黏着斑激酶信号转导及生物学效应.docx

黏着斑激酶信号转导及生物学效应.docx

《黏着斑激酶信号转导及生物学效应.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《黏着斑激酶信号转导及生物学效应.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

黏着斑激酶信号转导及生物学效应

黏着斑激酶信号转导及生物学效应

杨长春

1x

（综述,马增春2

（审校

摘要:

黏着斑激酶（FAK是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶,起介导细胞外信号由整合素向细胞

内转导的作用,FAK的磷酸化激活以及由此所产生的一系列下游蛋白质的磷酸化,是细胞外基质与

细胞相互作用并产生一系列生物学效应的关键环节,参与细胞增殖、迁移与凋亡的调节过程。

研究

显示,黏着斑激酶表达及活化与肿瘤、心血管疾病密切相关,已成为生物学领域研究的热点及治疗的

新靶点。

关键词:

黏着斑激酶;信号转导;生物学效应FocalAdhesionKinaseSignalTransductionandItsBiologicalEffectsYANGChang2chun1,MAZeng2chun2

.（1.TheFirstDepartmentofNalou,theGeneralHospitalofChinesePeoplecsArmedPoliceForces,Bei2

jing100039,China;2.BeijingInstituteofRadiationMedicine,Beijing100850,China

Abstract:

Increasingstudieshavedemonstratedthatfocaladhesionkinase（FAK,anon2receptortyro2sinekinase,involvesintheintracellularsignaltransductionmediatedbyintegrin.PhosphorylationofFAKit2

selfandfollowingproteinsisthekeylinkintheinteractionsbetweenextracellularmatrixandcellswhichinturnshowaseriesofbiologicaleffects,includingcellproliferation,migrationandapoptosis.Manyresearches

havereportedthattheexpressionandactivationofFAKhascorrelatedwithtumorandcardiovasculardisease,

FAKhasbeenthehotspotinbiologyfieldanditwillbeanewtargetintherapy.Keywords:

Focaladhesionkinase;Signaltransduction;Biologicaleffects

黏着斑激酶（focaladhesionkinase,FAK,是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶,在细胞内信号转导中具有重要作用,是细胞内多条信号转导通路的交汇点,与细胞迁移、增殖、凋亡等生物学过程的调节密切相关。

近年,黏着斑激酶信号转导机制的研究越来越受到重视,已经成为生物学领域研究的热点问题之一。

现就黏着斑激酶信号转导及生物学效应研究进展进行综述。

1FAK的结构FAK由Schaller等[1]在转染的V2Src鸡胚成纤维细胞中首次被发现,它是一种进化上高度保守的蛋白质,在体内分布广泛。

对鸟、鼠、人、非洲蟾蜍的FAK氨基酸序列进行比较,发现其同源性高达90%,编码鼠和人的FAK基因分别位于15号和8号染色体上。

FAK相对分子质量为125@103

由1028个氨基酸组成,结构上可分为3个功能域:

N2端功能域、激活区和C2端功能域,每个区域包含大约400个氨基酸。

中间部分自390~650位为高度保守的催化区域,两翼分别为氨基端和羧基端。

FAK的羧基端存在多个可与细胞骨架蛋白和信号转导蛋白结合的位点,其功能可能是将多种蛋白聚集在一起。

在FAK羧基末端的150个氨基酸中包含一个黏着斑定位序列（focaladhensiontargetingsequence,FAT,对于FAK与黏着斑相连是充分而且又必要的序列。

N2端区域可连接到B整合素胞浆区。

C2端区域含有2个富含Pro的区域,是FAK发挥信号转导功能的关键部位。

FAK在功能上不同于其他非受体酪氨酸蛋白激

酶（proteintyrosinekinase,

PTK,不含SH2和SH3功能域。

已知FAK有6个可以被磷酸化的位点,Tyr397是主要的自身磷酸化位点,与Src家族直接作用,Tyr576、

Tyr577是Src家族激酶磷酸化的主要部位。

被磷酸化的Tyr925可以与接

头蛋白Grb2结合,Tyr397、

Tyr407和Tyr861可能是与其他SH2蛋白结合的部位,位于C2端的2个富含Pro的区域,PR1和PR2是含有SH3结构域的蛋白质,如Cas是相对分子质量

为130@103

的Crk相关底物焦点黏附蛋白的结合

部位[2]

