黏著斑激酶在腎臟疾病中的研究進展

李華，羅欣月，陳文熙，柳茜，朱春玲，嚴瑞

(貴州醫科大學附屬醫院腎內科，貴陽 550004)

腎臟疾病作為公認的全球衛生問題，發病率高，全球范圍內的疾病負擔正逐年增加，若不能加以更好地防治，將會加重全球的經濟負擔。黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)是1992年Schaller等[1]在病毒癌基因轉染雞胚成纖維細胞后發現并克隆形成的，因其定位于細胞的黏著斑區，且具有酪氨酸蛋白激酶活性，因此被命名為FAK。FAK是介導細胞與細胞外基質黏附的重要調節器，在多種組織中均有表達[2]。整合素是細胞黏附受體的主要家族之一，在整合細胞外基質和細胞內細胞骨架中起重要作用。細胞外基質信號通過發送絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸激酶介導的細胞黏附信號，而發生相互間的黏附現象。細胞外基質與整合素的相互作用在促進細胞附著及細胞表面受體的信號轉導中發揮重要作用[3]。整合素和細胞表面受體的協同信號傳導使FAK或FAK 相關的富含脯氨酸的酪氨酸激酶 2(proline-rich tyrosine kinase 2，Pyk2)的表達增加，從而通過增加細胞遷移、增殖、基因表達來加速腎臟疾病的發生發展。有研究表明，FAK還可以定位于細胞核，并與多種轉錄因子(p53、Gata4和Runt相關轉錄因子1)結合，從而分別調節周期蛋白依賴激酶抑制因子1A、血管細胞黏附分子1和胰島素樣生長因子結合蛋白3的表達[4]。FAK通過與轉錄因子的結合，使其與癌癥相關的過程發生聯系，且FAK異常表達通常被認為是預測腫瘤細胞轉移和疾病不良預后的信號[5-6]。FAK在多種類型的腫瘤細胞、糖尿病腎病、急性腎損傷等多種腎臟疾病中均表達且活性上調，是目前研究較多的腫瘤靶點之一。現就FAK在各種腎臟疾病中的相關研究進行綜述，以期能揭示腎臟疾病的發病機制，為尋求更有效的防治方法提供新的思路。

1 FAK家族激酶的結構和功能

FAK(基因符號：PTK2)和Pyk2(基因符號：PTK2B)在結構上相似，兩者均由N端FERM(4.1帶，ezrin，radixin，moesin帶)結構域、中央激酶結構域和C端黏著靶向(focal adhesion targeting，FAT)結構域組成。FAK家族不僅作為激酶發揮作用，而且作為非激酶依賴性支架發揮作用，從而增加了其信號轉導途徑的復雜性[7]。FAK的FERM域(殘基33-361)采用三葉結構(葉F1，F2，F3)，三個葉以三葉草形的組合排列F1瓣、F2瓣、F3瓣[8]。由于FERM F2波瓣內的核定位序列和激酶結構的存在，FAK和Pyk2能夠在胞質溶膠和細胞核之間穿梭[9]。研究顯示，許多核FAK存在其激酶獨立的功能，主要是集中在對細胞核蛋白穩定性的調節方面[7-8]。FAK的激活不僅通過FAK激酶397位點處酪氨酸殘基(Y397)進行自磷酸化而發生，還可通過其受體酪氨酸激酶的轉磷酸化而發生，后者可以直接與FAK N端FERM結構域相結合[10-11]。FAK可以用作參與蛋白質復合物組裝的平臺和參與蛋白質之間信號轉導的橋梁，還可通過其FERM結構域和C端FAT結構域的區域功能作為細胞內的支架蛋白，有研究表明構成FAK的多個蛋白質相互作用與致癌信號轉導途徑密切相關[12]。整合素和跨膜受體在FAK的Y397和Pyk2的Y402處共激活，從而引起快速的自磷酸化[13]。病毒Src和酪氨酸激酶結合于磷酸化的酪氨酸殘基，通過一個保守的活化環(Y576/Y577在FAK和Y579/Y580在Pyk2)發生磷酸化[14]，從而進一步活化FAK和Pyk2。FAK和Pyk2的C端均包含一個FAT域，這使其可以通過樁蛋白和(或)塔林蛋白結合定位，即黏著斑包含整合素的位點[15]，從而導致Pyk2無法與塔林結合，黏著斑的活性降低，導致細胞質或細胞核周圍定位更加彌散[16]。FAK基因包含一個負責FAK相關非激酶(focal adhesion kinase-ralated nonkinase，FRNK)表達的內含子啟動子區域[17]。FAK的C端片段稱為“FRNK”，首先被鑒定為血管平滑肌細胞中的內源性FAK抑制劑。FRNK缺乏FAK的FERM和激酶結構域，但仍可以在黏著斑處與樁蛋白和塔林蛋白結合，從而取代全長的FAK并抑制FAK活化[18]。FAK可經過多種途徑激活整合素、G蛋白偶聯受體等，同時FAK可通過激酶依賴和非激酶依賴兩種途徑調控細胞內p53、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白等信號通路的活化，參與細胞的生存、增殖、轉移等過程。

