整合素連接激酶與肺纖維化的研究進展

何坤 張秀峰

肺間質纖維化(pulmonary interstitial fibrosis，PF)是一種原因不明、發病機制尚不清楚并且缺乏確實有效治療手段的致命性彌漫性肺間質疾病。其病理過程包括肺組織的炎性損傷、組織結構破壞及隨后發生肺間質細胞積聚的組織修復過程。在這一過程中，肺炎癥細胞、肺泡上皮細胞、和肺間質細胞都可以分泌細胞因子、炎性介質等生物活性物質，從而促進成纖維細胞的遷移和增生以及間質膠原的增生，亦可以增加肺上皮細胞間質轉化((epithelial-mesenchymal transition，EMT)的形成和積累［1］。

整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)是一種新發現的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，ILK能在哺乳動物絕大多數細胞和組織中表達，特別是在心肌和骨骼肌中表達量高。

1 整合素連接激酶分子結構和生物學特性

1.1 ILK分子結構 人的ILK基因位于染色體11p15.5～p15.4，其cDNA全長1.8 kb，編碼452個氨基酸，分子量5 kd。ILK分子中包含3個結構和功能高度保守獨特結構域：①N端(33～164位氨基酸)有4個錨蛋白重復序列(ankyrin repeats，ANK)。最新發現的第5個ANK缺乏與之前廣為認同的4個經典的ANKs一致的共有基序［2］。此端一方面可與銜接蛋白PINCH(particularly interesting new cysteinehistidine protein，also known as LIM S-1)、T-粘鈣蛋白(T-cadherin)、SPARC(secreted protein acidic and rich in cysteine)相結合，此端另一方面在ILK相關磷酸酶的作用下，下調ILK的活性［3］。②C端包含186～451位氨基酸，除了激酶催化結構域，還包含了整合素β1、β3亞基胞漿域結合區，以及其他的細胞骨架蛋白(β-Parvin，paxillin等)的結合位點［5］。③中間為磷脂酰肌醇結合結構域，定位于ILK的180～212位氨基酸殘基之間，又名PH結構域.PH結構域和C端結構域有部分的重疊，它含有蛋白激酶的催化位點。

1.2 整合素連接激酶生物學效應 ILK位于TGF-β1/Smad信號傳導途徑的下游，是一種胞內蛋白激酶，同時也是一個支架蛋白，間接連接了結合素類和肌動蛋白細胞骨架，其N-末端與銜接蛋白PINCH1和PINCH2連接，C端與α/β-Parvin相互作用［6］。PINCH/ILK/Parvin這個三重復合體不僅在結構上為結合素類和肌動蛋白細胞骨架連接提供了平臺，而且積極調整PKB/Akt通路，MMP(matrix metalloproteinase)活力，降低 GSK-3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)活力，因此牽涉到腫瘤細胞的增殖、侵入等病理過程［7］。激活后的ILK分別啟動以下途徑：①激活的ILK磷酸化蛋白激酶B(PKB)473位的絲氨酸而激活PKB/Akt通路，最后PKB通過多條途徑維持細胞周期、轉錄調控和蛋白質翻譯等作用。②激活的ILK能磷酸化糖原合成激酶3β(GSK-3β)，使其失活。ILK抑制GSK-3β的活性能磷酸化轉錄因子激活蛋白(activator protein，AP)-1，激活其中的c-jun來調節基因表達;ILK對AP-1的誘導也能刺激金屬基質蛋白酶(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)的表達［8］，這表明了ILK在細胞的侵襲和遷移中發揮作用;對GSK-3β的抑制也增加β-鏈結素的穩定性和β-鏈結素/Tcf的轉錄活性［8］。③激活不依賴于Ras的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)途徑調控細胞周期，參與細胞分化調節［9］。④對上皮細胞間質轉化(EMT)和β-連環蛋白(β-catenin)的核激活的影響。ILK介導EMT最顯著的標志是E-鈣黏素(E-cadherin)的丟失和ILKmRNA表達的相關性，在ILK過度表達細胞中加入E-鈣粘素可抑制ILK介導的EMT，ILK的過度表達還可激活T細胞(轉錄)因子，使纖維連接蛋白(fibronectin，FN)的合成和沉積增加。

2 整合素連接激酶在肺纖維化中作用

2.1 整合素連接激酶在肺臟細胞表達 早期對于ILK的研究主要集中在它與腫瘤的聯系上。近年來研究發現ILK在人類心肌、腎間質、肺臟、肝臟等場所廣泛分布和表達。肺纖維化是由異常的創傷修復與疤痕引起的，纖維化病灶中的大部分成纖維細胞和肌成纖維細胞是肺泡上皮細胞通過上皮一間充質細胞轉移過來的。研究結果表明博萊霉素在誘導的小鼠肺纖維化的進程中存在著EMT的過程，并且在這個過程中，隨著纖維化程度的加深ILK的表達也隨之增強，提示ILK有可能通過EMT途徑促進纖維化的發展［10］。

