整合素在胰腺癌中的研究进展

李模 李童希 周宇 杜毅超 谭鹏 付文广，

1西南医科大学附属医院普通外科(肝胆胰外科)，泸州 646000；2西南医科大学附属医院四川省院士(专家)工作站，泸州 646000

【提要】 整合素可介导细胞与细胞及细胞与细胞外基质间的相互作用，并可通过调节细胞增殖和迁移等方式在胰腺癌中发挥重要作用。本文就整合素在胰腺癌中的研究进展进行综述。

胰腺癌恶性程度较高，治疗效果不佳，5年生存率不到8%[1]，因此迫切需要寻找新的治疗靶点以提高胰腺癌的疗效。研究发现，整合素通过影响胰腺癌细胞的增殖和侵袭等生物学过程调控胰腺癌的发生和发展，是具有潜力的治疗靶点。

一、整合素的结构和功能

整合素是由1个α亚基和1个β亚基组成的异二聚体跨膜蛋白，每个亚基都由胞外区、跨膜区和胞内区3个结构域组成。其中胞外区是配体的结合位点，α亚基的胞外区由β-propeller结构域、Thigh结构域、Calf-1及Calf-2组成，而β亚基的胞外区则包含1个βΙ结构域、1个Hybrid结构域、1个PSI(plexin-sempahorin-integrin)结构域、4个表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)结构域和1个β-tail结构域[2](图1)。在脊椎动物中，发现有18个α亚基和8个β亚基，α亚基和β亚基以非共价结合共形成24种功能各异的整合素，如αvβ3、α6β4等[2]。根据整合素识别配体的特异性，可分为胶原蛋白结合类、层黏连蛋白结合类、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)结合类以及白细胞特异性类4个亚家族[3]。

整合素通过与细胞外基质(extracellular matrix，ECM)配体结合形成黏附复合物，介导细胞与ECM的牢固黏附[4]。此外，整合素还具有跨细胞膜传递双向信号的能力。一方面，整合素通过踝蛋白等细胞骨架蛋白与胞内区结构域结合，实现整合素由内向外的信号传递，整合素的构象也由封闭、弯曲的静止状态变为开放、延伸的激活状态，从而导致细胞与ECM配体的亲和力增加[3](图1)。另一方面，整合素缺乏固有的酶活性，但可与纤维连接蛋白(fibronectin，FN)等ECM配体结合，激活包括黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)、磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositid-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/AKT)、细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等在内的下游信号分子，从而介导整合素由外向内的信号转导，调节细胞增殖和侵袭等生物学行为[4-5]。

图1 整合素结构示意图[2-3]

二、整合素在胰腺癌发病机制中的作用

多种整合素可影响胰腺癌细胞的增殖、凋亡和侵袭等生物学行为，调控胰腺癌的进展，进而影响患者的预后。

1．整合素对胰腺癌细胞增殖的调控：研究发现，Src作为整合素信号转导的介质，可通过与整合素的相互作用介导MAPK/ERK信号通路的激活，促进胰腺癌细胞的生长和增殖[5]。同时，整合素α2在胰腺导管腺癌细胞的增殖过程中扮演着重要角色，其通过激活胰腺导管腺癌细胞中的信号转导及转录激活蛋白3信号通路促进细胞程序死亡-配体1(programmed death-ligand 1，PD-L1)的表达，调节癌细胞的增殖[6]。αvβ6在大多数胰腺导管腺癌中表达，通过与非活性转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)含RGD潜伏期相关肽结合激活TGF-β，从而诱导胰腺导管腺癌细胞的增殖[7-8]。在胰腺癌中，特定整合素与ECM之间的相互作用也可促进癌细胞的增殖。例如，在人胰腺癌细胞系中过表达的α2β1特异性介导胰腺癌中由Ⅰ型胶原诱导的肿瘤细胞恶性表型，促进胰腺癌细胞增殖[9]。而通过对胰腺癌细胞系PT45-P1中表达L1细胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)的功能结构域的研究发现，L1CAM与α5β1相互作用从而诱导IL-1β的产生及持续激活核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，促进肿瘤细胞增殖和生长，且该过程受α5β1和整合素连接激酶的调控[10]。此外，整合素还可通过与胰腺癌肿瘤微环境中的生长因子和细胞因子等相互作用促进胰腺癌细胞增殖。研究发现，整合素与表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)协同作用激活整合素/EGFR-ERK/MAPK信号通路，驱动胰腺癌细胞增殖，介导肿瘤细胞生长失调[11]。而炎症细胞因子IL-1α通过上调α6β1导致ERK激活，促进胰腺癌细胞的增殖，但这一作用可被抗α6β1的整合素抗体抑制[12]。