2 FAK家族激酶參與腎臟疾病的進展過程

2.1FAK/Pyk2激活促進腎纖維化發生 腎纖維化是進行性慢性腎臟病的常見特征，可導致腎功能受損甚至終末期腎衰竭。已有前期實驗證實，人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)基因可以通過抑制FAK/Akt信號轉導通路改善細胞纖維化改變和腎纖維化，從而抑制腎臟疾病的進展[19]。有研究表明，Pyk2缺陷的小鼠可以預防單側輸尿管梗阻誘發的腎纖維化，證實了Pyk2激酶可以通過機械牽張誘導的腎小管中生長因子的表達而參與腎臟纖維化過程[20]。所有的慢性腎臟病最終均會導致腎纖維化，Boor等[21]提出FAK參與的相關信號通路可能是腎纖維化治療的一個關鍵點。Liu等[22]在細胞實驗及單側輸尿管梗阻模型中證實，肺腺癌轉移相關轉錄本 1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)/miR-145/FAK通路參與雙氫青蒿素對轉化生長因子-β1誘導的腎纖維化作用，即雙氫青蒿素可通過MALAT1/miR-145/FAK軸減輕梗阻性腎病誘導的腎纖維化，表明MALAT1/miR-145/FAK可能是診斷和治療梗阻性腎病誘發的慢性腎臟病腎纖維化的潛在生物標志物。上述研究表明，FAK參與腎纖維化的發生發展，抑制FAK可能是腎纖維治療的一個重要靶點。

2.2抑制FAK能顯著改善蛋白尿腎病 蛋白尿是腎臟疾病重要的臨床表現，也是終末期腎病的主要原因之一。蛋白尿性腎病通常是由于肌動蛋白細胞骨架破壞引起明顯的足細胞足突消失所致。足細胞即腎小球臟層上皮細胞，其足突呈指狀交叉覆蓋于腎小球基底膜外側，并通過黏附分子和蛋白多糖與腎小球基底膜相連，相鄰的足細胞之間的裂隙稱為裂孔，其表面覆蓋一層裂孔膜，是血漿蛋白濾過的最后屏障。有研究表明，凝集素可以通過抑制整合素α6β4/FAK/p38途徑的活化保護足細胞免受阿霉素誘導的凋亡和F-肌動蛋白細胞骨架的破壞，提示該通路可能是與足細胞損傷相關的腎小球疾病的治療靶標[23]。從機制上講，血管緊張素Ⅱ通過FAK-Rac1軸誘導足細胞的細胞骨架重組，四個半結構域蛋白2(four-and-a-half LIM domains protein 2,FHL2)與FAK結合，且是血管緊張素Ⅱ誘導Rac1活化的重要介質，因此FHL2抑制作用可以選擇性地阻斷足細胞中FAK-Rac1軸從而減少蛋白尿[24]。Ye等[25]將正常大鼠采用阿霉素進行腎病造模后，使用潑尼松治療，結果顯示，足細胞未發生凋亡，蛋白尿增加及FAK水平下降，證實了潑尼松能夠通過抑制腎臟組織中的FAK/核因子κB受體活化因子配體/促分裂原活化的蛋白激酶通路使足細胞免于細胞凋亡來降低蛋白尿，也可以通過FAK/核因子κB受體活化因子配體/核因子κB信號通路以降低蛋白尿，為減少蛋白尿形成提供了新思路。Yin等[26]證實在細胞及動物模型中，長春新堿均可抑制阿霉素誘導的整合素α3β1和FAK過表達，說明長春新堿可以通過抑制損傷誘導的整合素由外而內的信號的激活，從而防止肌動蛋白的細胞骨架重塑，減輕足細胞的損傷，起到減輕蛋白尿的作用。Hu等[27]研究發現，在高膽固醇血癥大鼠的飲食中加入TAK226(FAK抑制劑)可顯著改善大鼠蛋白尿情況，減輕腎臟損傷；并在細胞實驗中進一步表明，絲狀肌動蛋白細絲的重組和細胞遷移是由FAK/p38信號依賴方式的氧化型低密度脂蛋白刺激驅動的；阻斷該信號通路可顯著恢復氧化型低密度脂蛋白導致的F-肌動蛋白細胞骨架重組，并阻止足細胞的過度運動，防止足細胞損傷，從而進一步減少蛋白尿生成。Yoshioka等[28]研究表明，抑制整合素β1-FAK-基質金屬蛋白酶2信號通路轉導可以減輕足細胞損傷，減少蛋白尿，可為蛋白尿性腎病的治療提供新思路。

