国外医学免疫学分册2000年第23卷第1期

军事医学科学院微生物流行病研究所免疫室，北京100850刘永全

摘 要 整合素（integrin）是一类重要的细胞表面分子，除介导细胞与胞外基质（ECM）及细胞间的粘附外，还对细胞的识别、生长和分化具有重要作用。由于它的胞外区和胞内区分别与ECM和细胞骨架相连，因此对胞外和胞内间的信号传递具有重要作用。它可调节胞内Ca²⁺浓度、激活磷脂酶、蛋白激酶、脂类激酶，介导粘着斑（FAP,Focal adhesion plaques）形成，转导糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚固蛋白介导的信号，引发一系列的信号传递通路。

关键词：整合素信号转导细胞骨架粘着斑

整合素是一类重要的细胞表面受体，它主要介导细胞与ECM的粘附，有的还可介导细胞间的粘附。它参与细胞的多种生理功能，如细胞的生长、发育、分化、凋亡等^[1]，并在多种病理过程中发挥重要作用，如淋巴细胞向炎症部位的聚集及肿瘤细胞的浸润等^[2]。其机能缺陷可导致严重的疾病，如淋巴细胞粘附缺陷、血小板机能不全等症。在过去的十多年中，人们已对整合素及其配体的结构和功能进行了深入的研究。

整合素是由α和β两个亚单位组成的异二聚体。α和β均有长的胞外区、跨膜区和短的胞内区组成（只有β4亚基有长的胞内区）^[3]。目前已发现9种β亚基、16种α亚基及它们通过非共价连接形成的24组成员的整合素家族。其大部分配体是ECM成分，如纤粘连蛋白（FN）、胶原蛋白（Col）等，个别的还能与可溶性的配体如纤维蛋白原和一些细胞表面分子（如ICAM-1、MAdCAM-1）结合，它们与配体的结合对介导胞内反应非常重要。尽管人们已经认识到整合素对细胞有多种调节作用，然而对调节途径却知之甚少。本文将对它介导的各种信号通路、FAP的形成、对GPI-1锚固蛋白介导信号的传递，整合素之间以及它与生长因子（GF）之间的相互作用等加以综述。

1 整合素与细胞骨架的作用-FAP的形成

FAP最早发现于1971年，它是存在于细胞的腹侧，距离ECM最近（10～15nm）的一些斑点，对细胞起固着作用。研究发现在FAP处有多种细胞骨架蛋白，如肌动蛋白（actin）、α辅肌动蛋白（α-actinin）、祼蛋白（talin）等^[1]。

整合素的胞外区与ECM相连，胞内区则与细胞骨架相连，象是一座桥梁介导细胞内外信息的传递。它与ECM中配体的连接可促使FAP的形成，如包被有ECM的微珠能引起整合素交联，并引发多种FAP蛋白的聚集。又发现β亚基的胞内区为FAP形成所必需，在体外，它可直接与α辅肌动蛋白、祼蛋白等相连，去除它就足以封闭FAP的形成。研究认为主要是β亚基的胞内区进行信号传递，α亚基只起调节作用，正常情况下它封闭β亚基胞内区活性，例如在αⅡbβ3中，当α的胞内区被去除时，它与配体的亲和力会大大增加^[4]。但实验证明，并非所有的β亚基胞内区都能介导FAP的形成，有此功能的β亚基在不同物种之间和不同亚基之间，在结构上存在一些共同的结构基元，如“NPXY”等。而那些序列相对开放的亚基如β4、β5、β1c、β1b等无此功能，其中β4有很长的胞内区，可直接与胞内的一种酪氨酸蛋白激酶（TPK）连接，或通过一系列的连接蛋白与小GTP结合蛋白ras介导的信号通路相连^[5]。β5等也对信号转录有重要作用^[6]。

除细胞骨架蛋白外，在FAP内还存在多种重要的信号转导分子，如TPK、蛋白激酶C（PKC）、磷脂酶A₂（PLA₂）、磷脂酶C（PLC），小GTP结合蛋白Rho等。可以说FAP的存在为这些信号分子间的反应提供了一个支架，便利了整合素介导的信号传递，从这一角度讲它也是一个信号转导复合体，同时这些分子也为FAP形成所必需的，抑制Rho或TPK会阻止它的形成^[7]。

2 整合素介导的信号通路

整合素可激活多种信号分子，下面分类加以阐述：

2.1 对胞内离子浓度的调节

整合素交联或与配体结合后可引起胞内自由Ca²⁺浓度（［Ca²⁺]_i的升高），有两条途径可引起这一变化：一是整合素激活的PLC，PLC分解磷脂酰肌醇二磷酸（PIP₂）产生三磷酸肌醇（IP₃），IP₃刺激内Ca²⁺库释放。参与这一途径的PLC，一般而言应为G蛋白激活，但用白喉毒素和霍乱毒素封闭G蛋白后并不影响PLC活性，说明这一过程不需要它的参与。二是由离子通道介导Ca²⁺流入胞内，其激活机制尚不清楚。但它引起的[Ca²⁺]_i的升高比IP₃途径更为重要，提前清除胞内Ca²⁺库，只能轻微减弱细胞粘附，而封闭Ca²⁺通道后，却可使粘附力降低80%左右。推测粘附不仅需要Ca²⁺激活一系列信号物质，还需要[Ca²⁺]_i，梯度传送的信号。激活的离子通道造成的通道口与细胞中间的学度差可达20～100倍^[8]。Ca²⁺可调节多种酶类的活性，如磷脂酶和蛋白激酶等。[Ca²⁺]_i的升高能增强整合素介导的粘附，阻断Ca²⁺通路就能阻断β1整合素介导的粘附，但对β2整合素不起作用。

