整合素β3基因多態(tài)性蛋白質(zhì)變異及其與疾病關(guān)系研究進(jìn)展

韋寶敏 潘興壽 李近都 李天資

1.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣西百色 533000；2.廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院肝膽胰脾外科，廣西南寧 530021

在真核生物細(xì)胞質(zhì)膜的特化區(qū)域中，由膜蛋白（membrane protein，MP）、骨架蛋白（cytoskeleton protein，CP）和胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）等通過細(xì)胞黏附分子（cell adhesion molecule，CAM）間的信息交流形成的連接結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞連接（cell junction，CJ）[1]。CJ是黏著的細(xì)胞間通過以CAM為受體、其識別的特異性黏附分子為配體相互連接形成緊密連接、黏著和通訊連接[2]。CAM是指一類以受體-配體結(jié)合、介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與ECM間相互接觸和結(jié)合分子的統(tǒng)稱，其可分為整合素（integrin，ITG）、選擇素（selectin）、鈣黏素（cadherin）、透明質(zhì)酸黏素（hyaladherin）和免疫球蛋白（immunoglobulin）5個(gè)超級家族[3]。近年來，關(guān)于ITG在細(xì)胞識別和黏附、細(xì)胞活化和分化、免疫應(yīng)答、細(xì)胞信號傳導(dǎo)、炎癥反應(yīng)、創(chuàng)傷修復(fù)及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤形成及其轉(zhuǎn)移、淋巴細(xì)胞歸巢等生理病理過程中關(guān)聯(lián)性的研究異常活躍，有趣的分子靶點(diǎn)不斷被識別，逐漸成為疾病診斷和治療的新靶標(biāo)[4]。現(xiàn)綜述如下。

1 整合素家族

ITG在體內(nèi)分布廣泛，成員眾多，是普遍存在于胞膜上的、依賴于二價(jià)離子的異親型CAM，其主要功能是介導(dǎo)細(xì)胞之間、細(xì)胞和ECM之間的相互識別、黏附與連結(jié)，主導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外部跨膜接頭蛋白連結(jié)作用[5]。功能完整的ITG由α和β兩配基以非共價(jià)鍵結(jié)合組成構(gòu)成異源雙體復(fù)合物。α配基由ITGA基因家族編碼，β配基由ITGB基因家族編碼。迄今所知，ITG α家族成員有18個(gè)、β家族8個(gè)。多數(shù)α配基僅能與一種β配基相組合，但也有α配基可與幾種β配基組合，如αV配基可分別同β1、β3、β5、β6和β8等組合，而大部分β配基則可以同數(shù)種α配基組合。已有研究發(fā)現(xiàn)ITG異源雙體復(fù)合物有24個(gè)成員，按其所攜帶的β配基不同可分為β1、β2、β3等8個(gè)家族。α配基和β配基可分布于多種細(xì)胞，同一種細(xì)胞可有多種ITG表達(dá)。以β3為配基的ITG蛋白分別有αⅡb/β3和αV/β3兩個(gè)成員[6]。

整合蛋白是一種跨膜糖蛋白，其黏附作用主要是通過與特定的配體結(jié)合而產(chǎn)生生物反應(yīng)。根據(jù)ITG在胞膜外與配體結(jié)合的狀態(tài)不同，可分為低親和狀態(tài)和高親和狀態(tài)兩種情況，ITG從低親和狀態(tài)切換到高親和狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)稱為激活，激活的整合蛋白觸發(fā)與胞外配體結(jié)合，啟動(dòng)其黏附功能。被激活的整合蛋白可發(fā)生聚集，并募集ITG相關(guān)蛋白（integrinassoclated protern，IAP）形成小簇。ITG的不同親和狀態(tài)對于調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附至關(guān)重要，例如在血液循環(huán)中，血小板是以非激活狀態(tài)自由循環(huán)，當(dāng)有傷口等異常情況發(fā)生時(shí)，ITG受到激動(dòng)因素的刺激，開啟ITGβ3活化并與纖維蛋白原結(jié)合等生物反應(yīng)，導(dǎo)致血小板聚集，并形成能夠阻止失血的血栓，實(shí)現(xiàn)止血功能[7]。目前認(rèn)為整合蛋白活化是其構(gòu)象重排實(shí)現(xiàn)，ITGβ3亞基胞外域晶體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化觀察表明，ITG通過彎曲變形構(gòu)象，調(diào)整其自身的活化及其與配體結(jié)合位點(diǎn)相吻合度來實(shí)現(xiàn)其親和狀態(tài)[8]。

