层粘连蛋白α4亚基的功能及其与疾病关系的研究进展_于晶晶.pdf

中 国 医 学 科 学 院 学 报ACTA ACADEMIAE MEDICINAE SINICAE92February，2023基金项目:国家自然科学基金(31971138)、浙江省自然科学基金(LZ19H260001)和浙江省医药卫生科技计划项目(2022506699)综述层粘连蛋白 4 亚基的功能及其与疾病关系的研究进展于晶晶1，张丽君1，何春草1，曹亦菲1，杨军1，21杭州师范大学公共卫生学院预防医学系，杭州 3111212浙江大学附属妇产科医院浙江省子宫恶性肿瘤诊治研究中心，杭州 310006通信作者:杨军电话:13858098430，电子邮件:摘要:层粘连蛋白家族是基底膜的主要成分。作为家族中的一员，层粘连蛋白 4 亚基(LAMA4)广泛存在于成人组织的细胞间质中，参与细胞的固定，并可与相应的整合素受体结合，激活相关的信号转导通路，对于细胞的生长、增殖和迁移，以及人体的正常生长发育均起着重要作用。现有的研究已发现 LAMA4 与许多疾病的发生、发展有关;此外，还发现 LAMA4 与多种肿瘤细胞的迁移和侵袭有密切的联系。本文综述了当前 LAMA4 的研究进展，着重探讨 LAMA4 与疾病尤其是肿瘤发生发展的关系，以期为相关疾病的诊治提供新的思路。关键词:层粘连蛋白;层粘连蛋白 4 亚基;肿瘤;迁移;侵袭中图分类号:Q754文献标志码:A文章编号:1000-503X(2023)01-0092-09DOI:10.3881/j.issn.1000.503X.14615esearch Progress on the ole of Laminin Subunit Alpha 4 in DiseasesYU Jingjing1，ZHANG Lijun1，HE Chuncao1，CAO Yifei1，YANG Jun1，21Deparment of Preventive Medicine，School of Public Health，Hangzhou Normal University，Hangzhou 311121，China2Zhejiang Provincial esearch Center for Uterine Cancer Diagnosis and Therapy，Women s Hospital，School of Medicine，Zhejiang University，Hangzhou 310006，ChinaCorrespondingauthor:YANG JunTel:13858098430，E-mail:ABSTACT:Laminin subunit alpha 4(LAMA4)，a member of the laminin family，is present in the in-tercellular matrix of adult tissues as a major component of basement membrane.LAMA4 is involved in the adhe-sion of cells and can bind to corresponding integrins to activate relevant signaling pathways，playing an essentialrole in the growth，proliferation，and migration of cells.It has been demonstrated that LAMA4 is associated withthe occurrence and development of a variety of diseases including tumors，and the expression of LAMA4 can beused as a biomarker of tumor diagnosis and prognosis.This paper summarizes the current research progress in LA-MA4 with the focus on the relationship between LAMA4 and diseases，especially tumor，with a view to providenew directions for the future research.Key words:laminins;laminin subunit alpha 4;cancer;migration;invasionActa Acad Med Sin，2023，45(1):92-110层粘连蛋白 4 亚基(laminin subunit 4，LAMA4)是层粘连蛋白家族(laminins，LM)的一员，染色体定位于 6q211。基底膜是由 LM、型胶原、基底膜蛋白聚糖、聚集素以及巢蛋白等构成的片状结构，是层粘连蛋白 4 亚基的功能及其与疾病关系的研究进展Vol.45 No.193细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的特化结构形式，对维持细胞的结构和功能是必需的。作为基底膜的主要成分，LM 在正常的细胞生理和机体生长发育过程中也发挥着重要作用，因此，在许多人类疾病中都发现了 LM 的表达异常，包括肿瘤。LAMA4 是一条 单链，而 单链在 LM 中有着特殊的地位，因为 LM 的很多功能需要通过与其对应的整合素受体结合才能发挥作用，这种相互作用的特异性又是由 链决定的 2。但目前国内外对于 LAMA4 的研究相对不足，许多结论尚不明确。尽管如此，也有关于 LAMA4 的异常表达参与一些疾病的发生、癌细胞的增殖和迁移等的报道。因此，本文综述了当前关于 LAMA4 的研究成果，围绕其分子结构、功能以及与疾病的关系展开论述，并着重探讨 LAMA4 与肿瘤的相互关系，为后续研究提供思路。