整合蛋白对细胞周期的调控机制

四、整合蛋白对细胞周期的调控机制

如前所述，整合蛋白对细胞增殖的调控最终作用于细胞周期的控制环节。对此了解较多的主要是整合蛋白对细胞周期的正性调节作用。但是也有报道认为，整合蛋白在一定条件下可以抑制细胞增殖，这主要与细胞周期抑制性调节因子p21、p27等密切相关。这里侧重于介绍整合蛋白对细胞周期的促进作用。

1．细胞周期概述　目前，关于细胞周期调控存在2种观点：一是“qualitative model”，即细胞周期的不同时相需要特异性的周期蛋白（cyclin）调节；二是“quantitative model”，也就是不同时相的cyclin／CDK没有本质的差异，只是激酶活性的强度不同而已。就哺乳动物细胞周期而言，倾向于前一观点。最近，Geng等人利用基因敲除／基因敲入（knockout／knockin）模型小鼠，在cyclin D1基因位点移入cyclin E编码序列（cyclin E→D1knockin）。结果发现，cyclin E并未取代cyclin D1的功能，而是绕过这一环节，直接发挥cyclin E作用。因此，这一结果也说明cyclin D1、cyclin E在细胞周期中是顺序作用的，并且cyclin E是cyclin D1下游的主要靶分子。

在G₁期，cyclin D1－CDK（cyclin－dependent kinase）4／6、cyclin E－CDK2依次作用于pRb蛋白，共同参与G₁限制点（restriction point）的调控。cyclin D1较不稳定，半衰期较短，基因表达的诱导与蛋白的合成依赖于持续性的丝裂原信号刺激，所以cyclin D1可以充当细胞生长的感受器。cyclin D1的作用有二：一是与CDK4／6组装形成cyclin D1－CDK4／6复合物，然后磷酸化E2F位点结合性的HDAC－pRb－hSWI／SNF或pRb－hSWI／SNF复合物中的pRb蛋白，分别诱导cyclin E、cyclin A等相关基因的表达；二是在组装过程中可以募集和禁锢CIP／KIP蛋白家族成员，从而促进cyclin E－CDK2活化，有助于G1／S转换。这样，在pRb蛋白磷酸化过程中，蛋白激酶就从丝裂原依赖性（mitogen－dependent）的cyclin D1－CDK4／6复合物过渡到丝裂原非依赖性（mitogen－independent）的cyclin E－CDK2复合物，这可能就是细胞在限制点处丧失对细胞外生长信号依赖的原因。

此外，CDK活性的调控受到两类CKIs（cyclin－dependent kinase inhibitors）蛋白的影响：一类是INK4蛋白家族（包括p16、p15、p18、p19），主要以二元复合物的形式特异性抑制CDK4／6的激酶活性；另一类是CIP／KIP蛋白家族，如p21、p27等。值得注意的是，早期认为CIP／KIP是广谱性抑制因子，但目前越来越多的证据表明，这类蛋白是cyclin D1－CDK4／6的组装因子，而不是抑制因子，且可以特异性抑制cyclin E－CDK2的激酶活性。例如，在G₀期细胞中，p27蛋白水平通常较高；但当细胞周期启动后，cyclin D1和CDK4／6积聚，p27等即被捕获至cyclin D1－CDK4／6复合物中，从而解除其对cyclin E－CDK2的抑制，有利于cyclin E－CDK2的活化。一旦cyclin E－CDK2激活，则通过SCF复合物（1种E3）途径磷酸化p27并促进其降解。

2．整合蛋白对细胞周期的调节　绝大多数类型细胞的增殖依赖于生长因子信号和细胞黏附行为的协同作用。生长因子主要通过受体性酪氨酸蛋白激酶（receptor tyrosine protein kinase）激活Ras－MAPK途径，活化的MAPK中的ERK1／2转位入核，磷酸化TCF转录因子，诱导c－fos基因表达，参与cyclin D1的表达控制。但是这一途径的效应似乎是短暂的，单纯生长因子信号并不足以引起细胞增殖。那么，细胞黏附在细胞增殖过程中的作用如何呢？据推测，可能有如下情况。