。

FAK基因通过不同的剪接产生的不具催化功能活性的羧基端功能域称为FAK依赖的非激酶（FAK2relatednonkinase,FRNK,相对分子质量为41/43@

103

在结构上具有与黏着斑结合的FAT,可以与FAK

竞争结合在黏着斑的结合位点,阻止FAK活化[3]

。

2FAK活性的调节FAK的激活主要依赖于整合素聚集成簇,整合素B胞浆区是FAK活化所必需的。

整合素与基质蛋白的聚集调节FAK活性,配体诱导的整合素聚集可导致FAK酪氨酸激酶的活化。

整合素聚集或胞浆区

构象的改变可能与增强FAK的N2末端结构域和B整合素尾的结合有关,这种FAK构象的变化使FAK活化位点Tyr2397暴露出来,整合素依赖的FAK寡聚化使Tyr2397位点自身磷酸化,继而通过磷酸化Src2家族激酶,导致Tyr576、Tyr577及整个酶区的FAK活化。

整合素刺激的FAK活化依赖于actin骨架蛋白的完整性,细胞actin骨架蛋白的收缩可进一步增强整合素受体的聚集和FAK酪氨酸磷酸化,从而将信号传递至其他信号分子,如骨架蛋白Paxillin、Tensin和Talin可使FAK激活。

同时,突变分析结果显示,膜远端的氨基酸对于

#

1779#医学综述2010年6月第16卷第12期MedicalRecapitulate,Jun2010,Vo.l16,No.12

诱导体内酪氨酸磷酸化具有重要作用,这表明仅仅是整合素与FAK结合不足以产生FAK活化。

许多生长因子、神经肽等参与调节FAK活化,尽管其机制尚不清楚,但是内皮素、溶血磷脂酸、铃蟾肽等诱导FAK酪氨酸磷酸化是通过G蛋白受体或其他机制增强FAK酪氨酸磷酸化水平而实现的。

一些因素直接影响FAK激酶活性,而另一些可能通过活化其他酪氨酸间接提高FAK酪氨酸磷酸化水平。

G蛋白受体刺激因子提高FAK酪氨酸磷酸化活性依赖于小GTP结合蛋白p21Rho。

Rho与FAK之间连接通路以及Rho是否是通过肌动蛋白导致FAK酪氨酸磷酸化目前尚不清楚,但在非整合素刺激的FAK酪氨酸磷酸化事件中,应用细胞松弛素D处理对FAK酪氨酸磷酸化亦有抑制作用[4]。

Pyk2是FAK家族的新成员,是一种富含脯氨的酪氨酸激酶,其激活机制不同于FAK,其主要是通过提高细胞内Ca2+内流信号而介导的,因此又称为CADTK2钙依赖酪氨酸激酶。

Ca2+介导的信号也可以刺激FAK酪氨酸磷酸化,但水平较Pyk2低。

Ca2+信号系统激活Pyk2的机制还不完全清楚,可能与调节Pyk2N2末端与钙结合蛋白的反应有关[5]。

FAK活性的调节主要发生在翻译后阶段,其转录水平的调节机制目前尚不清楚。

FAK的失活主要是通过蛋白酶水解作用完成。

此外,Richardson等[6]认为,FRNK可以作为FAK的一种内源性抑制因子,通过与FAK竞争FAT位点而参与体内FAK激活功能的负向调节。

3FAK相关信号转导途径

3.1整合素介导的信号转导整合素受体与细胞外基质（extracellularmatrixc,ECM蛋白结合后产生的细胞内信号通过增加FAK酪氨酸磷酸化调节细胞的生长、生存、迁移与增殖等功能。

FAK可与不同的信号蛋白结合,已经证明的有Src2家族PTK、p130cas、Shc、Grb2、肌醇三磷酸（inositoltriphosphate,PI3激酶、Paxillin等,这种结合导致c2Jun氨基端激酶（C2JunN2terminalkinase,JNK/促分裂原活化蛋白激酶（mitogen2activatedproteinkinase,MAPK途径的活化。

