FAK在组织损伤中的研究进展及其法医学意义

【摘要】  在细胞内部，当黏着斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）受到细胞外刺激时，即被激活而发生磷酸化，磷酸化的FAK激活下游的因子而改变细胞行为。FAK是细胞内部重要的信号转导分子，它在信号从表面受体转导至细胞核过程中起到关键作用。这样， FAK与细胞内多种分子相互作用，进而参与了多种细胞功能的调节，如细胞的扩散、迁移、细胞增殖、凋亡和细胞的存活，在法医学上研究FAK也必将具有十分重要的意义。

【关键词】  法医病理学；黏着斑激酶；损伤；时间推断

    黏着斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）是非受体蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase, PTK）的一种,主要分布在胞浆中，起着介导细胞黏附、迁移、生存及细胞周期调控等重要作用。FAK与其他信号转导途径的相互作用机制及其在细胞凋亡中的作用特点是近期研究的热点，本文综述FAK在组织损伤中的研究进展及其法医学意义。

    1  FAK的生物学特点

    1.1  FAK的结构    FAK也称pp125FAK， 1992年由Hank等从v-src转染的鸡胚成纤维细胞中克隆鉴定出来，因与细胞粘附关系密切，故命名为黏着斑激酶（FAK）。Pyk2 （ Protein-rich tyrosine kinase 2） 是一种富含脯氨酸的非受体酪氨酸蛋白激酶2，又称细胞粘附激酶β（CAKβ）；相关粘着斑酪氨酸激酶（RAFTK）；Ca2+依赖性酪氨酸激酶（CADTK） 或粘着斑激酶2（FAK2） ，是FAK家族的新成员，分子量为116kD。

    FAK可分为三个功能区：N-端区、激酶区和C-端区。其中C-端区的第856-1012位氨基酸构成黏着斑的定位区（focal adhesion targeting, FAT）是FAK结合到黏着斑（FAP）上必要的序列［1］。FAK有6个可磷酸化的酪氨酸位点，即Tyr397、Tyr407、Tyr576、Tyr577、Tyr861、Tyr925。C-端区还有两个富含脯氨酸区域。Tyr397是主要的自主磷酸化部位，与Src家族直接作用。Tyr576和Tyr577是Src家族激酶磷酸化的主要部位。磷酸化的Tyr925可与生长因子受体结合蛋白2（growth factor receptor binding protein 2, Grb2）结合。Tyr407 和Tyr861可能是与其他SH2（Src-homology 2）蛋白结合的部位。位于C-端的两个富含脯氨酸区：PR1和PR2，是含有SH3结构域的蛋白质的结合部位，如Cas（Crk-associated substrate）等。这些C-端区域都是FAK发挥信号功能的关键部位［2］。

    1.2   FAK信号传导通路的激活与细胞周期调控机制  Zhao J等［3］发现NIH3T3细胞中FAK突变体通过与内源性FAK竞争结合黏着斑处的信号分子（如Src），可导致细胞周期停滞于G1期，揭示FAK在调节细胞周期中的作用。同时应用cyclinD1启动子荧光酶分析，证实FAK在转录水平调节cyclinD1表达。活化的cyclinD与细胞周期蛋白依赖激酶4/6 （cyclin-dependent kinase4/6, CDK4/6）结合，磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白，导致原与去磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白结合的转录因子E2F-1/DP-1异二聚体释放，激活与S期DNA合成相关基因的转录，使细胞进入S期。这样，FAK参与完成一个细胞周期的调节。

    整合素（integrin） 是一类重要的细胞表面受体家族,其与细胞外基质（ECM）配体结合后，促使黏着斑形成。整合素β1、β3和β5亚基的胞质端与FAK的N端区结合，从而引起FAK构象的改变，使激酶结构域处于活化状态。同时，Tyr397自身磷酸化，消除了Src的自体抑制，活化的Src催化FAK的Tyr407、Tyr576、Tyr577和Tyr925磷酸化，使FAK完全活化，FAK与Src结合形成FAK/Src复合体后FAK被激活，激活的FAK一方面磷酸化桩蛋白（Paxillin）和Cas的酪氨酸残基，通过接头蛋白Crk的SH3区与C3G结合，而C3G是公认的Ras鸟苷酸交换因子，进入Ras途径；另一方面，FAK/Src复合体导致Tyr925磷酸化，磷酸化的Tyr925处肽模体TENN可与另一种接头蛋白Grb2结合，Grb2的SH3结构域可与另一种鸟苷酸交换因子SOS（son of seven-less）结合，进入Ras途径 ［4］。由此可见，磷酸化FAK通过以上两种途径均可激活下游的因子，完成FAK信号传导过程。

    2  FAK信号传导通路的法医学意义

    目前学者对FAK信号传导通路研究，主要涉及中枢神经系统损伤、皮肤损伤和骨骼肌损伤等。FAK信号传导通路在这些组织损伤中的作用特点与规律应用在法医学上，具有十分重要的意义。

    近年来，有关脑缺血再灌注损伤和脑创伤的研究较多，研究者认为细胞信号传导参与调节中枢神经系统神经细胞的损伤。Ziemka-Nalecz等［5］建立沙鼠前脑短暂性脑缺血损伤模型，利用Western blot杂交法和原位酶谱法，发现伤后3h磷酸化FAK蛋白表达量升高，6h为表达高峰，其后开始下降；伤后3hFAK/p130Cas（一种接头蛋白）复合体表达量上升，6h达到高峰，到72h降至基础水平，正常对照组未见阳性表达。因此，损伤可使脑组织细胞内的FAK激活，作为早期细胞内参与这一应激反应的调节，其表达具有一定的时间规律性［6］，可将其作为一种客观指标进行研究，用于法医学鉴定中脑损伤时间的推断。