2．整合素对胰腺癌细胞凋亡的调控：在正常上皮细胞中，整合素对维持细胞生长和存活至关重要，如果细胞失去对ECM的锚定而丧失整合素信号将导致失巢凋亡[13]。在胰腺癌中，整合素与ECM相互作用激活PI3K/AKT通路，调节关键下游信号分子，介导抗凋亡蛋白Bcl-2表达的增加和NF-κB的激活，从而抵抗失巢凋亡[14]。此外，整合素与生长因子的串扰可促进锚定非依赖性胰腺癌细胞的生长。研究发现，α6β4在胰腺癌进展的早期上调并重新分布[15]。当细胞与ECM的黏附减少时，胰岛素样生长因子1与α6β4直接结合可通过整合素与胰岛素样生长因子1受体的串扰激活PI3K和MAPK信号通路，发挥抗凋亡作用，调节胰腺癌细胞的存活[16-17]。因此，整合素对胰腺癌细胞抗失巢凋亡的作用并不局限于细胞黏附ECM的条件，而且可能在细胞分离后继续发挥作用。有趣的是，胰腺癌中p53的突变允许α6β4通过一系列侵袭和增殖途径促进细胞存活，抵抗细胞凋亡[5]。

此外，整合素也是影响胰腺癌放化疗敏感性的重要因素。胰腺癌中与α2β1结合的I型胶原通过上调Bcl-2家族成员Mcl-1来保护5-氟尿嘧啶诱导的细胞凋亡[18]。而胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells，PSCs)可通过涉及FAK的整合素β1信号来保护胰腺癌细胞免受放疗诱导的细胞凋亡[19]。

3．整合素对胰腺癌细胞侵袭的调控：整合素参与调控胰腺癌细胞的迁移和侵袭。整合素β1在胰腺癌的迁移和侵袭过程中扮演着重要角色。K-ras是胰腺癌中最常见的突变基因，当缺乏ECM信号时，整合素β1在胰腺癌上调K-ras下游信号中发挥作用[20]。半乳糖凝集素3通过整合素β1激活PSCs产生IL-8，从而激活NF-κB介导肿瘤细胞间质相互作用，促进胰腺癌细胞的生长和转移[21]。研究表明，胰腺癌细胞在Ⅰ型胶原蛋白表面的黏附和迁移可由α2β1特异性介导[9]。癌症相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)上的α3β1与层黏连蛋白-332相互作用以促进胰腺癌细胞的侵袭和迁移[22]。α5β1可通过参与纤黏蛋白(flbronection,FN)的组装来调节肿瘤细胞迁移和侵袭。3D胶原基质中的胰腺癌细胞通过α5β1介导与成纤维细胞表面FN结合，黏附在成纤维细胞上并获得迁移能力，侵入胶原基质[23]。