2 ITGβ3基因及其多態(tài)性

ITGβ3基因，是編碼血小板膜糖蛋白Ⅲa（CD61）的基因，位于17號染色體長臂2區(qū)1號3帶（17q21.3），基因區(qū)間在47 253 827～47 313 743，全長59 917 kb，編碼區(qū)間在47 253 862～47 310 204，全長56 343 kb，有15個(gè)外顯子、14個(gè)內(nèi)含子；編碼1648個(gè)氨基酸殘基，分子量為105 kDa[9]。遺傳多態(tài)性可分為脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）片段長度多態(tài)性（fragment length polymorphism，F(xiàn)LP）、DNA重復(fù)序列多態(tài)性（repeat sequence polymorphism，RSP）和單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphism，SNP）等[10]。ITGβ3 DNA單核苷酸多態(tài)性研究比較活躍，迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ITGβ3 DNA有rs4634 G＞A、rs4642 A＞C，G，T、rs5917 G＞A、rs5918 T＞C、rs5919 T＞C、rs5920 T＞C、G、rs15908 A＞C，G，T、rs2317676 A＞G、rs3809863 C＞T等21 092個(gè)多態(tài)性變異位點(diǎn)。ITGβ3蛋白是血小板特異性抗原（platelet specific antigen，HPA）的載體，ITGβ3基因變異SNP導(dǎo)致HPA具有不同的表型。攜帶ITGβ3位點(diǎn)不同表型的患者，其抗原對血小板激動(dòng)劑的反應(yīng)不同。ITGβ3外顯子176 rs5918 T＞C單核苷酸堿基由胸腺嘧啶（T）變?yōu)榘奏ぃ–），可致其第59位氨基酸殘基由亮氨酸（Leu）變?yōu)楦彼幔≒ru），是動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成、心肌梗死、腦卒中以及腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素[11]，見表1。ITGβ3基因不同位點(diǎn)SNP及其表型已被廣泛研究為急性冠狀動(dòng)脈綜合征、創(chuàng)傷修復(fù)及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤及其轉(zhuǎn)移、淋巴細(xì)胞歸巢等的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素影響的研究，在臨床上有非常重要的意義[12]。

表1 整合蛋白β3血小板特異性抗原常見基因多態(tài)性位點(diǎn)變異情況

3 ITGβ3蛋白表達(dá)和結(jié)構(gòu)域

黏附分子通過其獨(dú)特的轉(zhuǎn)導(dǎo)信號途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，ITGβ3受體通過質(zhì)膜傳遞由細(xì)胞內(nèi)向外和由細(xì)胞外向內(nèi)雙向信號來調(diào)控止血、增殖、分化、遷移和細(xì)胞凋亡的信號，其廣泛分布于多種組織的細(xì)胞表面[13]。在甲狀腺、子宮內(nèi)膜、闌尾、腎、膀胱、胎盤、前列腺、小腸、膽囊、食管等19種組織均有較高的表達(dá)，其相對表達(dá)量在甲狀腺組織最高。根據(jù)基因型-組織表達(dá)（the genotype-tissue expression，GTEx）的轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-Seq）表達(dá)數(shù)據(jù)，在每千堿基長度的reads數(shù)（reads per kilobase per million mapped reads，RPKM）總相對表達(dá)量為206.56中，甲狀腺組織為32.622 RPKM，相對表達(dá)量居各種組織最高[14]。不同組織相對表達(dá)量分布情況見表2。

