全 文 ：生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
第 20卷 第 5期
2008年 10月
Vol. 20, No. 5
Oct., 2008
PAR3在上皮细胞紧密连接形成中作用
和分子机制研究
卫旭彪， 刘厚奇*
（第二军医大学发育生物学研究中心， 上海 200433）
摘　要：细胞极性的建立是组织发育和器官形成的重要环节。而其中紧密连接是上皮细胞极性建立和
维持的重要结构，也是极性破坏的靶点。因此，紧密连接对上皮细胞极性来说十分重要。保守的 PAR3-
PAR6-aPKC极性复合体在紧密连接的形成过程中发挥中枢作用。PAR3可与 JAMs、TIAM1及 LIMK2
等分子相互作用，在多个信号通路中发挥调节作用，其相互作用机制复杂。PAR3 还可受到来自胞外
信号作用于 EGFR等受体型酪氨酸磷酸化蛋白激酶的调控。由于 PAR3在紧密连接形成的过程中至关重
要，有关 PAR3的蛋白磷酸化和 EGFR等信号转导通路影响 PAR3, 从而调控紧密连接形成的机制成为了
新的研究热点。
关键词：细胞极性；紧密连接；PA R 3；TI A M 1；LI M K 2；E GF R
中图分类号：Q132; R321　　文献标识码：A
Regulatory role and mechanism of PAR3 in assembly
of epithelial tight junction
WEI Xu-biao, LIU Hou-qi*
(Research Center of Developmental Biology, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China )
Abstract: Cell polarity plays an essential role in the tissue development and organogenesis. Tight junction (TJs)
is an important structure for the assembly and maintenance of the epithelial polarity and also the target of the
polarity destruction. So TJs is of great importance to the epithelial polarity. The conserved PAR3-PAR6-aPKC
polarity complex plays a central role in the formation of TJs. PAR3 can interact with JAMs, TIAM1, LIMK2 and
the mechanism of PAR3 in TJs formation is complicated. Besides, PAR3 can be regulated by the receptor
tyrosine kinases (RTKs) activated by extracellular signals. Because PAR3 plays a key role in TJs formation,
research about the protein phosphorylation of PAR3 and signal transduction pathways such as EGFR regulate
PAR3 so as to take part in the regulation of TJs formation becomes popular.
Key words: cell polarity; tight junctions; PAR3; LIMK2; EGFR
文章编号 ：1004-0374(2008)05-0812-04
细胞极性是真核细胞的一种基本特征，决定细
胞形态和胞质大分子的不对称分布[1]。细胞极性的
破坏能够引起包括多囊肾、阿斯科格综合征
