細(xì)胞上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化發(fā)生的分子機(jī)制及臨床意義＊

杜義江綜述，肖長義△審校

（1.三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，湖北宜昌443002；2.三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室，湖北宜昌443003）

上皮細(xì)胞間質(zhì)化（epithelial－mesenchymal transition，EMT）是上皮細(xì)胞通過特定程序從黏附細(xì)胞形態(tài)向具有間質(zhì)表型游離細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)化，并獲得侵入細(xì)胞外基質(zhì)能力的一系列轉(zhuǎn)化過程。這種后天獲得運(yùn)動能力的細(xì)胞在移行過程中可再次向上皮細(xì)胞或其他細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變，即間質(zhì)細(xì)胞上皮化（mesenchymal－epithelial transition，MET）。EMT與MET 的 相 互轉(zhuǎn)化與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移關(guān)系密切［1－2］。目前，EMT與腫瘤關(guān)系及其臨床應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)。

1 EMT在生理過程中的作用

1.1 上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞的特點(diǎn) 根據(jù)上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞在形態(tài)和功能上的不同，參與EMT過程的這兩種類型細(xì)胞有以下特點(diǎn)：（1）上皮細(xì)胞由單層/多層立方細(xì)胞或柱狀細(xì)胞有規(guī)律的排列，它們由細(xì)胞間黏附復(fù)合體緊密黏附在一起，其基底膜具有使上皮細(xì)胞與其他組織分離的特性，顯示出頂端－基底極性。（2）間質(zhì)細(xì)胞由于缺乏細(xì)胞間連接和極化作用，以個體細(xì)胞的形式存在于基質(zhì)中［3］。

1.2 EMT的功能分型 EMT過程根據(jù)不同的功能影響分為3種類型。Ⅰ型EMT與胚胎形成、器官發(fā)育相關(guān)，包括在胚胎發(fā)育時(shí)期原始的上皮細(xì)胞向移行的間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變的過程。著床后第1次EMT發(fā)生在胚層分化清楚后的原腸胚，初級EMT分化產(chǎn)生不同的細(xì)胞類型，中胚層細(xì)胞沿著胚胎中軸線壓縮形成不同的細(xì)胞。除脊索以外，所有來源于早期中胚層的胚胎結(jié)構(gòu)都將通過連續(xù)的EMT和MET改變最后形成不同的器官和組織［1，4］。Ⅱ型EMT與創(chuàng)傷修復(fù)，組織再生和器官纖維化有關(guān)［5－6］。在創(chuàng)傷和炎癥損傷刺激下，組織中成熟上皮或內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化形成成纖維細(xì)胞及其他相關(guān)細(xì)胞，導(dǎo)致組織重構(gòu)，這種EMT過程在刺激消失后終止［2，7］。Ⅲ型EMT與腫瘤形成及轉(zhuǎn)移相關(guān)，發(fā)生轉(zhuǎn)化的上皮癌細(xì)胞在基因（特別是與克隆產(chǎn)物相關(guān)的基因）和表觀遺傳學(xué)方面與正常上皮細(xì)胞不同，在局部腫瘤的發(fā)展過程中起重要作用：癌細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)轉(zhuǎn)化而具有侵襲性并向腫瘤發(fā)展［5］。成人生理的EMT是一個形態(tài)學(xué)過程，特征是從上皮表型到間質(zhì)特性的轉(zhuǎn)變，細(xì)胞凋亡和替換比率與組織功能保持著平衡，從而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。上皮細(xì)胞保持著動態(tài)結(jié)構(gòu)，在組織生長和分化過程中，有大量的分子機(jī)制保證其最后的完整性，伴隨著E－鈣黏蛋白（E－cadherin）等上皮標(biāo)志物及波形蛋白（vimentin）等間質(zhì)性標(biāo)志物的不同表達(dá)［8］。

2 EMT發(fā)生的主要信號調(diào)控途徑

在細(xì)胞水平，參與EMT生理和病理調(diào)節(jié)的效應(yīng)分子及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相類似，在上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞重建的復(fù)雜過程中，有許多誘導(dǎo)信號和轉(zhuǎn)錄因子及多個正反饋環(huán)路發(fā)生，刺激因素包括生長因子信號，腫瘤間質(zhì)細(xì)胞相互作用和缺氧等，主要信號途徑有轉(zhuǎn)化生長因子－β（TGF－β）信號通路、Wnt信號通路和PI3K/AKT信號通路等［9］。

