INTEGERIN   1980年代初，有許多學者發現分子量一百多KDa的蛋白分子負責細胞的黏貼，1986年Tamkun等人（Tamkun et al.，1980）將此蛋白命名為integrin。意謂著整合胞外介質（extracellular matrix，ECM）和細胞骨架的膜蛋白（an integral menbrane complex involved in the trans-menbrane association between the extracellular matrix and the cytoskeleton；Tamkun et al. 1986）。隨著逐年的發現，整個家族的面貌逐漸浮現。首先了解的這是一個兩個蛋白α，βl鏈結合的胞外介質受體（receptor），目前已知至少14種α蛋白鏈（約1000個胺基酸）和8種β蛋白（約750個胺基酸），各種排列組合可以形成至少二十種以上不同的integrin（Hynes 1987；1992a b；kihn and Eble 1994）。許多家族的成員會與細胞外介質上的RGD motif結合，而且是鈣離子依賴性的結合（calcium dependent binding）（Hynes 1992a，b；Schwartz et al.，1995），主導著細胞黏貼（adhesion），伸展（spreading），移動（migration），甚至分化（differanti-ation）和細胞週期（cell cycle）的控制。也與白血西球的遷移（homing）（Hynes 1992b；Dunon et al.，1996）和癌細胞的轉移（metastasis）（Vamer and Cherech 1996）有著密不可分的關係。此外integrin 與其它受體最不同的是訊息傳遞的方式。integrin所主導的訊息傳遞包括所謂的"由內而外"（inside out）和"由外而內"（outside in）訊息兩類。前者是因為常態下integrin是非活化態的，必須有其它訊息，像是其它受體（Ehrombin recepto）的刺激，產生由內面而外訊息去活化integrin後，integrin 才能結合受質，擁有活性。後者是當integrin 被活化後與受質結合後傳入細胞的訊息。近年來這類訊息傳遞的話題逐漸成為integrin研究上的重心。詳見Hynes等人回顧（review）和報告（Hynes et al.，1992a b；Damsky and Werb 1992；Schwartz et al.，1995；Humphries 1996；Dedhar and Hannigan 1996）。

以下將對integrin和受質的結合，integrin的功能，integrin之訊息傳導及integrin的獨特模型一血小板作更深入的介紹。

A）Integrin和受質的結合

Integrin是細胞主要的胞外介質受體，以兩條不同的α鏈和β鏈蛋白組合而成。雖然目前已知至少14種α和8種β分子，但以功能和細胞的表現來看主要的分為三大家族，分別為含β1β2和β3的蛋白分子的三類integrin。β1integrin分佈最廣，幾乎所有的組織都有表現，且可與從α1到α9外加αv分子等10種以上的α分子組合成各種專一性不一的integrin。而β2integrin主要分佈在白血球上負責細胞一細胞的交互作用。而β3integrin家族主要有αⅡbβ3和αvβ3兩個成員，主要的受質是血管內的胞外介質，如fibrinogen，fibronectin，von Willebrand factor，vitronectin，thrombospondin 等（kihn and Eble 1994）。

在構造上integrin α和β蛋白分子都有一個相對很長的胞外區域（extracellular domain）和一個很短的胞內區域（intracellular domain，但β4分子除外，胞內區域長達一千多個胺基酸（Hogeruorst et al.，1990）。在胞外區域上α和β分子都具有一些獨特的重覆片（repeat domain）和許多兩價正離子結合區域（divalent-cation-binding）。這些鈣和鎂離子結合部位是EF-hands構造，和calmodulin的鈣結合部位十分類似。由於鈣是integrin與受質結合所必須的（calcium dependent binding），近年來有許多的模型被提出Calcium在inteqrin分子結合受質時的關連和與"由內而外（insideout signal）訊息傳導"的關連性（Hogg et al.，1994；Humphries 1996；Maurer et al.，1996）。一般認為Ca++離子可穩定integrin 的活化態，而"inside out signal"可改變非活化態integrin之鈣離子結合模式，而活化integrin分子，可是蛇毒蛋白disintegrin與integrin的結合模式卻不相同。雖然這仍是一種需鈣的結合，但不需要透過insideout signal 來活化integrin（Dennis et al.1990；Phillips et al.，1991；Hynes 1992a）。其機轉到目前還不清楚，不過一般認為可能與空間障蔽有關，因為小的RGD多胜鏈也可結合未活化態integrin（Du et al.，1991）
 