(arskog-scott syndrome)等许多疾病，甚至可引起肿
瘤的形成与发展[2]。
哺乳动物上皮细胞是高度极化的细胞，而其极
性的一个重要体现就是在相邻细胞之间形成紧密连
收稿日期：2008-04-07；修回日期：2008-05-13
基金项目：全军“十一五”科技攻关项目( 0 6 G6 2 )
*通讯作者：E-mail: houqiliu@126.com
接(tight junctions, TJs)，TJs主要由形成细胞间接
触的紧密连接蛋白 ZO-1、跨膜蛋白分子 Claudin-1、
穿膜蛋白 O c c l u d i n 以及连接黏附分子 J A M s
813第5期 卫旭彪，等：PAR3 在上皮细胞紧密连接形成中作用和分子机制研究
(junctional adhesion molecules)共同组成，是上皮细
胞最极性化的结构，可调节上皮通透性以及区分细
胞的顶 -基底区域[3]。TJs的形成与大量分子的作用
相关，这其中 PAR (partitioning defective) 蛋白家族
的作用不容忽视。现将对 PAR3在 TJs形成中的机
制研究作一综述。
1　PAR3的发现及生物学特性
Kemphues等[4]确定了 4个在秀丽隐杆线虫的早
期胚胎胞质定位中起作用的基因，分别命名为 Par1
－ 4，这些基因若突变会造成胚胎细胞卵裂型、卵
裂时间及种系特异性 P颗粒分布等方面的缺陷。之
后又有两个在这些过程中发挥协同作用的基因
Par5、Par6被发现，共同构成了 PAR蛋白家族。
其中的 PAR3与 PAR6包含有 PDZ结构域，该结构
域最初是在后突触密度蛋白(PSD95/SAP90)、果蝇
肿瘤抑制因子(DLG-A)和紧密连接蛋白(ZO-1)中发现
的一段80－90个氨基酸的保守序列，故命名为PDZ
结构域[5]。拥有 PDZ结构域的蛋白分子可在胞膜的
亚细胞区域作为合成蛋白复合物的支架蛋白[6]，许
多 TJs相关的蛋白拥有 PDZ结构域。
在大多数哺乳动物细胞中，具有Par3A与Par3B
两种 Par3基因，其中 PAR3A蛋白具有相对分子质
量 180k、150k与 100k三个亚型，都具有三个 PDZ
结构域，相对分子质量 180k与 150k亚型还各具有
一个 aPKC结合域，而相对分子质量 140k的PAR3B
拥有三个PDZ结构域和一个aPKC同源结合域[7]。由
于 PAR3B与PAR6及 aPKC似乎不发生相互作用[8]，
现在的研究主要集中在 PAR3A。
PAR3的第一个 PDZ结构域可与 PAR6结合[9]，
再通过aPKC结合域与aPKC结合形成三元复合物参
与 TJs形成的调控。该保守的三元复合物对 TJs的
形成起十分重要的作用，三个组成分子中任何一个
缺失都可以改变 TJs的结构或造成紧密连结相关蛋
白的异常分布，从而影响 TJs的正常功能[10]。aPKC
作为该三元复合物的效应分子，引起下游机制尚未
清楚的级联反应来控制细胞极性的形成[9]。而PAR3
主要通过各位点的磷酸化调控三元复合物的功能，
从而通过 aPKC调控下游反应。
2　PAR3在紧密连接形成中的主要作用机制
2.1　PAR3通过结合黏附分子JAMs在紧密连接处富
集　细胞间 JAMs是一类免疫球蛋白亚家族成员，
在 TJs处分布丰富。它与 TJs形成的关系密切，可
通过其胞内结构域与多种包括 Z O - 1、A F - 6、
MUPP1和 PAR3在内的 TJs相关蛋白直接结合[11]，
分为 J AM-1、J AM-2、J AM-3 三种亚型。其中
JAM-1可通过其 C末端的 PDZ结合结构域与 PAR3
的第一个PDZ结构域作用。在形成细胞连接的过程
中，细胞间需先形成不成熟的原始黏附物(primordial
adhesions, PAs)，PAs由来自组成 TJs或黏附连接的
多种成分构成[12]，这些成分将在进一步的极性形成
过程中得到功能性的分选，从而形成成熟的细胞间
连接。
在 PAs形成基础上，JAM-1率先集中到 PAs
处，并开始募集内源性的 PAR3[13]。PAR3再作为