2.3抑制FAK能夠抑制腎癌細胞侵襲和轉移 腎癌是最致命的泌尿外科腫瘤，其發病率呈升高趨勢。細胞實驗證明，FAK沉默可減少人類常規腎細胞癌細胞的遷移和侵襲；FAK耗竭可抑制小鼠體內人常規腎細胞癌細胞的生長，因此認為在腎腫瘤發生過程中，FAK可能會發生自磷酸化[29]。Megison等[30]對小兒惡性腫瘤的研究顯示，抑制FAK的表達可減少體內人腎母細胞瘤異種移植物生長，從而消除侵襲性小兒腎臟腫瘤的惡性表型。Hung等[31]研究顯示，山柰酚(從天然植物中分離出來的一種多酚，屬于黃酮類化合物，具有抗炎、抗氧化、抗微生物和抗癌活性)通過抑制FAK和Akt磷酸化水平下調基質金屬蛋白酶2的表達，從而在體外抑制腎細胞癌786-O細胞的侵襲和遷移；在體外，山柰酚可對腎細胞癌786-O細胞發揮抗轉移作用。He等[32]研究表明，miR-10b通過FAK/YAP信號通路靶向調節同源盒基因A3，從而抑制透明細胞腎細胞癌的細胞侵襲和轉移。Zhao等[33]通過使用質粒轉染，證明了敲低Pyk2可降低腎細胞癌細胞系的細胞活力、侵襲和遷移能力，增加細胞凋亡。相反，Pyk2過表達可促進腫瘤細胞增殖、侵襲和遷移，并減少凋亡。Wu等[34]研究表明，依維莫司通過在體外和體內抑制FAK活性并逆轉上皮-間充質轉化，抑制腎細胞癌的侵襲和遷移，說明抑制FAK活性可以減緩腎細胞癌的進展。Hong和Yu[35]研究結果顯示，沉默賴氨酰氧化酶樣蛋白-2可以通過Src/FAK信號通路抑制腎癌細胞的遷移、侵襲和上皮-間充質轉化。鈣蛋白酶小亞基1被認為是轉移性腎細胞癌的重要生物標志物，Shen等[36]研究證明，鈣蛋白酶小亞基1通過激活FAK和核因子κB信號通路促進腎細胞癌進展，表明其可能成為腎細胞癌的潛在治療靶標。而Antoniades等[37]研究表明，FAK的激酶依賴性和激酶非依賴性的支架功能均與腫瘤的發展和轉移有關，LD2-LD3-LD4多肽是一種新型FAK抑制劑，通過與內源性樁蛋白競爭FAK結合，以一種可控的和劑量依賴性的方式阻止FAK在焦點黏附的定位，并抑制腫瘤細胞的遷移和侵襲。以上結果表明，FAK從黏著斑轉移是一種癌癥靶向治療的新思路。

