整合素在胰腺癌中的研究進(jìn)展

李模 李童希 周宇 杜毅超 譚鵬 付文廣，

1西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院普通外科(肝膽胰外科)，瀘州 646000；2西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院四川省院士(專家)工作站，瀘州 646000

【提要】 整合素可介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的相互作用，并可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和遷移等方式在胰腺癌中發(fā)揮重要作用。本文就整合素在胰腺癌中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

胰腺癌惡性程度較高，治療效果不佳，5年生存率不到8%[1]，因此迫切需要尋找新的治療靶點(diǎn)以提高胰腺癌的療效。研究發(fā)現(xiàn)，整合素通過影響胰腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲等生物學(xué)過程調(diào)控胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展，是具有潛力的治療靶點(diǎn)。

一、整合素的結(jié)構(gòu)和功能

整合素是由1個(gè)α亞基和1個(gè)β亞基組成的異二聚體跨膜蛋白，每個(gè)亞基都由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)3個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。其中胞外區(qū)是配體的結(jié)合位點(diǎn)，α亞基的胞外區(qū)由β-propeller結(jié)構(gòu)域、Thigh結(jié)構(gòu)域、Calf-1及Calf-2組成，而β亞基的胞外區(qū)則包含1個(gè)βΙ結(jié)構(gòu)域、1個(gè)Hybrid結(jié)構(gòu)域、1個(gè)PSI(plexin-sempahorin-integrin)結(jié)構(gòu)域、4個(gè)表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF)結(jié)構(gòu)域和1個(gè)β-tail結(jié)構(gòu)域[2](圖1)。在脊椎動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)有18個(gè)α亞基和8個(gè)β亞基，α亞基和β亞基以非共價(jià)結(jié)合共形成24種功能各異的整合素，如αvβ3、α6β4等[2]。根據(jù)整合素識(shí)別配體的特異性，可分為膠原蛋白結(jié)合類、層黏連蛋白結(jié)合類、精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)結(jié)合類以及白細(xì)胞特異性類4個(gè)亞家族[3]。

整合素通過與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)配體結(jié)合形成黏附復(fù)合物，介導(dǎo)細(xì)胞與ECM的牢固黏附[4]。此外，整合素還具有跨細(xì)胞膜傳遞雙向信號(hào)的能力。一方面，整合素通過踝蛋白等細(xì)胞骨架蛋白與胞內(nèi)區(qū)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整合素由內(nèi)向外的信號(hào)傳遞，整合素的構(gòu)象也由封閉、彎曲的靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)殚_放、延伸的激活狀態(tài)，從而導(dǎo)致細(xì)胞與ECM配體的親和力增加[3](圖1)。另一方面，整合素缺乏固有的酶活性，但可與纖維連接蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)等ECM配體結(jié)合，激活包括黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)、磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositid-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/AKT)、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等在內(nèi)的下游信號(hào)分子，從而介導(dǎo)整合素由外向內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和侵襲等生物學(xué)行為[4-5]。

圖1 整合素結(jié)構(gòu)示意圖[2-3]

二、整合素在胰腺癌發(fā)病機(jī)制中的作用

多種整合素可影響胰腺癌細(xì)胞的增殖、凋亡和侵襲等生物學(xué)行為，調(diào)控胰腺癌的進(jìn)展，進(jìn)而影響患者的預(yù)后。

1．整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞增殖的調(diào)控：研究發(fā)現(xiàn)，Src作為整合素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的介質(zhì)，可通過與整合素的相互作用介導(dǎo)MAPK/ERK信號(hào)通路的激活，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖[5]。同時(shí)，整合素α2在胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的增殖過程中扮演著重要角色，其通過激活胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞程序死亡-配體1(programmed death-ligand 1，PD-L1)的表達(dá)，調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的增殖[6]。αvβ6在大多數(shù)胰腺導(dǎo)管腺癌中表達(dá)，通過與非活性轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)含RGD潛伏期相關(guān)肽結(jié)合激活TGF-β，從而誘導(dǎo)胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的增殖[7-8]。在胰腺癌中，特定整合素與ECM之間的相互作用也可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖。例如，在人胰腺癌細(xì)胞系中過表達(dá)的α2β1特異性介導(dǎo)胰腺癌中由Ⅰ型膠原誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞惡性表型，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖[9]。而通過對(duì)胰腺癌細(xì)胞系PT45-P1中表達(dá)L1細(xì)胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)的功能結(jié)構(gòu)域的研究發(fā)現(xiàn)，L1CAM與α5β1相互作用從而誘導(dǎo)IL-1β的產(chǎn)生及持續(xù)激活核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)，且該過程受α5β1和整合素連接激酶的調(diào)控[10]。此外，整合素還可通過與胰腺癌腫瘤微環(huán)境中的生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子等相互作用促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，整合素與表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)協(xié)同作用激活整合素/EGFR-ERK/MAPK信號(hào)通路，驅(qū)動(dòng)胰腺癌細(xì)胞增殖，介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)失調(diào)[11]。而炎癥細(xì)胞因子IL-1α通過上調(diào)α6β1導(dǎo)致ERK激活，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的增殖，但這一作用可被抗α6β1的整合素抗體抑制[12]。

