整合素αvβ3在肿瘤血管生成中的作用

整合素 3 在肿瘤血管生成中的作用 发布时间：2011-07-11 来源：安徽省医学协会信息中心 作者：黄云鹏 林建华 林志雄 【摘要】 整合素是一种重要的黏附分子，整合素 V3 是整合素家族中的重要成员。作为内皮细胞与 细胞外基质的桥梁，整合素 V3 通过调节内皮细胞的黏附、迁移、增殖、凋亡等功能，在肿瘤血管生成 的过程中发挥重要的作用。整合素 V3 的单克隆抗体和拮抗剂能抑制肿瘤血管的生成，可能是一种治疗 肿瘤的新途径。 【关键词】 整合素 V3 肿瘤 血管生成 整合素(integrins) 为细胞黏附分子家族的重要成员之一，是一组广泛分布于细胞表面的跨膜糖蛋白受 体，主要介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质（extracellular matrix, ECM）之间的相互粘附,并介导细胞与 ECM 之间的双向信号传导,对细胞的粘附、增殖、分化、转移、凋亡起着重要的调控作用。最近研究表明 整合素在肿瘤血管生成过程中发挥重要作用，其中整合素 V3 的作用尤为重要。本文就 V3 在肿瘤血 管生成中的作用进行探讨。 1 整合素的基本结构和功能 整合素是由 和 亚基以非共价键结合而形成的跨膜异二聚体糖蛋白，迄今已发现 18 种不同的 亚单位 和 8 种 亚单位，组成至少 24 种的整合素 1。整合素识别配体是多种的 ECM 成分,如纤维黏连蛋白 （fibronectin，FN），层黏连蛋白（ laminin，LM），玻璃黏连蛋白（vitronectin，VN），血小板反应蛋白 -1 (thrombospondin-1，TSP-1) 和 von Willebrand 因子（von Willebrand factor ，vWF）等。大多数的整合素 与 ECM 分子形成复合体后在细胞膜的表面积聚成簇，通过 亚基的胞浆部分将信号传给细胞骨架蛋白。 这种由 ECM 蛋白、整合素和细胞骨架形成的灶性粘附 (focal adhesion)是细胞粘附与 ECM 的基础，也是整 合素介导信号传导的结构基础。这些信号途径包括 Ras、FAK、Src、PI3 激酶、MAP 激酶、整合素连接激 酶（integrin linked kinase, ILK ）等激活，还可增加细胞内 p值、Ca2+水平和脂肌醇的合成。整合素通过 信号传导影响细胞的增殖、基因转导、凋亡等生物学行为2。 2 V3 的结构和功能特点 V3 由 V 亚基（CD51，150kD）和 3 亚基（CD61，105kD）形成的跨膜异二聚体糖蛋白，又名 VN 受 体。V3 能识别配体分子中的精-甘-天冬序列（arg-gly-asp，RGD）。这类配体包括 FN、VN、TSP-1 和 vWF 等。V3 可以表达于多种细胞类型，并与多细胞活动过程中的多种配体结合，参与肿瘤的血管生成， 侵袭转移、炎症、伤口愈合和凝血等生理和病理过程。 3 V3 在血管内皮细胞上的表达特点 静息期的内皮细胞（endothelial cell，EC）表面 V3 呈低水平表达， EC 受到血管内皮细胞生长因子 （vascular endothelial growth factor, VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、白介素-8 （interleukin-8, IL-8）和其他多种刺激因子的调控，研究表明在这些因子的作用 下，EC 的 V3 表达上调3。 4 V3 在肿瘤血管生成中的机制 血管生成是一种复杂的，多步骤的过程，需要许多因子间的相互作用，这些作用需要以特定的时空方式 相互协调，目前至少有 8 种的整合素（11、21 、31、61 、64、51、V3、V5 ）参与肿瘤 血管生成，其中 V3 发挥着重要作用，其可能机制如下。 4.1 参与内皮细胞的激活和迁移 V3 能促进 EC、肿瘤细胞分泌和诱导蛋白水解酶如金属基质蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)的激 活。此外，V3 可同时粘附 MMP 和 ECM，从而使 MMP 导向靶目标，通过 MMP 降解 ECM 成分为 EC 迁移提供便利。此外，MMP 对 ECM 的降解可使以储存形式而无生物学活性的 VEGF4从 ECM 中释放出 来并具有生物活性，而后者是 EC 的特异性激活因子。