黏合斑激酶在癌癥發展中的作用

仇 平

黏合斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)是一種細胞質酪氨酸激酶，是一種關鍵信號介導子，與正常細胞和癌細胞中的其他受體一樣，它由細胞外質基質中的一類細胞表面受體重要家族——整合蛋白介導。整合蛋白通過破壞FAK激酶域和氨基酸末端FERM域之間的自動-抑制分子內的相互作用來激活FAK?；罨腇AK形成一個帶有Src家族激酶的二元復合體，它能夠鱗酸化其他底物并觸發多種細胞內信號途徑來調節各種細胞功能。FAK在黏合斑中的亞細胞定位對FAK的信號轉導非常重要，這是與其他激酶的區別之一。整合素-FAK信號可以通過磷酸化和蛋白質-蛋白質相互作用激活若干信號通路促使腫瘤發生。FAK通過調節癌細胞及癌細胞的微環境包括癌細胞遷移、入侵、表皮到間質的移動及血管生成，其在腫瘤發展和遷移中起著非常重要的作用。最近，用異種移植體和條件型敲出老鼠模已直接證明了FAK在腫瘤形成和發展中的作用。人們對在各種人類癌癥中發現的FAK實驗數據，過表達和激活取得了認同?，F今，已建立若干FAK小分子抑制劑并在癌癥治療中進行了多階段測試。整體來看，對癌癥中FAK信號通路的大量研究為這種關鍵激酶積累了豐富信息，未來的相關研究可為癌癥治療提供新的可能性方案。

細胞外基質(ECM)介導的細胞相互作用在癌癥形成和發展的許多方面起著關鍵作用。整合素家族細胞黏附受體是細胞黏附到細胞外基質的主要介導子，而ECM與肌動蛋白細胞骨架的連接在細胞結構中稱為黏著斑(或聯絡接觸)［1］。除了聚集整合蛋白自身，黏著斑的多結構性及其信號分子，都突出了黏著斑在調節細胞結構和功能中的重要性。其中主要的蛋白質是黏著斑激酶，非受體酪氨酸激酶，這是最早確定的在黏著斑中最重要的信號分子之一。

FAK的發現是兩個旨在了解癌癥分子機制的研究融合的結果。起初，研究人員以整合蛋白介導的細胞黏著為前提，尋找整合蛋白依賴方式的酪氨酸磷酸化蛋白質，通過觸發關鍵信號分子的酪氨酸磷酸化，可提供正常細胞的錨依賴性生長，從而其磷酸化的異?？赡苁清^不依賴性增長的原因，這是癌細胞的標志之一。這些研究報道了血小板［2，3］中的一些蛋白質和成纖維細胞中一個約120kDa的主要蛋白質，其被可整合蛋白誘導磷酸化［4，5］。在第二組的研究中，確定了V-Src癌蛋白的關鍵底物，并通過在V-Src轉化細胞混合蛋白質中產生對應的單克隆抗體進行克隆，以了解由致癌酪氨酸激酶引起的轉化機制［6，7］。人們很快發現，這些底物之一便是一種酪氨酸激酶本身，它與整合蛋白介導細胞黏附觸發磷酸化的120kDa蛋白質相同［7，8］。根據其在黏合斑中的顯著定位，這種蛋白被命名為FAK［7］，由整核蛋白激發的FAK活化和磷酸化和癌基因轉化一樣為癌細胞錨非依賴生長提供了一個合理的解釋機制［8］。自從20世紀90年代初這些最初的結果發現以來，人們進行了大量關于與癌癥和許多生物學的、疾病過程相關FAK信號途徑的研究。這種研究主要聚焦于FAK信號通路在癌癥發展和進程中的作用，盡管FAK也在許多其他生物學和疾病過程也起著重要作用［9，10］。

人類FAK基因定位于染色體8q24.3(GenBank或FASTA格式:NW_923984.1;EntezID:5747和核苷酸訪問編號:AC100860)［11］。雖然已經在這種基因中發現轉錄突變體可編碼兩種稍有不同的蛋白異構體(異構體α有1052個氨基酸，異構體β在α的N-末端增加了22個氨基酸)，但在不同物種中FAK蛋白(也稱為PTK2，FAK1，pp125FAK和FADK)氨基酸和結構有大于95%的相似性［12］。FAK由一個N-末端FERM域(蛋白質4.1、埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白同源體)，中央激酶域和C-末端區域組成，其中包括FAK定位到黏合斑上的黏合斑靶序列。無論是N-末端和C-端域都可以以各種FAK活化關鍵蛋白介導FAK相互作用，這種相互作用可通過整合蛋白或其他細胞表面受體進行調控，與FAK調控不同細胞功能一樣。

整合素介導細胞黏附是FAK的主要上游激活子，目前已在幾乎所有黏附細胞中發現FAK活化和酪氨酸磷酸化的增加。FAK氨基末端FERM域在FAK激活中起著關鍵作用，最近對FAK晶體結構的分析以及早期的突變研究，發現FAK激酶結構域分子內的相互作用可活化FAK［13～16］。當黏著斑激酶在非活動狀態，FAK的FERM域和激酶域之間直接接觸可以封閉其催化活性并消除其激活環以及重要位點Y397的自磷酸化。反之，在激活狀態，FERM域被激活蛋白替代(例如整合蛋白β細胞質域或其他激活子)，可允許Y397迅速自磷酸化，暴露Src激酶家族錨定位點，它可磷酸化FAK上其余位點使其全面激活。這樣和FAK活化關聯的構象改變可用基于結構構型設計的探針進行熒光共振能量轉移在活細胞中直接體現［17］。除了整合蛋白，FAK氨基末端域也與血小板衍生生長因子，表皮生長因子受體和肝細胞生長因子受體相互作用，這些相互作用可能對整合蛋白和生長因子受體之間的交叉對話起著重要作用，它有可能和黏著斑激酶活性的調節有關［18］。

一旦它被激活，FAK的Y397位點自磷酸化，通過SH2域為Src提供一個結合位點［19～21］。FAK結合到Src的 SH2結構域取代了Src Y527，減輕自抑制相互作用，導致Src的活化。相反，使FAK的Src附著位點磷酸化，包括FAK激酶激活環殘基Y576和Y577，會進一步提高FAK的活性。FAK/Src復合體的相互激活能起始一系列磷酸化事件和新的蛋白質-蛋白質相互作用進而觸發若干信號途徑。已證實這些FAK信號轉導通路可以調節正常細胞和癌癥細胞的多種細胞功能。

小結及展望

FAK是一種促進腫瘤形成，生長和轉移的關鍵分子之一，它通過提供異常信號作用于細胞存活，增殖，遷移，EMT，入侵及血管生成。FAK表達和活化的增加是很多癌癥FAK信號異常的原因，FAK是一個理想分子靶位點，可專門抑制FAK活性來提供治療。它還為將FAK下游因子作為腫瘤診斷和/或預后生物標志提供了機會。雖然比較容易獲得專一FAK抑制物，但由于FAK隨處表達，盡管表達水平較低，仍然需要解決腫瘤特異性靶向問題，這在正常組織中也一樣。腫瘤特異性傳遞FAK抑制劑或結合其他腫瘤專一性藥物部分調節FAK正常水平的表達或活性——單獨使用效用低，可在臨床試驗中同時實現腫瘤特異性最大化和正常組織毒性最小化，這看起來是一個不錯的策略。

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