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      侵襲性偽足在泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤侵襲性生長中的作用及研究進(jìn)展

      2018-02-10 00:25:28張羽白安瑞華
      現(xiàn)代泌尿外科雜志 2018年1期
      關(guān)鍵詞:肌動蛋白整合素胞外基質(zhì)

      張羽白,殷 悅,張 于,安瑞華

      (哈爾濱醫(yī)科大學(xué):1.附屬第一醫(yī)院泌尿外科一病房,2.附屬第二醫(yī)院腫瘤放療科,黑龍江哈爾濱 150001)

      惡性腫瘤侵襲性生長指的是腫瘤細(xì)胞借助于自身的運(yùn)動能力,穿破原有組織,到達(dá)周圍甚至遠(yuǎn)處。侵襲性生長是造成惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ),腫瘤細(xì)胞需要穿透基質(zhì)膜、結(jié)締組織、血管壁等組織屏障[1]。在此過程中,侵襲體起到了關(guān)鍵作用[2]。侵襲體(Invadosome)指的是細(xì)胞產(chǎn)生的向外凸起、具有降解細(xì)胞外基質(zhì)能力的細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)接觸性結(jié)構(gòu)[3]。侵襲體(invadosome)包括足體(podosome)與侵襲性偽足(invadopodia)兩種[4]。其中足體多在單核細(xì)胞系統(tǒng)與Src轉(zhuǎn)染的平滑肌細(xì)胞中出現(xiàn),而侵襲性偽足(invadopodia)多在惡性腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn)。

      1 侵襲性偽足的結(jié)構(gòu)與形成

      侵襲性偽足指的是惡性腫瘤細(xì)胞膜形成的一種向外凸起的、具有降解細(xì)胞外基質(zhì)能力的的細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)接觸性結(jié)構(gòu)。為了觀察到侵襲性偽足,ARTYM等[5]在明膠包被的蓋玻片上培養(yǎng)癌細(xì)胞以誘導(dǎo)侵襲性偽足形成,隨后對其進(jìn)行免疫熒光染色觀察[6]。在熒光顯微鏡下,侵襲性偽足表現(xiàn)為點(diǎn)狀微絲結(jié)構(gòu)(圖1)。在熒光共聚焦顯微鏡的幫助下,侵襲性偽足顯示出其三維結(jié)構(gòu)——具有一定直徑的、進(jìn)入細(xì)胞外基質(zhì)一定深度的突起。一般來說,侵襲性偽足的寬度為0.5~2 μm,長度一般大于2 μm。

      圖1 侵襲性偽足[13]

      A、B、C:白色箭頭所指為熒光染色后所觀察到的侵襲性偽足(T24膀胱癌細(xì)胞,第一作者實(shí)驗(yàn)結(jié)果)(A:紅色通道;B:綠色通道;C:合成彩色);D.YAMAMOTO等[13]用來自膀胱癌臨床標(biāo)本培養(yǎng)的原代細(xì)胞同樣顯示出類似的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。

      多種成分參與構(gòu)成侵襲性偽足。整合素、酪氨酸激酶相關(guān)蛋白質(zhì)、肌動蛋白以及肌動蛋白關(guān)聯(lián)蛋白在此富集。依賴于細(xì)胞膜特定脂質(zhì)成分,起支架作用的5SH3結(jié)構(gòu)域酪氨酸激酶底物(tyrosine kinase substrate,TKS5)首先被招募至侵襲性偽足形成處,隨之皮動蛋白(cortactin)也被招募來[7]。二者隨后招募肌動蛋白相關(guān)蛋白2/3(ARP2/3)、N-WASP蛋白與WASP結(jié)合蛋白(WASP-interacting protein,WIP)來激活肌動蛋白單體在此聚合[8]。聚合而成的微絲由絲切蛋白(cofilin)與肌動蛋白結(jié)合蛋白(fascin)進(jìn)行穩(wěn)定[9]。最終成熟的侵襲性偽足開始分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)。被多種粘附蛋白與骨架蛋白圍繞的微絲核心是侵襲性偽足的特征性結(jié)構(gòu)[10],聚集成束狀的微絲與侵襲性偽足的長軸平行[11]。除微絲外,目前已知關(guān)鍵成分為5SH3結(jié)構(gòu)域酪氨酸激酶底物(TKS5)、皮動蛋白(cortactin)、N-WASP蛋白、WASP結(jié)合蛋白(WIP)、絲切蛋白(cofilin)、肌動蛋白結(jié)合蛋白(Fascin)與多種基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)[12]。在多種MMP中,膜型基質(zhì)金屬蛋白酶-1(MT1-MMP,又名MMP-14)、MMP-2、MMP-9具有關(guān)鍵作用,而MT1-MMP又負(fù)責(zé)激活MMP-2與MMP-9前體[12]。上述這些成分即為抑制侵襲性偽足形成或發(fā)揮作用,從而抑制腫瘤侵襲性生長的關(guān)鍵所在。