整合素α1是胰腺癌细胞在富含TGF-β和胶原蛋白的肿瘤微环境转移过程中必不可少[24]。而整合素α2的过表达可通过多种机制促进胰腺癌的进展。胰腺癌中过表达的整合素α2通过与ECM蛋白结合诱导癌细胞迁移和侵袭[25]。此外，整合素α2还可通过激活胰腺癌细胞中的信号转导及转录激活蛋白3信号通路来增加PD-L1的表达，调控癌细胞的迁移，阻断整合素α2后PD-L1表达被选择性下调[6]。抑制胰腺癌中过表达的整合素α3将显著抑制胰腺癌细胞的存活和迁移并通过显著降低EGFR的表达抑制肿瘤生长[26]。整合素α6通过调节AKT的磷酸化从而控制PI3K信号通路的激活来调控胰腺癌细胞的侵袭和转移[27]。而IL-1α通过上调整合素α6来介导ERK的激活，促进胰腺癌细胞的迁移[12]。研究发现，胰腺癌中过表达的αvβ3与肿瘤的淋巴结转移相关，伴有淋巴结转移的原发性肿瘤中αvβ3的表达明显高于无淋巴结转移的肿瘤[28]；而αvβ6与胰腺癌细胞侵袭和TGF-β激活密切相关。αvβ6在胰腺癌细胞中的迁移促进作用依赖于EGFR途径底物8的存在，该底物是肌动蛋白重塑、内吞和GTPase激活的调节剂。在表达EGFR途径底物8的胰腺癌中αvβ6通过激活TGF-β促进肿瘤细胞的侵袭和转移[29]。然而，在保留了功能性Smad4信号的胰腺癌细胞中，αvβ6和TGF-β在共同的依赖Smad4的肿瘤抑制通路中起作用，阻断TGF-β或αvβ6将加速胰腺癌的发生和进展[30]。此外，整合素α6与核糖体蛋白SA结合可激活胰腺癌细胞中的PI3K和MAPK信号通路，促进基质金属蛋白酶-7的分泌，通过降解肿瘤中的ECM促进肿瘤细胞的侵袭和迁移[27]。研究表明，外泌体整合素积极参与肿瘤的进展，是介导肿瘤细胞向特定器官转移的关键分子，胰腺癌细胞释放的外泌体可根据它们携带的特定整合素到达不同的器官，如α6β4和α6β1与肺转移有关，而αvβ5与肝转移有关[31]。

4．整合素对胰腺癌细胞上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的调控：EMT对肿瘤进展和转移至关重要，是上皮癌细胞获得迁移和侵袭性表型的关键[4]。在EMT期间，胰腺癌细胞失去其上皮特征，特别是E-钙黏蛋白的下调，导致细胞黏附和极性的丧失并获得更多间质细胞的侵袭和迁移特性，最终导致胰腺癌的侵袭性进展[4,32]。而整合素在胰腺癌的EMT诱导和某些效应的调节中发挥着重要作用。TGF-β是最具特征的 EMT 诱导剂之一，胰腺癌中过表达的αvβ6通过激活TGF-β促进肿瘤细胞EMT和基质肌成纤维细胞分化，从而促进胰腺癌细胞的侵袭与转移[29]。研究表明，整合素α1与胰腺癌微环境中的TGF-β共表达，并与胶原蛋白协同诱导EMT[24]。胰腺癌中广泛表达的αvβ3与CAFs产生的骨桥蛋白相互作用，通过αvβ3-AKT/ERK-叉头盒蛋白M1信号通路来诱导EMT，促进胰腺癌进展和转移[33]。研究发现，整合素β4的高表达与胰腺癌的许多EMT标志事件相关，包括孤立细胞浸润、E-钙黏蛋白表达减少和波形蛋白表达增加，敲除了整合素β4的胰腺癌细胞迁移和侵袭能力降低，表明整合素β4可能在胰腺癌的EMT过程中扮演着重要角色[34]。此外，整合素与生长因子及其受体的串扰也参与胰腺癌的EMT过程。例如，钙网蛋白可通过整合素/EGFR-ERK/MAPK信号通路来促进胰腺癌细胞中EGF诱导的EMT[11]。

三、整合素在胰腺癌早期诊断中的作用

现已有多种整合素作为胰腺癌的早期诊断生物标志物及非侵入性肿瘤成像靶标被用于胰腺癌的早期诊断。整合素α1在胰腺癌及胰腺上皮内瘤变组织中上调，是胰腺癌的不良预后指标[24]。研究发现，胰腺癌患者血清中整合素β6水平显著高于健康对照组，且与血清CA19-9水平联合检测可提高胰腺癌诊断的准确性。同时，该研究发现血清整合素β6水平有助于判断肿瘤是否存在转移，提示整合素β6作为一种新的血清生物标志物，在胰腺癌早期诊断方面具有巨大潜力[35]。而整合素在胰腺癌中的持续过表达是其成为分子成像靶标的基础，通过制备αvβ6结合肽并用4-18F-氟苯甲酸进行放射性标记行体外测试和体内评估发现，18F-αvβ6结合肽在体外和体内均对αvβ6表现出高亲和力和选择性，能够被原发灶和转移灶显著摄取，而正常骨、脑、肝和肺对18F-αvβ6结合肽的非特异性摄取较低，表明18F-αvβ6结合肽是可用于检测转移的显像剂[36]。在1例转移性胰腺癌患者，正电子发射断层成像(positron emission tomography，PET)成功显示了肺内<1 cm转移性病变中18F-αvβ6结合肽的摄取，说明对于识别传统CT成像可能无法确定的小病灶，18F-αvβ6结合肽的PET成像具有一定的优势[36]。同时，通过αvβ6定向成像可以及早检测和监测治疗反应，从而能够预测治疗结果和优化治疗方案。