2．整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞凋亡的調(diào)控：在正常上皮細(xì)胞中，整合素對(duì)維持細(xì)胞生長(zhǎng)和存活至關(guān)重要，如果細(xì)胞失去對(duì)ECM的錨定而喪失整合素信號(hào)將導(dǎo)致失巢凋亡[13]。在胰腺癌中，整合素與ECM相互作用激活PI3K/AKT通路，調(diào)節(jié)關(guān)鍵下游信號(hào)分子，介導(dǎo)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)的增加和NF-κB的激活，從而抵抗失巢凋亡[14]。此外，整合素與生長(zhǎng)因子的串?dāng)_可促進(jìn)錨定非依賴性胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，α6β4在胰腺癌進(jìn)展的早期上調(diào)并重新分布[15]。當(dāng)細(xì)胞與ECM的黏附減少時(shí)，胰島素樣生長(zhǎng)因子1與α6β4直接結(jié)合可通過整合素與胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體的串?dāng)_激活PI3K和MAPK信號(hào)通路，發(fā)揮抗凋亡作用，調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞的存活[16-17]。因此，整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞抗失巢凋亡的作用并不局限于細(xì)胞黏附ECM的條件，而且可能在細(xì)胞分離后繼續(xù)發(fā)揮作用。有趣的是，胰腺癌中p53的突變?cè)试Sα6β4通過一系列侵襲和增殖途徑促進(jìn)細(xì)胞存活，抵抗細(xì)胞凋亡[5]。

此外，整合素也是影響胰腺癌放化療敏感性的重要因素。胰腺癌中與α2β1結(jié)合的I型膠原通過上調(diào)Bcl-2家族成員Mcl-1來保護(hù)5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[18]。而胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cells，PSCs)可通過涉及FAK的整合素β1信號(hào)來保護(hù)胰腺癌細(xì)胞免受放療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[19]。

3．整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞侵襲的調(diào)控：整合素參與調(diào)控胰腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。整合素β1在胰腺癌的遷移和侵襲過程中扮演著重要角色。K-ras是胰腺癌中最常見的突變基因，當(dāng)缺乏ECM信號(hào)時(shí)，整合素β1在胰腺癌上調(diào)K-ras下游信號(hào)中發(fā)揮作用[20]。半乳糖凝集素3通過整合素β1激活PSCs產(chǎn)生IL-8，從而激活NF-κB介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞間質(zhì)相互作用，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[21]。研究表明，胰腺癌細(xì)胞在Ⅰ型膠原蛋白表面的黏附和遷移可由α2β1特異性介導(dǎo)[9]。癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)上的α3β1與層黏連蛋白-332相互作用以促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的侵襲和遷移[22]。α5β1可通過參與纖黏蛋白(flbronection,FN)的組裝來調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲。3D膠原基質(zhì)中的胰腺癌細(xì)胞通過α5β1介導(dǎo)與成纖維細(xì)胞表面FN結(jié)合，黏附在成纖維細(xì)胞上并獲得遷移能力，侵入膠原基質(zhì)[23]。

整合素α1是胰腺癌細(xì)胞在富含TGF-β和膠原蛋白的腫瘤微環(huán)境轉(zhuǎn)移過程中必不可少[24]。而整合素α2的過表達(dá)可通過多種機(jī)制促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展。胰腺癌中過表達(dá)的整合素α2通過與ECM蛋白結(jié)合誘導(dǎo)癌細(xì)胞遷移和侵襲[25]。此外，整合素α2還可通過激活胰腺癌細(xì)胞中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3信號(hào)通路來增加PD-L1的表達(dá)，調(diào)控癌細(xì)胞的遷移，阻斷整合素α2后PD-L1表達(dá)被選擇性下調(diào)[6]。抑制胰腺癌中過表達(dá)的整合素α3將顯著抑制胰腺癌細(xì)胞的存活和遷移并通過顯著降低EGFR的表達(dá)抑制腫瘤生長(zhǎng)[26]。整合素α6通過調(diào)節(jié)AKT的磷酸化從而控制PI3K信號(hào)通路的激活來調(diào)控胰腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[27]。而IL-1α通過上調(diào)整合素α6來介導(dǎo)ERK的激活，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的遷移[12]。研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌中過表達(dá)的αvβ3與腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的原發(fā)性腫瘤中αvβ3的表達(dá)明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的腫瘤[28]；而αvβ6與胰腺癌細(xì)胞侵襲和TGF-β激活密切相關(guān)。αvβ6在胰腺癌細(xì)胞中的遷移促進(jìn)作用依賴于EGFR途徑底物8的存在，該底物是肌動(dòng)蛋白重塑、內(nèi)吞和GTPase激活的調(diào)節(jié)劑。在表達(dá)EGFR途徑底物8的胰腺癌中αvβ6通過激活TGF-β促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[29]。然而，在保留了功能性Smad4信號(hào)的胰腺癌細(xì)胞中，αvβ6和TGF-β在共同的依賴Smad4的腫瘤抑制通路中起作用，阻斷TGF-β或αvβ6將加速胰腺癌的發(fā)生和進(jìn)展[30]。此外，整合素α6與核糖體蛋白SA結(jié)合可激活胰腺癌細(xì)胞中的PI3K和MAPK信號(hào)通路，促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶-7的分泌，通過降解腫瘤中的ECM促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[27]。研究表明，外泌體整合素積極參與腫瘤的進(jìn)展，是介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向特定器官轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵分子，胰腺癌細(xì)胞釋放的外泌體可根據(jù)它們攜帶的特定整合素到達(dá)不同的器官，如α6β4和α6β1與肺轉(zhuǎn)移有關(guān)，而αvβ5與肝轉(zhuǎn)移有關(guān)[31]。

