国科大杭州高等研究院/中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈剑峰团队：靶向整合素的抗NAFLD药物

  导  读  

随着生活水平的提高，非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的发病率不断攀，已成为全球主要慢性肝病之一，我国成人患病率也接近30%。整合素（integrin）是由α和β两个亚基组成的跨膜细胞黏附分子，通过参与肝细胞脂肪变性、肝星状细胞（HSC）活化、免疫细胞活化和浸润，从而调节NAFLD的发生和发展。2024年9月14日，国科大杭州高等研究院/中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈剑峰团队在Acta Biochimica et Biophsica Sinica在线发表了题为“Integrins and NAFLD-associated liver diseases: clinical associations, pathophysiological mechanisms and pharmacological implications”的综述论文。本综述介绍了整合素在NAFLD各个阶段中的作用，及其介导的下游信号转导。此外，本综述总结了靶向整合素的抗NAFLD药物的最新进展，并为整合素治疗在未来的发展提出了新的期待。

整合素是由α和β亚基组成的异二聚体。其中有不同的18种α亚基和8种β亚基，可以产生24个功能不同的异二聚体跨膜受体。整合素由一个较大的胞外区、短的跨膜区和较短的胞内区组成（图1）。α亚基的胞外区包含β-propeller、thigh、genu、calf-1和calf-2。在18种α亚基中，有9种α亚基的β-propeller结构域中插入了I结构域。对于包含结构域I的α亚基的整合素，结构域I是配体结合区；对于不包含结构域I的α亚基的整合素，β亚基的I结构域是整合素与配体的结合区域。β亚基的外结构域包括七个复杂的结构域：βI结构域、PSI、四个EGF模块和一个β-tail结构域。

图1. 整合素α和β亚基的结构

整合素具有独特的双向信号传导能力，可以实现活化和非活化状态的动态转变。在生理状态下，整合素是在几种构象之间处于一种动态的平衡。在没有激活信号时，整合素主要以非活化形式存在于细胞表面。当细胞接收到激活信号后，胞内调控蛋白可与整合素α、β亚基的胞内段结合，通过由内向外（inside-out）信号使整合素转变为活化构象。随后，整合素胞外结构域与配体结合，引发整合素构象进一步伸展及其在细胞膜上的聚簇，通过由外向内（outside-in）信号激活胞内信号通路（图2）。

图2. 整合素的激活

整合素在肝脏非免疫细胞中发挥重要的生物学功能，介导细胞-细胞外基质和细胞-细胞间相互作用。根据最广泛和流行的“多重打击假说”模型，NAFLD的”第一次打击”涉及肝脏脂质积聚和胰岛素抵抗。肝脏脂质积聚与肝损伤和ECM产生增加有关。α1β1是一种位于肝细胞上的胶原结合整合素，可防止饮食诱导的肝脏胰岛素抵抗，但同时促进肝脏中的脂质积累。NAFLD患者循环游离脂肪酸的水平升高与肝脏脂质积累密切相关。实验证实整合素α5β1参与FFA诱导的肝细胞内脂质积聚，NLRP3炎性体的激活和肝细胞的焦亡（图3）。

图3.  整合素在NAFLD肝细胞功能中的作用

NAFLD“第二次打击”的特征为炎性细胞因子水平升高，线粒体功能障碍，氧化应激和脂肪因子的产生。整合素和趋化因子有助于驱动免疫细胞浸润并驻留在受损组织中。募集的整合素αM⁺巨噬细胞和驻留的整合素αX⁺巨噬细胞都是单纯性脂肪变性发展为脂肪性肝炎的关键因素。1型常规树突状细胞（cDC1s）已被确定为NASH肝脏病理的重要驱动因素。整合素αE⁺ cDC1代表一种抗炎DC亚型，可在脂肪性肝炎发展过程中保护肝脏免受代谢损伤。在NASH患者的肝T细胞中证实了肠归巢粘附分子整合素α4β7的异位表达。尽管表达肝脏中表达β7的T细胞表现出促炎表型，但整合素β7在肝脏脂质积聚和纤维化病理中的作用仍存在争议。整合素β7缺乏可预防动脉粥样硬化和肥胖相关的胰岛素抵抗，减轻NASH的肝脏炎症和纤维化。相反地，β7⁺ TH17细胞可用于缓解肥胖个体的代谢紊乱和肝脂肪变性。αV整合素可调节TGF-β（纤维化的主要调节因子）的活性，使其成为治疗纤维化的重要靶点。层粘连蛋白（LN）是一种整合素ECM配体，沉积在NAFLD患者肝窦内皮细胞（LSEC）之间的间隙中。受损的LSEC导致整合素αVβ3的表达，随后诱导LN的表达。此外，αV整合素在活化的肝星状细胞上高表达。整合素αVβ6通过激活HSC中的TGF-β1信号加剧肝炎纤维化，肝硬化和其他肝损伤。尽管目前没有αV整合素抑制剂进入临床市场，但αV仍具有作为肝纤维化标志物和治疗靶标的潜力。整合素α8β1在HSC中选择性表达，并在肝纤维化患者的标本中升高。抗整合素α8中和抗体的使用改善了CCl4诱导的细胞毒性、胆汁淤积性纤维化和NASH导致的纤维化。