      2 侵襲性偽足的功能

      侵襲性偽足與細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生的相互作用主要有粘附、基質(zhì)降解兩種。這也與侵襲性偽足在腫瘤侵襲過程中扮演的角色相符。

      2.1 粘附 惡性腫瘤細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)存在著緊密的相互作用。細(xì)胞通過多種跨膜受體連接細(xì)胞骨架與細(xì)胞外基質(zhì),其中最重要的即為整合素[14]。整合素的胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合細(xì)胞外基質(zhì),胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域結(jié)合細(xì)胞骨架,以此機(jī)制進(jìn)行連接。除了單純的機(jī)械連接,整合素同樣具有“感知”功能,使惡性腫瘤細(xì)胞可以對細(xì)胞外基質(zhì)的硬度與伸展性等進(jìn)行感知[15-18]。

      2.2 基質(zhì)降解 侵襲性偽足完成粘附并成熟后,惡性腫瘤細(xì)胞的侵襲性偽足開始定向分泌基質(zhì)金屬蛋白酶。侵襲性偽足的基質(zhì)降解能力是其辨認(rèn)性特征,最初侵襲性偽足就是作為一個基質(zhì)降解結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)的[19-20]。侵襲性偽足的基質(zhì)降解特點(diǎn)為:降解點(diǎn)少,但侵襲深入[21]。同時基質(zhì)降解的特性也被應(yīng)用于基質(zhì)降解實(shí)驗(yàn),在此實(shí)驗(yàn)中,惡性腫瘤細(xì)胞被種于熒光基質(zhì)包被的蓋玻片上。當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生的侵襲性偽足降解了熒光基質(zhì),相應(yīng)的被降解區(qū)域便會失去熒光信號,表明細(xì)胞存在細(xì)胞外基質(zhì)的降解能力[6]。

      3 侵襲性偽足在泌尿系腫瘤中的研究進(jìn)展

      3.1 侵襲性偽足與腎癌 BRENNER等[22]研究發(fā)現(xiàn)整合素β1依賴于PKCα與PKCδ的激活,腎透明癌細(xì)胞的遷移依賴于侵襲性偽足中激活的整合素β1粘附于細(xì)胞外基質(zhì)。這個團(tuán)隊(duì)在2010年的另一項(xiàng)研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)移性腎透明癌細(xì)胞依靠PKCμ粘附于血管內(nèi)皮表面[23]。而PKCμ在先前的研究中被證實(shí)與皮動蛋白和樁蛋白形成復(fù)合體,從而引起侵襲性偽足的形成[24]。

      在腎癌侵襲性偽足形成的研究中,皮動蛋白受到了較多關(guān)注。WANG等[25]提出,T分期越高的腎癌組織表達(dá)越多的皮動蛋白,而在不同M分期的腎癌組織中沒有明顯差異。SHEN等[26]發(fā)現(xiàn),與非轉(zhuǎn)移性腎透明癌相比,轉(zhuǎn)移性腎透明癌細(xì)胞中421位酪氨酸磷酸化的皮動蛋白表達(dá)量升高,而總體皮動蛋白的表達(dá)量沒有變化,這也與WANG等[25]的研究結(jié)果相吻合。這提示在轉(zhuǎn)移性腎透明癌細(xì)胞中,磷酸化的皮動蛋白促進(jìn)了在侵襲性偽足形成中重要的微絲蛋白、ARP2/3、WASP等蛋白質(zhì)之間的相互作用,從而促進(jìn)了侵襲性偽足的形成。LIU等[27]在一項(xiàng)基于臨床手術(shù)標(biāo)本的研究中發(fā)現(xiàn),參與形成侵襲性偽足的N-WASP蛋白高表達(dá)與患者低生存率相關(guān)。

