E-鈣黏素、β-連環(huán)蛋白與腫瘤關(guān)系的研究進展

孫 琳 張文靜 吳靖芳

(河北北方學院解剖教研室，河北 張家口 075000)

E-鈣黏素、β-連環(huán)蛋白與腫瘤關(guān)系的研究進展

孫 琳 張文靜1吳靖芳1

(河北北方學院解剖教研室，河北 張家口 075000)

E-鈣黏素；β-連環(huán)蛋白；腫瘤

腫瘤細胞具有轉(zhuǎn)移性和侵襲性，腫瘤的發(fā)展、預后差均與這兩個特性有關(guān)。腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移主要包括細胞間黏附、細胞運動和突破基底膜3個方面，其中細胞與細胞之間的相互作用對腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移關(guān)系重大，細胞黏附分子是細胞與細胞之間作用的主要分子。鈣黏素(cadherin)是細胞黏附分子中的一類，細胞間黏附連接的形成是通過相鄰細胞表面的cadherin分子胞外區(qū)的彼此作用來實現(xiàn)的。cadherin的細胞質(zhì)區(qū)域和連環(huán)蛋白(catenin)相互連接，此連接對細胞的穩(wěn)定性及生理功能的維持必不可少。黏附分子表達異常會影響細胞間黏附從而發(fā)生細胞轉(zhuǎn)移，E-cadherin、β-catenin是參與細胞黏附的重要因子，且有研究表明二者在多種實體腫瘤中表達異常。本文就E-cadherin、β-catenin與腫瘤關(guān)系的研究進展進行綜述。

1 E-cadherin基因

1.1 結(jié)構(gòu) E-cadherin是一種介導同型細胞與細胞間黏附的鈣依賴性跨膜糖蛋白，在上皮細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性和極性的維持中發(fā)揮重要的作用，編碼該蛋白的基因 CDH1位于染色體16q22.1上，人類E-cadherin基因組DNA長達100 kb，含16個外顯子〔1〕。包括N端胞外區(qū)、高度疏水的跨膜區(qū)及C端胞內(nèi)區(qū)。胞外區(qū)是Ca2+的結(jié)合位點，對Ca2+有高度敏感性，與其特異性結(jié)合而發(fā)揮黏附功能從而介導同型細胞間的黏附作用；跨膜區(qū)是由32個氨基酸組成的疏水結(jié)構(gòu)域；在細胞內(nèi)E-cadherin通過與β-catenin和γ-catenin的結(jié)合來調(diào)節(jié)與α-catenin、細胞骨架肌動蛋白的結(jié)合再直接連接細胞骨架，使E-cadherin被定于細胞骨架上，與相鄰細胞形成穩(wěn)定連接〔2〕。

1.2 功能 E-cadherin主要作用為介導同型細胞之間的黏附，其依據(jù)有：①不表達E-cadherin的細胞之間不能相互聚集或黏附。②E-cadherin主要分布于細胞交界區(qū)特別是細胞黏附區(qū)。③用抗體中和細胞中E-cadherin的作用或使E-cadherin表達減少如蛋白編碼基因突變或消失，均可使細胞間相互作用減低致使細胞移動。④E-cadherin在低鈣的環(huán)境中可出現(xiàn)細胞解離現(xiàn)象。⑤在不表達E-cadherin的細胞中轉(zhuǎn)染E-cadherin cDNA可使細胞間出現(xiàn)相互黏附〔3，4〕。E-cadherin既能促進細胞與細胞之間的相互黏附作用，維持上皮細胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的完整性，亦能維持細胞Na+/K+ATP酶極化〔5〕。此外，E-cadherin還能降低腫瘤的浸潤程度，在抑制細胞浸潤中發(fā)揮重要的作用，能阻止基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的生成，MMPs幾乎能夠降解各種蛋白成分，MMPs的減少可以保護腫瘤細胞周圍的組織屏障(細胞基質(zhì)和基底膜)完整不被浸潤〔6〕。

