整合素在人眼小梁网组织中的表达及意义的研究进展

【摘要】  整合素是一类细胞膜表面的糖蛋白受体家族分子，在小梁网组织中表达多种整合素亚单位，可以和细胞外基质结合并调节基质金属蛋白酶的表达，影响小梁网内环境的稳定，改变房水外流阻力。本文就整合素与小梁网组织的关系作一综述。

【关键词】  整合素 小梁网组织 细胞外基质 基质金属蛋白酶

      整合素及其家族在人体各种组织中表达，它介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质（extracellular matrix,ECM）之间的反应，参与细胞信号传递、细胞黏附、迁移，控制细胞分化、增殖以及凋亡等各种生理过程。人眼房水外流阻力主要存在于小梁网组织，小梁网内环境的稳定是保持房水外流通畅、维持正常眼内压的关键因素。随着分子生物学等相关学科的发展，人们观察到小梁网表达多种整合素亚单位，并对其之间的关系进行了深入的研究。

    1  整合素的结构及功能

    整合素是一类细胞膜表面的糖蛋白受体家族分子，主要介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质之间的黏附，使细胞内骨架与ECM得以整合形成整体。目前发现约有18种α亚基和8种β亚基，至少有25种异二聚体的整合素形式[1]。整合素分子是由α和β亚基通过非共价键连接构成的二聚体蛋白,α、β亚基均由胞外区、跨膜区、胞内区组成[2]。α、β亚基的胞外区是其与相应配体结合的部位，胞外区可以识别配体分子中的特定序列，如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)，从而与层黏连蛋白(laminin)、纤维连接蛋白(fibronectin)、胶原(collage)等细胞外基质相结合，在介导细胞与ECM的信号转导中起重要作用[3]。整合素的胞内区可以与踝蛋白(talin)、张力蛋白(tensin)等细胞骨架连接，引起细胞的形态变化[4]。跨膜区可与多种细胞因子共同作用而调节整合素的功能。

    根据整合素分子中β亚单位的不同，可将其分为8个亚家族,每个亚家族成员的β亚单位均相同，但α亚单位各异。目前认为在整合素家族中，α亚基与配体的识别有关，β亚基则将信号传导至细胞骨架，整合素通过胞外区与ECM、胞内区与细胞骨架、信号转导分子和其他一些蛋白相结合，介导细胞内外之间的双向信号传递[5]。

    2  整合素与小梁网组织

    2.1  整合素与细胞外基质  正常眼内压是由房水产生和排出之间的平衡决定的，房水排出的阻力主要位于小梁网组织。小梁网组织是由小梁相互交错形成的多层海绵状组织，每一束小梁是由胶原纤维为核心以及其外围绕的弹性纤维、纤维连接蛋白、层黏连蛋白和外层被覆的小梁网细胞组成[6]。

    有ELISA的试验表明：体外培养的人眼小梁网细胞表面表达整合素受体α1、α2、α3、α4、α5、α6、αv、β1、β3和β5,可以组成α1β1、α2β1、α3β1、α4β1、α5β1 、α6β1、αvβ1、αvβ3、αvβ5等整合素亚单位[7-8]，但是不表达整合素受体β2和   β4[9]。其中，α3β1、α4β1、α5β1、αvβ1可以调节细胞和纤维连接蛋白的黏附，α1β1、α3β1、α6β3可以调节细胞和层黏连蛋白的黏附，α1β1、α2β1、α3β1可以调节细胞和胶原的黏附[8，10]。整合素的胞外部分与ECM分子结合后，即与ECM分子形成复合体而在细胞表面积聚成链。由于整合素β亚单位的胞浆部分与细胞骨架蛋白相连，细胞骨架蛋白因而在细胞浆中聚集形成肌动蛋白丝，后者结构重组形成体积更大的张力纤维,张力纤维又反过来刺激整合素的聚集。通过这种正反馈机制，整合素与ECM蛋白和细胞骨架蛋白在细胞膜的两边构成复合体,这种复合体即为灶性黏附，灶性黏附是细胞与细胞外基质黏附的基础。同时，黏附斑激酶(focal adhesion  kinase，FAK)、Src激酶等酪氨酸激酶及其他信号转导分子也向此集中，从而共同构成整合素介导的信号传导结构基础。因此，整合素不仅是细胞内外蛋白的跨膜连接物，而且还是重要的跨膜传递“信号分子”[11-12]。