      在侵襲性偽足的基質(zhì)分解功能方面,基質(zhì)金屬蛋白酶得到了廣泛的研究。上文提到,MT1-MMP、MMP-9、MMP-2起到核心作用,與此一致,多數(shù)研究是圍繞這三種蛋白酶展開的。BRENDA等[28]早期研究發(fā)現(xiàn),腎癌細(xì)胞的侵襲性是由MT1-MMP介導(dǎo)的,抑制MT1-MMP的表達(dá)可以降低腎癌細(xì)胞的侵襲性。QIAO等[29]近年一項(xiàng)基于臨床手術(shù)標(biāo)本的研究表明,腎癌中包括MMP-2、MMP-9、MT1-MMP等多種MMP的表達(dá)量均高于正常組織。而且MMP-2、MMP-9、MT1-MMP高表達(dá)程度與腫瘤的TNM分期相關(guān)。MA等[30]關(guān)于MMP-9的研究表明,抑制MMP-9的活性有助于腎癌細(xì)胞侵襲。LIN等[31]的最新研究發(fā)現(xiàn),通過Akt-MAPKs和NF-κB與DNA的結(jié)合有助于抑制MMP-9的反式激活,進(jìn)而抑制腎癌的轉(zhuǎn)移。而LU等[32]從另一個角度發(fā)現(xiàn),MMP-2、MMP-9與TIMP-1的表達(dá)量失衡可以促進(jìn)腎癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。

      3.2 侵襲性偽足與膀胱癌 對于侵襲性偽足在膀胱癌中的作用來說,科學(xué)研究同樣是圍繞其基本功能展開的。

      IMANISHI等[33]的研究表明,侵襲性偽足對于膀胱癌侵襲尿路上皮是必要的。通過對比非肌層浸潤型、肌層浸潤型細(xì)胞系與非肌層浸潤型、肌層浸潤型膀胱癌患者組織標(biāo)本培養(yǎng)而來的原代細(xì)胞發(fā)現(xiàn),肌層浸潤的細(xì)胞系與原代細(xì)胞均能夠形成侵襲性偽足,在尿路上皮侵襲試驗(yàn)中表現(xiàn)出了顯著高于非肌層浸潤細(xì)胞的侵襲能力。LI等[34]研究發(fā)現(xiàn),通過抑制TGF-β受體來降低整合素表達(dá)可以抑制膀胱癌細(xì)胞的遷移與侵襲能力。YAMASAKI等[35]關(guān)于膀胱癌的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硫辛酸可以選擇性顯著降低膀胱癌細(xì)胞膜表面整合素β1的表達(dá),進(jìn)而顯著削弱癌細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)中Ⅳ型膠原與纖維連接蛋白的粘附,從而抑制膀胱癌細(xì)胞的遷移與侵襲。

      在腎癌侵襲性偽足形成過程中起到重要作用的皮動蛋白在膀胱癌中同樣有著重要的作用。TOKUI等[36]研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)移性膀胱癌細(xì)胞的血管滲出過程依賴于皮動蛋白介導(dǎo)的侵襲性偽足形成,通過RNAi沉默皮動蛋白表達(dá)可以顯著抑制侵襲性偽足。而ZUO等[37]通過上調(diào)皮動蛋白表達(dá)觀察到了膀胱癌細(xì)胞侵襲性提高,從反面證明了侵襲性偽足中皮動蛋白對癌細(xì)胞侵襲性的重要性。關(guān)于微絲的穩(wěn)定蛋白方面,BI等[38]基于臨床標(biāo)本表明肌動蛋白結(jié)合蛋白在膀胱癌組織中高表達(dá),而且表達(dá)水平與組織學(xué)分級和T分期相關(guān)。當(dāng)膀胱癌細(xì)胞系中肌動蛋白結(jié)合蛋白沉默后,可觀察到癌細(xì)胞的侵襲性降低,說明被肌動蛋白結(jié)合蛋白所穩(wěn)定的微絲能夠幫助侵襲性偽足發(fā)揮作用。

      KANAYAMA等[39]在一項(xiàng)基于臨床標(biāo)本的研究中證明,與正常組織相比,MT1-MMP在膀胱癌細(xì)胞中高表達(dá),同樣高表達(dá)的還有MMP-2,而且二者可作為患者最終結(jié)果的有力預(yù)測指標(biāo)。BAKIR等[40]證明,膀胱癌組織相較于正常組織高表達(dá)MMP-9,但是這種高表達(dá)與肌層浸潤與否無關(guān)。FAN等[41]的最新研究結(jié)果也表明,MMP-9在腫瘤組織中高表達(dá),并可成為早期識別膀胱癌進(jìn)展的生物標(biāo)識。此外,MMP-9在高組織學(xué)等級膀胱癌組織中高表達(dá)。ZENG等人在最新的Meta分析中也再次印證了上述作者的觀點(diǎn),這表明侵襲性偽足所分泌的MMP-9在膀胱癌進(jìn)展中的確起到了重要作用。