绞手架分子与 PAR6、aPKC结合成三元复合物发挥
作用。也有研究发现 PAR3 同样可通过其第一个
PDZ结构域(第三个 PDZ作用域也有较弱作用)与
JAM-2和 JAM-3结合，并且在众多与 TJs相关的免
疫球蛋白样穿膜蛋白中PAR3仅选择性地与 JAM家
族结合[14]。PAR3通过其N末端的 CR1结构域形成
同源二聚体对其准确定位到相邻细胞结合部的顶端
区域也起到重要作用[15]。
2.2　PAR3通过结合TIAM1将RAC限制在正确位点
并激活，在紧密连接形成中起中枢作用　TIAM1(T-
lymphoma invasion and metastasis 1)是一种RAC特异
性的鸟苷酸交换因子。TIAM1缺失之后，角质形
成细胞可以形成正常的 PAs，但是 PAs向有功能的
TJs转化却受到了阻碍[16]。TIAM1可通过激活 RAC
的途径调控TJs的成熟。PAR3在这一过程中起到了
重要作用。Mishima等[17]在MDCK细胞中过度表达
内源性的PAR3，发现这些细胞中PAR3不能定位到
胞膜上，并且细胞间的连接被破坏，这些MDCK
细胞表现出一种貌似间充质细胞的、可移行的表
型，而这种表型的发生有赖于RAC活性的升高。又
因为 PAR3与TIAM1结合的部位位于 PAR3的 C末
端[18]，而PAR3的C末端又与RAC的激活密切相关。
由此可以推测细胞间连接被破坏的原因是PAR3的过
度表达使其在错误位点结合TIAM1，在细胞内错误
定位的 TIAM1激活异位的 RAC，这必将破坏细胞
间连接。
同时，在PAR3活性缺失的MDCK细胞中，下
调TIAM1活性可以部分重建TJs[18]。在该MDCK模
型中 TIAM1介导的 RAC激活反而抑制了 TJs的形
成。可能的原因是 PAR3的缺失使TIAM1不能正确
定位到细胞间作用位点，没有正确定位的TIAM1激
活细胞膜其他位点上的RAC，这些异位的RAC引起
814 生命科学 第20卷
层形足板(lamellipodia)的形成，使细胞间连接的形
成受到破坏及细胞顶 - 基底极性的丧失[19]。这与
PAR3过度表达引起的TJs破坏的原理基本一致。而
下调 TIAM1可减少异位 RAC的激活，对阻止 TJs
被破坏可发挥一定作用。Chen等[18]认为 PAR3与
TIAM1的结合可能对 TIAM1的活性有抑制作用。
Mertens等[16]发现内源性的 aPKC与 PAR3都能
与 TIAM1免疫共沉淀，但缺乏假定蛋白作用结构
域，即 TIAM1 N端的普列克蛋白同源结构域及侧
面卷曲螺旋作用域(flanking coiled coil domain)的
TIAM1不能与PAR3免疫共沉淀，说明TIAM1是通
过一个或多个这样的作用域与 PAR3 作用的。然
而，另有研究发现 TIAM1催化性的 Dbl同源结构
域、N端的普列克蛋白(pleckstrin)同源结构域和PDZ
结构域都不参与与PAR3的结合，PAR3是与TIAM1
的 TSS同源结构域(TIAM1-STEF-SIF homology
region)结合并发挥作用的[20]。
简而言之，PAR3在被 JAMS募集到 PAs处并
形成极性复合物之后，可作为TIAM1的定位信号将
TIAM1募集到 PAs 处，已经定位的 TIAM1招募
RAC，TIAM1与 PAR3将 RAC限制到正确位点激
活，再通过 aPKC的激活而引起下游反应，最终形
成成熟的 TJs。该过程可被 PI3激酶(phosphatidylin-
ositol 3 kinase, PI3K)易化，在上皮细胞中，PI3K
可能同时影响TIAM1的活性与PAR3在PAs中的定
位[19]。这可能与 PI3K可调控 CDC42的激活，影响
CDC42与 PAR6的结合而引起下游效应有关。
2.3　PAR3可抑制 LIMK2，从而调节Cofilin连结形
成的磷酸化和紧密　Cofilin结合并分割肌动蛋白，
由另一种细胞骨架调节蛋白LIM Kinases (LIMKS)激
活的在Cofilin的Ser3位上的磷酸化可以抑制它的活