因此认为 V3 通过 MMP 参与了 EC 的激活和迁 移。 4.2 介导内皮细胞增殖 激活后的 EC 增殖是微血管生成的一个重要步骤。整合素信号则能控制 EC 从1 期进入期过程。EC 的 增殖需要通过整合素与生长因子（growth factor ，GF ）的紧密协同作用。整合素与生长因子能通过黏着斑 激酶(focal adhesion kinase, FAK)等激活 Ras 和细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase, ErK）。ErK 控制 CyclinD1 和 p21 的表达进而控制 EC 从1 期进入期。生长因子激活 Erk 作用强烈但 短暂，不足以产生 CyclinD1，而整合素介导 Erk 激活微弱，也不能刺激 CyclinD1 的表达。只有联合整合 素和生长因子两种信号，才能产生适当的动力和 Erk 激活程度。整合素和生长因子协同作用影响 ErK 激活 的分子机制具体还不太清楚,可能是这两种信号传导途径之间的部分重叠、相互影响、相互协调作用的结 果。小鸟苷三磷酸（guanosine triphosphate, GTP）结合蛋白也参与整合素介导的细胞增殖。所以，V3 表 达异常可使肿瘤细胞和 EC 持续增生5。 4.3 抑制内皮细胞凋亡 Boudreau 等6 研究发现：V3 与胞外配体结合后能抑制 p53 的生物学活性，降低细胞周期抑制剂 p21WAF1/CIP1 的表达，增加 Bcl-2/Bax 的比值，抑制 EC 的凋亡，从而促进了 EC 的存活，应用 V3 的 单克隆抗体后则可以引起 EC 凋亡。Scatena 等7进一步研究发现，V3 与配体的结合激活了核因子 Kappa B（NF B）活性，从而抑制 EC 凋亡。以上结果提示：V3 可能是通过与胞外配体结合后向 EC 提供生存信号，抑制增殖细胞的凋亡，促进新生血管的生成。Bao W 等8研究还发现整合素 V 是维持 MAPK 激酶 MEK1 和 Erk 活性所必需的，而抑制 MEK1 活性会导致凋亡。V3 和 VEGF 在抗 EC 凋亡中 存在协同作用。研究发现 V3、VEGF9 能诱导 EC 的几种抗凋亡效应分子的表达，其中包括 Bcl-2 和 Al、XIAP 和 survivin 等抗凋亡家族成员。VEGF165，VEGF189 还可以通过 31、V3 和其它 V 而非 同源性的 VEGF 受体介导的细胞的黏附而避免凋亡10。 4.4 参与 bFGF 诱导的血管生成 Naik MU 等11研究发现在无 bFGF 作用时，无活性的连接黏附分子 1/A(junctional adhesion molecule 1/A，JAM-1/A)位于静止 EC 细胞的连接处，并与 V3 结合成一个复合物。bFGF 可分解 V3 与 JAM- 1/A 形成的复合物，激活 JAM-1/A 与 V并通过两者进行信号传导。通过抑制 JAM-1/A 或 V3 信号 可抑制 bFGF 诱导的血管生成，表明 JAM-1/A 和 V3 的信号途径在 bFGF 诱导的血管生成是必不可少的。 4. 参与 VEGF 诱导的血管生成 Hall H 等 12研究发现 L1Ig6 是 V3 的一种配体。基质结合的 L1Ig6 或 VEGF-A165 可刺激鸡绒(毛) 膜尿 囊膜（chicken chorioallantoic membranes, CAM）中 V3 表达的上调，两者协同作用可进一步上调 V3 的表达。De S 等13 研究发现表达 VEGF/VEGFR-2 的前列腺肿瘤细胞能激活起其表面的 V3 和 V5（共存在）活性，从而使细胞转移并结合到骨组织内的富含半胱氨酸的酸性分泌形蛋白(secreted protein，acidic and rich in cysteine，SPARC)，刺激肿瘤生长和 VEGF 进一步的产生以支持血管生成，最终 导致转移肿瘤细胞的顺利生长。Brown CK 等14研究表明用抗 VEGF 抗体治疗神经胶质瘤可减少整合素 V 族整合素、DNA-PK(CS)和共济失调毛细血管扩张基因（ataxia telangiectasia gene, ATG ）的表达而增加 细胞的凋亡。 激活 FAK 是许多整合素信号传导系统中最重要的一个过程，同时 FAK 也是生长因子受体介导磷酸化的一 个靶点。