劉依和 陳志明 楊 勇

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 皮膚病醫(yī)院(皮膚病研究所)遺傳病中心，南京,210042

整合素是細(xì)胞黏附分子家族的重要成員之一，是由α、β亞基組成的異源二聚體跨膜受體，廣泛表達(dá)于不同物種的細(xì)胞表面，是穩(wěn)定細(xì)胞間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)黏附的重要結(jié)構(gòu)之一，同時(shí)可以參與細(xì)胞內(nèi)外的雙向信號(hào)傳導(dǎo)[1]，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移，在創(chuàng)傷修復(fù)、腫瘤侵襲和先天免疫過程中發(fā)揮著重要作用[2]。哺乳動(dòng)物中至少存在18種α亞基和8種β亞基，這些亞基是分別由不同的基因所編碼的蛋白，α、β亞基之間以非共價(jià)鍵連接，選擇性地組成24種不同的異構(gòu)體[3]。α、β兩種亞基都具有單獨(dú)的疏水跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，其中除整合素β4亞基外，其余整合素的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域僅由50個(gè)或更少的氨基酸組成，整合素α6β4因其特殊的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，在表皮基底膜帶的半橋粒組裝中發(fā)揮重要作用[4]。此外，整合素α3β1也是輔助基底層角質(zhì)形成細(xì)胞黏附的重要分子。

整合素α3β1是整合素家族中的重要成員之一，在維持真皮-表皮連接(dermal-epidermal junction，DEJ)中起到關(guān)鍵性作用，還參與了皮膚基底膜形成、創(chuàng)傷修復(fù)和腫瘤轉(zhuǎn)移等過程[5-7]。既往針對(duì)整合素α3β1的研究主要側(cè)重于其對(duì)腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移和預(yù)后評(píng)估的作用，近年關(guān)于整合素α3β1在皮膚組織中的表達(dá)及其對(duì)皮膚結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傷口愈合、腫瘤微環(huán)境等多方面作用受到了重視，本文主要綜述整合素α3β1的功能及其在相關(guān)皮膚病發(fā)病機(jī)制中的作用。

1 整合素α3β1的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

整合素α3β1是由α3和β1亞基特異性組成的異構(gòu)體，兩個(gè)亞基都具有較大的胞外結(jié)構(gòu)域、單次跨膜結(jié)構(gòu)域和短小的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，它們共同參與配體的識(shí)別和結(jié)合過程，從而保證配體的相對(duì)特異性。整合素與配體的識(shí)別模式分為四大類，其中三類整合素分子能夠通過識(shí)別特定的肽段從而結(jié)合不同的配體，這些特異性識(shí)別位點(diǎn)主要包括精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)、亮氨酸-纈氨酸-天冬氨酸(LVD)和甘氨酸-苯丙氨酸-吡咯賴氨酸-甘氨酸-谷氨酸-精氨酸(GFOGER)。第四類整合素分子，包括整合素α3β1、α6β1、α7β1和α6β4，能夠高選擇性的識(shí)別和結(jié)合層粘連蛋白(Laminin，LN)家族，這些整合素的α和β亞基分別結(jié)合配體的不同區(qū)域，且都不局限于特定序列。當(dāng)募集到細(xì)胞外基質(zhì)配體后，整合素α3β1的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域借助機(jī)械敏感分子Talin和Kindlin與細(xì)胞骨架相連，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白絲的重組并加強(qiáng)細(xì)胞與ECM的黏附。

在表皮中，整合素α3β1主要表達(dá)在基底層角質(zhì)形成細(xì)胞中，通過與ECM中的特定配體結(jié)合，穩(wěn)定角質(zhì)形成細(xì)胞與基底膜的黏附結(jié)構(gòu)[8]。表皮基底膜帶中包含大量豐富的ECM成分，如Ⅳ型膠原、Ⅶ型膠原、纖維連接蛋白、LN-332、LN-311、LN-321、LN-511和LN-521等，其中LN-332與整合素α6β4相互作用進(jìn)而參與半橋粒的組裝。整合素α3β1的配體主要為LN家族的特定成員，包括LN-332及LN-511等，與配體結(jié)合后協(xié)同穩(wěn)定細(xì)胞黏附、調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移、誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重組并參與基底膜發(fā)育[9，10]。既往認(rèn)為，整合素α3β1和α6β4在增殖活躍的表皮基底層高表達(dá)，而在缺乏相應(yīng)配體的上層分化細(xì)胞中表達(dá)量較低，這提示了其可能參與細(xì)胞增殖，并在細(xì)胞增殖向細(xì)胞分化轉(zhuǎn)變的過程中具有一定的調(diào)節(jié)作用。其內(nèi)在機(jī)制可能是通過下調(diào)整合素α3β1和α6β4的表達(dá)實(shí)現(xiàn)基底層角質(zhì)形成細(xì)胞對(duì)基底膜的去黏附，進(jìn)而抑制細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白合成，激活C-myc誘導(dǎo)細(xì)胞分化[11]。但近年來，有研究進(jìn)一步表明在基底淺層角質(zhì)形成細(xì)胞中，整合素α3β1通過與膜蛋白CD151相互作用，介導(dǎo)不依賴于LN-332的細(xì)胞活動(dòng)。在人體發(fā)育的不同階段，整合素的表達(dá)模式也存在差異，整合素α3亞基在嬰幼兒皮膚中低表達(dá)[12]，而嬰幼兒的傷口愈合一般不伴瘢痕形成，這提示整合素α3亞基可能在瘢痕愈合中起一定作用。

