发生率较高，目前缺乏有效的靶向治疗，采用人肿瘤转移PCR芯片分析比对TNBC与管腔亚型乳腺癌组织样本中84个肿瘤转移相关基因的差异表达，结果显示TNBC组织样本中下调最显著的分子是整合素α7[23]。这些提示整合素α7可能是乳腺癌的抑制基因，与乳腺癌转移密切相关。

2.6 整合素α7与前列腺癌

前列腺癌(prostate cancer，PCa)是男性最常见的恶性肿瘤。Drivalos等[24]采用免疫组化法检测显示PCa中整合素α7的表达低于正常前列腺组织；整合素α7的降低与Gleason评分、病理分期、淋巴结转移和前列腺特异性抗原水平有关系；在非转移性PCa细胞中恢复整合素α7的表达时，肿瘤体积、侵袭性和患者死亡率都明显下降，提示整合素α7表达与肿瘤恶性程度呈负相关。整合素α7在PCa中发挥抑制作用及其机制已比较明确。金属蛋白酶组织抑制因子3(tissueinhibitorof metalloproteinase 3，TIMP3)可与整合素α7胞内区C末端相连，形成α7-TIMP3复合物，导致肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)的下调、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)发生细胞质易位和细胞周期蛋白D1(cycline D1)的下调，从而抑制PCa细胞生长[25]。高温应激蛋白A2(high temperature requirement protein A2，HtrA2)是一种线粒体丝氨酸蛋白酶，在细胞凋亡调控中具有关键作用。Zhu等[26]研究证实PCa细胞中，整合素α7胞内区C末端与HtrA2相互作用，促进癌细胞死亡；正常情况下，整合素α7与其配体laminin-2相互作用可以防止细胞死亡，维持正常前列腺细胞功能。Han等[27]研究证实整合素连接激酶(integrin-linked kinase，ILK)与微型染色体维持蛋白7(miniature chromosome maintenance 7，MCM7)结合，MCM7的N末端的58个氨基酸为ILK结合基序，整合素α7通过ILK诱导MCM7磷酸化，降低MCM7与染色质的结合，从而抑制细胞生长。PCa和平滑肌肉瘤细胞系中恢复整合素α7表达可抑制肿瘤细胞生长和细胞运动。整合素α7与laminin相互作用、ILK与MCM7结合、MCM7磷酸化并减少与染色质结合，这些是整合素α7信号通路中的关键事件，导致肿瘤的抑制。

2.7 整合素α7与间皮瘤

间皮瘤是位于肺部的胸膜细胞疾病，通常由于接触石棉引起。恶性胸膜间皮瘤(malignant pleural mesothelioma，MPM)则是具有侵袭性生长和快速复发的破坏性恶性肿瘤。Laszlo等[28]研究发现，在转录水平和蛋白水平，大多数MPM细胞系中整合素α7的表达均低于正常间皮细胞，这一异常表达主要与整合素α7启动子在MPM细胞中被高度甲基化有关。在低内源性整合素α7表达的MPM细胞中过表达整合素α7可以抑制细胞运动，证实整合素α7在MPM细胞迁移中起到抑制性的调节作用。虽然MPM的组织学分型与整合素α7表达之间没有明显相关关系，但是与低表达组或无表达组相比，整合素α7表达高的患者总体中位生存期升高，而且整合素α7在人MPM组织中的表达下调会带来不良预后。研究表明整合素α7是一种表观遗传调控的肿瘤抑制基因，是人类MPM的预后因子，并被鉴定是MPM潜在的新型诊断和治疗靶标[28-29]。

3 展望

综上所述，整合素α7在已报道的数种肿瘤中的表达情况存在差异，介导的信号通路以及导致的肿瘤细胞生物学行为也存在差别，在胶质母细胞瘤、食管鳞状细胞癌和肝细胞癌中主要表现为促癌作用，在乳腺癌、前列腺癌和间皮瘤中表现为抑癌作用，而在结直肠癌中既有促癌，又有抑癌的报道。这可能与整合素α7的表达受到极为复杂的调控(包括基因突变、DNA甲基化、组蛋白乙酰化、转录因子调控、转录后调节、蛋白修饰等)，存在多种转录剪接变体和蛋白变体，功能受到胞外配体laminin和胞内多个分子的影响，并且介导细胞内多条信号通路有关，具体机制有待进一步阐明，这将是整合素α7研究的一个方向。另外，整合素α亚基家族中，以laminin为配体的除整合素α7外，还有其他2位成员：整合素α3和整合素α6，它们均可与整合素β1结合形成完整受体，整合素α6还可与整合素β4结合形成完整受体[3]。大量证据显示整合素α6和整合素α3与肿瘤关系也极为密切。整合素α7、整合素α6和整合素α3三者存在较高的同源性和各自的组织特异性，在肿瘤发生过程中，它们的作用是否存在相似性，是否存在与整合素β1、配体laminin间的竞争结合关系，以及是否存在功能上的互补等，将是整合素α7研究的另一个焦点。