 

 B）integrin的生理功能 以哺乳動物為例，幾乎每一個細胞都表現著各式各樣的integrin分子，在細胞的層次上integrin不但負責細胞黏貼細胞伸展，細胞移動，也負責細胞的分化和生長（Schwartz et al.，1995）以神經胞為例，α6 integrin 負責在laminin介質上長出突觸（neurite out growth；Sephel et al.，1980）。以RGD多胜鏈打入雞或是蛙的胚胎，將導致neural crest細胞無法遷移（migration）到正確的位置（Thiewry et al.，1985；Bronner-Fraser 1994），若以anti-sense RNA減少α1β2的表現會增加細胞轉型的表現型（koely et al.，1995）。而附著性細胞如果一直維持在懸浮狀態下，會使該細胞停止生長（Dike and Former 1988；Guadagno et al.，1993；Vanner et al.，1995）。甚至凋亡（apopotosis）（Vevner et al.，1995；Boudreau et al.，1995）。 Integrin 在細胞層次上的重要性在下一節integrin的訊息傳導中還會再次強調。

在生物個體的層次研究，由於許多integrin分子的受質有重覆的現象（例如含RGD motif）沒有太大的突破，一直到了最近幾年，藉由破壞特定基因（gene targenting）的技術，成功的突破了這方面的困難。至今至少近半數己知的integrin分子被做成突變（Ekblom and Tiupl 1996；Fassler et al.，1996）。以β1 intergrin分子為例，當它被破壞後，造血細胞的分化並沒有受到太多的影響，但是無法遷移（migration）到胚胎的肝臟（Hirsch et al.，1996）。Integrin對生物的發育過程雖重要，另一方面，integrin也可能是致病的機轉，例如adenovrius Cnemerow et al.，1994）和三種picornaviruses: foot-and-mouth病毒（FMDV）（Fox et al.，1989）；coxsackie virus A9（Roivaninen et al.，1991）；和echovirus（Bergelson et al.，1992）等四種病毒都是以integrin為受體進入細胞。以adenovirus為例，它感染細胞時是透過integrinαv分子，與它的親合力高達kd=1-2nM的強度（Nemerow et al.，1994）。此外藉由integrin 入侵的細胞內寄生菌包括Yersiria（Isberg 1992）和Bordetella pertussis（Relman et al.，1990）分別經由與integrin β1和β2分子進入細胞體內。
 
 

 C）Integrin媒介的訊息傳導 這部份是integrin最有特色的一部份。integrin大家族內的每一個成員都遵守這個法則:以內在的訊息修改integrin對外的結合（inside out signal）再進而影響胞外介質透過integrin傳入細胞的訊息（outside in signal），以下就inside out signal和outside in signal 做一番說明。

i）inside out signal:

經由細胞內的訊息而改變細胞上integrin與外介質結合模式最早發生是在血小板被ADP活化後，膜上的integrin αⅡβ3分子才能結合fibrinogen分子產生凝集反應（Bennett and Vilaire 1979）。類似的，主要負責細胞間作用的β2 integrin（Dustin and Springer 1989）和負責細胞附著的β1 integrin（Dustin and Springer 1898）也必須是在白血球活化的情況下才能發揮作用（Shinizu et al.，1990）才能發揮作用。

