黏着斑激酶在肾脏疾病中的研究进展

李华，罗欣月，陈文熙，柳茜，朱春玲，严瑞

(贵州医科大学附属医院肾内科，贵阳 550004)

肾脏疾病作为公认的全球卫生问题，发病率高，全球范围内的疾病负担正逐年增加，若不能加以更好地防治，将会加重全球的经济负担。黏着斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)是1992年Schaller等[1]在病毒癌基因转染鸡胚成纤维细胞后发现并克隆形成的，因其定位于细胞的黏着斑区，且具有酪氨酸蛋白激酶活性，因此被命名为FAK。FAK是介导细胞与细胞外基质黏附的重要调节器，在多种组织中均有表达[2]。整合素是细胞黏附受体的主要家族之一，在整合细胞外基质和细胞内细胞骨架中起重要作用。细胞外基质信号通过发送丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸激酶介导的细胞黏附信号，而发生相互间的黏附现象。细胞外基质与整合素的相互作用在促进细胞附着及细胞表面受体的信号转导中发挥重要作用[3]。整合素和细胞表面受体的协同信号传导使FAK或FAK 相关的富含脯氨酸的酪氨酸激酶 2(proline-rich tyrosine kinase 2，Pyk2)的表达增加，从而通过增加细胞迁移、增殖、基因表达来加速肾脏疾病的发生发展。有研究表明，FAK还可以定位于细胞核，并与多种转录因子(p53、Gata4和Runt相关转录因子1)结合，从而分别调节周期蛋白依赖激酶抑制因子1A、血管细胞黏附分子1和胰岛素样生长因子结合蛋白3的表达[4]。FAK通过与转录因子的结合，使其与癌症相关的过程发生联系，且FAK异常表达通常被认为是预测肿瘤细胞转移和疾病不良预后的信号[5-6]。FAK在多种类型的肿瘤细胞、糖尿病肾病、急性肾损伤等多种肾脏疾病中均表达且活性上调，是目前研究较多的肿瘤靶点之一。现就FAK在各种肾脏疾病中的相关研究进行综述，以期能揭示肾脏疾病的发病机制，为寻求更有效的防治方法提供新的思路。

1 FAK家族激酶的结构和功能

FAK(基因符号：PTK2)和Pyk2(基因符号：PTK2B)在结构上相似，两者均由N端FERM(4.1带，ezrin，radixin，moesin带)结构域、中央激酶结构域和C端黏着靶向(focal adhesion targeting，FAT)结构域组成。FAK家族不仅作为激酶发挥作用，而且作为非激酶依赖性支架发挥作用，从而增加了其信号转导途径的复杂性[7]。FAK的FERM域(残基33-361)采用三叶结构(叶F1，F2，F3)，三个叶以三叶草形的组合排列F1瓣、F2瓣、F3瓣[8]。由于FERM F2波瓣内的核定位序列和激酶结构的存在，FAK和Pyk2能够在胞质溶胶和细胞核之间穿梭[9]。研究显示，许多核FAK存在其激酶独立的功能，主要是集中在对细胞核蛋白稳定性的调节方面[7-8]。FAK的激活不仅通过FAK激酶397位点处酪氨酸残基(Y397)进行自磷酸化而发生，还可通过其受体酪氨酸激酶的转磷酸化而发生，后者可以直接与FAK N端FERM结构域相结合[10-11]。FAK可以用作参与蛋白质复合物组装的平台和参与蛋白质之间信号转导的桥梁，还可通过其FERM结构域和C端FAT结构域的区域功能作为细胞内的支架蛋白，有研究表明构成FAK的多个蛋白质相互作用与致癌信号转导途径密切相关[12]。整合素和跨膜受体在FAK的Y397和Pyk2的Y402处共激活，从而引起快速的自磷酸化[13]。病毒Src和酪氨酸激酶结合于磷酸化的酪氨酸残基，通过一个保守的活化环(Y576/Y577在FAK和Y579/Y580在Pyk2)发生磷酸化[14]，从而进一步活化FAK和Pyk2。FAK和Pyk2的C端均包含一个FAT域，这使其可以通过桩蛋白和(或)塔林蛋白结合定位，即黏着斑包含整合素的位点[15]，从而导致Pyk2无法与塔林结合，黏着斑的活性降低，导致细胞质或细胞核周围定位更加弥散[16]。FAK基因包含一个负责FAK相关非激酶(focal adhesion kinase-ralated nonkinase，FRNK)表达的内含子启动子区域[17]。FAK的C端片段称为“FRNK”，首先被鉴定为血管平滑肌细胞中的内源性FAK抑制剂。FRNK缺乏FAK的FERM和激酶结构域，但仍可以在黏着斑处与桩蛋白和塔林蛋白结合，从而取代全长的FAK并抑制FAK活化[18]。FAK可经过多种途径激活整合素、G蛋白偶联受体等，同时FAK可通过激酶依赖和非激酶依赖两种途径调控细胞内p53、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白等信号通路的活化，参与细胞的生存、增殖、转移等过程。

