施晨璐張云鵬陶茂燦

整合素相互作用蛋白Kindlin家族與表皮干細胞增殖分化相關研究進展

施晨璐1張云鵬1陶茂燦2

Kindlin家族；整合素；表皮干細胞

表皮干細胞(epidermal stem cells，ESCs)是皮膚組織特異性干細胞，具有自我更新和強大的增殖能力，有維持表皮自我更新、保持正常表皮結構以及促進創(chuàng)面修復等作用[1]。其增殖分化受多重因素的調(diào)控，一方面是其所處的微環(huán)境，即干細胞“壁龕”（niche），由各種調(diào)控因子等調(diào)控干細胞的活動[2]；另一方面就是其細胞上分布的表面受體的功能狀態(tài)[3]。

整合素相互作用蛋白Kindlin是一種新型的黏著斑蛋白，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3個家族成員，包括Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3[4]。Kindlin家族主要存在于表皮干細胞胞膜上，在細胞與細胞外基質(zhì)黏附中起重要作用。有研究表明，其通過促進整合素活化、參與整合素的雙向信號傳遞實現(xiàn)表皮干細胞對基底膜的黏附，從而在調(diào)節(jié)細胞生存、增殖、黏附、分化等方面起著重要作用[5-8]。本文就近年有關Kindlin家族的表達與分布，其調(diào)控表皮干細胞增殖分化的作用機制以及對Wnt/茁-catenin信號通路的相關性等綜述如下。

1 Kindlin家族的結構與生物學功能

1.1 Kindlin的結構特征Kindlin家族最早發(fā)現(xiàn)于1954年，Theresa Kindler發(fā)現(xiàn)一例具有先天性的皮膚水皰、皮膚脆性、光敏等臨床特征的皮膚疾病患者，并將其命名為Kindler綜合征[9]。之后的研究表明，Kindler綜合征源于一種特定蛋白質(zhì)的基因突變，該蛋白質(zhì)因此被命名為Kindlin-1。目前已知在哺乳動物中有三種Kindlin蛋白：Kindlin-1、Kindlin-2和Kindlin-3，其相對分子質(zhì)量約為75ku。這3個成員在結構上具有高度同源性，即含有一個典型的FERM結構域（4.1，ezrin，radixin，moesin），該結構域由標記為F1、F2和F3的3個亞結構域組成，它能與跨膜蛋白的胞內(nèi)段相互作用[10]。FERM結構域是Kindlin最重要的一個結構域，在Kindlin對整合素的識別和活化中具有重要作用[11]。Kindlin的FERM結構域與踝蛋白（talin蛋白，一種與茁整合素胞內(nèi)段相互作用的黏著斑蛋白）的FERM結構域氨基酸有很高的同源性（>50%）。Kindlin和talin蛋白都能通過FERM結構域中F3亞結構域的磷酸化酪氨酸結合結構域與整合素的亞基結合，并調(diào)節(jié)其功能，見圖1[12-13]。當然，Kindlin的FERM結構域仍具有其自身的特點。例如，在踝蛋白等具有FERM結構域的蛋白質(zhì)中，F(xiàn)ERM結構域均位于N端，而在Kindlin中卻位于C端。另外，Kindlin的FERM結構域的另一個特點就是在F2亞結構域中插入了一個底物同源區(qū)（pleckstrin-homology，PH）結構域，見圖2。這給Kindlin增加了PH結構域功能的同時又保留了FERM結構域的完整性[14]。

