粘附斑激酶信号转导与串话研究进展
【关键词】 粘附斑激酶
［关键词］ 粘附斑激酶; 信号转导; 串话
Progress in research on focal adhesion kinase signal transduction and crosstalk
粘附斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）是细胞质中的非受体酪氨酸蛋白激酶，分子量125 kD，缺乏跨膜区［1］，但包含SH2和SH3结合序列。它包含6个可以被磷酸化的酪氨酸，即Tyr397、Tyr407、Tyr576、Tyr577、Tyr861、Tyr925。氨基端Tyr397是主要的自主磷酸化部位，可与Src家族（Src、Yes、Fyn等）的SH2结构域结合；在激酶区的活化环内Tyr576和Tyr577是Src家族激酶磷酸化的主要部位［2］，其次是羧基端的Tyr861和Tyr925，Tyr861磷酸化可参与纤维原细胞中Ras信号通路［3］，Tyr925磷酸化可参与磷酸二酯酶alpha/ATX调控髓鞘形成过程［4］。
整合素、生长因子、机械刺激（牵拉）、高渗压等因素可激活FAK［5，6］，诱导Tyr397和Tyr577快速磷酸化。当整合素与细胞外基质成分结合时，其β亚基胞内结构域与FAK氨基端结合，羧基端FAK与粘附斑趋近，激酶结构域处于活化状态，短暂的FAK分子二聚作用导致Tyr397分子间磷酸化［7］，并且，Tyr861高度磷酸化，可能促进Tyr397磷酸化［8］，Tyr397自主磷酸化而产生Src家族激酶结合的高亲和力位点，形成FAKSrc信号转导复合物。Src羧基端的调节性酪氨酸被FAK的Tyr397取代，而被激活；活化的Src催化FAK其他酪氨酸尤其是Tyr576和Tyr577磷酸化位点，使FAK完全活化［2］。
FAK可以促进细胞迁移、生长、存活，在保护细胞防止高渗压中发挥重要作用；它可以抑制由H2O2、etposide、辐射等引起的细胞凋亡，减缓细胞退变与死亡的过程，其抗凋亡通路可能与其下游Cas、磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidyl inositol3 kinase, PI3K）、细胞外信号调节激酶（extracellular signalregulated kinase, ERK）/丝裂原激活的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase, MAPK）磷酸化有关［9］。但在组织入侵、转移过程中，FAK过度表达又与肿瘤直接相关［10］。因此，研究FAK的信号转导，有目的地调控其功能有着重要的临床应用价值。目前研究较多的下游信号转导通路有3条。
1 FAKMAPK通路
Ras是由一条多肽链组成的胞浆蛋白，由原癌基因ras编码而得名，具有鸟苷酸结合活性，介导生长因子依赖的细胞存活的信号转导通路。MAPK属于丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，在细胞周期调控中发挥重要作用，目前p38MAPK、p42MAPK、p44MAPK、p54MAPK被纯化。
FAKMAPK通路包括两方面：一是通过Crk激活RasMAPK途径［2］。FAKSrc复合后，磷酸化的Cas与吻蛋白（paxillin）结合，产生其他含SH2结构域蛋白如接头蛋白Crk（CT10regulated kinase）的结合部位，Crk的SH3区再与C3G结合。C3G是公认的Ras的鸟苷酸交换因子，即促进GDP由Ras脱落，使Ras转变成GTP结合状态而活化，最终通过Rho家族GTP酶调节细胞运动。二是通过Grb2激活RasMAPK途径。FAKSrc复合导致FAK的Tyr925磷酸化，为另一种接头蛋白Grb2提供结合位点。Grb2的SH3可与另外一种Ras的鸟苷酸交换因子SOS（son of senvenless）结合。
活化的Ras可进一步活化Raf蛋白，后者可激活MAPK系统。FAKRasERK通路在胶原依赖性造骨细胞分化中被激活［11］。机械压力激活p38MAPK，通过心肌细胞中整合素FAKSrcRas途径诱导心肌肥大［12］。
2 FAKPI3K通路