2 FAK家族激酶参与肾脏疾病的进展过程

2.1FAK/Pyk2激活促进肾纤维化发生 肾纤维化是进行性慢性肾脏病的常见特征，可导致肾功能受损甚至终末期肾衰竭。已有前期实验证实，人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)基因可以通过抑制FAK/Akt信号转导通路改善细胞纤维化改变和肾纤维化，从而抑制肾脏疾病的进展[19]。有研究表明，Pyk2缺陷的小鼠可以预防单侧输尿管梗阻诱发的肾纤维化，证实了Pyk2激酶可以通过机械牵张诱导的肾小管中生长因子的表达而参与肾脏纤维化过程[20]。所有的慢性肾脏病最终均会导致肾纤维化，Boor等[21]提出FAK参与的相关信号通路可能是肾纤维化治疗的一个关键点。Liu等[22]在细胞实验及单侧输尿管梗阻模型中证实，肺腺癌转移相关转录本 1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)/miR-145/FAK通路参与双氢青蒿素对转化生长因子-β1诱导的肾纤维化作用，即双氢青蒿素可通过MALAT1/miR-145/FAK轴减轻梗阻性肾病诱导的肾纤维化，表明MALAT1/miR-145/FAK可能是诊断和治疗梗阻性肾病诱发的慢性肾脏病肾纤维化的潜在生物标志物。上述研究表明，FAK参与肾纤维化的发生发展，抑制FAK可能是肾纤维治疗的一个重要靶点。

2.2抑制FAK能显著改善蛋白尿肾病 蛋白尿是肾脏疾病重要的临床表现，也是终末期肾病的主要原因之一。蛋白尿性肾病通常是由于肌动蛋白细胞骨架破坏引起明显的足细胞足突消失所致。足细胞即肾小球脏层上皮细胞，其足突呈指状交叉覆盖于肾小球基底膜外侧，并通过黏附分子和蛋白多糖与肾小球基底膜相连，相邻的足细胞之间的裂隙称为裂孔，其表面覆盖一层裂孔膜，是血浆蛋白滤过的最后屏障。有研究表明，凝集素可以通过抑制整合素α6β4/FAK/p38途径的活化保护足细胞免受阿霉素诱导的凋亡和F-肌动蛋白细胞骨架的破坏，提示该通路可能是与足细胞损伤相关的肾小球疾病的治疗靶标[23]。从机制上讲，血管紧张素Ⅱ通过FAK-Rac1轴诱导足细胞的细胞骨架重组，四个半结构域蛋白2(four-and-a-half LIM domains protein 2,FHL2)与FAK结合，且是血管紧张素Ⅱ诱导Rac1活化的重要介质，因此FHL2抑制作用可以选择性地阻断足细胞中FAK-Rac1轴从而减少蛋白尿[24]。Ye等[25]将正常大鼠采用阿霉素进行肾病造模后，使用泼尼松治疗，结果显示，足细胞未发生凋亡，蛋白尿增加及FAK水平下降，证实了泼尼松能够通过抑制肾脏组织中的FAK/核因子κB受体活化因子配体/促分裂原活化的蛋白激酶通路使足细胞免于细胞凋亡来降低蛋白尿，也可以通过FAK/核因子κB受体活化因子配体/核因子κB信号通路以降低蛋白尿，为减少蛋白尿形成提供了新思路。Yin等[26]证实在细胞及动物模型中，长春新碱均可抑制阿霉素诱导的整合素α3β1和FAK过表达，说明长春新碱可以通过抑制损伤诱导的整合素由外而内的信号的激活，从而防止肌动蛋白的细胞骨架重塑，减轻足细胞的损伤，起到减轻蛋白尿的作用。Hu等[27]研究发现，在高胆固醇血症大鼠的饮食中加入TAK226(FAK抑制剂)可显著改善大鼠蛋白尿情况，减轻肾脏损伤；并在细胞实验中进一步表明，丝状肌动蛋白细丝的重组和细胞迁移是由FAK/p38信号依赖方式的氧化型低密度脂蛋白刺激驱动的；阻断该信号通路可显著恢复氧化型低密度脂蛋白导致的F-肌动蛋白细胞骨架重组，并阻止足细胞的过度运动，防止足细胞损伤，从而进一步减少蛋白尿生成。Yoshioka等[28]研究表明，抑制整合素β1-FAK-基质金属蛋白酶2信号通路转导可以减轻足细胞损伤，减少蛋白尿，可为蛋白尿性肾病的治疗提供新思路。