Thrombin或ADP活化血小板或白血球的integrin分子並非直接影響它，而是透過自己的受體，經由G蛋白（G protein），酪胺酸激磷酸化酵素（tyrosine kinase），磷脂脂phopholipase（PLC）或改變鈣離子通透而達成。如果阻斷這些訊息，integrin將維持在非活化態（Eujinoto et al.，1982；Shattil and Brass 1987；Dustin and Springer 1989）。一些實驗證據，認為thrombin透過PKC，再將β3 integrin分子磷酸化後而改變αⅡβ3分子的形態變成活化態的αⅡβ3分子（chatila et al.，1989），巨噬細胞（macrophage）的α6分子（Shaw et al.，1990），和淋巴球的αL分子（Pardi et al.，1992）在活化狀態都證明是被PKC磷酸化。如將β2上PKC磷酸化位置胺基酸破壞，這些白血球上的β2integrin將無法展現inside out signal活化，說明了PKC在inside out signal的重要性（Hibbs et al.，1991）。可是另一個α6 integrin的案例卻有不同的結果，如果將α6上PKC磷酸化位置破壞並不影響α6 integrin inside out 訊息的傳導。因此詳細的機轉有待進一步的研究。不過可以確定的是胞內區域（cytoplasmic domain）是integrin inside out signal 的關鍵部位（Ginsberg et al.，1992；Schwartz et al.，1995）。以胞內區域相互鑲和（chimera）方式所表現的integrin蛋白，其inside out signal的特異性是由胞內區域所決定而非胞外區域（toole et al，1994）而這個胞內區域可能藉由某種方式（例如磷酸化）改變胞外區域中鈣離子的結合狀態進而改變對受質的親合力（Schwartz et al.， 1995；Humphries 1996）。

　

 ii）Outside in signal: 由外而內的訊息就是一般所熟知受體傳遞訊息的方式。Inegrin調控的訊息幾乎涵蓋各種的細胞形態，被研究得最多的是有關細胞生長的研究。如果黏貼的fibroblast和endothelial 細胞不給與附著的介質，細胞將無法分裂生長（Folkman and Moscona 1978；Stoker et al.，1968）。甚至是生長在懸浮態的淋巴球其β2和β1 integrin對細胞週期也有極大的影響（Burkly et al.，1991）。而這些不給胞外介質的附著性細胞將進行細胞程式死亡（program cell death）（Meredith et al.，1993；Frisch and Francis 1994）。有意思的是分泌負責切割胞外介質蛋白的酵素（matrix-degrading proteases）是某些細胞在生理狀態下進行程式死亡，的第一步（rennie et al.，1984；Talhouk et al.，1992）。在小鼠（mouse）斷奶後，其母鼠的乳腺於正常情況下會進行apoptosis，但若加入met allo-proteinases的抑制劑將阻止這個現象的發生（Streul et al.，1991；Talhouk et al.，1992）。足見integrin的訊息對細胞的生與死息息相關。其實met alloproteabe也是一種matrix protease，（說不定某種ADAM分子也參與program cell death）。

參與outside in signal的訊息大致可分為細胞質Ca++離子上升（Derkins et al.，1994）PKC的活化（Chun and Jacobson 1993；Vuori and Ruoslahti 1993；小G蛋白（small G prtein）的活化（Ridley and Hall 1992ab；Nobes and Hall 1995），蛋白酪胺酸磷酸化效素（protein tyrosine kinase activation）（Guan et al.，1991；Lewis and Schwartz 是兩個人還是三個人以上 1995；Schwartz et al.，1995）等幾大類。以下就對這幾類一一說明。

a）PKC

在前面曾經提到過PKC和integrin的inside out sigral有關。而在out side in signal裏PKC在細胞伸展和遷移（migration）方面仍佔有一個重要的地位（Chun and Jackson 1993；Blurne-Jensen et al.，1994；Liu et al.，1994；Vuori and Ruoslahti 1993）在這裏PKC可能是藉由促進肌動蛋白（actin）的聚合（poly merization）（Downey et al.，1992）加上inside out signal 活化其它integrin（Molla et al.，1995；Loh et al.，1995）進而強化細胞的伸展。如果使用PKC的抑制劑，細胞的遷移（migration）會減低（Blurne-Jensen et al.，1994；Lin et al.，1994）。
  b）細胞質鈣離子濃度上升 許多種離子濃度的變化，都在訊息傳導中佔有重要地位，（Grinstein et al.，1989；Beridge 1993；Perkins et al.1994）而integrin out side in signal 所引發的細胞離子通透以鈣離子的研究最多，其作用極為廣泛，從影響PKC活性蛋白磷酸化，到細胞骨架的聚合都受其影響（Bootman oud Bernidge 1995；Brown et al.，1995）。例如刺激integrin αⅡβ3（Smith et al.，1991；Pelletier et al.，±992）αMβ1（Ng-Sikorski et al.，1991）αLβ2分子（Pardi et al.，1989）等都會發生鈣離子通透的現象。因為細胞內重要的內鈣釋於因子IP3是由phosphripase Cr（PLCr）所分解而成，而PLCr曾被證明在interginβ2活化後會被磷酸化Kanner et al.，1993），因此可能integrin活化引起鈣離子的濃度上升，另一個案例是白血球，當它在vitronection介質上移動（migrate）時需要一個"鈣離子依賴性的去磷酸酵素"（calcium dependent phosphatase-calcineurin）"的活化。這個IP3的鈣離子途徑可能和50KDa的integrin-associated protein（IAP）有關，但詳細機轉仍然不明（Schwartz et al.，1993）。

