国外医学免疫学分册2000年第23卷第1期

白求恩医科大学免疫学教研室，吉林长春130021刘红岩

摘 要整合素是一类重要的细胞表面受体家族、主要介导细胞与细胞外基质的粘附。整合素在胞内外信号传导中起重要作用。FAK是整合素传导途径中的关键酪氨酸激酶，整合素、FAK与Src家族激酶结合，通过形成FAK/Src复合物而引起Paxillin和Cas磷酸化，后二者通过接头蛋白Crk和Grb2激活Ras途径的下游激酶MAPK，通过MAPK改变细胞行为。本文综述了FAK在整合素信号传导中生物学作用，即介导细胞在FCM上的粘附和迁移，调节细胞增殖和存活等。

关键词:整合素焦点粘附激酶信号传导

整合素（integrin）是一类重要的细胞表面受体家族，主要介导细胞与细胞外基质（ECM）的粘附，使细胞得以附着而形成整体，故称整合素。此外还介导细胞与细胞间的粘附。整合素都是由α、β两条链非共价键连接构成的异源二聚体。α、β两条链均为跨膜糖蛋白，都是由胞膜外区、胞浆区和穿膜区三部分组成。整合素介导的粘附作用调节着多种细胞功能，包括细胞凋亡、细胞增殖、细胞粘附与迁移，淋巴细胞归巢等。为了了解整合素调节细胞功能的机制，有必要确定整合素与配基间本互作用后激活的胞内信号传导途径。就目前的研究看来，整合素触发的主要信号是酪氨酸磷酸化级联反应。在多种类型的细胞中，整合素早期是通过使焦点粘附激酶（FAK）酪氨酸磷酸化而使其激活，FAK激活后，引发其它细胞骨架蛋白和信号蛋白的酪氨酸磷酸化，这些磷酸化蛋白对调节细胞功能起重要作用。本文以近期研究中引人注目的FAK及其相关酶在整合素信号传导中的作用为重点，同时探讨其它信号蛋白与整合素的关系。

1整合素信号传导的结构基础一焦点粘附物

整合素可将胞外的ECM分子与细胞内的骨架蛋白连接起来形成焦点粘附物。胞外ECM分子包括纤粘连蛋白（fibronection，FN），胶原（collagen）、玻璃粘连蛋白（vitronectin，VN）、层粘连蛋白（laminin,LM）等。细胞骨架复合物包括α-辅肌动蛋白（α-actinin）、纽蛋白（vinculin）、踝蛋白（talin）、吻蛋白（paxillin）、张力蛋白（tensin），这些细胞骨架复合物最终连接到肌动蛋白丝是整合素信号传导的结构基础，许多信号蛋白通过与焦点粘附物结合，在整合素介导的信号传导中发挥作用，如FAK，PL-3K等^[1]。

2焦点粘附激酶FAK

FA是一个胞浆酪氨酸激酶，在整合素介导的信号传导途径中起着关键作用，Parsons和同事确定为125KD的蛋白，同时发现，V-Src转染的鸡胚细胞中，FAK的磷酸化Tyr含量增高。从鸟、鼠、非洲蟾蜍获得的FAK的cDNA中，推导出的蛋白质顺序发现，FAK有高达90%的同源性，表明FAK的功能在进化中高度保守。FAK可分为三个功能区：N-端区、激酶区和C-端区，每个区域包含大约400个氨基酸。C-端区的FAT（focaladhesion targeting）序列对于FAK结合到焦点粘附物上是充分而且必要的顺序。N-端区可连接到几个合成的β整合素的胞浆区。FAK已知有6个可以被磷酸化的酪氨权Tyr397、Tyr407、Tyr576、Tyr577、Tyr861、Tyr925。C-端区还有两个富含Pro的区域。这些区域都是FAK发挥信号传导功能的关键部位。Tyr397是主要的自主磷酸化部位，与Src家族直接作用。Tyr576和Tyr577是Src家族激酶磷酸化的主要部位。被磷酶化的Tyr925可与接头蛋白Grb2（Growth receptor buond protein2）结合，Tyr407和Tyr861可能是与其它SH2蛋白结合的部位，位于C-端的两个富含pro区：PR1和PR2，是含有SH3结构域的蛋白质的结合部位，如Cas (Crk-associated substrate)^[2]。

图1 FAK结构，Tyr磷酸化和蛋白质相互作用部位

FAT：焦点粘附物靶位点：PR1、PR2：富含Pro区2，与Cas家族SH3结合

3整合素激活FAK的机制

FAK激活的可能模式是：ECM分子等配基结合引起整合素在焦点粘附物处聚集，通过整合素-talin,talin-FAK间的相互作用，多个FAK分子聚集到焦点粘附物处，使得FAK相经磷酸化（transphosphorylation）而被激活，并与其它信号分子相连。其它骨架蛋白，如paxillin和tensin也可能在整合素激活FAK中起作用^[3]。