EMT一般通過不同的信號誘導(dǎo)上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，這些信號通常由正常組織和腫瘤組織的間質(zhì)細(xì)胞釋放。EMT可以被細(xì)胞外基質(zhì)成分和生長因子誘導(dǎo)，TGF－β是比較重要的因子，調(diào)控著下游多個信號通路，通過β－整合素信號傳導(dǎo)途徑促進(jìn)smad依賴的轉(zhuǎn)錄過程而發(fā)揮作用。TGF－β可通過自分泌而作用于腫瘤細(xì)胞本身，也可通過旁分泌而調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞通過EMT而發(fā)生形態(tài)學(xué)改變，使侵襲和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。Wnt信號途徑由 Wnt蛋白、卷曲蛋白（frizzled，F(xiàn)z）、APC蛋白、糖原合成酶激酶 GSK3、Axin蛋白、β－連接素（catenin）、T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子/淋巴增強(qiáng)因子（T cell transcription fac－tor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF）家族組成，可激活下游靶基因，誘導(dǎo)EMT發(fā)生。PI3K/AKT通路可下調(diào)E－cadherin和β－catenin，上調(diào)波形蛋白，發(fā)生 EMT。Hedgehog，Notch等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及整合素信號途徑也可協(xié)調(diào)EMT程序［10］。分散因子/肝細(xì)胞生長因子（SF/HGF），成纖維細(xì)胞生長因子（FGF），表皮生長因子家族（EGFs）和胰島素樣生長因子1和2（IGF－1、2）等均可通過相應(yīng)信號途徑促進(jìn) EMT的發(fā)生［11］。

3 EMT發(fā)生的機(jī)制及其相關(guān)標(biāo)記物

癌細(xì)胞侵襲性是通過入侵和破壞基底膜而獲得，并最終導(dǎo)致癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移傳播。EMT過程的活化是上皮癌細(xì)胞獲得惡化表型的關(guān)鍵機(jī)制。發(fā)生在上皮癌細(xì)胞的EMT屬Ⅲ型EMT，它們從遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)上與正常上皮細(xì)胞不同。在腫瘤微環(huán)境中癌細(xì)胞間能夠相互作用，通過自分泌和/或旁分泌生長因子、細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等而誘導(dǎo)EMT。在EMT表達(dá)下調(diào)的有 E－cadherin、緊密連接蛋白－1（zonula occludens－1，ZO－1）細(xì)胞角蛋白、Ⅳ型膠原蛋白、層板蛋白1（laminin 1）等，上調(diào)的有N－鈣黏蛋白、成纖維細(xì)胞特異性蛋白1（fibroblast specific protein1，F(xiàn)SP－1）、α－平滑肌肌動蛋白（α－smooth muscle actin，α－SMA）、細(xì)胞間絲波形蛋白、β－catenin等。這些癌細(xì)胞具有特定的基因突變以啟動和維持EMT程序［12］。

癌細(xì)胞中激活的EMT程序中有許多功能步驟，與發(fā)育和生理過程中的EMT過程相同。在上皮癌中EMT導(dǎo)致細(xì)胞膜鈣黏蛋白從E－cadherin到N－鈣黏蛋白轉(zhuǎn)換，E－cadherin表達(dá)的下調(diào)或者缺失是EMT典型特征，導(dǎo)致上皮腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移［5］。EMT與其轉(zhuǎn)錄因子特別是 Snail，Slug，zinc finger E－box binding homeobox 1and 2（ZEB1and 2），Twist，Goosec－oind and FOX2等表達(dá)水平和功能相關(guān)，Smad與DNA結(jié)合后可誘導(dǎo)對 TGF－β信號的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答，與β－catenin/LEF－1信號通路共同維持上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化后間葉表型。Wnt信號異常激活后使游離的β－catenin累積，并形成β－catenin/LEF－1復(fù)合物，該復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核后調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)EMT發(fā)生。Snail，Slug和Twist與E－cadherin的啟動子E－box結(jié)合，抑制E－cadherin表達(dá)，引起EMT發(fā)生［5－6］。這些標(biāo)記物在細(xì)胞發(fā)生EMT轉(zhuǎn)變時(shí)出現(xiàn)，但其水平并不與參與EMT過程的上皮細(xì)胞的階段相一致。

用生長因子如TGF－β，HGF，表皮生長因子受體（EGFR）和IGF等可誘導(dǎo)體外乳腺癌細(xì)胞株發(fā)生EMT。這些細(xì)胞Twist和Snail的異位表達(dá)使間質(zhì)細(xì)胞表型和干細(xì)胞標(biāo)記物增加而誘導(dǎo)EMT，使乳腺癌干細(xì)胞獲得侵襲和轉(zhuǎn)移能力。Weng等［13］證明在乳腺癌小鼠癌癥轉(zhuǎn)移與EMT相關(guān)，發(fā)生EMT的乳腺細(xì)胞經(jīng)FSP1/S100A4啟動子激活獲得轉(zhuǎn)移能力，并在體內(nèi)可被檢測出。在基質(zhì)特異和上皮特異的轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)腫瘤發(fā)展過程中可直接顯示EMT。用3只不同癌基因控制的小鼠乳腺癌模型和細(xì)胞原基分布圖方法，可證明體內(nèi)乳腺癌中EMT存在及myc在這一過程中的作用。在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、骨肉瘤、小細(xì)胞肺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌、膀胱癌和乳房癌中成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤腫瘤抑制蛋白（Rb）缺失或低水平表達(dá)，這在乳腺癌中更常見，誘導(dǎo)EMT部分依賴E－cadherin的減少，使乳腺癌轉(zhuǎn)移增強(qiáng)。相應(yīng)的，增加Rb可抑制EMT［14］。在腫瘤－基質(zhì)分界面和侵襲性乳腺癌中也有Snail1的表達(dá)。而Snail2的表達(dá)與腫瘤滲出、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)有關(guān)。對乳腺癌模型的研究表明EMT不是單一的腫瘤類型，而是源于多種機(jī)制的多種表型［15］。