然而,FAK并不是诱导活化MAPK的惟一途径,在某些情况下,还有其他信号通路使整合素诱导活化MAPK。

进一步研究显示,FAK对MAPK活化的诱导是整合素信号转导通路的晚期事件,不依赖FAK的信号转导仅导致短暂的MAPK活化,而FAK依赖的MAPK将产生长时程的MAPK活化反应[8]。

3.2酪氨酸激酶受体信号转导酪氨酸激酶受体是一种跨膜受体,其膜内侧具有PTK,配体和受体结合后,生成同源或异源二聚体,使PTK活化。

研究表明,FAK在酪氨酸激酶受体信号转导途径中也发挥一定作用。

有资料显示,随PDGF浓度的升高,FAK酪氨酸磷酸化水平也升高,这种变化可能与PI3激酶的活化有关[10]。

研究表明,FAK还参与生长因子受体介导的MAPK信号传递途径。

FAK-/-细胞显示了PDGF和血清诱导的MAPK活化的缺失。

突变的FAK在NIH3T3细胞可以阻止血清诱导的MAPK活化。

FAK也参与尿激酶型纤溶酶原激活物受体刺激的MAPK活化[11]。

Vadali等[12]认为,FAK在整合素和生长因子刺激MAPK信号中有协同作用,整合素和生长因子受体同时受刺激时,可通过不同的途径活化MAPK,而FAK则是这两条途径的交汇点。

3.3G蛋白耦联受体介导的信号转导G蛋白耦联受体是一种穿膜七次的受体,可以和小分子神经递质、多肽和糖蛋白等配体结合,在Rho的作用下对细胞骨架蛋白的聚集/解聚和FAK磷酸化产生影响。

抑制Rho的功能,可以使FAK磷酸化水平降低。

在G蛋白耦联受体介导的MAPK活化的过程中,Pyk2/CAKB可能起关键作用,其402位点磷酸化后成为Src激酶的结合位点。

在G蛋白受体配体复合物的作用下Src激活,催化Pyk2/CAKB磷酸化,产生多个与信号蛋白的结合位点,Grb2/SOS直接或在Src帮助下与Pyk2/CAKB结合,在Src/Grb2/SOS复

#

1780

#医学综述2010年6月第16卷第12期MedicalRecapitulate,Jun2010,Vo.l16,No.12

合体作用下激活Ras/MAPK[13]。

4FAK信号转导途径引发的生物学效应

FAK与细胞多种信号转导有关,因此对细胞的多种生物学功能具有调节作用。

研究表明,FAK对于胚胎发育有重要作用,对细胞的黏附、伸展、迁移、增殖和凋亡具有调节作用[14]。

4.1调节发育早期胚胎中即可检测到FAK表达,并分布于神经胚形成阶段的所有细胞类型。

FAK在发育的血管中表达也增高。

FAK基因剔除可导致中胚层的缺乏。

FAK基因剔除小鼠有早期胚胎致死性突变,不能形成完全的血管和心脏。

有研究表明,FAK可能与胎盘植入和胎盘建成的关键环节有关,应用反义核酸及FAK抗体可以抑制外胎盘锥黏附、扩展及滋养细胞的迁移和铺展,因而证明FAK和胚胎发育密切相关[15]。

4.2FAK和细胞黏附细胞在整合素介导下与ECM黏附后,FAK磷酸化水平升高,抑制FAK磷酸化水平则显示降低细胞的黏附和伸展。

导入FRNK减少内源性FAK磷酸化,细胞伸展也减少,说明FAK在细胞黏附和伸展中有重要作用。

目前对FAK在黏着斑形成及解聚中作用的认识已有了很大变化,FAK以前被认为与黏着斑构成有关,但应用V2Src转化的成纤维细胞显示,FAK可能起相反作用[16]。

FAK控制黏着斑解聚可能是通过下调Rho活性实现的,细胞黏附到纤维结合蛋白时伴有短暂的Rho活性降低,FAK-/-成纤维细胞Rho活性不降低,而抑制Rho可负反馈调节FAK和活化。