整合素α3β1為多種細(xì)胞活動(dòng)提供了關(guān)鍵信號(hào)分子，并參與人體多個(gè)器官譬如乳腺、腎臟及神經(jīng)纖維的發(fā)育，Itga3基因全身敲除的小鼠會(huì)胚胎致死也進(jìn)一步證實(shí)了其在發(fā)育階段的重要作用[13]。在組織創(chuàng)傷后，整合素α3β1通過胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)集中分布至細(xì)胞基底面，激活下游局部粘著斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)、Src等信號(hào)通路，為基底膜修復(fù)提供關(guān)鍵信號(hào)分子[1，14]。與此同時(shí)，整合素α3β1通過胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、整合素連接激酶(ILK)等通路[15]影響多種細(xì)胞因子的表達(dá)，包括血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)等，直接或間接地調(diào)節(jié)細(xì)胞外微環(huán)境，參與調(diào)控皮膚穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

2 整合素α3β1參與相關(guān)皮膚病的發(fā)病機(jī)制

2.1 上皮-間充質(zhì)連接 上皮-間充質(zhì)的相互作用維持著組織發(fā)育和再生過程中的穩(wěn)態(tài)，這一過程有眾多受體及其配體參與，進(jìn)行一系列復(fù)雜而有序的調(diào)控[16]。整合素受體在不同細(xì)胞表面廣泛表達(dá)，是細(xì)胞和細(xì)胞微環(huán)境相互作用的核心媒介之一。在皮膚中，DEJ是介導(dǎo)表皮與真皮黏附連接的重要結(jié)構(gòu)，幫助皮膚抵御外界剪切力。位于基底細(xì)胞基底面的整合素α3β1參與構(gòu)成皮膚基底膜帶，在維持DEJ中發(fā)揮著重要作用。與此同時(shí)，整合素α3β1還參與維持腎小球基底膜和毛細(xì)血管基底膜的穩(wěn)定。足細(xì)胞借助整合素α3β1錨定在腎小球基底膜的LN上，整合素α3β1的表達(dá)改變或功能缺損會(huì)導(dǎo)致足細(xì)胞粘附性下降、脫落，從而影響腎小球?yàn)V過屏障。整合素α3β1同時(shí)協(xié)助毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，并在血管重塑階段作為抗血管生成因子血管能抑素(Canstatin)的配體發(fā)揮作用。

ITGA3基因編碼人類整合素α3亞基，其純合功能缺失突變引起ITGA3蛋白無功能或者表達(dá)缺失，會(huì)破壞人體皮膚、肺臟和腎臟的上皮-間充質(zhì)連接，導(dǎo)致一種罕見的常染色體隱性遺傳病，主要表現(xiàn)為皮膚脆性增加，可伴有肺臟和腎臟的損害，稱作間質(zhì)性肺病、腎病綜合征和表皮松解癥綜合征(interstitial lung disease，nephrotic syndrome and epidermolysis bullosa，ILNEB)[17]。ILNEB因多系統(tǒng)受累，研究報(bào)道患兒多在數(shù)月內(nèi)死亡[18]，最近也有研究報(bào)道了一些ITGA3錯(cuò)義突變可導(dǎo)致非致死性ILNEB,推測(cè)這些突變體保留了ITGA3部分功能[19]。ILNEB皮膚表現(xiàn)符合遺傳性大皰表皮松解癥(epidermolysis bullosa，EB)，最新的EB分類已將ILNEB歸為與ITGA3相關(guān)的交界型EB[20]。EB臨床表現(xiàn)相似，基因檢測(cè)能夠明確診斷，并有助于疾病分型和預(yù)后評(píng)估。進(jìn)一步功能研究發(fā)現(xiàn)ITGA3基因功能喪失后，不僅表現(xiàn)為DEJ結(jié)構(gòu)異常，還會(huì)進(jìn)一步影響細(xì)胞內(nèi)、外的蛋白組成。蛋白組學(xué)分析顯示ILNEB患者的角質(zhì)形成細(xì)胞分泌蛋白中約30%的表達(dá)量有所改變，自主產(chǎn)生富含纖維蛋白的微環(huán)境[16，21]。同時(shí)皮膚組織整合素αv的表達(dá)明顯上調(diào)[21]，這可能會(huì)引起TGF-β1的空間限制性激活，進(jìn)而激活成纖維細(xì)胞合成ECM蛋白。但尚未明確這種細(xì)胞外環(huán)境的改變是代償性上調(diào)，還是由整合素α3β1的下游信號(hào)通路所介導(dǎo)的。ILNEB患者皮膚組織中LN-332和LN-511各亞單位的表達(dá)均有所上調(diào)[21]，但沉積到ECM中的成熟結(jié)構(gòu)并未隨之增加[16]，這反映了角質(zhì)形成細(xì)胞中整合素α3在將層粘連蛋白組裝到ECM中起關(guān)鍵性作用。由此可見，整合素α3β1功能缺失介導(dǎo)的DEJ受損伴隨著基底膜結(jié)構(gòu)破壞、重要粘附蛋白失調(diào)、細(xì)胞微環(huán)境改變等病理過程。