性，使其丧失切割肌动蛋白纤维的能力，从而增加
细胞内丝状肌动蛋白数量，磷酸化的 Cofilin在 TJs
形成过程中主要起负性作用[3]。
LIMKS由两个LIM结构域与一个PDZ结构域组
成，分为 LIMK1与 LIMK2两种亚型。LIMK2 可
通过其N端的两个LIM结构域与 PAR3的C末端结
合。在 PAR3缺失细胞中，LIMK2的 Thr505残基
的磷酸化有较小水平的升高，该位点的磷酸化由
ROCK(Rho-associated kinase)激活并且可引起LIMK2
的活化。因此，PAR3在 ROCK介导的 LIMK2的
活化中起负性调控作用[3]。最近的研究也发现PAR3
的 Tyr1127残基磷酸化可减弱 PAR3与LIMK2 的结
合，而使 LIMK2激活Cofilin的磷酸化[21]。PAR3的
缺失可使Cofilin的磷酸化水平升高，而表达缺失aPKC
结合位点的 PAR-3C就可使该效应逆转，所以 PAR3
对Cofilin磷酸化的调节并不需要 aPKC的参与[3]。
2.4　与14-3-3蛋白结合影响其构象　14-3-3为秀丽
隐杆线虫 Par5的编码蛋白[22]。Hurd等[23]发现哺乳
动物细胞中的同系物 14-3-3与 PAR3存在直接的相
互作用，发生这种作用的基础是 PAR3的 Ser144残
基发生磷酸化，该位点的磷酸化为 14-3-3的结合提
供了停泊位点，14-3-3与 PAR3的结合并非是使
PAR3正确定位，但可能是通过影响PAR3的构象或
影响 PAR3形成同源二聚体而调控 TJs的形成[15]。
PAR3在 Ser144处突变或过度表达 14-3-3都可以引
起细胞极性的破坏，说明 PAR3 的磷酸化和 PAR3
与 14-3-3的结合也是调节极性复合物功能的一个关
键机制 [ 23 ]。
2.5　PAR3受表皮生长因子受体(EGFR)激活而调控
紧密连接　生长因子、细胞活素等胞外信号可通过
其胞膜的蛋白激酶偶联受体或G蛋白偶联受体调控
受体细胞的分裂、分化、极性形成等一系列行为[21]。
在MDCK细胞中，EGF的信号传导可通过促分裂原
活化蛋白激酶(MAPK)通路抑制Claudin-2的表达[24]，
而在TMK-1胃癌细胞中EGF信号可激活PKC使TJs
相关蛋白从胞浆运输到胞膜[25]。Wang等[21]发现
EGFR信号通路可与 Src家族成员激酶包括 c-Src、
c-Yes协同介导 PAR3的 180k亚型的磷酸化，从而
调控上皮细胞极性建立。磷酸化主要发生在 PAR3
的 Tyr1127残基上，这使得 PAR3与 LIMK2的结合
减弱，LIMK2得到活化并激活下游的Cofilin磷酸化
和调节 TJs形成[21]。这揭示了一种新的酪氨酸磷酸
化依赖性的上皮细胞极性形成的调控机制。受体酪
氨酸激酶家族的其他成员都能够不同程度地引起
PAR3的磷酸化[21]，故PAR3可能受到来自胞外信号
作用于 EGFR等受体型酪氨酸磷酸化蛋白激酶的调
控，这也许将成为未来研究的热门方向。
3　展望
细胞极性是细胞许多生命活动的基础，是真核
细胞的一种基本特征。TJs作为上皮细胞极性的重
要体现，它的形成与成熟过程受到复杂的网络状调
控。PAR3的调控是关键的一个环节，PAR3主要
通过形成 PAR3-PAR6-aPKC三元复合物发挥作用。
在很多调控环节中PAR3发挥作用都依赖于其某个或
几个氨基酸残基的磷酸化，而且三元复合物要发挥
815第5期 卫旭彪，等：PAR3 在上皮细胞紧密连接形成中作用和分子机制研究
作用也需建立在 aPKC与PAR3的结合，使PAR3的
Ser827残基磷酸化的基础上[26]，故对 TJs形成过程
中和 PAR3、aPKC相关的蛋白磷酸化的研究将成为
热点。要进一步弄清 PAR3的精密作用机制还需更
加深入的分析和实验。总之，充分了解 PAR3在紧
密连接形成中的机制对于认识细胞极性的建立乃至
对各种由于细胞极性破坏而引起疾病的临床治疗都
具有非常重要的意义。
[参　考　文　献]
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