整合素

整合素（英語：，又译为整联蛋白）是一种介导细胞和其外环境（如细胞外基质，Extra Cellular Matrix）之间的连接的跨膜受体，普遍存在于脊椎动物的細胞表面。整合素拥有联系细胞外部和内部结构的作用，同时在细胞与环境的信号转导中，整合素也将ECM的化学成分与受力状态等有关信息传入细胞。 因此，整合素除了穿過膜的機械作用，也參與了細胞訊息、細胞週期之調節、細胞型態以及細胞的運動。

整合素αVβ3的胞外结构域
Structure of the extracellular segment of integrin alpha Vbeta3.[1]
鑑定
標誌Integrin_alphaVbeta3
PfamPF08441
Pfam宗系CL0159
InterProIPR013649
 SCOP1jv2 / SUPFAM
整合素α亚基的胞内结构域
Structure of chaperone protein PAPD.[2]
鑑定
標誌Integrin_alpha
PfamPF00357
InterProIPR000413
PROSITEPDOC00215
 SCOP1dpk / SUPFAM
 OPM家族197
OPM蛋白2knc

通常，受体的作用是将外环境的变化通知细胞并引起细胞反应。但整合素不仅介导由外到内的信号，也介导由内到外的细胞信号。因此整合素不但将ECM的信息传递给细胞，也将细胞的状态表达给外界，从而可以迅速和灵活地响应环境中的变化，比如血液的凝固作用。

整合素有许多的类型，一些细胞在其表面表达多种整合素。整合素对动物细胞十分重要，在从海绵到哺乳动物的所有动物中都有发现，人类基因中的整合素已得到详致研究。

整合素通过与其它蛋白相互作用来介导细胞–细胞和细胞–ECM的相互作用与通信。参与这些过程的蛋白主要有细胞粘附分子（比如钙粘素、IgSF、选择素）、细胞外配体（比如纤连蛋白、胶原蛋白、玻连蛋白）、层粘连蛋白几个大类。

结构

整合素是由α和β两亚基组成的专性异二聚体，α和β 亚基都是跨膜蛋白并有一个小型的胞内结构域[3]。在哺乳动物中，总共发现了18个α亚基和8个β亚基，而果蝇基因组中只有5个α和2个β亚基，隐杆线虫只有2个α和1个β亚基[4]，领鞭毛虫中只有α亚基而无β亚基[5]。整合素在细胞内基质区域大概有40-70个氨基酸片段，β4亞基不同于所有其他亞基;它的細胞質結构域要大得多，有1000個氨基酸，并與中間纖維连接而不是常见的肌動蛋白。[6]而在细胞的外球形结构域，存在α链和β链一起露出脂双分子层外约20nm的头部，其中N端的末端5nm可以用于同细胞外基质蛋白结合，外部结合的过程可以类比为螃蟹钳将目标蛋白夹住（虽然是通过化学作用而非力学作用）； 细胞内的尾部则与肌动蛋白相连。整联蛋白的两个亚基，α和β链都是糖基化的。整合素的分子质量大约在100kDa左右，其中β链含有四个富含半胱氨酸的重复序列。

另外，一些亚基的不同形式是由不同的RNA选择性剪接而来，比如β1亚基存在四种选择性剪接而成的形式。通过许多种不同的α和β亚基组合，能产生24种整合素（这一数字会依不同的研究而变化）[7]。

分類

整联蛋白可以通过多种方法进行分类，比如有一部分的α链含有特殊的A-domain[8]（得名于血友病因子中相似的结构域，在α链中也被称为α-inserted-domain）。拥有这个特殊结构域的蛋白（比如α1β1，α2β1）或者连接细胞和胶原蛋白，或者充当细胞间的粘结分子。且α-I-domain都充当着结合位点的作用，而在α链上不含有α-I-domain的蛋白也在其β链上含有结构相似的A-domain，同时也充当连接位点。A-domain拥有3个二价正离子（在细胞外基质中通常为Ca2+，Mg2+）的结合位点，其中一个在生理条件下被永久占据，另外两个位点在整联蛋白结合外部分子后才被占据。

功能作用

连接细胞和细胞外基质

整合素将细胞外基质和细胞骨架（通常是肌动蛋白）结合，至于结合配体的种类是由αβ亚基的种类决定的。这种连接可以带来拉力保护细胞不会从细胞外基质中被撕裂，保障了多细胞生物的整体性。在组织培养中，整联蛋白的一个重要的作用是帮助细胞迁移。[9]细胞通过整联蛋白附着在底物上。在运动过程中，细胞会在前部附着新的基质，而后部解附着的基质则通过内吞的方式进行重复利用。