进一步形态学观察结果也支持FAK调节黏着斑活性是通过调节Rho实现的。

FAK抑制Rho信号通路原因还未明确,可能与FAK结合伙伴蛋白GRAK,一个Rho负向调节因子有关[17]。

4.3调节细胞迁移FAK在细胞迁移中起重要作用[18]。

对FAK缺陷鼠研究显示,该鼠细胞在纤维结合蛋白上的迁移性显著降低,进一步的突变分析证明,Tyr397位点是介导细胞迁移的关键部位;在CHO细胞中的研究发现,增加FAK表达可促进细胞迁移,说明FAK与细胞迁移密切相关。

FAK影响细胞迁移的机制目前尚不清楚,可能与FAK/Src复合体对细胞内骨架蛋白聚集/解聚的调节以及黏着斑的形成、解离有关,此外,p130Cas与FAK引起的细胞迁移有关,FAK影响细胞迁移可能还与PI3激酶有关。

整合素与配体结合后激活FAK,通过Ras/MAPK的活化,使金属蛋白酶的表达增加,也有利于细胞的迁移。

此外,FAK也参与控制细胞的化学趋化反应,FAK过度表达增加MDCK细胞对生长因子的趋化反应。

4.4FAK与细胞周期和细胞增殖FAK是细胞周期的正向调节因子[19],当饥饿的成纤维细胞用血清刺激时,过度表达的FAK可以增加DNA的合成,突变的FAK抑制细胞周期进程。

FAK调节细胞周期进程的机制还不完全清楚。

FAK可能通过调节Cyclin和CDKIP21的表达而发挥此作用。

在NIH3T3细胞研究显示,细胞发生黏附时CyclinA表达增加,它是细胞内G1期进入S期所必需的,G1期的两种蛋白D和E以及相关CDK在细胞黏附后表达也增加。

整合素与ECM结合后在生长因子的共同作用下激活FAK,通过Ras2MAPK或PI3激酶促进细胞增殖[20]。

4.5FAK与细胞凋亡细胞需要黏附于ECM才能存活,一旦与ECM脱离将发生凋亡,细胞黏附于ECM时伴有FAK磷酸化的增加,是抑制细胞凋亡的关键因素[21]。

FAK持续活化可抑制悬浮生长的细胞发生凋亡。

将FAK与整合素B1胞内域结合的SP1肽或抑制FAK与黏着斑结合的FAK单抗用微注射技术注入成纤维细胞,终导致细胞凋亡,此外,用转染技术使细胞过度表达FAK,也直接证明FAK可抑制细胞凋亡,应用反义核酸技术抑制FAK表达可诱导肿瘤细胞凋亡[22]。

研究显示,FAK是caspase的底物之一,多种caspase可以作用于FAK,去除FAK抑制细胞凋亡的作用,使细胞最终发生凋亡[23]。

由此可见,FAK活性的调控直接影响细胞凋亡,是细胞凋亡环节中又一值得重视的环节。

FAK与PI3激酶的连接提供了一个非常重要的锚定依赖的生存信号,对于防止细胞凋亡具有重要作用。

FAK诱导细胞凋亡还可能与JNK/SAPK途径有关[24],FAK可能通过募集p130cas酪氨酸磷酸化,将信号传至Rac、Pak1和MKK4,刺激JNK活化。

FAK过度表达可以增加核因子JB活化刺激凋亡抑制蛋白（inhibitorofapoptosisprotein,IAPCIAP21、CIAP22、X2IAP的表达,而这些都是caspase的抑制因子,具有抑制凋亡作用,因此FAK过度表达抑制细胞凋亡。

4.6FAK与肿瘤FAK表达和活化与人类多种恶性肿瘤的发病有关[25],包括肺癌、鳞状细胞喉癌、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌等。

在肿瘤细胞中FAK过度表达并与肿瘤的浸润、转移相关联,这可能与FAK表达增加使细胞迁移和增殖能力增强有关。

应用反义核酸技术抑制FAK表达可以抑制肿瘤细胞增殖,诱导细胞凋亡。

FAK有可能成为肿瘤发生和转移的标志物,并有望成为肿瘤治疗新的靶位点之一。

研究显示,缺氧、血小板

#

1781

#

医学综述2010年6月第16卷第12期MedicalRecapitulate,Jun2010,Vo.l16,No.12

衍生生长因子（plateletderivedgrowthfactor,PDGF、血管紧张素Ò、内皮素、纤粘连蛋白、骨桥蛋白可通过多种信号转导机制引起血管平滑肌细胞（vascularsmoothmusclecel,lVSMCFAK表达升高与活化,促进VSMC的表型转换、迁移与增殖[26228],而VSMC的迁移、增殖和血管重塑是心血管疾病的共同病理基础,最终可以导致血管腔的狭窄,进而影响靶器官的功能。