1.3 E-cadherin與腫瘤 E-cadherin與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有密切聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)E-cadherin與腫瘤細胞的分化程度有關(guān)，越是低分化的腫瘤E-cadherin越是陰性表達，同時腫瘤細胞越容易脫離原發(fā)灶發(fā)生侵襲、轉(zhuǎn)移。如在結(jié)直腸癌〔7〕、口腔癌〔8〕、乳腺癌〔9〕、原發(fā)性肝癌〔10〕等腫瘤中的表達均表明以上觀點。關(guān)于E-cadherin與腫瘤關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，可通過以下幾個方面參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和浸潤。①E-cadherin的CDH1基因啟動子甲基化。CDH1是E-cadherin的編碼基因，啟動子甲基化是將胞嘧啶變成5′甲基胞嘧啶，此過程在甲基轉(zhuǎn)化酶的作用下完成，CDH1基因啟動子甲基化可阻止啟動子和轉(zhuǎn)錄因子兩者的結(jié)合，而且甲基化程度越高阻止結(jié)合的能力越強，使染色體高度聚集而不適于轉(zhuǎn)錄，從而使E-cadherin的表達下調(diào)〔11〕。Graziano等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織標本中CDH1基因啟動子甲基化比例為33%，并且CDH1啟動子甲基化程度越高，E-cadherin表達越低，兩者呈正相關(guān)。Yoshiura等〔5〕指出成纖維細胞系E-cadherin 5′端啟動子區(qū)的CpG島過度甲基化使其蛋白表達減少，并認為CpG島過度甲基化是多種癌組織 E-cadherin表達較少的普遍反應(yīng)原理。②E-cadherin對細胞生長周期的調(diào)節(jié)：E-cadherin通過降低細胞周期蛋白 D1、E 的濃度的方式使細胞停滯于G0/G1期，使細胞生長受到抑制，從而使腫瘤細胞生長變慢，保護機體〔13〕。③細胞間黏附因子異?；蛉笔В篍-cadherin的轉(zhuǎn)錄被抑制或分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化都會使其表達量降低或出現(xiàn)生物學功能異常，對于正常組織而言，可使同種細胞間形態(tài)發(fā)生改變，失去細胞間的黏附，致使細胞間接觸性抑制減少，細胞活動性升高使正常組織不能正常發(fā)育，對于腫瘤來說E-cadherin下調(diào)降低了組織內(nèi)細胞黏附的強度，改變了細胞骨架形態(tài)，導致細胞運動性增加，利于癌細胞從原發(fā)灶脫落分離，最終使癌細胞穿過基底膜入侵周圍組織向淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或侵入血管向遠處轉(zhuǎn)移從而使癌細胞具備侵襲轉(zhuǎn)移的特點〔14，15〕。E-cadherin 表達缺失后，細胞與細胞之間的黏附作用減少促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移能力，且細胞間聯(lián)系發(fā)生變化，致使上皮細胞向間充質(zhì)細胞方向轉(zhuǎn)化，使腫瘤細胞的侵襲力和抗凋亡能力增強〔16〕。E-cadherin 在16號染色體上的等位基因缺失在肝癌和食管癌中都很常見。在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn) CDH1 基因外顯子突變、框移突變等，這些變化對E-cadherin 的胞外段結(jié)構(gòu)域有很大影響，從而導致 E-cadherin 的功能下降或缺失，進而影響腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。這些E-cadherin的異常表達或缺失表達大概與基因突變相關(guān)或病變組織中的MMP-3、MMP-7 和纖維蛋白溶酶等活性增高有關(guān)〔17〕。

2 β-catenin基因

2.1 結(jié)構(gòu) β-catenin既是一種黏附因子又是一種多功能的蛋白質(zhì)，β-catenin 是catenins 家族的一種，catenins 家族分為α、β、γ 3個亞型。其中β-catenin基因定位于染色體3p21，基因全長約23.2 kb，共有16個外顯子，分子量約為92～95 kD〔18〕。β-catenin的糖元合成酶激酶(GSK)-3P的磷酸化位點位于其中第3外顯子的絲氨酸、蘇氨酸密碼子上，β-catenin的功能直接受該位點的去磷酸化和磷酸化的影響。β-catenin具有一個棒狀的超螺旋結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)是由36個A-螺旋在空間搭建而成，該結(jié)構(gòu)在其與E-cadherin、軸蛋白、T細胞因子(Tcf)/淋巴增強因子(Lef)等的結(jié)合過程中扮演重要角色，正常情況下β-catenin與E-cadherin在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上結(jié)合并與α-catenin、 β-catenin一同構(gòu)成黏著復合體，維持上皮細胞極性和完整性，介導同型細胞間的黏附和極向表型。β-catenin的N端控制著其本身的穩(wěn)定性，由130個氨基酸組成，含有Ser/Thr殘基；C端可調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，由100個氨基酸組成〔19〕。

2.2 生物學功能 β-catenin的生物學特性使其在參與細胞活動時具有雙重作用：①作為黏附分子與E-cadherin連接形成 E-cadherin/β-catenin 功能復合體，參與細胞間的黏附調(diào)節(jié)從而影響細胞的活動性。②作為一個代表性重要因子在Wnt經(jīng)典信號通路中起樞紐作用，從而影響細胞生存和凋亡等〔18〕。目前研究已發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號通路是經(jīng)典的Wnt信號通路，該通路在調(diào)節(jié)β-catenin在細胞質(zhì)中維持穩(wěn)定較少含量的過程中起到非常重要的作用。細胞中當沒有Wnt信號傳入時，在軸蛋白的作用下，細胞質(zhì)內(nèi)的結(jié)腸癌抑制因子(APC)、GSK-3β/酪蛋白激酶(CK)Ia與β-catenin形成巨大的復合物后被磷酸化。在正常細胞中無Wnt信號傳入，β-catenin主要在細胞膜上表達，少量在胞質(zhì)中的β-catenin由人軸蛋白抑制因子(Axin)、結(jié)腸癌抑制因子(APC)和GSK-3β組成降解復合體，復合體可使β-catenin磷酸化，之后能被泛素連接酶E3識別并被降解，使胞質(zhì)內(nèi)β-catenin處于較低水平，使其不能進入細胞核參與調(diào)節(jié)相應(yīng)基因的表達〔19〕。另一方面當機體出現(xiàn)異常，β-catenin從結(jié)構(gòu)、蛋白等方面發(fā)生變化，如蓬亂蛋白能在軸蛋白的作用下抑制GSK-3β的活性，阻止β-catenin被降解使其在細胞質(zhì)中積累，開啟Wnt途徑，參與腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移〔20〕。