多种整合素如α4β1、αLβ2、αVβ3等与配体结合后可引起胞内[Ca²⁺]_i的变化，也有一些无此功能。如α2β1等。几乎所有的整合素均能通过Na⁺/H⁺泵调节胞内H⁺离子浓度，有些还可调节K⁺流入神经细胞^[7]。

2.2 整合素对磷脂酶和脂类激酶的激活

细胞与ECM的粘附可刺激胞内PIP₂的合成及浓度的迅速提高，解除粘连，则PIP₂水平迅速下降。这种调节主要通过两种脂类激酶进行：一是PIP-5激酶，它可催化PIP磷酸化为PIP₂。PIP-5激酶可被小GTP结合蛋白Rho激活。二是PI-3激酶，它可将PI、4-PIP、4，5-PIP₂分别磷酸化为3-PIP、3，4-PIP_3、3，4，5-PIP₃等。整合素可激活PI-3激酶，同时后者又对它有调节作用，若PI-3激酶被抑制，则凝血酶、CD₂等对整合素的激活作用被封闭。由于G蛋白的α和β亚基都能激活PI-3激酶，而G蛋白又与多种信号通路有广泛的联系，因此可认为大部分细胞因子和对整合素有调节作用的可溶性因子，都可通过它而对整合素起到调节作用^[9]。

此外，整合素还能激活磷脂酶PLA₂、PLCγ等，将大鼠上皮细胞与胶原蛋白（Col）粘连可激活PLCγ，引起DG的产生。这一过程需要β1整合素。在T细胞中β2整合素的交联也可激活PLCγ，并引发[Ca²⁺]_i的升高^[7]。

2.3 整合素对蛋白激酶的激活

2.3.1 对粘着斑蛋白激酶（FAK）的激活：1990年，首先发现鸡的FAK，随后相继获得人和其他脊椎动物FAK的cDNA。FAK是一种Tyr蛋白激酶，因其首先在FAP处被发现，故名FAK。绝大多数组织和细胞均表达FAK，它在结构上高度保守，由一个催化区、两个脯氨酸（Pro）富集区和一个引导它进入FAP的序列组成。它有6个磷酸化位点，激活时发生磷酸化，磷酸化可促进它与其它信号分子的连接，提高其催化能力等。FAK在细胞的迁移中起重要作用，敲除该基因的细胞，迁移能力下降，同时有超出常量的FAP分布于细胞的腹侧。而过度表达它的CHO细胞，在纤维连蛋白（FN）上的迁移能力却有所提高。它还对细胞的生长存活起一定作用，若在一些肿瘤细胞上的表达被抑制，可引起细胞凋亡^[10]。

整合素可活化FAK，当一些细胞系与ECM，如FN等粘连时，会诱导FAK磷酸化。实验证明β1和β3整合素的交联可活化FAK，其中血纤维蛋白原和αⅡbβ3结合所诱导的FAK磷酸化，为血小板凝集所必需。当缺乏αⅡbβ3时，FAK不能被磷酸化，从而导致一种血小板机能不全的疾病。通过嵌合体的研究发现，磷酸化依赖于整合素的胞内区段^[1]。

2.3.2 对有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAP）的激活：MAP的一个重要特点是当它被激活时将由胞浆转入细胞核内，许多转录因子都是它的底物，如Fos、Jun、NF-IL-6等，因此它是调节基因表达的重要信号分子。目前已从成纤维细胞中分离出两种MAP，即P42和P44，它们都能在有丝分裂原的刺激下高度磷酸化。整合素可激活MAP，如β1整合素的交联可诱导MAP的活化。尽管它和GF都有此功能，但它的激活作用更加慢而持久^[7]。

2.3.3 对整合素连接蛋白激酶（ILK）的激活：ILK是最近发现的一种Ser/Thr蛋白激酶，广泛分布于人类的各种组织和细胞，如单核细胞和外周血淋巴细胞等。利用免疫沉淀的方法证明它可与β1和β3的胞内区相连，因此推测它能被整合素调节并参与信号转导。同时ILK也可能具有调节整合素的能力^[12]。体外实验显示，ILK可特异地磷酸化人工合成的β1胞内区的Ser/Thr位点。而整合素的磷酸化在细胞的生长和分化过程中有重要作用，异常磷酸化可导致肿瘤的发生，β1整合素在介导淋巴细胞趋化、聚集过程中均被磷酸化。虽然上述实验结果尚不能完全肯定整合素的胞内区就是ILK的作用底物，但它提供了一条调节整合素的可能途径。另外ILK也可能是一种潜在的原癌基因，它在大鼠肠上皮细胞上的过度表达会引起细胞对ECM粘附的降低和形态