实验表明，整合素β胞浆区是FAK激活所必需的，其中β1整合素在焦点粘附物的构成上起重要作用。在成纤维细胞，FAK磷酸化需要β1整合素的胞浆区的存在。含有β1跨膜区、胞浆区和不相关胞外区L3T4（来自小鼠CD4的胞外区389-400氨基酸）的嵌合体，能够竞争性破坏整合素αvβ5介导的细胞粘附。抗-L3T4抗体可以诱导FAK酪氨酸磷酸化^[4]。Scaller等体外研究表明，FAK可结合到合成或模拟的几种β整合素的胞浆区。Tahiliani等对β3胞浆区的缺失和取代突变株进行研究表明，在β3胞浆区的近膜端和远离膜的C末端序列都是起始FAK酪氨酸磷酸化的重要部位。同时证明β3胞浆区752位的Pro突变（已知引起Glanzmann’s thrombasthenia）可以抑制FAK的酪氨酸磷酸化，表明β3胞浆区的单个氨基酸突变，可因抑制内外双向整合素的信号传导而引发疾病^[5]。以上研究表明，β胞浆区的结构信息对FAK激活是极其重要的。

另有实验表明，FAK的激活依赖于细胞骨架的完整性。细胞松驰素D（其他选择性的破坏肌动蛋白细胞骨架）处理细胞，能够抑制FAK的激活。Chen等最近研究发现，FAK可与细胞骨架蛋白talin相连，talin是已知与整合素直接作用的骨架蛋白，talin结合以FAK不依赖于FAK的酪氨酸磷酸化和激活，提示talin可能是FAK激活的上游介导者。用抗整合素抗体包被的微珠可诱导talin、FAK、肌动蛋白与整合素共聚一处，这种聚合物的形成需要整合素β1胞浆区791-799氨基酸的存在。以上结果提示talin可能是整合素激活FAK的一个介导者^[6]。

其它两个细胞骨架蛋白paxillin^[7]和tensin也可能参与FAK的激活。体内与体外实验都表明，paxillin可与FAK直接作用。Miyamoto等最近研究表明，非抑制性抗体包被的微珠产生的整合素成束可诱导tensin和FAK共聚一处，同时激活FAK^[8]。

图2 整合素介导的信号传导途径

4整合素激活FAK后的信号传导途径

整合素激活FAK后的信号传导途径可能有多种，但目前研究较清楚的是Ras/MAPK途径^[9]。

几种与整合素相连的蛋白质都含有调节性结构域，被称为Src同源区2（SH2）和Src同源区3（SH3），SH2和SH3能够特异地介导蛋白质与蛋白质间的结合。SH2可结合到含特定的磷酸化Tyr的肽基序的靶蛋白上，SH3可结合到特定的富含Pro肽基序的靶蛋白上。这些结构域在结构上完整独立，每个结构域N-端和C-端紧密对合，易于插入其它蛋白的表面，在胞内蛋白质的相互作用中起重要作用^[10]。

Schlaepofer等研究发现，FN刺激的293细胞中，C-Src激酶活性提高3倍，同时证明FAK的磷酸化的Ty397促进FAK与C-Src的SH2结合。Tyr397已被确定是细胞粘附引起FAK自发磷酶化的主要部位。Tyr397所在的肽段结构YAEI与Src的SH2的结合基序YEEI相似，因而二者可能结合。用几种方法，几个实验室都已经报道了Src与FAK间的相互作用是直接通过FAK的磷酸化的Tyr397介导的，激活的FAK与Src的SH2结合，取代了Src的C-末端的调节性磷酸化Tyr而使Src激活。Src正常情况下，因为分子内的SH2结合以自己C-末端的磷酸化Tyr残基而活性受到抑制。Src活化后，通过使FAK其它的Tyr磷酸化而调节FAK活性，并使FAK产生其它SH2蛋白的结合区域，已有实验证明，FAK最大的激酶活性需要Tyr576和Tyr577的磷酸化，二者都可被C-Src和V-Src磷酸化^11]。

FAK/Src结合，引起进一步的信号传导，Paxillin和Cas^[12]已证明与FAK直接相连，体外实验表明，paxillin和Cas可被FAK或Src磷酸化。Paxillin和Cas在V-Src转染的细胞中，Tyr磷酸化提高，而且，在过度表达FAK的细胞中，Tyr磷酸化提高，而且，在过度表达FAK的细胞中，Paxillin酪氨酸磷酸化增加，需要FAK与Src结合部位的Tyr397自主磷酸化。同样，Gas酪氨酸磷酸化也需要FAK与Src结合部位的Tyr397自主磷酸化。相关粘附焦点酪氨酸激酶（related adhesion focal tyrosine kinase,RAFTK）与FAK有64%的同源性，结构与FAK相似，都在C-末端富含Pro区，研究表明，在人B细胞，RTFAK与Cas在结构上紧密相连，BCR交联引起的B细胞激活，可以诱导RTFAK的Tyr磷酸化^[13]。另有实验表明，Cas的SH3可以稳定地结合到FAK富含Pro区。因此，FAK/Src复合物在细胞粘附过程中起始paxillin和Cas磷酸化是可能的。

Paxillin和Cas酪氨酸磷酸化后，除可以调节细胞骨架外，还产生其它含SH2结构或蛋白的结合部位，Crk是一种接头蛋白（adaptor protein），仅由一个SH2和两个SH3结构域构成，体外研究表明，Crk可与paxillin结合，paxillin的Tyr31和Tyr118处的磷酸化部位与Crk的SH2结合基序一致，因而二者可以结合。同样Cas也表现出与Crk结合。Crk的SH3区可与C3G结合，C3G是公认的Ras的鸟苷酸<