Nature Cell Biology丨整合素β1如何成为乳腺癌细胞扩散的关键推手？

撰文| Qi

整合素（ Integrins ）是一类跨膜受体蛋白，由 α 和 β 亚基组成异二聚体，负责介导细胞与细胞外基质（ ECM ）的黏附 ， 它们在细胞迁移、增殖和存活中发挥核心作用，尤其在癌症进展中，整合素的异常表达或激活与肿瘤侵袭和转移密切相关【1】。其中，整合素 β1 （ ITGB1 ）是最常见的亚型，占所有整合素受体的 50% 以上，参与多种 ECM 成分的识别和信号传导。整合素 β1 的胞内域含有保守的 NPxY 基序（ Y783 和 Y795 ），这些酪氨酸残基的磷酸化状态直接影响整合素的功能【2】。研究表明，磷酸化能改变整合素与下游信号蛋白（如 Talin 、 Dok1 ）的结合能力，进而调控细胞黏附、迁移和侵袭【3】。然而，整合素磷酸化的动态调控机制及其在癌症侵袭中的具体作用长期以来未被阐明。

乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤之一，而转移是导致患者死亡的主要原因。癌细胞通过分泌基质金属蛋白酶（ MMPs ）和形成侵袭性结构（如侵袭伪足， invadopodia ）降解 ECM ，从而突破组织屏障。尽管已知整合素 β1 参与这一过程，但磷酸化如何精确调控侵袭仍是未解之谜。

近日，来自芬兰图尔库大学和埃博学术大学的JohannaIvaska团队在Nature Cell Biology杂志上发表了一篇题为Dynamic regulation of integrinβ1 phosphorylation supports invasion of breast cancer cells的文章，他们通过开发一种新型荧光共振能量转移（ FRET ）生物传感器“Illusia”，首次实现了对整合素β1磷酸化的实时监测。通过筛选96种蛋白酪氨酸磷酸酶（PTPs），他们发现Shp2和PTP-PEST是整合素β1磷酸化的负调控因子，而Src和Arg激酶则促进其磷酸化。进一步实验表明，磷酸化的整合素β1通过招募Dok1和Cofilin形成复合物，促进侵袭伪足的形成，从而增强乳腺癌细胞的侵袭能力，抑制Src或Shp2均可破坏这一动态平衡，显著降低癌细胞侵袭和转移。这一发现为靶向整合素磷酸化的抗癌治疗提供了新思路。

传统研究依赖磷酸化特异性抗体或突变体，无法实时监测活细胞中的磷酸化动态。为此， 该 团队设计了一种基于 FRET 的传感器 “ Illusia ” ，其核心原理如下： 1 ） FRET 配对 ， mTurquoise2 （供体）和 YPet （受体） ； 2 ） 磷酸化感应模块 ， 包含 Dok1 的 PTB 结构域和整合素 β1 的胞内域（含 NPxY 基序）。磷酸化导致构象变化，降低 FRET 效率，从而通过荧光寿命成像（ FLIM ）检测。 他们发现在 MM231 乳腺癌细胞中 过表达 Src 或 Arg 激酶 可 显著降低 FRET 效率，证实其直接磷酸化整合素 β1 ， 若用 广谱磷酸酶抑制剂（ VO₄³⁻ ）处理 则 导致磷酸化水平升高 。

为了评估 整合素 β1 磷酸化对体内局部侵袭的作用， 该团队 皮下移植了 整合素 β1 野生型或 YYFF （ NPxY 位点突变为 NPxF 的 非磷酸化突 变体 ， 即 Y783F 和 Y795F ，以下称为 YYFF ）的 MM231 乳腺癌细胞 ，检测到 YYFF 细胞对皮下脂肪和肌肉的侵袭显著减少 。 考虑到 Src 和 Arg 激酶在调节 ITGB1 磷酸化中的作用， 他们 继续 关注 PTPs 的相反作用 ， 该 团队对 96 种人类 PTPs 进行 siRNA 筛选，发现 18 种 PTPs 敲低后 FRET 效率降低（磷酸化水平升高），包括 Shp2 和 PTP-PEST 。 为证明 Shp2 和 PTP-PEST 为整合素 β1 的直接去磷酸化酶 ， 他们进行体外实验，发现 重组 Shp2 和 PTP-PEST 能直接去磷酸化整合素 β1 肽段 ， 若 过表达 Shp2 或 PTP-PEST 的磷酸酶失活突变体无法逆转磷酸化水平。

有趣的是，不仅是激酶 Src 抑制剂（ Saracatinib ） ， 用磷酸酶 Shp2 抑制剂（ SHP099 ） 处理也能 抑制侵袭 ， 强调了激酶 - 磷酸酶平衡在癌细胞侵袭过程中的重要性 。 就机制而言，他们发现 磷酸化整合素 β1 招募 Dok1 ，进而结合 Cofilin （一种肌动蛋白切割蛋白） 形成复合物 ， 能 促进侵袭伪足 的 组装。在 ITGB1 WT 和 YYFF 背景下， D ok 1 的 siRNA 沉默导致 S rc 诱导的 侵袭 显著缺失，支持 侵袭功能 与磷酸化 ITGB1 复合物之间的联系 。 最后，他们在动物模型中验证了上述发现，证明表达 YYFF 突变体的癌细胞侵袭周围组织的能力减弱 ， 以及 Shp2 抑制剂处理 可 显著减少 肺 转移灶数量 。

综上，这项工作证明 整合素 β1 的磷酸化与去磷酸化（由 Src /Arg 和 Shp2/PTP-PEST 调控） 的动态平衡维持癌细胞的 侵袭能力。磷酸化整合素 β1 通过招募 Dok1 和 Cofilin ，促进侵袭伪足形成，为癌细胞突破组织屏障提供 “ 分子剪刀 ” 。 因此，未来可进一步 探索 Shp2 抑制剂在乳腺癌患者中的疗效。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01663-4

制版人：十一

参考文献

1. Chastney , M. R., Conway, J. R. W. & Ivaska , J. Integrin adhesion complexes.Curr. Biol.31, R536 – R542 (2021).

2. Meves , A., Stremmel , C., Bottcher , R. T. & Fassler , R. Beta 1 integrins with individually disrupted cytoplasmic NPxY motifs are embryonic lethal but partially active in the epidermis.J.Investig. Dermatol.133, 2722 – 2731 (2013).

3. Anthis , N. J. et al. Beta integrin tyrosine phosphorylation is a conserved mechanism for regulating talin -induced integrin activation.J. Biol. Chem.284, 36700 – 36710 (2009).

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