编辑推荐：
本文揭示了 talin 与 β2、β3整合素相互作用的两种模式。突变可使 talin 从 β2结合模式转变为 β3结合模式，增强整合素亲和力和活性。研究为理解整合素信号传导提供依据，有助于开发靶向疗法。
引言
整合素（Integrin）是一类异源二聚体黏附受体，在细胞黏附和信号传导中起关键作用。人类有 24 种整合素，由 18 种 α 亚基和 8 种 β 亚基组成，其表达具有组织特异性，激活和聚集后发挥不同生物学功能 。talin 和 kindlin 等通过与整合素 β 亚基胞质段相互作用，促进整合素激活，激活后的整合素对细胞黏附、迁移和器官发育至关重要。
除 β4 和 β8 整合素外，多数整合素 β 亚基有保守的 talin 结合位点（含 NPxY/F 基序）和 kindlin 结合位点。β1、β2 和 β3 整合素功能多样且与疾病相关，研究较多。β1 广泛表达，β2 仅在白细胞中表达，参与免疫反应，如 αLβ2（淋巴细胞功能相关抗原 - 1，LFA - 1）在淋巴细胞转运等过程中起关键作用；β3 主要存在于血小板和内皮细胞，如 αIIbβ3 对血小板聚集和止血至关重要 。
尽管多数整合素 β 亚基 talin 结合基序保守，但它们与 talin 亲和力差异的结构基础不明，talin 头部如何识别不同整合素 β 亚基的保守基序也不清楚。本研究通过解析 talin 头部与整合素 β2 衍生肽的晶体结构，揭示了 talin 激活不同整合素的分子机制，为开发靶向疗法提供关键见解。
结果
- talin 头部与 β2 结合的晶体结构呈现 FERM 构象：多数整合素 β 亚基胞质尾含 talin 和 kindlin 结合位点，均有 NPxY/F 基序。β2 整合素的相应区域与 β1、β3 不同，其 NPxY/F 基序中酪氨酸被苯丙氨酸取代且少一个残基。为研究 β2 区域与 talin 头部的结合特异性，构建融合蛋白并解析其 1.9 ? 分辨率的晶体结构。
结构显示，不对称单位中有两个 β2 - THD 分子，二者几乎相同。THD 折叠成 FERM 构象，整合素结合的 F3 亚域位于 F1 和 F2 亚域顶部，与 β3 结合的 THD 类似。β2 区域与 THD 在 β5:C - α 凹槽处相互作用，主要通过 NPxY/F 基序中 Pro752、Leu753 和 Phe754 与 talin - F3 的疏水作用，以及其他范德华力和离子相互作用。β2 在 NPxY/F 基序与近膜区（JM）间比 β1 和 β3 少一个残基，但通过特定方式仍能正确定位。此外，β2:THD 和 β3:THD 晶体在分子堆积上高度相似 。
2. talin 头部 FERM 结构域亚域移位导致整合素与 talin 相互作用减弱：用荧光偏振（FP）实验检测 β2 整合素与 talin 的亲和力，发现 β2 肽与 talin 的亲和力（31.9 μM）显著弱于 β3 肽（4.4 μM）。尽管 β2 结合和 β3 结合的 THD 总体相似，但亚域取向变化明显。β2 结合的 THD 中，F1 亚域远离 F3 形成空腔，F2 亚域靠近 F3 产生新相互作用；β3 结合的 THD 中，F1 和 F3 亚域紧密接触 。
THD 亚域移位使 F3 亚域的 C - α 向 β5 链移动，C - α:β5 凹槽变窄，影响与 NPxY/F 基序中亮氨酸残基的相互作用，导致 β2 与 talin 亲和力减弱，表明 talin 可能通过亚域移位适应不同整合素 β 亚基 。
3. F2 - F3 界面突变改变 talin 与整合素的结合模式：将 β3 结合的 THD 构型称为 “A 模式”，β2 结合的 THD 构型称为 “B 模式” 。A 模式中，F3 亚域向 F1 亚域倾斜，F1 亚域稳定 C - α；B 模式中，F3 亚域向 F2 亚域移动，形成广泛的 F2 - F3 界面，C - α 远离 F1 亚域，F3 的整合素结合凹槽变窄。
为研究 F2 - F3 相互作用对 THD 构型、与整合素结合及介导整合素激活的影响，引入突变破坏 F2 - F3 界面。K306Q 突变未破坏 F2 - F3 界面，β2:THD (K306Q) 仍为 B 模式；K306Q/E269A/Y270A（QAA）三重突变破坏了相关相互作用，β2:THD (QAA) 转变为 A 模式。FP 实验表明，QAA 突变增强了 talin 与 β2 的结合，且其晶体结构变化并非由微种子结晶法诱导的晶体堆积所致 。