因此，生长因子和整合素信号存在交叉联系。Iizuka M 等15发现 VEGF 通过 VEGFR-2 诱导 EC 表达下游症候群选择区域-（down syndrome critical region 1，DSCR1），而 DSCR1 通过与 V3 相互作 用来调节 EC 的粘附和迁移。11，21 ，V3 或 V5 促进 VEGF 激活 p44/p42、MAPK 信号途径，在 血管的生成上出现功能重叠和协同作用16。Masson-Gadais 等17发现 VEGF 可通过 VEGFR-2 和 V3 将激活应力活化蛋白激酶-2/p38(stress-activated protein kinase-2/p38, SAPK2/p38)，FAK 信号传导途径而调 节 EC 迁移和灶状粘附。 Soldi R 等 18研究发现：V3 介导的 EC 与 ECM 之间的粘附对 VEGFR-2 的激活至关重要，V3 协同强 化了 VEGF-A165 引起的 VEGFR-2 的磷酸化及促有丝分裂作用，参与了 VEGF-A165 对 VEGFR-2 的完全 激活，从而促进血管的生成。Hall H 等 2研究发现在 V3 和 VEGFR-2 存在共同配体 L1Ig6，即使在 缺乏外源性 VEGF-A165，L1Ig6 仍可使 VEGFR-2 磷酸化，表明 VEGFR-2 和 V3 存在着紧密的关系。 4.6 诱导环加氧酶的产生 V3 和配体的结合可诱导环加氧酶（cyclooxygenase，COX）和 PG-12 的产生。COX 已经被证明在肿瘤 形成和肿瘤周围的血管生长中起重要的作用。其中，COX-2 是一种关键前列腺素合成酶。V3 和配体的 结合通过多种信号途径促进 COX-的 mRNA 的合成和阻止溶酶体依赖性降解来保持 COX-2 在内皮细胞 中的水平19。 5 V3 和肿瘤诊疗 整合素 V3 受体在多种恶性肿瘤细胞表面和肿瘤组织新生血管内皮细胞膜高表达，而在成熟血管内皮细 胞和绝大多数正常器官系统不表达，为设计含有 RGD 序列的 V3 受体小分子拮抗肽修饰的选择性肿瘤 靶向显像剂和 V3 的单克隆抗体和拮抗剂治疗肿瘤提供理论基础20。 5.1 V3 与选择性肿瘤靶向显像 含 RGD 序列的小分子多肽是肿瘤 V3 受体强有力的拮抗剂，向多肽中引入不同的功能基团进行一定修 饰，并用放射性核素 125I，99Tcm，111In 或 18F 标记，因未改变这类多肽的空间结构，故并不影响标记 配体与 V3 受体结合的亲和力与选择性。这类多肽不仅是具有潜在临床应用价值的肿瘤受体靶向显像剂， 而且为进一步开展实体肿瘤受体靶向核素治疗研究奠定了坚实的基础。 Sipkins 等 21在兔实验中应用表面脂双层分子被 LM609 修饰的包裹钆的脂粒体作为肿瘤受体靶向显像剂 进行磁共振扫描（MRI），可显示在普通 MRI 扫描中无法显示的肿瘤血管生成的热点。正电子发射 X 线 成像断层术(positron emission tomography，PET)是评估肿瘤血管生成的另一种有效方法。Haubner 等22研 究表明一种 18F 标记含 RGD 序列多肽作为 PET 检查的显像剂可在鼠 V3 阳性的肿瘤中累积并呈剂量依 赖性，能清晰辨别恶性组织和正常组织界限。 5.2 V3 和抗肿瘤治疗 由于 V3 在血管生成中的重要作用，因此被作为靶点以抑制血管生成。抗 V3 的单克隆抗体 LM60923， 在体内和体外实验中均能有效抑制血管生成，并能抑制肿瘤的增殖，有望成为抗肿瘤治疗的辅助药物。一 种可用于人体的 LM609，又名 Vitaxin，已经进入期临床药物试验，初步的临床试验并未观察到抗肿瘤 的疗效，这可能是因 Vitaxin 毒性极小，试验没有得出药物的最大耐受量而无法确定药物的最佳剂量，所 以观察不到抗肿瘤的临床疗效24。 ECM 分子中的 RGD 序列，是多种整合素与配体结合的位点。环状 RGD(cRGD)能封闭此结合点，从而抑 制多种整合素包括 V3 和 V5 整合素的功能。在体外实验中，cRGD 的作用较 LM609 更强。甲基化 cRGD 能选择性抑制 V3 整合素与 FN 的结合，其抑制肿瘤血管生成的疗效更加明确。 V3、V5 整合 素的抑制剂 Cilengitide 是一种低分子多肽，在联合放射治疗等其他疗法能增加 EC 和肿瘤细胞的凋亡25 。 6 小 结 肿瘤的生长、侵袭和转移的过程