4．整合素對(duì)胰腺癌細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的調(diào)控：EMT對(duì)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要，是上皮癌細(xì)胞獲得遷移和侵襲性表型的關(guān)鍵[4]。在EMT期間，胰腺癌細(xì)胞失去其上皮特征，特別是E-鈣黏蛋白的下調(diào)，導(dǎo)致細(xì)胞黏附和極性的喪失并獲得更多間質(zhì)細(xì)胞的侵襲和遷移特性，最終導(dǎo)致胰腺癌的侵襲性進(jìn)展[4,32]。而整合素在胰腺癌的EMT誘導(dǎo)和某些效應(yīng)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。TGF-β是最具特征的 EMT 誘導(dǎo)劑之一，胰腺癌中過表達(dá)的αvβ6通過激活TGF-β促進(jìn)腫瘤細(xì)胞EMT和基質(zhì)肌成纖維細(xì)胞分化，從而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[29]。研究表明，整合素α1與胰腺癌微環(huán)境中的TGF-β共表達(dá)，并與膠原蛋白協(xié)同誘導(dǎo)EMT[24]。胰腺癌中廣泛表達(dá)的αvβ3與CAFs產(chǎn)生的骨橋蛋白相互作用，通過αvβ3-AKT/ERK-叉頭盒蛋白M1信號(hào)通路來誘導(dǎo)EMT，促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[33]。研究發(fā)現(xiàn)，整合素β4的高表達(dá)與胰腺癌的許多EMT標(biāo)志事件相關(guān)，包括孤立細(xì)胞浸潤(rùn)、E-鈣黏蛋白表達(dá)減少和波形蛋白表達(dá)增加，敲除了整合素β4的胰腺癌細(xì)胞遷移和侵襲能力降低，表明整合素β4可能在胰腺癌的EMT過程中扮演著重要角色[34]。此外，整合素與生長(zhǎng)因子及其受體的串?dāng)_也參與胰腺癌的EMT過程。例如，鈣網(wǎng)蛋白可通過整合素/EGFR-ERK/MAPK信號(hào)通路來促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞中EGF誘導(dǎo)的EMT[11]。

三、整合素在胰腺癌早期診斷中的作用

現(xiàn)已有多種整合素作為胰腺癌的早期診斷生物標(biāo)志物及非侵入性腫瘤成像靶標(biāo)被用于胰腺癌的早期診斷。整合素α1在胰腺癌及胰腺上皮內(nèi)瘤變組織中上調(diào)，是胰腺癌的不良預(yù)后指標(biāo)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌患者血清中整合素β6水平顯著高于健康對(duì)照組，且與血清CA19-9水平聯(lián)合檢測(cè)可提高胰腺癌診斷的準(zhǔn)確性。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)血清整合素β6水平有助于判斷腫瘤是否存在轉(zhuǎn)移，提示整合素β6作為一種新的血清生物標(biāo)志物，在胰腺癌早期診斷方面具有巨大潛力[35]。而整合素在胰腺癌中的持續(xù)過表達(dá)是其成為分子成像靶標(biāo)的基礎(chǔ)，通過制備αvβ6結(jié)合肽并用4-18F-氟苯甲酸進(jìn)行放射性標(biāo)記行體外測(cè)試和體內(nèi)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，18F-αvβ6結(jié)合肽在體外和體內(nèi)均對(duì)αvβ6表現(xiàn)出高親和力和選擇性，能夠被原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶顯著攝取，而正常骨、腦、肝和肺對(duì)18F-αvβ6結(jié)合肽的非特異性攝取較低，表明18F-αvβ6結(jié)合肽是可用于檢測(cè)轉(zhuǎn)移的顯像劑[36]。在1例轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者，正電子發(fā)射斷層成像(positron emission tomography，PET)成功顯示了肺內(nèi)<1 cm轉(zhuǎn)移性病變中18F-αvβ6結(jié)合肽的攝取，說明對(duì)于識(shí)別傳統(tǒng)CT成像可能無法確定的小病灶，18F-αvβ6結(jié)合肽的PET成像具有一定的優(yōu)勢(shì)[36]。同時(shí)，通過αvβ6定向成像可以及早檢測(cè)和監(jiān)測(cè)治療反應(yīng)，從而能夠預(yù)測(cè)治療結(jié)果和優(yōu)化治療方案。