表2 ITGβ3蛋白在不同組織中的相對表達(dá)量比較

ITGβ3蛋白是Ⅰ型跨膜蛋白分子，其結(jié)構(gòu)由胞外區(qū)（頭）、跨膜區(qū)和胞質(zhì)區(qū)（尾）組成，類似于一個(gè)“頭”連著兩條“腿”。可分為PSI、β-Propeller、βA、Thigh、Calf-1、Calf-2、Hybrid、EGF-like-1、EGF-like-2、EGF-like-3、EGF-like-4和βTD等結(jié)構(gòu)域。胞外區(qū)最長，呈球形結(jié)構(gòu)，為氨基末端，與細(xì)胞外基質(zhì)或配體結(jié)合；胞質(zhì)區(qū)比較短，呈線狀結(jié)構(gòu)；胞內(nèi)區(qū)最短，與細(xì)胞骨架分子相連，在胞內(nèi)外信號傳遞中具有重要作用。β3配基在PSI結(jié)構(gòu)域中有一個(gè)由5個(gè)氨基酸組成的依賴金屬離子的吸附位點(diǎn)（metal ion dependent adhesion site，MIDAS），其位于具有調(diào)節(jié)作用的鈣離子結(jié)合位點(diǎn)附近，Ca2+、Mg2+和Mn2+等金屬離子與MIDAS相互作用促使ITG結(jié)構(gòu)域構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致其與配體的吸附或解離[13-16]。β3配基不同功能結(jié)構(gòu)域分布情況見表3。

表3 ITGβ3蛋白的功能結(jié)構(gòu)域及其位點(diǎn)變異分布

4 ITGβ3與疾病的關(guān)聯(lián)性

ITGβ3通常要與配體結(jié)合參與細(xì)胞增殖、分化、黏附和遷移等過程，在多種病理過程中發(fā)揮重要作用[17]。整合蛋白與ECM中的配體分子結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與ECM的黏附，從而控制細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基膜的黏附，防止細(xì)胞游走[18]。β3與其配基結(jié)合組成αv/β3（CD51/CD61、玻璃粘蛋白受體）和αⅡb/β3兩種整合蛋白，αv/β3又稱細(xì)胞粘連素，其配體有纖連蛋白、層粘連蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶-2、骨橋蛋白、骨調(diào)節(jié)蛋白、凝血酶原、血小板反應(yīng)蛋白、玻璃體連接蛋白和血管性假血友病因子等。αⅡb/β3其配體有纖連蛋白、層粘蛋白、纖溶酶原、凝血酶原、血小板反應(yīng)蛋白和玻連蛋白等[19]。ITGβ3與可溶性纖維蛋白原結(jié)合，引起血小板/血小板相互作用，可導(dǎo)致血小板快速聚集和黏附，物理堵塞破裂的內(nèi)皮表面，在血小板聚集中起重要作用，被認(rèn)為是一種血小板-血小板接觸受體。ITGβ3在腫瘤、人類免疫缺陷病毒感染等情況下，與CAM蛋白的相互作用可增強(qiáng)瘤體病變中的血管生成，在腫瘤及其惡變疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色，并對藥效有影響[20]。

4.1 ITGβ3與慢性血管疾病

慢性血管疾病主要指以代謝紊亂脂質(zhì)紊亂引起的動(dòng)脈粥樣硬化性、炎癥性和功能性血管疾病，已經(jīng)成為人類疾病死亡原因中的首位[21]。主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈、頸動(dòng)脈、腦動(dòng)脈卻是慢性血管疾病主要的罹患部位，因而心肌梗死、腦梗死和血栓形成等成為血管疾病的主要后果[22]。研究證明ITGβ3肽鏈某些氨基酸殘基的變化可以增加其與纖維蛋白原的相互作用，導(dǎo)致對血栓素和其他激動(dòng)劑刺激的異常反應(yīng)，增強(qiáng)血小板的聚集和凝血酶的生成，降低出血時(shí)間，并通過有絲分裂原激活的蛋白激酶、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶途徑，增加信號傳導(dǎo)并增強(qiáng)細(xì)胞遷移[23]。ITGβ3基因多態(tài)性與血小板功能的變異性關(guān)系的研究表明，ITGβ3 rs4642與凝血酶時(shí)間和纖維蛋白原相關(guān)。ITGβ rs56197296和rs5919等位基因與ADP誘導(dǎo)的血小板聚集減少有關(guān)，ITGβ rs55827077與GPⅡb/Ⅲa減少有關(guān)。臨床上可通過競爭性藥物靶向序列以改善患者的血小板功能，抵抗出血或血栓形成。ITGβ rs1009312、rs2015049、rs3760364、rs567581451、rs7208170和rs117052258與出血時(shí)間相關(guān)。認(rèn)為ITGβ3基因多態(tài)性在血小板功能中的作用關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜。通過測序ITGβ3（rs4642 A＞G和rs4634 G＞A）中的單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行基因分型。研究證明rs4642和rs4634多態(tài)性均不影響替格瑞洛誘導(dǎo)IPA。ITGβ3 rs4642和rs4634多態(tài)性均不影響替格瑞洛誘導(dǎo)血小板聚集。認(rèn)為ITGβ3 rs4642和rs4634基因型與替格瑞洛離體抗血小板活性降低無關(guān)。ITGβ3能識別多數(shù)配體中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽（Arg-Gly-Asp，RGD）序列發(fā)揮生物學(xué)作用。在獲得性免疫缺陷綜合征感染中，ITGβ3蛋白與細(xì)胞外病毒的反式激活因子相互作用，促進(jìn)卡波西氏肉瘤病變組織中的血管生成，加重患者病程。ITGβ3能結(jié)合柯薩奇病毒a9和柯薩奇病毒b1衣殼蛋白，成為這些病毒的受體。ITGβ3的某些變異，與上述病毒感染的易感性有關(guān)，臨床上可通過競爭性藥物靶向序列以阻止病毒與易感細(xì)胞結(jié)合，抵抗感染[24]。