细胞的信号转导

整合素并非单纯为细胞提供了一个附着点，同时也向细胞内部发送许多有关于周围环境的信号，改变细胞的核心生命活动比如附着、运动、死亡、分化。所以，整联蛋白在很多生物过程中起到核心作用。比如通過αIIbβ3調節的血小板聚合就在血液止血的過程中起到了一個非常重要的作用。[10]

脊椎动物的整合素

下表为脊椎动物中发现的整合素：

名称别名分布配体
α1β1VLA-1身體多處膠原蛋白、层粘连蛋白[11]
α2β1VLA-2身體多處膠原蛋白、多种层粘连蛋白[11]
α3β1VLA-3身體多處层粘连蛋白-5
α4β1VLA-4[11]造血干细胞纤连蛋白、VCAM-1[11]
α5β1VLA-5; fibronectin receptor全身纤连蛋白[11]、蛋白酶
α6β1 VLA-6; laminin receptor全身多种层粘连蛋白
α7β1 肌肉、膠質瘤多种层粘连蛋白
αLβ2LFA-1[11]T细胞ICAM-1、ICAM-2[11]
αMβ2Mac-1、CR3[11]單核球和嗜中性球血浆蛋白、ICAM-1[11]
αIIbβ3Fibrinogen receptor; gpIIbIIIa [12]血小板[11]纖維蛋白原、纤连蛋白[11]
αVβ1 葡萄膜黑色素瘤、神经肿瘤玻连蛋白、纖維蛋白原
αVβ3vitronectin receptor[13]活化的內皮細胞、黑色素瘤、膠質母細胞瘤玻连蛋白[13]、纤连蛋白、纖維蛋白原、骨桥蛋白、Cyr61
αVβ5全身都有，特別是在成纖維細胞、上皮細胞玻连蛋白和腺病毒
αVβ6 增殖的上皮细胞，尤其是肺和乳腺纤连蛋白、转化生长因子-β（TGFβ）1和3
αVβ8 神經組織、周圍神經纤连蛋白、TGFβ1和3
α6β4上皮細胞[11]层粘连蛋白[11]

参考文献
  1. Xiong JP, Stehle T, Diefenbach B; 等. . Science. October 2001, 294 (5541): 339–45. PMC 2885948. PMID 11546839. doi:10.1126/science.1064535.
  2. Sauer FG, Fütterer K, Pinkner JS, Dodson KW, Hultgren SJ, Waksman G. . Science. August 1999, 285 (5430): 1058–61. PMID 10446050. doi:10.1126/science.285.5430.1058.
  3. Nermut MV, Green NM, Eason P, Yamada SS, Yamada KM. . EMBO J. December 1988, 7 (13): 4093–9. PMC 455118. PMID 2977331.
  4. Humphries M.J. . Biochem. Soc. Trans. 2000, 28 (4): 311–339. PMID 10961914. doi:10.1042/0300-5127:0280311.
  5. King, N.; Westbrook, M.J.; Young, S.L.; Kuo, A.; Abedin, M.; Chapman, J.; Fairclough, S.; Hellsten, U.; Isogai, Y.; Letunic, I.; 等. . Nature. 2008, 451 (7180): 783–8. PMC 2562698. PMID 18273011. doi:10.1038/nature06617.
  6. Richard O. Hynes. . Cell. 2002, 110 (6): 673–87. doi:10.1016/S0092-8674(02)00971-6.
  7. Hynes R. . Cell. 2002, 110 (6): 673–87. PMID 12297042. doi:10.1016/S0092-8674(02)00971-6.
  8. Jie-Oh Lee. . Structure. 1995, 3 (12): 1333 – 40. doi:10.1016/S0969-2126(01)00271-4.
  9. Paul NR; Jacquemet G; Caswell PT. . Curr Biol. 2015, 25 (22): 1092–105. doi:10.1016/j.cub.2015.09.049.
  10. Shattil; Sanford J. . Blood. 1998, 91 (8): 2645–57. doi:10.1182/blood.V91.8.2645.2645_2645_2657.
  11. Krieger M, Scott MP, Matsudaira PT, Lodish HF, Darnell JE, Zipursky L, Kaiser C, Berk A. fifth. New York: W.H. Freeman and CO. 2004. ISBN 0-7167-4366-3.
  12. (PDF). [2007-03-02]. （原始内容 (PDF)存档于2007-01-27）. Vet Path01 34:61-73 (1997)
  13. Hermann P, Armant M, Brown E, Rubio M, Ishihara H, Ulrich D, Caspary RG, Lindberg FP, Armitage R, Maliszewski C, Delespesse G, Sarfati M. . J. Cell Biol. February 1999, 144 (4): 767–75 [2013-12-21]. PMC 2132927. PMID 10037797. doi:10.1083/jcb.144.4.767. （原始内容存档于2020-05-31）.

外部链接

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