四、整合素在胰腺癌治療中的作用

目前針對(duì)整合素的靶向治療主要包括肽模擬物、單克隆抗體和藥物的靶向輸送[37]。西倫吉肽(cilengitide，EMD121974)作為一種基于RGD序列特異性抑制腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面受體αvβ3和αvβ5的環(huán)肽抑制劑，在臨床前研究中能有效抑制腫瘤血管生成和疾病進(jìn)展[3]。伏洛昔單抗(volociximab，M200)可阻斷FN與α5β1的結(jié)合，并誘導(dǎo)增殖的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，從而抑制血管生成。1項(xiàng)隨機(jī)多中心Ⅱ期試驗(yàn)招募了20例轉(zhuǎn)移性胰腺癌患者，用伏洛昔單抗和吉西他濱聯(lián)合治療，發(fā)現(xiàn)當(dāng)伏洛昔單抗的給藥劑量為10 mg/kg時(shí)，5%的患者病情緩解而50%的患者病情穩(wěn)定[38]。αvβ6在大多數(shù)胰腺癌中高表達(dá)，靶向αvβ6的單克隆抗體(264RAD)能在體外減少αvβ6 陽性胰腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，抑制人胰腺癌異種移植物的生長(zhǎng)，顯著提高表達(dá)αvβ6的胰腺癌小鼠的存活率[7]。

胰腺癌具有豐富的腫瘤間質(zhì)，是化療藥物有效遞送至腫瘤細(xì)胞的潛在屏障[39]。包裹了紫杉醇的納米二氨基四乙酸納米顆粒具有良好的腫瘤靶向性和穿透性，可通過其整合素特異性配體靶向作用于腫瘤細(xì)胞質(zhì)膜上的αvβ3增加對(duì)胰腺癌異種移植物的藥物遞送并提高對(duì)胰腺癌的治療效果[40]，說明整合素靶向作用與化療藥物的結(jié)合具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。此外，口蹄疫病毒(foot and mouth disease virus，F(xiàn)MDV)-多肽藥物結(jié)合物SG3299在體內(nèi)和體外均表現(xiàn)出αvβ6選擇性，可通過減少胰腺癌細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)DNA損傷和細(xì)胞凋亡來消除或抑制已建立的胰腺癌腫瘤異種移植物的發(fā)展，這為胰腺癌提供了一種有前景的分子特異性療法[41]。

除了靶向腫瘤細(xì)胞和血管細(xì)胞外，靶向腫瘤微環(huán)境中其他細(xì)胞的整合素，例如CAFs、免疫細(xì)胞等是另一個(gè)潛在的治療策略。有研究表明，針對(duì)整合素α5的新型模擬肽AV3可抑制胰腺癌中PSCs的激活，減少結(jié)締組織增生，并增強(qiáng)吉西他濱的療效[39]。同時(shí)，嵌合抗原受體(chimeric antigen receptor，CAR)T細(xì)胞免疫療法已在癌癥治療中顯示出前景。由FMDV設(shè)計(jì)的αvβ6特異性CAR T細(xì)胞對(duì)在嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠中建立的表達(dá)αvβ6的胰腺癌腫瘤異種移植物具有優(yōu)越的抗腫瘤活性且無顯著毒性[42]。目前尚需大力開發(fā)更有效的針對(duì)整合素特異性靶向藥物及更多的臨床試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述，整合素是調(diào)控胰腺癌的重要介質(zhì)，介導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲等生物學(xué)行為，不同類型整合素在胰腺癌中的特異性表達(dá)和對(duì)配體的選擇性為研究靶向整合素的胰腺癌診斷和治療方法提供了可能性。盡管基于靶向整合素的抗胰腺癌藥物在臨床前模型中取得了令人鼓舞的結(jié)果，但尚需大規(guī)模臨床試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，還需進(jìn)一步了解整合素在胰腺癌中的作用機(jī)制，才能繼續(xù)在臨床上進(jìn)行新型整合素靶向藥物的研究，為胰腺癌的診治開辟新的途徑。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突