PI3K是由含有2个SH2区的p85调节亚单位和p110催化亚单位组成的异源二聚体，目前发现5种其调节亚单位异构体，即p85α、p85β、p55α、p55γ和p50α，它们的序列具有高度同源性［13］。FAK与PI3K结合是通过FAK的Tyr397直接与PI3K的p85亚基的SH2结构域连接而实现的［2］。在Ras的参与下，PI3K被激活，使特定磷脂酰肌醇肌醇环第3位磷酸化，调节磷脂酰肌醇的产生，后者激活下游信号蛋白，进而通过蛋白激酶B（protein kinase B, PKB）成员AKT磷酸化一系列下游分子，发挥生物学效应。研究发现，在血小板衍生生长因子（plateletderived growth factor, PDGF）激活的信号通路中，PI3K上游是FAK Tyr397磷酸化，而ERK上游是FAK Ser910磷酸化［14］。有报道，整合素β1亚基可直接激活PI3K，而不依赖FAK［15］。
3 FAKSTAT1通路
信号转导蛋白和转录激活剂（signal transducer and activator of transcription, STAT）的分子量约84～113 kD，含一个SH2结构域和一个SH3结构域，并含有DNA结合域；多位于细胞质中，是多种蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase, PTK）的共同底物，是细胞活化过程中潜在的转录因子。信号转导通路中激活的激酶使得STAT蛋白分子中的酪氨酸磷酸化，STAT蛋白上SH2的功能域与磷酸化的酪氨酸相互作用，然后通过两个同源或者异源 STAT分子中磷酸化酪氨酸与彼此间的SH2相互作用，形成同源或异源的 STAT二聚体。它进入细胞核并与基因调控元件结合而激活转录。STAT1可与FAK直接结合并发生酪氨酸磷酸化而被激活，这种结合具有STAT1特异性（STAT2和STAT3不具有此特性），并且依赖于FAK的羧基端结构域［2］。STAT1激活后将导致细胞粘附下降和迁移增强。
4 FAK信号通路的“串话”
信号传递呈现化，因此会存在“串话(crosstalk)”。研究发现，整合素诱导产生氧化还原信号氧化小分子磷酸酶，从而防止酶脱磷酸，保持FAK活跃。酪氨酸磷酸酶对氧很敏感，因此，蛋白酪氨酸酶氧化抑制剂能够通过细胞粘附促进FAK磷酸化反应和信号逆流。反之，FAK磷酸化、MAPK磷酸化、Src磷酸化、局部粘附形成等都可被氧化还原信号抑制剂明显削弱［16］。可见，FAK与氧化还原信号间存在“串话”。另外，FAK与吻蛋白在细胞基质，细胞间粘附中存在“串话”，某些条件下，它们抑制细胞迁移［17］。
5 FAK抑制剂
目前国内外研究思路主要是截断FAK，观察其对上游和下游通路及信号分子的影响，进一步了解其生物学效应。粘附斑相关非激酶(FAK related nonkinase, FRNK)是FAK基因单独表达C端结构域产生的一个p41/43的FAK相关非激酶蛋白［1］，它可以选择性阻断FAK磷酸化，但对FAK表达不产生明显影响［18］。这种抑制称显性负突变，或显性抑制（dominant negative），其机制可能是突变蛋白质与野生型蛋白质形成双体或多体，该双体结构因为缺少一半功能区而可能失去原有功能。也有认为可能是竞争性结合同一蛋白［1］。研究发现，FRNK还具有下调整合素β3表达的作用。FRNK在平滑肌细胞中短暂的过度表达削弱了FAK磷酸化，减少了FAK/Src参与的Cas、paxillin磷酸化［19］，但不影响PI3KAkt通路［20］。有报道，尿激酶受体［20］、herbimycin A［21］、Src家族激酶抑制剂PP2也常用于FAK的研究中。
6 问题与展望
对于不同信号接受因子（effector）何时、如何与FAK结合，Parsons ［22］提出“开关”机制：在不同时间、细胞不同区域激活FAK（如Tyr397磷酸化或在粘附复合物粘附斑或生长因子复合物其他区域），提供一个“开关”让FAK参与许多不同下游信号，且是依赖FAK激活时的结构上下的关系，这种选择性FAK激活引起不同生理结果。说明FAK是信号转导通路上一个重要“驿站”，是构成信号网络的一个“节点”。那么，这些通路是否四通八达？上述信号通路是否可逆？这些都是需要进一步研究的。
目前有关中药对FAK表达影响的研究有：黄芪、当归注射液显著抑制碱性成纤维细胞生长因子诱导的血管平滑肌细胞凋亡［23］；丹参单体可抑制H2O2刺激的肝星状细胞的增殖及胶原合成［24］，下调FAK表达是其机制之一。这些都是中药单体的研究，还没有方剂的研究，这是中医研究下一步可行的方向。另外，诸如pH、渗透压如何影响FAK通路，时效性如何等问题，对中药尤其是方剂干预是比较重要的考虑因素，可以在实验设计中体现出来。
［］
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