2.2 ILK與TGFβ1誘導的EMT

2.2.1 EMT機制 EMT是指上皮細胞在形態學上發生間充質細胞表型的轉變，并獲得轉移能力的過程，在胚胎發育早期較為多見。近年來的研究表明，上皮一間充質細胞轉變過程是肺纖維化重要的病理過程［11］EMT主要表現為上皮細胞失去極性，丟失上皮標記物(如緊密連接蛋白，ZO-1和E-鈣粘蛋白等)，發生細胞骨架重建，演變成紡錘體的形態，并且獲得間質標記物，包括α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)和一種侵襲性表型，從而使其與周圍細胞的接觸減少、細胞粘附力下降，遷移和運動能力增加［12］。

2.2.2 TGFβ1誘導的EMT的重要作用 TGFβ為一種多功能細胞因子，在調節細胞外基質(ECM)合成及損傷后的修復等方面發揮著重要的作用。目前被大多數學者認為是肺纖維化形成和發展的關鍵性細胞因子。它主要通過TGFβ1/Smad信號通路介導EMT。TGFβ1與其受體結合后形成復合物，活化Smad2/3。磷酸化的Smad2/3再和Smad4形成復合物，繼而進入核內，和相關的共轉錄因子共同調節目的基因的轉錄［13］，另有證據［14］表明，TGFβ1 還能通過其他如絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)，小G蛋白，RhoA，β-鏈結素和蛋白激酶B信號通路介導EMT。

2.2.3 ILK在TGFβ1誘導的EMT過程中的重要作用 研究表明ILK在TGF-β1/Smad信號傳導途徑的下游，介導上皮細胞標志物如E-鈣粘蛋白等的表達丟失、MMP-9的上調、纖粘蛋白的聚積和間質細胞基因，如α-SMA表達上調，積極參與EMT的形成。

綜上所述，ILK可以通過TGF-β1/Smad信號傳導途徑促進上皮-間質細胞轉化過程，從而促進肺纖維化的形成。

3 展望

綜上所述，目前肺纖維化發生機制尚不清楚且各種治療效果均不理想，ILK在肺纖維化形成過程中起著重要的作用，對ILK以及ILK誘導轉分化并參與TGF-β的調控作用的積極探索，可以為肺纖維化產生機制提供有力的證據。并且為有效地預防和治療肺纖維化提供新的靶點，為肺纖維化的治療開辟新的途徑。

［1］Chapman HA.Epithelial-mesenchymal interactions in pulmonary fibrosis.Annu Rev Physiol，2011，17;73：413-35.

［2］Ch isw ell BP，Zhang R，M urphy JW，et al.The stru ctural bas is of integrin-linked kinase-P INCH in teractions.Proc Nat lAcad S ciU S A，2008，105(52)：20677-20682.

［3］Sh iQ，Bao S，Song L，et al.Target ing SPARC exp ress ion decreases g liom a cellu lar surv iva l and invasion associated w ith reduced activities of FAK and ILK kinases.Oncogene，2007，26(28)：4084-4094.

［4］Josh iMB，Ivanov D，Ph ilippovaM，et al.Integrin-link ed k inase is an essent ialm ed iator for T-cadherin-d ependen t signaling via A kt and GSK3beta in endothelial cells.FASEB J，2007，21(12)：3083-3095.

［5］Lange A，Wickstr?m SA，Jakobson M，et a.l Integrin-linked kinase is an adaptor with essential functions during mouse development.Nature，2009，15;461(7266)：1002-6.

［6］Chiswell BP.Zhang R，.Murphy JW.et al.The structural basis of integrin-linked kinase-PINCH interactions.Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105(52)：20677-82.

［7］McDonald PC.Fielding AB.Dedhar S.Integrin-linked kinase-essential roles in physiology and cancer biology.Cell Sci1，2008，21：3121-3132.

［8］Robertson BW，Chellaiah MA.Osteopontin induces beta-catenin signaling through activation of Akt in prostate cancer cells.Exp Cell Res，2010，316(1)：1-11.

［9］Smeeton J，Zhang X，Bulus N.et al.Integrin-linked kinase regulates p38 MAPK-dependent cell cycle arrest in ureteric bud development.Development，2010，137(19)：3233-43.

［10］Virchows Arch.Integrin-linked kinase(ILK)in pulmonary fibrosis.Virchows Arch，2010，457(5)：563-75.

［11］Kim K K.Wei Y.Szekeres C.et al.Epithelial cell alpha3beta1 integrin links beta-catenin and Smad signaling to promote myofibroblast formation and pulmonary fibrosis.J Clin Invest，2009，119(1)：213-24.

［12］王璽皓.TGF-β引發的上皮間質轉化與腫瘤侵襲轉移的關系.瀘州醫學院學報，1000-2669(2010)1-0094-03.

［13］Vi L，de Lasa C，DiGuglielmo GM，et al.Integrin-linked kinase is required for TGF-β1 induction of dermal myofibroblast differentiation，2011，131(3)：586-93.

［14］Kolosova I，Nethery D，Kern JA.Role of Smad2/3 and p38 MAP kinase in TGF-β1-induced epithelial-mesenchymal transition of pulmonary epithelial cells.J Cell Physiol，2011，226(5)：1248-54.doi： 10.1002/jcp.22448，27;7：16.