2.2 傷口愈合 傷口愈合是一個(gè)多組織共同參與、高度協(xié)調(diào)的復(fù)雜過程，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)口閉合、損傷組織修復(fù)、皮膚屏障恢復(fù)[22]。主要?jiǎng)澐譃檠装Y期、增生期和修復(fù)期，不同時(shí)期并非完全獨(dú)立，彼此會(huì)有交叉重疊[5]。在不同時(shí)期中，ECM的組成及其結(jié)構(gòu)會(huì)隨之連續(xù)變化，從而為參與不同時(shí)期的損傷修復(fù)細(xì)胞提供信號(hào)傳導(dǎo)和結(jié)構(gòu)支撐，保證傷口愈合有序而連貫的進(jìn)行[23]。ECM的物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，會(huì)引起病理性愈合，如慢性傷口和瘢痕增生等[23，24]。皮膚完整性破壞時(shí)，炎癥細(xì)胞釋放炎癥因子，促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌合成ECM，不同的整合素與ECM 相互作用，促進(jìn)傷口收縮、新生毛細(xì)血管和肉芽組織的形成，傷口床周圍的角質(zhì)形成細(xì)胞在不斷變化的ECM上遷移、增殖、分化，實(shí)現(xiàn)表皮結(jié)構(gòu)的正常修復(fù)。同時(shí)，整合素與ECM相互作用可以促進(jìn)基底膜的成熟，成熟基底膜的形成對(duì)于恢復(fù)新生表皮的屏障功能和真皮組織的支撐作用至關(guān)重要。

在傷口愈合的過程中，整合素α3β1介導(dǎo)細(xì)胞初始黏附，改變傷口床微環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移，在創(chuàng)傷后皮膚結(jié)構(gòu)再生和功能恢復(fù)中都起到關(guān)鍵性作用[25]。整合素α3β1與ECM相互作用下調(diào)TGF-β1抑制劑Smad7的表達(dá)，激活下游MMP-9等分子[26]并增加其mRNA穩(wěn)定性[27]，MMP-9在促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重塑和血管生成的過程中具有重要作用[28]。整合素α3β1下游分子以旁分泌作用于臨近細(xì)胞，促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移、新生血管生成，加速再上皮化形成新的表皮結(jié)構(gòu)[29]。當(dāng)傷口深及真皮層時(shí)，整合素α3β1促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞分泌IL-1，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變，促進(jìn)傷口收縮[30]。此外，還有其它整合素分子參與傷口愈合的過程，不同整合素分子時(shí)空特異性地協(xié)同和/或制約，形成一張復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。整合素α9β1可以阻斷整合素α3β1下游FAK的磷酸化，從而抑制下游細(xì)胞因子的釋放，減弱其旁分泌的生物學(xué)功能。在傷口愈合修復(fù)期，整合素α9β1表達(dá)競(jìng)爭(zhēng)性上調(diào)，防止在整合素α3β1的持續(xù)誘導(dǎo)下出現(xiàn)異常血管增生[31]。整合素的相互牽制也體現(xiàn)在基底膜的構(gòu)建中，LN-332γ2鏈的水解是基底膜成熟的標(biāo)志，整合素α3β1激活mTLD/BMP-1信號(hào)通路可以促進(jìn)LN-332γ2鏈的水解，成熟的基底膜可以進(jìn)一步誘導(dǎo)基底層角質(zhì)形成細(xì)胞的有序分裂，而整合素α9β1會(huì)抑制這一過程[32]。但在不同整合素分子之間起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵信號(hào)分子及其機(jī)制仍不明確，未來進(jìn)一步闡明這些問題可為靶向整合素來促進(jìn)傷口愈合的藥物開發(fā)提供理論支撐。