四、整合素在胰腺癌治疗中的作用

目前针对整合素的靶向治疗主要包括肽模拟物、单克隆抗体和药物的靶向输送[37]。西伦吉肽(cilengitide，EMD121974)作为一种基于RGD序列特异性抑制肿瘤内皮细胞表面受体αvβ3和αvβ5的环肽抑制剂，在临床前研究中能有效抑制肿瘤血管生成和疾病进展[3]。伏洛昔单抗(volociximab，M200)可阻断FN与α5β1的结合，并诱导增殖的内皮细胞凋亡，从而抑制血管生成。1项随机多中心Ⅱ期试验招募了20例转移性胰腺癌患者，用伏洛昔单抗和吉西他滨联合治疗，发现当伏洛昔单抗的给药剂量为10 mg/kg时，5%的患者病情缓解而50%的患者病情稳定[38]。αvβ6在大多数胰腺癌中高表达，靶向αvβ6的单克隆抗体(264RAD)能在体外减少αvβ6 阳性胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，抑制人胰腺癌异种移植物的生长，显著提高表达αvβ6的胰腺癌小鼠的存活率[7]。

胰腺癌具有丰富的肿瘤间质，是化疗药物有效递送至肿瘤细胞的潜在屏障[39]。包裹了紫杉醇的纳米二氨基四乙酸纳米颗粒具有良好的肿瘤靶向性和穿透性，可通过其整合素特异性配体靶向作用于肿瘤细胞质膜上的αvβ3增加对胰腺癌异种移植物的药物递送并提高对胰腺癌的治疗效果[40]，说明整合素靶向作用与化疗药物的结合具有潜在的临床应用价值。此外，口蹄疫病毒(foot and mouth disease virus，FMDV)-多肽药物结合物SG3299在体内和体外均表现出αvβ6选择性，可通过减少胰腺癌细胞的增殖并诱导DNA损伤和细胞凋亡来消除或抑制已建立的胰腺癌肿瘤异种移植物的发展，这为胰腺癌提供了一种有前景的分子特异性疗法[41]。

除了靶向肿瘤细胞和血管细胞外，靶向肿瘤微环境中其他细胞的整合素，例如CAFs、免疫细胞等是另一个潜在的治疗策略。有研究表明，针对整合素α5的新型模拟肽AV3可抑制胰腺癌中PSCs的激活，减少结缔组织增生，并增强吉西他滨的疗效[39]。同时，嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor，CAR)T细胞免疫疗法已在癌症治疗中显示出前景。由FMDV设计的αvβ6特异性CAR T细胞对在严重联合免疫缺陷小鼠中建立的表达αvβ6的胰腺癌肿瘤异种移植物具有优越的抗肿瘤活性且无显著毒性[42]。目前尚需大力开发更有效的针对整合素特异性靶向药物及更多的临床试验来进一步验证。

综上所述，整合素是调控胰腺癌的重要介质，介导胰腺癌细胞的增殖、凋亡、侵袭等生物学行为，不同类型整合素在胰腺癌中的特异性表达和对配体的选择性为研究靶向整合素的胰腺癌诊断和治疗方法提供了可能性。尽管基于靶向整合素的抗胰腺癌药物在临床前模型中取得了令人鼓舞的结果，但尚需大规模临床试验进行验证。同时，还需进一步了解整合素在胰腺癌中的作用机制，才能继续在临床上进行新型整合素靶向药物的研究，为胰腺癌的诊治开辟新的途径。

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