研究表明EMT途徑的活化與組織學(xué)分級有關(guān)，相對于低級別腫瘤，參與EMT的基因上調(diào)與低分化癌相關(guān)，Twist的高表達(dá)與高級別侵襲性腫瘤相關(guān)。相對于其他類型的侵襲性乳腺癌，基底樣腫瘤其間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物（波形蛋白，N－鈣黏蛋白，鈣黏蛋白－11）高表達(dá)，E－cadherin低表達(dá)的更易遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移，預(yù)后差［16］。臨床上可通過找到EMT特定的基因特征鑒定EMT，幫助診斷并預(yù)測腫瘤患者的預(yù)后。

4 miRNA對EMT的調(diào)控及臨床意義

miRNA參與腫瘤細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的發(fā)生與調(diào)節(jié)，其異常表達(dá)與EMT相關(guān)：微陣列分析表明EMT過程中的細(xì)胞miR－200家族和miR－205表達(dá)下調(diào)，調(diào)節(jié)特定抑制蛋白ZEB1和ZEB2，從而抑制E－cadherin表達(dá)，引起EMT發(fā)生［17］。ZEB和miR－200家族成員不僅有相反的功能，而且相互調(diào)節(jié)對方的表達(dá)，形成了一組因素的激活強(qiáng)烈影響另一組的表達(dá)的雙負(fù)反饋環(huán)路，促進(jìn)miR－200家族和ZEB分別維持EMT和 MET轉(zhuǎn)化［18］。在EMT與MET轉(zhuǎn)化過程中，CDH1是至關(guān)重要的基因，miRNA可直接靶向CDH1，也可直接調(diào)控相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子而間接作用于CDH1，從而決定EMT/MET轉(zhuǎn)換。miR－9、miR－23a和miR－25均可直接靶向CDH1而引起EMT的發(fā)生，分別促進(jìn)乳腺癌、肺癌和食管鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移［19］。miR－138可靶向波形蛋白和ZEB2等基因，降低Snail和HDAC1/2的表達(dá)，進(jìn)而間接抑制CDH1的表達(dá)，誘發(fā)鼻咽癌EMT［20］。TGF－β、Twistl、E47、Snail1和Snail2等可與CDH1的啟動子 E－box結(jié)合而抑制其表達(dá)，促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移［21］。

Ma等［22］發(fā)現(xiàn)與人乳腺上皮細(xì)胞或自然永生細(xì)胞 MCF－10A相比，轉(zhuǎn)移乳腺癌細(xì)胞株中miR－10b上調(diào)，在乳腺癌移植瘤模型中其高表達(dá)可誘導(dǎo)侵襲和轉(zhuǎn)移。在惡性乳腺癌和乳腺癌細(xì)胞株中 miR－21，miR－9和 miR－155呈現(xiàn)高表達(dá)［23］。與乳腺導(dǎo)管癌相比，基底部和化生的乳腺癌中miR－200水平下調(diào)，使其具有高侵襲性。原發(fā)癌和相應(yīng)的轉(zhuǎn)移癌相比較，在原發(fā)癌中 miR－10b，miR－21 和 miR－155水平較低而 miR－200水平較高，提示可通過操縱這些EMT相關(guān)miRNA來控制轉(zhuǎn)移過程［24］。miR－200家族可成為腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。在人乳腺癌中，miR－103/107在體外可增加癌細(xì)胞遷移能力，在體內(nèi)可參與轉(zhuǎn)移傳播，高水平的miR－103/107與轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后有關(guān)，miR－103/107還可通過下調(diào) miR－200水平誘導(dǎo) EMT［25］。因此，臨床上可以通過了解癌細(xì)胞EMT狀態(tài)和miRNA的表達(dá)情況來預(yù)測其侵襲和轉(zhuǎn)移能力，判斷患者的預(yù)后。針對參與EMT過程中的蛋白和miRNA這些潛在靶點(diǎn)，可開發(fā)特異性治療方案，從而防止腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和耐藥。

5 結(jié)語與展望

EMT改變在生理和病理方面扮演了重要角色，尤其在腫瘤遷移和侵襲過程，EMT是腫瘤轉(zhuǎn)化瀑布中重要的一步。EMT和MET轉(zhuǎn)換在腫瘤細(xì)胞可塑性調(diào)控機(jī)制中起到了非常關(guān)鍵的作用，對于腫瘤轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)和腫瘤細(xì)胞的治療耐受現(xiàn)象也有重要作用。隨著研究的深入EMT的調(diào)控機(jī)制已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但其確切的調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

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