2.3 皮膚腫瘤 皮膚基底細(xì)胞癌和鱗狀細(xì)胞癌是最常見的皮膚腫瘤，闡明其發(fā)生的分子機(jī)制是精準(zhǔn)預(yù)防和治療的前提。整合素α3β1在皮膚腫瘤組織的角質(zhì)形成細(xì)胞中高表達(dá)[27]，在DMBA/TPA誘導(dǎo)的皮膚腫瘤模型研究中明確了其在皮膚腫瘤的發(fā)生中起關(guān)鍵性作用。表皮Itga3基因敲除小鼠誘導(dǎo)的皮膚腫瘤數(shù)量和體積都明顯減少，腫瘤組織周圍的纖維蛋白-2和巨噬細(xì)胞集落刺激因子1(CSF1)也明顯下調(diào)[6]。此外，毛囊干細(xì)胞通過整合素α3β1調(diào)節(jié)結(jié)締組織生長因子2(CCN2)的分泌，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的集落形成和3D生長，從而誘導(dǎo)皮膚腫瘤的發(fā)生[29]。這表明整合素α3β1可以通過影響皮膚腫瘤微環(huán)境，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡，有望成為腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。既往認(rèn)為整合素α3β1只會(huì)影響腫瘤細(xì)胞依賴于LN-332的細(xì)胞黏附和運(yùn)動(dòng)能力，但最近有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)整合素α3β1與CD151形成復(fù)合物后，可以在腫瘤組織的中央?yún)^(qū)域激活角質(zhì)形成細(xì)胞的Akt/STAT3信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤的早期生長，這是皮膚腫瘤發(fā)生早期的重要機(jī)制[7]，同時(shí)也提示了整合素α3β1的功能不僅局限于基底層角質(zhì)形成細(xì)胞。但是另有研究表明表皮Itga3敲除小鼠中鱗狀細(xì)胞癌進(jìn)展為未分化浸潤性癌的概率有所增加[33]，這似乎存在矛盾的地方。未來研究中需要進(jìn)一步闡明整合素α3β1在不同時(shí)期的具體功能。雖然整合素α3β1在黑素細(xì)胞中表達(dá)量很少，但既往體外試驗(yàn)證實(shí)黑素細(xì)胞細(xì)胞膜表達(dá)α3亞單位，并且其能夠增強(qiáng)細(xì)胞遷移[34]。近期研究也在黑素瘤的體外3D模型中進(jìn)一步證實(shí)了整合素α3β1對(duì)腫瘤細(xì)胞的聚集有核心調(diào)控作用[35]，這為皮膚黑素瘤的輔助治療提供了新的思路。上述的研究提示了整合素α3β1在腫瘤形成中扮演重要角色，但仍需進(jìn)一步研究以闡明在腫瘤進(jìn)展過程中，整合素α3β1是如何被激活并促進(jìn)腫瘤侵襲，針對(duì)其機(jī)制的研究有助于在整合素效應(yīng)分子水平尋找治療靶點(diǎn)。

3 總結(jié)

整合素α3β1與ECM相互作用，通過激活不同的信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞微環(huán)境，介導(dǎo)細(xì)胞增殖、分化、黏附和遷移等，參與基底膜的形成、維持真皮-表皮連接、促進(jìn)傷口愈合和皮膚腫瘤發(fā)生。不同整合素分子與不同ECM相互作用，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的時(shí)空調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在維持皮膚結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。然而，仍有一些問題亟待解決：不同整合素分子的功能差異以及其相互之間的調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步研究；傷口愈合過程中基底淺層角質(zhì)形成細(xì)胞中整合素α3β1的表達(dá)情況及其功能有待進(jìn)一步闡明；整合素α3β1介導(dǎo)的 ECM動(dòng)態(tài)重塑是皮膚損傷修復(fù)的核心，這一動(dòng)態(tài)改變?nèi)绾螀⑴c損傷修復(fù)過程中的血管重塑？整合素α3β1在皮膚腫瘤的形成中是如何被激活并促進(jìn)腫瘤侵襲？對(duì)這些問題的研究，有助于進(jìn)一步明確整合素α3β1的功能及其在相關(guān)皮膚病發(fā)病機(jī)制中的作用，進(jìn)而為傷口愈合、瘢痕控制、皮膚腫瘤的輔助治療等臨床相關(guān)問題提供新的思路。