2.3 β-catenin與腫瘤 β-catenin在腫瘤中的異常表達是其介導的Wnt途徑異常激活的結(jié)果。Wnt/β-catenin信號通路與腫瘤的發(fā)生有很大關(guān)系，因為該信號通路下游含有很多參與細胞增殖分化和凋亡的基因。當β-catenin的磷酸化被抑制大量存在于細胞質(zhì)并進入細胞核與Tcf/Lef結(jié)合時激活Wnt通路下游的c-myC和cyclinD1基因，使二者的轉(zhuǎn)錄水平增高，從而正常細胞出現(xiàn)異常生長和增殖，導致腫瘤發(fā)生〔18，21〕。β-catenin異常表達使細胞異常增殖且免于或減少凋亡，使MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9等得以轉(zhuǎn)錄同時亦能夠激活上皮間質(zhì)化(EMT)相關(guān)基因鋅指轉(zhuǎn)錄因子(Slug)、纖連蛋白(Fibronectin)、波形蛋白(Vimentin)等，從而增強腫瘤細胞的侵襲性及轉(zhuǎn)移性〔18〕。引起β-catenin在胞質(zhì)或胞核內(nèi)積聚的主要是APC或β-catenin突變。在沒有APC基因突變的結(jié)直腸癌中有50%的標本有β-catenin突變〔22〕。在卵巢的內(nèi)膜樣癌〔23〕、子宮內(nèi)膜癌〔24〕等APC突變較少的腫瘤中β-catenin突變率較高，提示β-catenin突變與腫瘤的發(fā)生有很大的關(guān)系。β-catenin能與 E-cadherin胞內(nèi)區(qū)域互相作用，與 E-cadherin一起調(diào)節(jié)細胞間的黏附功能。β-catenin的功能異常一方面使細胞間的黏附能力減弱或喪失，細胞連接松散而離散，遷移能力增強；另一方面β-catenin的表達量升高后入核使癌細胞增殖增強轉(zhuǎn)移和侵襲能力。

3 E-cadherin/β-catenin復合物與腫瘤的關(guān)系

一個完整的E-cadherin/β-catenin復合物是保證正常細胞與細胞間黏附的基本物質(zhì)，如果該復合物結(jié)構(gòu)或數(shù)量上出現(xiàn)異常，細胞間黏附能力下降可增強腫瘤細胞的浸潤和轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移方面：E-cadherin、β-catenin任何一個基因表達異常都會影響該復合體的正常功能使細胞間連接作用減弱，便于脫落，為腫瘤的轉(zhuǎn)移提供了基礎(chǔ)，使腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移性增強。浸潤方面：在黑色素瘤細胞的研究中認為E-cadherin/β-catenin復合物可以介導腫瘤細胞與淋巴管內(nèi)皮細胞的快速結(jié)合，當二者黏附后，內(nèi)皮細胞出現(xiàn)局部收縮，基質(zhì)外露，促使底物與腫瘤細胞接觸，產(chǎn)生破壞細胞間連接的物質(zhì)使內(nèi)皮細胞出現(xiàn)“窗口”樣孔隙，腫瘤細胞通過此通道向淋巴管內(nèi)浸潤〔25〕。在很多腫瘤(食管癌、胃癌、肺癌、結(jié)腸癌、腎癌等)的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)在浸潤生長或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移較明顯的癌組織中E-cadherin呈現(xiàn)低表達〔26,27〕。說明E-cadherin/β-catenin 復合物的異常與腫瘤的臨床病理特征存在密切關(guān)系。

綜上，E-cadherin和β-catenin與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移有著密切的聯(lián)系?？梢奅-cadherin和β-catenin可用于評價浸潤前病變的惡性潛能，有望成為腫瘤的診斷、預后指標。

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〔2016-03-24修回〕

(編輯 苑云杰/王一涵)

河北省衛(wèi)生廳醫(yī)學研究課題(No.20130035);河北省重大醫(yī)學科研課題(No.ZD2013052);河北省科技廳項目(No.12276104D-91);河北省教育廳青年基金資助項目(No.QN2015204)；河北北方學院重大項目(No.ZD20130015);河北北方學院青年基金項目(No.Q2014020)

吳靖芳(1968-),女,教授,碩士生導師，主要從事神經(jīng)內(nèi)分泌研究。

孫 琳(1982-),男,碩士,講師，主要從事神經(jīng)內(nèi)分泌研究。

R730

A

1005-9202(2017)11-2832-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.11.104

1 河北北方學院組胚教研室