FAK还参与导致心肌肥大细胞信号转导调控[29]。

反义核酸可抑制VSMC迁移和增殖,诱导细胞凋亡;中药黄芪、当归通过抑制FAK表达对血管内皮剥脱后再狭窄具有抑制作用[30]。

奥美沙坦通过抑制局部FAK活化对大鼠移植静脉再狭窄具有治疗作用[31]。

FAK处于多种因素引起心血管疾病的多条信号转导通路的交汇点,因此,进一步研究FAK的信号转导机制,不仅将会使人们对心血管疾病发病机制有进一步的了解,也将为其防治提供新的靶点。

5小结

近年来,尽管对FAK信号转导机制及其引发的细胞生物学行为进行了一些研究,但详细机制尚不清楚。

一些FAK信号转导通路已经被证实,另一些尚在研究之中。

FAK已经被证实与肿瘤和血管增生性疾病的发病密切相关,与其他疾病发生的关系也正在成为研究的热点。

进一步研究FAK及其与其他信号转导分子的相互作用,应用现代分子生物学技术调控FAK表达与活性,将会对疾病的诊断与治疗提供新的方法与手段,具有重要意义。

参考文献

[1]SchallerMD,BorgmanCA,CobbBS,etal.PP125FAK,astructur2

allydistinctiveprotein2tyrosinekinaseassociatedwithfocaladhe2

sion[J].ProcNatAcadSciUSA,1992,89（11:

519225196.[2]JiangX,Sinnett2SmithJ,RozengurtE.DifferentialFAKphospho2

rylationatSer2910,Ser2843,Tyr2397inducedbyangiotensinÒ,

LPAandEGFinintestinalepithelialcells[J].CellSigna,l2007,

19（5:

100021010.

[3]HayasakaH,MartinKH,HersheyED,etal.DisruptionofFRNKex2

pressionbygenetargetingoftheintronicpromoterwithinthefocal

adhesionkinasegene[J].JCellBiochem,2007,102（4:

9472954.[4]GuanJL.Focaladhesionkinaseinintegrinsignaling[J].Matrix

Biology,1997,16（4:

1952200.

[5]AvrahamH,ParkSY,SchinkmannK,etal.RAFTK/Pyk22media2

tedcellularsignalling[J].CellSigna,l2000,12（3:

1232133.[6]RichardsonA,ShannonJD,AdamsRB,etal.Identificationofinte2

grin2stimulatedsitesofserinephosphorylationinFRNK,thesepa2

ratelyexpressedC2terminaldomainoffocaladhesionkinase:

apo2

tentialroleforproteinkinaseA[J].BiochemJ,1997,324（Pt1:

1412149.

[7]YeeKL,WeaverVM,HammerDA.Integrin2mediatedsignalling

throughtheMAP2kinasepathway[J].IETSystBio,l2008,2（1:

8215.

[8]WangJG,MiyazuM,XiangP.Stretch2inducedcellproliferationis

mediatedbyFAK2MAPKpathway[J].LifeSc,i2005,76（24:

281722825.

[9]ZhaoJ,GuanJL.Signaltransductionbyfocaladhesionkinasein

cancer[J].CancerMetastasisRev,2009,28（1/2:

35249.

[10]RosarioC,HusnaA,IanZ.Platelet2derivedgrowthfactor2BB

（PDGF2BBregulationofmigrationandfocaladhesionkinase

phosphorylationinrabbitaorticvascularsmoothmusclecel:

lroles

ofphosphatidylinositol32kinaseandmitogen2activatedproteinki2

nases[J].CardiovascRes,1999,41（3:

7082721.

[11]DcAlessioS,BlasiF.Theurokinasereceptorasanentertainerof

signaltransduction[J].FrontBiosc,i2009,14:

457524587.

[12]VadaliK,CaiX,SchallerMD.Focaladhesionkinase:

anessential