4.2 ITGβ3與惡性腫瘤

腫瘤是機(jī)體在環(huán)境和遺傳等致瘤因素的作用下，癌組織和癌旁組織微環(huán)境中，病變的細(xì)胞在基因水平上失去對其生長的正常調(diào)控，克隆性異常增生而形成的危害生命健康的致病性組織[25]。癌癥患者常常伴有明顯的DNA損害，表現(xiàn)為原癌基因被激活，抑癌基因失活，凋亡調(diào)節(jié)基因、損傷修復(fù)基因變性，發(fā)生靶細(xì)胞轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的細(xì)胞選擇性地形成具有不同特點(diǎn)的亞克隆，并具有浸潤和轉(zhuǎn)移等惡性病變[26]。ITG不僅參與促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、侵襲、轉(zhuǎn)移、血管生成、抵抗細(xì)胞凋亡和藥物抵抗，還參與細(xì)胞極化、出芽、肌動(dòng)蛋白收縮、黏著斑形成以及尾部與基底分離等過程[27]。流行病學(xué)研究表明，ITGβ3與癌癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，ITGβ3突變是乳腺癌、卵巢癌、非霍奇金淋巴瘤、結(jié)腸癌和腎癌等易感性的候選基因[28]。有研究認(rèn)為ITGβ3是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素，其在腫瘤中的表達(dá)紊亂及其與臨床的關(guān)系成為研究的重點(diǎn)[29]。研究表明，ITGβ3在肝癌、胃癌、黑色素瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、卵巢癌和乳腺癌中的表達(dá)增加與腫瘤的侵襲特性相關(guān)，在組織培養(yǎng)中，通過抑制ITGβ3蛋白的過度表達(dá)，可以很好地破壞腫瘤血管生成，并有效減少腫瘤生長和遷移[30]。根據(jù)ITGβ3參與腫瘤重編程代謝、塑造基質(zhì)、免疫微環(huán)境、促進(jìn)間質(zhì)轉(zhuǎn)化和維持腫瘤干性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)針對ITGβ3干預(yù)靶藥，在幾種類型的腫瘤中取得了可喜的成果[31]。

ITG在細(xì)胞識別和黏附、細(xì)胞活化和分化、免疫應(yīng)答、細(xì)胞信號傳導(dǎo)、炎癥反應(yīng)、創(chuàng)傷修復(fù)及其愈合、凝血及其血栓形成、腫瘤形成及其轉(zhuǎn)移、淋巴細(xì)胞歸巢等生理病理過程中扮演重要角色，分子靶點(diǎn)眾多。充分了解ITG在病變過程中的機(jī)制、識別其在臨床診斷和治療中相關(guān)的分子靶點(diǎn)及其扮演的角色，不論是對醫(yī)學(xué)還是藥學(xué)都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。