    皮肤损伤是法医学实践中常见的损伤之一，通过皮肤损伤推断时间在法医检验中占有很重要的地位。Roy等［7］发现在8周幼鼠背部皮肤切口周边区内源性低浓度的H2O2诱导FAK双位点（Tyr861＆Tyr925）磷酸化，其他位点对H2O2不敏感。活化的FAK通过多种机制调节血管发生，如肌动蛋白应激纤维／黏着斑形成、加强血管内皮细胞屏障作用、促进血管内皮生长因子释放及调节整合素敏感信号通路等，对皮肤损伤愈合起到了关键作用［8，9］。

    骨骼肌损伤在尸检过程中也极为普遍。Peng Xu等［10］利用FAK转基因大鼠后肢骨骼肌缺血损伤模型，借助免疫组织化学和数量分析的方法，发现股动脉结扎4周后，FAK转基因大鼠骨骼肌产生大量新生血管，并且与对照组有显著性统计学差异［11］。骨骼肌损伤后再生是一个复杂的过程，包括卫星细胞的活化、迁移、溶解和损伤的肌纤维再生，血管内皮细胞中FAK大量表达能够促进缺血损伤处血管的新生，有利于大鼠骨骼肌损伤后愈合［12，13］。因此，FAK的表达有一定的时间规律，可作为诊断肌肉损伤和推断肌肉早期损伤时间的一项指标。

    3  应用展望

    在法医工作中组织损伤较为常见，法医学者长期以来一直致力于寻找损伤后短时间内出现的各种能推断损伤时间的指标，尤其是生前损伤后存活时间短暂，损伤形态学改变不明显，损伤时间难以确定的案例。以往多通过观察生理反应和蛋白质定量检测等方法推断，但对伤后存活短暂，尤其伤后8h内存活时间的推测还有待于进一步研究。目前国内外有关FAK信号通路在组织损伤中的时间规律性变化的研究还较少，尤其在法医学领域用于人体损伤时间的推断有待于进一步的探讨。FAK信号传导通路在组织损伤后早期即激活。损伤后短时间内，FAK表达显著且具有时间规律性。因此，FAK信号通路应用于法医学上将有重要的意义。

【参考文献】
  1 Bertolucci CM, Gubao CD, Zheng J. Structural features of the focal adhesion kinase-paxillin complex give insight into the dynamics of focal adhesion assembly. Protein Sci, 2005, 14（3）: 644-652.

2 Wisniewska M, Bossenmaier B, Georges G, et al. The 1.1 A resolution crystal structure of the p130cas SH3 domain and ramifications for ligand selectivity. J Mol Biol, 2005, 347（5）: 1005-1014.

3 Zhao J, Pestell R, Guan JL. Transcriptional activation of cyclin D1 promoter by FAK contributes to cell cycle progression. Mol Biol Cell, 2001, 12（12）: 4066-4077.

4 Wang JG, Miyazu M, Xiang P, et al. Stretch-induced cell proliferation is mediated by FAK-MAPK pathway. Life Sci, 2005, 76（24）: 2817-2825.

5 Ziemka-Nalecz M, Zalewska T. Transient forebrain ischemia effects FAK-coupled signaling in gerbil hippocampus. Neurochem Int, 2007, 7（4）: 287-285.

6 张晓燕，杨金升，谷有全，等. 细胞外信号调节激酶在局灶性脑缺血中的表达. 第四军医大学学报, 2007, 28（2）: 104-107.

7 Roy S, Khanna S, Nallu K, et al. Dermal wound healing is subject to redox control. Mol Ther, 2006, 13（1）: 211-220.

8 Park SG, Shin H, Shin YK,et al. The novel cytokine p43 stimulates dermal fibroblast proliferation and wound repair. Am J Pathol, 2005, 166（2）: 387-398.

9 Wert MM, Palfrey HC. Divergence in the anti-apoptotic signaling pathways used by nerve growth factor and basic fibroblast growth factor （bEGF） in PC12 cells: rescue by bEGF involves protein kinase C delta. Biochem J, 2000, 352（15）: 175-182.

10 Peng X, Ueda H, Zhou H, et al. Overexpression of focal adhesion kinase in vascular endothelial cells promotes angiogenesis in transgenic mice. Cardiovasc Res, 2004, 64（3）: 421-430.

11 Wert MM, Palfrey HC. Divergence in the anti-apoptotic signaling pathways used by nerve growth factor and basic fibroblast growth factor （bEGF） in PC12 cells: rescue by bEGF involves protein kinase C delta. Biochem J, 2000, 352（15）: 175-182.

12 Yeow K, Cabane C, Turchi L, et al. Increased MAPK signaling during in vitro muscle wounding. Biochem Biophys Res Commun, 2002, 293（1）: 112-119.

13 尹航，汪丽蕙，霍勇，等. 反以FAK寡核苷酸抑制FAK-ERK1/2介导的平滑肌细胞迁移和粘附. 药学学报, 2002, 37（5）: 334-338.

作者单位：1 110102 辽宁沈阳，沈阳体育学院运动人体科学系 2 125001 辽宁葫芦岛，葫芦岛市公安局连山分局刑警大队技术科