图4. 整合素在NASH纤维化中的作用

NAFLD已成为HCC的主要危险因素，与整合素β1的表达升高及其下游磷酸化FAK的激活有关。阻断肝癌细胞中的整合素β1/FAK信号可减轻动物模型中NAFLD相关的HCC。除了β1整联蛋白外，据报道β4和其它整合素在肝癌的发展中也起着重要作用。例如，整合素α6β4在HCC中过表达，并通过EGFR依赖性FAK/AKT激活来促进肿瘤转移、侵袭和EMT。β3整合素在肝癌中的功能仍存在争议。据报道，整合素αVβ3促进HCC细胞的侵袭和转移。然而，在Wu等人的研究中，60%的HCC样品中β3整合素及其配体的表达被下调。

近年来，基于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽的分子影像发展迅速，其中大部分是针对整合素αVβ3亚型，其次是αVβ6（表1）。整合素αV在多种肿瘤以及NAFLD患者肝脏中高表达。然而，这种整合素是否可以成为NAFLD患者的诊断靶点仍有待验证。

表1. 整合素在NAFLD诊断中的研究进展

许多整合素已被认为是潜在的治疗靶点，并设计合成了多种小化合物、多肽和单克隆抗体的（表2）。虽然大多数整合素拮抗剂在治疗炎症性疾病的临床试验中表现出较好的生物利用度，但它们在治疗NAFLD方面的疗效仍未确定。

表2. 整合素靶向治疗在炎症性疾病临床试验中的应用

最近的几项研究表明，整合素与肝脏癌症的发生发展有关。某些整合素拮抗剂已在肿瘤治疗的临床研究中展现出疗效（表3）。然而，基于整合素的肝癌治疗的疗效仅限于动物实验。观察这些抗整合素药物在HCC临床试验中的性能，并研究如何结合其他治疗方案优化其疗效是未来可行的方案。

表3. 整合素靶向治疗癌症的临床试验评价

截止目前，仅有一款NASH药物即甲状腺素受体激动剂Resmetirom获批上市，但患者应答率仅25%-30%，且定价昂贵。因此，仍然需要深入揭示NAFLD/NASH发病机制，寻找新的干预靶点和干预措施。据报，整合素的异常表达、激活和信号转导涉及NAFLD的每个阶段，包括NAFLD，NASH，肝硬化和HCC。整合素独特而复杂的功能可能为NAFLD等肝病提供潜在的治疗靶点。

Integrins and NAFLD-associated liver diseases: clinical associations, pathophysiological mechanisms and pharmacological implications

Yangyue Ni^1,2, Mengwen Huang^1,2, Shiyang Chen¹, Shihui Wang^2,*, Jianfeng Chen^1,2,*

¹Key Laboratory of Systems Health Science of Zhejiang Province, School of Life Science, Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China, and ²Key Laboratory of Multi-Cell Systems, Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology, Center for Excellence in Molecular Cell Science, Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China

通讯作者

陈剑峰，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员、中国科学院特聘研究员，“国家杰出青年基金”、国家“万人计划”、中科院“百人计划”获得者。承担并完成了多项国家级项目，作为项目首席科学家承担科技部“973计划”项目。任上海市生物化学与分子生物学学会理事长，中国生理学会基质生物学专业委员会主任委员，《生命的化学》主编。长期从事免疫细胞黏附分子功能研究，在细胞微环境调控整合素功能及其介导的免疫细胞归巢机理和免疫细胞与组织干细胞互作研究方面取得了一系列发现，在Immunity、Cell Stem Cell、Dev Cell、Cell Res、Nat Struct Biol、PNAS等期刊上发表论文80余篇，研究成果获得国内外同行高度评价，被Nature、Science、Cell、Nat Rev Immunol、JAMA等作为研究亮点点评。

王诗慧，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士后，“国家自然科学基金青年科学基金”、“博新计划”获得者。长期从事免疫细胞黏附迁移相关领域研究，以第一（含共同）作者身份在Nat Commun、Cell Death Dis、J Cell Biol、Spine等期刊，以参与作者身份在Nat Cell Biol、Cell Stem Cell、Cell Res、Immunity等期刊上共发表论文10余篇，并写入Springer英文专著《Integrins in Health and Disease》。