2.4PTEN通過調控Akt/FAK通路改善糖尿病腎病腎纖維化 最近研究提示，糖尿病腎病發病率逐年增加，已取代慢性腎小球腎炎，成為我國慢性腎臟病的首位病因[38]。糖尿病腎病是導致尿毒癥的主要病因。Su等[39]研究表明，高血糖會導致血管內皮功能障礙，增加晚期糖基化終末產物、FAK、基質金屬蛋白酶2、細胞間細胞黏附分子1和血管細胞黏附分子1的蛋白表達。糖尿病腎病不僅是糖尿病的重要微血管并發癥，而且是終末期腎病的主要原因。Yan等[19]對糖尿病腎病鼠及腎小管上皮細胞的研究顯示，在PTEN脂質磷酸酶及蛋白磷酸酶雙重活性中，脂質磷酸酶活性可以調節FAK的磷酸化及總FAK的表達水平；其蛋白磷酸酶活性僅能調節FAK的磷酸化水平，表明PTEN可以通過調控Akt及FAK通路影響細胞上皮-間充質轉化及組織纖維化。微RNA是一種非編碼單鏈RNA，可以介導靶信使RNA降解或抑制靶信使RNA翻譯，從而調節靶基因表達，并在生理和病理過程中發揮重要作用。Guo[40]提出，PTEN基因編碼的蛋白質是Akt和FAK通路重要的負調節劑，可以通過負向調節PTEN/Akt/FAK途徑發揮抗纖維化作用。Du等[41]研究顯示，PTEN沉默可增強轉化生長因子-β1或單側輸尿管梗阻誘導的纖維化，而FAK抑制劑PF567721可顯著逆轉PTEN沉默的作用，說明PTEN通過抑制FAK信號轉導在體內外對轉化生長因子-β1和單側輸尿管梗阻誘導纖維化的發展發揮作用，證實PTEN可以通過抑制FAK/Akt信號通路改善細胞纖維化和腎纖維化。Guo等[42]研究顯示，高血糖誘導了血管生成素樣蛋白4的上調，使整合素β1/FAK信號激活，誘導足細胞的凋亡。Li等[43]提出，腎小球基質積是糖尿病腎病早期標志，金屬蛋白酶A解整合素-金屬蛋白酶17所釋放表皮生長因子受體的配體可以介導高糖誘導的腎系膜細胞基質產生。而FAK通過募集Src和磷脂酰肌醇-3-激酶以及隨后在其C端的兩個位點使解整合素-金屬蛋白酶17磷酸化，是解整合素-金屬蛋白酶17激活的上游關鍵介質。因此，探索靶向這些上游調節劑中的一種或組合，可為糖尿病腎病的治療提供新方法。

2.5FAK與其他腎臟疾病的關系 研究表明，FAK還參與其他腎臟疾病的發生發展過程，Yamashita等[44]研究提出，在急性腎損傷中，FAK抑制劑抑制FAK可以改善腎小管內上皮-間充質轉化，從而抑制腎小管萎縮和腎纖維化，為改善急性腎損傷中腎小管損傷和腎纖維化的治療提供新思路；此外，小劑量FAK抑制劑對腎小管萎縮的預防作用是未來腎臟疾病治療的研究熱點。腎間質纖維化和腎性貧血是慢性腎臟病的常見并發癥。既往慢性腎臟病相關性貧血通常被認為是產生促紅細胞生成素的間質細胞逐漸喪失的結果，該研究明確提出在腎纖維化中發生的Ⅰ型膠原蛋白堆積，誘導了產生促紅細胞生成素的間質成纖維細胞中FAK的激活，從而增加了蛋白酶體的活性，導致蛋白酶體降解缺氧誘導因子-2α。而缺氧誘導因子-2α是參與腎臟促紅細胞生成素合成調控的主要轉錄因子，故隨后發生促紅細胞生成素下調[45]，因此推斷，FAK的激活在腎性貧血的發展中發揮重要作用。Li等[24]研究提出，FHL2表達上調是高血壓腎病發病的重要基礎，而FAK是FHL2的主要上游激活劑，因此FAK還參與高血壓腎病的發病過程。Zhu等[46]提出，抑制FAK可通過抑制上皮-間充質轉化和減輕腎纖維化恢復腎小管完整性，延緩慢性腎臟病發展。上述研究表明，FAK不僅參與糖尿病腎病、腎癌等疾病的發展，還參與急性腎損傷、慢性腎臟病、高血壓腎病等的發病過程。

3 小 結

FAK在腎臟細胞信號轉導過程中發揮重要作用，其表達以及活性的改變對腎臟疾病的發生發展具有重要作用。與FAK相關的信號通路(包括FAK/AKT信號轉導通路、MALAT1/miR-145/FAK通路)的活化參與腎臟纖維化過程，而PTEN和雙氫青蒿素分別通過抑制這兩條信號通路改善腎臟纖維化。在蛋白尿腎病中，FAK抑制劑TAK226以及免疫抑制劑(潑尼松、長春新堿)均能通過抑制FAK降低蛋白尿達到保護腎臟的目的。腎癌相關的研究顯示，抑制FAK和Pyk2可以抑制腎癌細胞的遷移和生長，延緩腎細胞癌的進展。在糖尿病腎病中，PTEN的脂質磷酸酶及蛋白磷酸酶雙重活性中，主要是脂質磷酸酶活性調節FAK的磷酸化和蛋白表達水平，參與糖尿病腎病的發展過程。在急性腎損傷中，通過FAK抑制劑可以改善腎小管內上皮-間充質轉化，從而抑制腎小管萎縮和腎纖維化。但目前的研究僅集中于FAK在腎臟腫瘤中的發病機制，而在其他腎臟疾病中的研究較少，進一步研究FAK在腎臟疾病發生發展過程中的作用，可為新藥的研制提供新靶點。