      3.3 侵襲性偽足與前列腺癌 RIPLINGER等[42]在小鼠動物模型中的實(shí)驗(yàn)證明,通過上調(diào)在侵襲性偽足中起重要作用的整合素表達(dá),可以增強(qiáng)前列腺癌與細(xì)胞外基質(zhì)的粘附能力,從而增強(qiáng)其遷移。

      HOU等[43]基于臨床標(biāo)本的關(guān)于皮動蛋白的研究表明,皮動蛋白與前列腺癌進(jìn)展相關(guān),而且前列腺癌患者的不良預(yù)后與皮動蛋白的高表達(dá)相關(guān)。與腎癌或者膀胱癌不同的是,BURGER等在一項(xiàng)研究中提出了侵襲性偽足中的重要成分TKS5在前列腺癌中的作用。他們指出,TKS5的557和619位酪氨酸磷酸化影響TKS5介導(dǎo)的前列腺癌侵襲性偽足形成。AUDENHOVE等[44]對于皮動蛋白在侵襲性偽足中的作用做了深入研究,通過創(chuàng)造性地使用納米抗體,精確定位皮動蛋白的作用而不影響蛋白質(zhì)的表達(dá)量。他們指出,皮動蛋白通過其SH3結(jié)構(gòu)域在前列腺癌侵襲性偽足中起多重作用,參與到侵襲性偽足的形成、組織與MMP的分泌過程中。在同一個研究中,肌動蛋白結(jié)合蛋白的功能也受到了關(guān)注。肌動蛋白結(jié)合蛋白被證實(shí)可以影響侵襲性偽足的穩(wěn)定性,當(dāng)肌動蛋白結(jié)合蛋白被沉默后,侵襲性偽足的存在時間變短,變得不穩(wěn)定。肌動蛋白結(jié)合蛋白也可以影響MMP-9分泌,但只有在使肌動蛋白結(jié)合蛋白無法結(jié)合于其作用位點(diǎn)時才會導(dǎo)致MMP-9分泌受抑制。

      GUPTA等[45]通過敲除MMP-9,產(chǎn)生了一種不具有侵襲性的前列腺癌表型。這提示MMP-9在前列腺癌侵襲過程中起重要作用。而AALINKEEL等[46]發(fā)現(xiàn)MMP-9過表達(dá)會導(dǎo)致侵襲性增加,從另一個方向證實(shí)了GUPTA等的研究結(jié)果。XIE等[47]關(guān)于MMP-2的一項(xiàng)最新Meta分析表明,與正常組織相比,MMP-2在前列腺癌組織中高表達(dá),而且與Gleason評分存在很大的相關(guān)性。

      4 總 結(jié)

      自1980年代具有細(xì)胞外基質(zhì)分解能力的細(xì)胞膜突起結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)以來[48],這種結(jié)構(gòu)就受到了廣泛的關(guān)注。隨后這種侵襲性的結(jié)構(gòu)被統(tǒng)稱為侵襲體,又細(xì)分為足體與主要在癌細(xì)胞中出現(xiàn)的侵襲性偽足[4]。由于侵襲性偽足整體深入研究的帶動,泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤侵襲性偽足的各種關(guān)鍵組成成分被逐漸發(fā)現(xiàn)并證實(shí),侵襲性偽足在泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤中的作用也逐漸清晰起來。近年來,關(guān)于這些關(guān)鍵蛋白質(zhì)的上游調(diào)控因子受到了關(guān)注,使得泌尿系腫瘤的侵襲性偽足調(diào)控網(wǎng)絡(luò)初現(xiàn)雛形。同時,在前人已證實(shí)侵襲性偽足關(guān)鍵蛋白質(zhì)在細(xì)胞系中作用的基礎(chǔ)上,關(guān)于這些蛋白質(zhì)在臨床樣本中的表達(dá)量、表達(dá)量與組織學(xué)分級的關(guān)系、表達(dá)量與臨床分期的關(guān)系受到了關(guān)注,為精確治療提供了可指向的、潛在的靶點(diǎn)。

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