1.2 Kindlin的組織分布研究發(fā)現(xiàn)，三種Kindlin基因的表達均有顯著的組織特異性，在人類及小鼠中表現(xiàn)一致[4，15]。Kindlin-1主要在上皮細胞中表達，如角化細胞和腸上皮細胞，并存在于真皮-表皮連接區(qū)與基底膜毗鄰的部位，也有少量出現(xiàn)在基層角化細胞的胞膜上和細胞核中[5]。Kindlin-2的表達非常廣泛，在除造血細胞外的所有組織細胞，且其在平滑肌和骨骼肌中含量較高，也是唯一表達于胚胎干細胞的亞型[6]。Kindlin-3主要表達于造血系統(tǒng)，如脾、胸腺和淋巴結中，在心、肝、腦、骨骼肌、腎和睪丸中則沒有表達[7]。在上皮細胞中，Kindlin-1主要分布于真皮-表皮連接區(qū)（dermoepidermal junction，DEJ），并且在基底層角質(zhì)形成細胞的胞膜也有微弱表達。相反，Kindlin-2定位于基底層角質(zhì)形成細胞的胞膜，而不在真皮-表皮連接區(qū)。在培養(yǎng)的上皮細胞內(nèi)，Kindlin-1與Kindlin-2都定位于黏著斑。然而在人類和小鼠中均發(fā)現(xiàn)Kindlin家族3個成員之間不能相互代償，每種Kindlin的缺失都可以引起其特異性表型[4]。

1.3 Kindlin與整合素活化整合素（integrin）是位于細胞表面的一類糖蛋白，它是由琢和茁亞單位通過非共價鍵組成的異二聚體，是細胞表面重要的兼具黏附和信號傳導功能的受體[16]。其主要功能是通過其雙向信號傳導通路，參與細胞和細胞、細胞和細胞外基質(zhì)的黏附和信號轉(zhuǎn)導。

Kindlin家族與整合素功能密切相關，研究表明，Kindlin失調(diào)能夠影響整合素的信號通路，造成整合素的異常調(diào)節(jié)，從而導致細胞-細胞外基質(zhì)黏附和細胞骨架重塑過程發(fā)生嚴重缺陷[15]。研究表明，在來源于Kindler綜合征患者的Kindlin-1缺失的角質(zhì)細胞系中，盡管有Kindlin-2的表達，但角質(zhì)細胞仍然表現(xiàn)出整合素茁1功能減弱的一些特點，包括異常的細胞形態(tài)、細胞黏附和細胞鋪展等，表明Kindlin-1具有調(diào)控整合素功能的作用[5]。Kindlin-2定位于細胞-細胞外基質(zhì)黏附位點，并直接與黏著斑蛋白及migfilin結合，研究發(fā)現(xiàn)Kindlin-2或migfilin的下調(diào)都會抑制細胞延展[6，13]，Kindlin-2和migfilin構成了細胞-基質(zhì)黏附復合體與肌動蛋白細胞骨架之間的重要連接。而在小鼠Kindlin-3基因敲除的研究中，證實了Kindlin-3是整合素活化所必需的，即使踝蛋白水平正常，缺乏Kindlin-3的血小板和白細胞中整合素也不能被活化[17]。

因此，Kindlin家族在整合素介導的雙向信號傳遞中都具有重要作用，能通過促進整合素的有效活化對細胞的增殖分化等細胞生理過程進行調(diào)控。

2 整合素對表皮干細胞的調(diào)控

表皮干細胞是指位于表皮基底部，具有不斷增殖和分化能力的干細胞，具有可增殖分化為表皮中各種細胞成分，保持皮膚正常的表皮結構的能力。在生理狀態(tài)下，表皮干細胞按一定的概率與方式進行增殖分化，當機體受到損傷等情況下，干細胞的增殖分化方式會發(fā)生相應改變，以適應機體的需要[18]。而這種改變受到嚴格調(diào)控，通過一系列細胞、細胞因子及皮膚其他細胞相互作用完成。