直接透過integrin分子引發的胞外鈣離子通透（Ca++ influx）也有報告（Schwartz.，1993；Schwartz and Denniughoff 1994）。

但是由αⅡbβ3 integrin可刺激需鈣蛋白□（calpain）活性上升（Fox et al.，1993）；Frangioni et al.，1993）。所以αⅡbβ3所引發的鈣離子濃度上升可能是一個區域性的反應（Schwartz et al.，1995）。

c）蛋白質之酪胺酸磷酸化反應（tyrosine phosphorylation）

最早在integrin 發現訊息中有tyrosine phosphorylarion參與的也是來自血小板的研究。當血小板被活化後αⅡbβ3結合fibrinogen 引發許多蛋的tyrosine phosphory lation（Ferrelland Martin 1989）。隨後其它各種integrin也發現類似的現象（kornberg all.，1991；Guan et al.，1991），若切除integrin β鏈的胞內區域，則喪失引發tyrosine plosphory lation的能力Guan et al.，1991）。FAK（focal adhesion kinase）是integrin所引發最明顥的酪胺酸磷酸化酵素，其下游主要的受質有paxillin和PI3 kinase P85 subunit（Schaller et al.，1993），在血小板和fibroblast 黏著於胞外介質時活化（Guan and Shalloway.，1992；Liftert et al.，1992）另外可引起許多tyrosine kinase的激活，像是p72Syk（Clark et al.，1994）P59Fyn和pp60Src（Cobb et al.，1994.，Schaller et al.，1994）等。藉由磷酸化後的磷酸其與不同蛋白的SH2區域結合，可把各類相關的分子由細胞其它部位集中到integrin附近形成一個複合體（Schwartz et al.，1995），但實際的作用方式仍不清楚。
 
 

 D）integrin αⅡbβ3的特殊模型─血小板 血小板是一個研究integrin αⅡbβ3分子的好模型（modee），有以下三個原因：
第一、αⅡbβ3分子在血小板上的數量極多，約每個血小板有40，000個integrinαⅡbβ3分子，是所有組織中，integrin含量最高的細胞Phillips et al.，1988；Kietter and Phillips 1990）。

第二、血小板有各種完備的方法及設備來研究integrin功能（Harker and Zimmeinen 1983；Holmson et al.，1986），例如早在60年代偵測血小板凝集的技術已極為完備，甚至做為醫院臨床診斷用（Baumgartner and Born 1968；Harker and Zimmeinen 1983；Holmsen et al.，1986）。

 
  第三、由於血小板的生物活性較一般細胞株單純，因不具細胞核，且不會受細胞週期，和自我分泌的胞外介質的干擾。因此integrin上許多重大的發現，例如inteqrin的insideout signal和活化後血小板蛋白質的酪胺酸磷酸化 orotein tyrosine phosphorylation等都都是在血小板先發現的（Bennett and Uilaire 1979；Ferrell and Martin 1989）。但其缺點在於細胞太小，不易在光學顯微鏡下做各別的觀察，近年來許多實驗室以integrin αⅡbβ3（DNA轉染其它較大細胞的方式，來克服這個缺點（Pelletier et al.，1992；Pelletier et al.，1995；Loh et al.，1995）。
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