其一，通过Fyn／Shc对Ras－MAPK信号通路的补充。例如α1β1、α5β1、αVβ3等通过α亚基与caveolin－1结合，激活Fyn／Shc，继而活化Ras－MAPK。另外，也可通过FAK蛋白磷酸化最终促进MAPK的激活。虽然在细胞增殖过程中，Ras－MAPK信号通路似乎是富余性的，但有证据显示不能活化Shc的整合蛋白一般都是ERK和细胞增殖的微弱激活剂。在悬浮的纤维母细胞中，生长因子只能诱导短暂的ERK活性，而只有在黏附的纤维母细胞中，才能产生稳定持续的ERK活性，并诱导cyclin D1表达。所以，整合蛋白介导的细胞黏附可能通过对持续性ERK活性的诱导而参与细胞的增殖调控。

其二，整合蛋白对JNK的激活。如前所述，JNK活化需要FAK、Src和p130^CAS的相互作用，并经由Crk等激活之。活化的JNK转位入核，磷酸化转录因子c－Jun，其与c－Fos结合形成AP－1蛋白，调控cyclin D1的表达。因为大多数生长因子不能很好地活化JNK，所以整合蛋白对JNK的激活可以部分地解释正常细胞增殖对黏附的依赖。

其三，细胞骨架重组对细胞增殖的影响。细胞对ECM的黏附可以启动整合蛋白信号转导途径，同时激活整合蛋白依赖的细胞骨架微丝系统的重组（cytoskeletal organization，在细胞水平上至少表现为细胞铺展和细胞迁移）。最近，在对β4亚基胞内域缺失的基因敲除小鼠研究中发现，这种无尾（tail－less）α6β4仍能有效地结合laminin 5，但却不能与细胞骨架整合。而且，虽然这种小鼠的小肠上皮前体细胞仍与基膜相黏附，但细胞数量明显降低，同时也见分裂后细胞中的p27蛋白水平升高。Assoian实验小组也发现，在α5反义转染的NRK（normal rat kidney）纤维母细胞中，细胞铺展较弱，应力纤维形成不足，但是皮质肌动蛋白（cortical ac－tin）数量增多。当把这些反义细胞接种于胶原表面时，细胞铺展和F－actin形成可以完全恢复，但仍不能增殖。可见，细胞铺展虽不与细胞增殖相偶联，但是，与细胞铺展相伴的骨架重组对NRK纤维母细胞的增殖是非常重要的。

3．整合蛋白在不同水平调节细胞周期　锚定依赖性细胞增殖（anchorage－dependent cell proliferation）在于对细胞铺展及与之相关的骨架重组之需求，而不是黏附行为本身。这种需求在于和生长因子信号系统协同调控cyclin D1的表达，一些情况下，可能也参与生长抑制因子的表达调控。例如，生长因子及其受体介导的ERK活化可以诱导p21的起始表达，但是随后的细胞黏附则以ERK独立性方式促进p21表达下调。而且，早期的p21表达由瞬时性活化的ERK介导。这种p21表达的锚定依赖性调控对cyclin E－CDK2活化比较重要。目前研究显示，整合蛋白介导的黏附可以在不同水平调节细胞增殖信号。例如野生型FAK过度表达可以促进G1／S转换，这主要通过Src或Fyn途径，同时诱导p21表达下调，cyclin D1表达升高。在ERK水平，发现细胞黏附对生长因子刺激下的ERK活性维持是必需的。在细胞周期调控因子方面，cyclin D1的表达需要生长因子刺激和整合蛋白依赖性的细胞黏附行为，因为由此激活的JNK和ERK可以协同调控cyclin D1启动子的行为。另外，ILK可以促进β^－catenin转位，使之调节cyclin D1表达。p70S6蛋白激酶可以促进cyclin D1翻译。细胞黏附可以诱导生长因子依赖的pRb和p107蛋白的磷酸化；促进cyclin A表达；诱导p21、p27表达下调。而且，也可通过促进cyclin D－CDK4／6的活性来禁锢p21、p27，间接达到取消p21、p27对cyclin E－CDK2活性的抑制，从而有助于周期进展。