4. talin 从 B 模式转变为 A 模式增强 LFA - 1 介导的 NK 细胞毒性和 αIIbβ3 整合素活性：β2 整合素在白细胞中高表达，NK 细胞中激活的 αLβ2（LFA - 1）与靶细胞上的 ICAM - 1 相互作用，介导细胞间黏附和信号传导。用干扰素 γ（IFNγ）诱导 SKBR3 细胞表达 ICAM - 1，将不同 talin 头部构建体转导到 NK - 92 细胞中，检测其对 SKBR3 细胞的细胞毒性。
结果显示，表达 QAA 构建体的 NK - 92 细胞对 IFNγ 处理的 ICAM - 1+ SKBR3 细胞的细胞毒性显著增强，且活性 LFA - 1 表达水平与细胞毒性呈正相关。同时，QAA 突变虽不影响与 β3 的结合亲和力，但能增强 αIIbβ3 整合素激活，在有 kindlin - 2 存在时，其与 β3 的结合显著增强，表明 A 模式代表 talin 与整合素高亲和力和高活性的状态 。
5. 稳定 talin 头部 C - α 增强整合素结合和 talin 诱导的整合素激活：为研究 C - α 在整合素结合中的作用，对 β3:THD 结构分析后，突变 Asp397 以稳定 C - α。β3:THD (D397R) 结构显示，突变后的 Arg397 与 Gln390 形成氢键，稳定 C - α。FP 实验表明，THD (D397R) 和 THD (D397K) 与 β3 整合素的亲和力比野生型提高 2 倍，在 CHO 细胞中，THD (D397R) 与 kindlin - 2 共表达能增强 αIIbβ3 整合素激活 。
然而，β2:THD (D397R) 结构显示 talin 仍为 B 模式，Arg397 侧链无序未形成新相互作用，反而削弱了与 β2 的结合，表达 talin (D397R) 的 NK 细胞对 ICAM - 1high SKBR3 细胞的细胞毒性受损，证实稳定 C - α 能增强 talin 与整合素的相互作用 。
讨论
β2 结合和 β3 结合的 THD 晶体结构表明，活性 THD 在与整合素 β 亚基相互作用时采用传统 FERM 折叠，具有精细约束的灵活性，既能保持 FERM 折叠，又能实现整合素 β 亚基特异性。Talin 头部在自抑制状态下高度动态，去除 C 末端多聚赖氨酸区域会导致 THD 结构不稳定和功能受损，说明 FERM 折叠构型对整合素激活至关重要 。
Talin 头部在整体 FERM 构型内通过亚域的摇摆运动保持灵活性，这对其与不同整合素 β 亚基结合和激活整合素至关重要。在整合素的 “由内而外” 信号传导中，多种因素影响 THD 与整合素 β 亚基的结合和解离，A 模式中 C - α 稳定，与 β3 整合素亲和力高；B 模式中 C - α 较灵活，与 β2 整合素亲和力适中 。
近膜区（JM）与 NPxY/F 基序协同增强整合素与 talin 头部的相互作用，且 JM 区域可能在整合素激活过程中对其他信号蛋白起调节作用。不同整合素 β 亚基与 THD 结合的构型分为 A 模式或 B 模式，β1D:talin2 (F2F3) 结构虽类似 B 模式，但 β1 整合素嵌入深度类似 A 模式。QAA 突变可使 β2 结合的 THD 从 B 模式转变为 A 模式，增强与 β2 的结合 。
理解 talin 与不同整合素的结合机制对揭示组织特异性细胞黏附和迁移过程至关重要，有助于开发更精准的治疗方法。β3 整合素参与多种生理和病理过程，β2 整合素在免疫反应中起关键作用。本研究通过改变 talin 构型增强了 NK 细胞毒性和 αIIbβ3 整合素活性，揭示了 talin 与 β2、β3 整合素的不同结合模式和亲和力，符合血细胞的功能需求 。
研究提出 “摇摆跷跷板” 模型，talin 以不同构型与整合素 β 亚基相互作用，A 模式和 B 模式在亚域界面存在差异。该模型经结构研究、生化实验和细胞功能实验验证，为靶向整合素的治疗干预提供了结构基础，可通过小分子稳定 talin 构象来调节整合素功能 。
本研究揭示了 talin 与整合素相互作用的结构基础，为开发新的治疗靶点提供了依据，有望通过变构调节 talin 来精准治疗整合素相关疾病，减少现有治疗的副作用。但研究存在局限性，整合素信号还受其他因素影响，JM 区域与 talin 头部结合及调节其他信号蛋白的机制仍不清楚，有待进一步研究 。