正常情況下，表皮干細胞的增殖和分化一方面受干細胞所處的微環(huán)境調(diào)控，另一方面受自身表面受體的功能狀態(tài)的影響。該微環(huán)境[2]又稱為干細胞“壁龕”（niche），它由基質(zhì)細胞、細胞外基質(zhì)及各種調(diào)控因子等共同構成，能夠保護干細胞不受分化、凋亡以及其他刺激的影響，同時也能夠防止由于干細胞過度增殖導致的癌癥。表皮干細胞表現(xiàn)出較高的自我更新能力，即再生增殖能力，與其黏附于干細胞巢中緊密相關。研究表明，表皮干細胞主要通過表達整合素實現(xiàn)對基底膜各種成分的黏附[19]。Brakebusch等[20]進行表皮干細胞體外研究發(fā)現(xiàn)，當表皮干細胞脫離基底細胞層進行分化時，茁1整合素表達下降并失活，在正常情況下基底以上已分化的表皮干細胞幾乎不表達茁1整合素，證明了茁1整合素對表皮干細胞的分化確實具有調(diào)控作用。而Piwko-Czuchra等[21]在動物實驗中證實在茁1整合素缺失的情況下，層黏連蛋白和其他基底膜成分，例如巢蛋白或IV型膠原蛋白異常沉積在小鼠的真皮層。在電鏡下，薄層致密的基底膜出現(xiàn)斷裂，年紀較大的老鼠則出現(xiàn)了大片纖維丟失的情況，表明了茁1整合素對層黏連蛋白V的蛋白酶解加工和在基底膜的沉積起到重要作用。

圖1 Kindlin蛋白與整合素、踝蛋白與整合素的相互作用[10]

圖2 Kindlin家族成員結構示意圖[10-12]

3 K ind lin對表皮干細胞的調(diào)控

當干細胞“壁龕”發(fā)生改變，例如創(chuàng)傷發(fā)生時，胞外某些信息如細胞外基質(zhì)改變等可通過整合素傳遞給干細胞，以觸發(fā)跨膜信號轉(zhuǎn)導，調(diào)控細胞的基因表達。這一過程可以改變干細胞的分裂方式，激活干細胞的多潛能性，使干細胞朝著特定的方向分化，以適應組織修復的需要[22]。而Kindlin作為一種胞內(nèi)接頭蛋白，能夠影響整合素琢和茁兩個亞基胞內(nèi)段的相互作用，從而參與整合素對表皮干細胞的調(diào)控[19]。

雖然到目前為止并無有個整合素相互作用蛋白Kindlin在表皮干細胞增殖分化中的作用機制的研究，但根據(jù)以上綜述，了解整合素相互作用蛋白Kindlin家族能夠影響整合素介導的雙向信號傳遞，調(diào)節(jié)表皮干細胞與細胞外基質(zhì)的黏附，從而對細胞的增殖分化過程進行調(diào)控。

4 展望

隨著研究的深入，表皮干細胞的作用日益受到人們的重視，在創(chuàng)傷修復、皮膚再造、基因治療等方面都有很好的應用前景。整合素是表皮干細胞微環(huán)境中最為重要的蛋白之一。整合素相互作用蛋白Kindlin是一種胞內(nèi)接頭蛋白，通過參與整合素的雙向信號傳遞在調(diào)節(jié)細胞生存、增殖、黏附、分化等方面起著重要作用。

目前已證實由Kindlin能夠通過整合素在表皮干細胞增殖分化、黏附遷移中起到重要作用。但是Kindlin如何參與整合素分子從低親和力轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂H和力？整合素如何調(diào)控表皮干細胞的發(fā)展？為何整合素在皮膚中作用顯著而在其它組織器官中作用甚微？除了Kindlin和踝蛋白還有那些蛋白參與整合素的調(diào)控作用？這些問題的解決，不但可以豐富我們對Kindlin、整合素以及干細胞增殖的理論認識，而且有助于Kindlin相關疾病的臨床診治。

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（收稿：2016-05-12修回：2016-08-22）

1浙江中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院（杭州310053）；2浙江省中醫(yī)院皮膚科（杭州310000）

施晨璐，Tel：18042323402；E-mail：18042323402@163.com