2.3抑制FAK能够抑制肾癌细胞侵袭和转移 肾癌是最致命的泌尿外科肿瘤，其发病率呈升高趋势。细胞实验证明，FAK沉默可减少人类常规肾细胞癌细胞的迁移和侵袭；FAK耗竭可抑制小鼠体内人常规肾细胞癌细胞的生长，因此认为在肾肿瘤发生过程中，FAK可能会发生自磷酸化[29]。Megison等[30]对小儿恶性肿瘤的研究显示，抑制FAK的表达可减少体内人肾母细胞瘤异种移植物生长，从而消除侵袭性小儿肾脏肿瘤的恶性表型。Hung等[31]研究显示，山柰酚(从天然植物中分离出来的一种多酚，属于黄酮类化合物，具有抗炎、抗氧化、抗微生物和抗癌活性)通过抑制FAK和Akt磷酸化水平下调基质金属蛋白酶2的表达，从而在体外抑制肾细胞癌786-O细胞的侵袭和迁移；在体外，山柰酚可对肾细胞癌786-O细胞发挥抗转移作用。He等[32]研究表明，miR-10b通过FAK/YAP信号通路靶向调节同源盒基因A3，从而抑制透明细胞肾细胞癌的细胞侵袭和转移。Zhao等[33]通过使用质粒转染，证明了敲低Pyk2可降低肾细胞癌细胞系的细胞活力、侵袭和迁移能力，增加细胞凋亡。相反，Pyk2过表达可促进肿瘤细胞增殖、侵袭和迁移，并减少凋亡。Wu等[34]研究表明，依维莫司通过在体外和体内抑制FAK活性并逆转上皮-间充质转化，抑制肾细胞癌的侵袭和迁移，说明抑制FAK活性可以减缓肾细胞癌的进展。Hong和Yu[35]研究结果显示，沉默赖氨酰氧化酶样蛋白-2可以通过Src/FAK信号通路抑制肾癌细胞的迁移、侵袭和上皮-间充质转化。钙蛋白酶小亚基1被认为是转移性肾细胞癌的重要生物标志物，Shen等[36]研究证明，钙蛋白酶小亚基1通过激活FAK和核因子κB信号通路促进肾细胞癌进展，表明其可能成为肾细胞癌的潜在治疗靶标。而Antoniades等[37]研究表明，FAK的激酶依赖性和激酶非依赖性的支架功能均与肿瘤的发展和转移有关，LD2-LD3-LD4多肽是一种新型FAK抑制剂，通过与内源性桩蛋白竞争FAK结合，以一种可控的和剂量依赖性的方式阻止FAK在焦点黏附的定位，并抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭。以上结果表明，FAK从黏着斑转移是一种癌症靶向治疗的新思路。