LM 成员及分子结构LM 是一种由、和 链通过二硫键连接而成的大分子糖蛋白。在该家族中，迄今为止已发现5 种 链，3种 链和 3 种 链，这些链通过自由组合，理论上可以形成 50 种以上不同的 LM2。但由于不同的链在不同的部位表达，3 种不同的链不能进行随意的组合，且由于技术水平的限制，目前已发现的 LM 有 19 种 1。LM有 2 个最基本的功能:(1)是基底膜形成过程中最先出现的蛋白，当 LM 缺失时，即使基底膜中其他成分表达正常，也无法形成正常的基底膜结构 3。(2)作为细胞内外间隔的物理连接，是细胞水平上进行信号传递的关键。由于LM 的多样性，决定了基底膜可以和不同的组织结合在一起，使人体各组织表现出不同的生理功能 4。LM 是根据它们的链组成来命名的，例如，LM-111的组成是 111，LM511 是 511 5，每条链又折叠成几种特异或多个拷贝的独立结构域。其 N 端一般为 1个球形LN(laminin N-terminal)结构，之后是多个重复的 LE laminin-type epidermal growth factor(EGF)-like结构域形成的棒状结构(rod-like arrays of repeating LEdomains)，重复的 LE 结构域会被 1 2 个球形的 L4/LF(laminin 4/laminin Four，原称为 laminin)结构域打断。C 端主要为7 个1 组重复的非极性氨基酸折叠形成的 卷曲螺旋(-helical coiled coil)结构，其中 链有额外的31 33 个氨基酸序列形成 1 个“门把手”(the knob)。链比 和 链长出 865 900 个氨基酸，形成了 三文治折叠(-sandwich folds)的 5 个球形结构域(laminin globular，LG):LG1-5。一个完整的 LM 是由 3 条链构成 1 个“十字架”型(cross-shaped)结构(图 1):3 条短臂分别由 3 条链的 N 端构成，长臂由 3 条链的 C 端构成。其中短臂与其他的 ECM 蛋白发生相互作用，从而完成对基底膜的组装并保证其稳定性。长臂则与细胞表面的受体分子如整合素等相互作用，通过各种信号通路诱导不同的基因表达，最终影响细胞的黏附、迁移、存活及死亡等 5。LM 是胚胎发育早期形成的第 1 种基底膜成分，因此关键 LM 的缺失会导致胚胎的死亡。随着胚胎的发育，有些家族成员的表达会逐渐降低甚至消失，但另外一些家族成员可一直广泛地存在于成人的心脏、肾脏和骨骼肌6 等间充质来源的各种组织以及某些内皮和上皮基底膜中7-8。LAMA4 的结构及组织分布与家族中其他成员相比，LAMA4 比较特殊的是它的头部缺少 N 端的球形 LN 结构域，因此，LAMA4 需要酶交联才能被纳入到生成的 ECM 中 5。目前发现 LAMA4链只与 1、2 链、1、3 链进行组合，组成 LM-411、LM-421 和 LM-423 3 个 LM 亚型。对 LAMA4 体内分布的分析发现，它主要定位于中胚层来源的组织中，如内皮、脂肪细胞、骨骼肌、平滑肌和心肌等;在一些上皮来源的基底膜中也发现了 LAMA4的存在，如表皮、唾液腺、胰腺、食管及胃腺、肠隐窝以及肾髓质小管等;发育过程中的变化主要体现在骨骼肌、血管壁及肠隐窝中9。LN:层粘连蛋白 N 端球形结构域;LE:层粘连蛋白型表皮生长因子样结构域;LG:层粘连蛋白球形结构域图 1层粘连蛋白的分子结构示意图中 国 医 学 科 学 院 学 报94February，2023LAMA4 的生理学功能由于 LM 存在时空表达的差异，其家族各成员的功能也存在较大差别，且由于分析技术的局限性，对特定 LM 分子功能的研究还不全面，因此，下面仅将LAMA4 目前已比较明确的生理功能加以总结。血管系统的构建目前研究结果表明，LAMA4 最主要的功能之一是参与血管系统的构建。大多数血管的内皮下基底膜含有 LM-511 和 LM-411，它们的表达受到严格的发育调控:胚胎发育血管生成时 LM-411是主要的形式，LM-511 则在出生后才出现。LAMA4 与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的协作对于 Notch-Dll4 控制血管生成的正常功能是必需的。LM-411 通过与 b1 整合素的作用特异性诱导 Dll4，进而激活 Notch 通路。在 LAMA4 缺失小鼠中，Dll4/Notch 信号受到破坏，使得端细胞过度形成导致不受控制的血管形成10-11。由于某些特定的组织、器官中血管对其结构的完整、功能的发挥是必需的，例如，肾小球的滤膜是由毛细血管壁构成的，因此 LM 在肾小球的发育过程中也是非常重要的12-13。研究发现 LAMA4 缺失小鼠会发生持久的肾小球及肾小管间质纤维化14。胰腺由外分泌腺泡和胰岛构成。胰岛中存在丰富的毛细血管，血管内皮细胞与内分泌细胞也需要被基底膜分隔。在人胚胎胰腺中的基底膜仅有 LM-411，成年胰岛中则是双层基底膜:含有 LM-511 和 LM-411 的内皮下层，以及仅含 LM-511 的近 细胞层。同时，腺泡也被基底膜包裹，而其中 LAMA2 和 LAMA4 是必需的:LAMA2 和 LAMA4 双缺失小鼠中腺泡基底膜消失，腺泡细胞发生去极化。此外，LM-411 还可以激活1 整合素信号依赖性的胰岛素合成，表明其是胰岛的重要组成成分 15。同时，虽然在中枢神经系统的许多部位并不存在 LM，但血脑屏障是保护中枢神经系统不受血液循环和免疫系统影响的重要物理屏障，而作为血脑屏障的重要组成部分的毛细血管内皮细胞外的双层基底膜就包含了LM-411 和 LM-51116。免疫细胞的迁移和外渗LM 对于免疫细胞的迁移并到达炎症反应部位是必需的。例如，中性粒细胞表达的 LM-411 与整合素 61 和 M2 发生相互作用，这对它们的迁移和生存非常重要17。而毛细血管后微静脉及