    一种可以和整合素与小梁网细胞紧密相连的细胞外基质成分是纤维连接蛋白，它存在于小梁网近管组织和Schlemm管内壁，而且又是房水中的一种可溶性蛋白[13-14]。纤维连接蛋白是由两条结构相似的多肽在C端通过二硫键结合形成的异二聚体,每条链由三种同源重复序列组成。细胞和纤维连接蛋白的黏附及肌动蛋白的收缩由纤维连接蛋白上两个特殊的区域调节：CellⅠ结合域和HepⅡ结合域[15-16]。CellⅠ结合域含有RGD序列，可以和整合素α5β1结合，HepⅡ结合域含有整合素α4β1的结合位点[17]。HepⅡ结合域可以通过整合素信号转导途径促进细胞迁移和张力纤维的形成，利用肌动蛋白骨架的改变来调节眼内压[18]。Nakamura等[19]曾经观察过体外培养的牛眼小梁网细胞胶原收缩依赖于细胞和ECM的相互作用，小梁网细胞表面表达多种ECM的整合素受体，其中整合素α5β1是纤维连接蛋白的特异性受体，纤维连接蛋白和α5β1结合可以促进胶原的收缩，小梁网间的空隙扩大，房水外流阻力减小，从而降低眼内压。纤维连接蛋白诱导胶原收缩的性质可被细胞松弛素和GRGDSP(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro)序列阻断。纤维连接蛋白和α5β1结合还可以诱导新的小梁网细胞增殖和迁移,同时,胶原收缩也可以由α1β1和α3β1调节。

    Peterson等[20]的研究表明,整合素α5β1可以介导有限的黏附斑和张力丝形成,α4β1可以充当α5β1的共受体,两者的信号通路汇集可以促进黏附斑(focal adhesion)和张力丝(stress fiber)的大量形成。通过α4β1和α5β1的双重信号途径可以控制人眼小梁细胞的黏附强度和收缩力，黏附斑的收缩性强可以使其周围小梁网间隙扩大,房水外流阻力减少，其具体机制不清。

    2.2  整合素与基质金属蛋白酶(matrix me[x]talloproteinases， MMPs)  据有关资料表明,正常人眼小梁网细胞外基质中存在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型胶原、层黏连蛋白、纤维连接蛋白和蛋白聚糖，以及硫酸角质素、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素和透明质酸等五种氨基多糖[21]。现代研究表明,青光眼患者小梁网组织中细胞外基质异常堆积，使小梁网网眼狭窄或塌陷，导致了原发性开角型青光眼[22]。MMPs属于锌依赖性蛋白水解酶家族,在降解ECM过程中发挥重要作用,使ECM从小梁网间隙清除,房水流出增加。MMPs在人眼中分布较为广泛，在人眼的葡萄膜巩膜房水外流途径、小梁网组织、房水、血管平滑肌和视神经等部位都有MMPs的表达[23]。Rose等[24]用承受一定张力的猪小梁网细胞做成眼压升高的模型，在第24、第48、第72小时用Western blot检测分析发现整合素αv、β1、β3的表达增加，同时膜型基质金属蛋白酶（MT1-MMP）的含量增高，这可能是保持眼内压稳定的重要机制。整合素可与MMPs直接结合并且可正向调控MMPs的表达,并且可以黏附ECM和MMPs，使蛋白酶靠近靶目标。Dongmin等[25]研究发现,整合素受体β6可提高尿激酶型纤溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator，uPA)的mRNA水平,通过uPA-MMP3-MMP9途径，降解ECM。他们还认为ECM的降解与uPA受体结合uPA的饱和度有关，通过调控uPA系统精确控制周围基质降解的水平，β6胞浆区C末端的ll氨基酸在这个调控过程中起重要作用。Munger  等[26]研究发现，整合素α1β6结合并激活潜在转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）。α1β6铰链区识别潜在TGF-β1相关肽(1atency—associated peptide，LAP)N末端的RGD序列，与LAP有高度亲合力，参与潜在TGF-β1复合体的激活。Dongmin等[25]发现α1β6激活的TGF-β1促进基质中纤维连接蛋白和黏蛋白-C的沉积，并提高MMP-3和MMP-9的表达与活化水平。因此，整合素可以通过基质金属蛋白酶的改变来调节眼内压。

    综上所述，整合素是一种具有多种生物学效应的黏附分子，它可以通过细胞外基质与基质金属蛋白酶之间的相互作用调节小梁网的状态，改变房水外流阻力，可能在原发性开角型青光眼的发病机制中起重要作用，但其临床应用的潜在价值有待更深入的研究。

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作者：李超 吴瑜瑜

作者单位：福建医科大学附属第二临床医学院 眼科，福建 泉州 362000；