2.4PTEN通过调控Akt/FAK通路改善糖尿病肾病肾纤维化 最近研究提示，糖尿病肾病发病率逐年增加，已取代慢性肾小球肾炎，成为我国慢性肾脏病的首位病因[38]。糖尿病肾病是导致尿毒症的主要病因。Su等[39]研究表明，高血糖会导致血管内皮功能障碍，增加晚期糖基化终末产物、FAK、基质金属蛋白酶2、细胞间细胞黏附分子1和血管细胞黏附分子1的蛋白表达。糖尿病肾病不仅是糖尿病的重要微血管并发症，而且是终末期肾病的主要原因。Yan等[19]对糖尿病肾病鼠及肾小管上皮细胞的研究显示，在PTEN脂质磷酸酶及蛋白磷酸酶双重活性中，脂质磷酸酶活性可以调节FAK的磷酸化及总FAK的表达水平；其蛋白磷酸酶活性仅能调节FAK的磷酸化水平，表明PTEN可以通过调控Akt及FAK通路影响细胞上皮-间充质转化及组织纤维化。微RNA是一种非编码单链RNA，可以介导靶信使RNA降解或抑制靶信使RNA翻译，从而调节靶基因表达，并在生理和病理过程中发挥重要作用。Guo[40]提出，PTEN基因编码的蛋白质是Akt和FAK通路重要的负调节剂，可以通过负向调节PTEN/Akt/FAK途径发挥抗纤维化作用。Du等[41]研究显示，PTEN沉默可增强转化生长因子-β1或单侧输尿管梗阻诱导的纤维化，而FAK抑制剂PF567721可显著逆转PTEN沉默的作用，说明PTEN通过抑制FAK信号转导在体内外对转化生长因子-β1和单侧输尿管梗阻诱导纤维化的发展发挥作用，证实PTEN可以通过抑制FAK/Akt信号通路改善细胞纤维化和肾纤维化。Guo等[42]研究显示，高血糖诱导了血管生成素样蛋白4的上调，使整合素β1/FAK信号激活，诱导足细胞的凋亡。Li等[43]提出，肾小球基质积是糖尿病肾病早期标志，金属蛋白酶A解整合素-金属蛋白酶17所释放表皮生长因子受体的配体可以介导高糖诱导的肾系膜细胞基质产生。而FAK通过募集Src和磷脂酰肌醇-3-激酶以及随后在其C端的两个位点使解整合素-金属蛋白酶17磷酸化，是解整合素-金属蛋白酶17激活的上游关键介质。因此，探索靶向这些上游调节剂中的一种或组合，可为糖尿病肾病的治疗提供新方法。

2.5FAK与其他肾脏疾病的关系 研究表明，FAK还参与其他肾脏疾病的发生发展过程，Yamashita等[44]研究提出，在急性肾损伤中，FAK抑制剂抑制FAK可以改善肾小管内上皮-间充质转化，从而抑制肾小管萎缩和肾纤维化，为改善急性肾损伤中肾小管损伤和肾纤维化的治疗提供新思路；此外，小剂量FAK抑制剂对肾小管萎缩的预防作用是未来肾脏疾病治疗的研究热点。肾间质纤维化和肾性贫血是慢性肾脏病的常见并发症。既往慢性肾脏病相关性贫血通常被认为是产生促红细胞生成素的间质细胞逐渐丧失的结果，该研究明确提出在肾纤维化中发生的Ⅰ型胶原蛋白堆积，诱导了产生促红细胞生成素的间质成纤维细胞中FAK的激活，从而增加了蛋白酶体的活性，导致蛋白酶体降解缺氧诱导因子-2α。而缺氧诱导因子-2α是参与肾脏促红细胞生成素合成调控的主要转录因子，故随后发生促红细胞生成素下调[45]，因此推断，FAK的激活在肾性贫血的发展中发挥重要作用。Li等[24]研究提出，FHL2表达上调是高血压肾病发病的重要基础，而FAK是FHL2的主要上游激活剂，因此FAK还参与高血压肾病的发病过程。Zhu等[46]提出，抑制FAK可通过抑制上皮-间充质转化和减轻肾纤维化恢复肾小管完整性，延缓慢性肾脏病发展。上述研究表明，FAK不仅参与糖尿病肾病、肾癌等疾病的发展，还参与急性肾损伤、慢性肾脏病、高血压肾病等的发病过程。

3 小 结

FAK在肾脏细胞信号转导过程中发挥重要作用，其表达以及活性的改变对肾脏疾病的发生发展具有重要作用。与FAK相关的信号通路(包括FAK/AKT信号转导通路、MALAT1/miR-145/FAK通路)的活化参与肾脏纤维化过程，而PTEN和双氢青蒿素分别通过抑制这两条信号通路改善肾脏纤维化。在蛋白尿肾病中，FAK抑制剂TAK226以及免疫抑制剂(泼尼松、长春新碱)均能通过抑制FAK降低蛋白尿达到保护肾脏的目的。肾癌相关的研究显示，抑制FAK和Pyk2可以抑制肾癌细胞的迁移和生长，延缓肾细胞癌的进展。在糖尿病肾病中，PTEN的脂质磷酸酶及蛋白磷酸酶双重活性中，主要是脂质磷酸酶活性调节FAK的磷酸化和蛋白表达水平，参与糖尿病肾病的发展过程。在急性肾损伤中，通过FAK抑制剂可以改善肾小管内上皮-间充质转化，从而抑制肾小管萎缩和肾纤维化。但目前的研究仅集中于FAK在肾脏肿瘤中的发病机制，而在其他肾脏疾病中的研究较少，进一步研究FAK在肾脏疾病发生发展过程中的作用，可为新药的研制提供新靶点。