上皮-間質轉化和黏蛋白在腫瘤研究中的進展*

譚雅芹 彭志紅

陸軍軍醫(yī)大學全軍消化病研究所(400038)

上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是指上皮細胞逐漸失去上皮分化特性并獲得間充質表型的過程。在人體中主要通過以下途徑參與生物學功能：①參與胚胎形成、器官發(fā)育，通過間質-上皮轉化(MET)逆轉產生新的上皮細胞；②參與組織修復，在創(chuàng)傷和炎癥損傷后，產生成纖維細胞和其他相關細胞，促使組織恢復；③參與腫瘤的形成和轉移，通過改變細胞間相互作用和細胞與基質的相互作用，促進腫瘤細胞侵襲和運動[1]。研究[2]指出，生長因子、轉錄因子如表皮生長因子(EGF)、Snail、Slug、Twist、E盒結合鋅指蛋白(ZEB)和信號分子如轉化生長因子(TGF)、Wnt、Notch以及Hedgehog信號通路介導了EMT過程。黏蛋白(mucin, MUC)家族是一組大分子糖蛋白，廣泛分布于各種組織器官的上皮細胞中，如胃腸道、肺、泌尿生殖系統(tǒng)等。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)21種MUC，根據(jù)其亞細胞定位，分為膜結合型和分泌型兩種，其生物學功能主要包括參與上皮細胞更新和分化，生長過程調控，細胞間接觸和細胞外基質相互作用。MUC在EMT過程中起重要作用，可介導信號轉導和細胞黏附、參與腫瘤細胞的浸潤、轉移等[3-4]。本文就EMT和MUC在腫瘤研究中的進展作一綜述。

一、EMT與腫瘤的關系

目前研究較多的EMT過程中相關信號通路主要包括TGF-β信號通路、Wnt信號通路、Notch信號通路等，這些信號通路是腫瘤形成的重要信號網(wǎng)絡。

1. TGF-β信號通路：TGF-β是一種促進細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲的潛在信號。在EMT發(fā)生過程中，TGF-β可通過激活特異性轉錄因子如Twist、Snail、Slug以及ZEB，促進EMT發(fā)生。Khan等[5]的研究表明，TGF-β1通過JNK/p38/PI3K途徑導致非肌肉型肌球蛋白Ⅱ(non muscle myosin Ⅱ, NM-Ⅱ)表達下調，從而促進EMT和肺癌轉移。肺纖維化是一種慢性肺病，Wang等[6]的研究顯示骨髓間充質干細胞(BMSCs)可通過抑制TGF-β1/Smad3信號途徑中的Smad3磷酸化，從而對人Ⅱ型肺泡上皮細胞(A549)發(fā)揮抗纖維化作用 。此外，Lustri等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β可增加膽管癌細胞的侵襲性，導致膽管癌細胞中N-鈣黏蛋白(N-cadherin, N-cad)表達增加、E-鈣黏蛋白(E-cadherin, E-cad)表達降低。

2. Wnt/β-catenin信號通路：Wnt基因最早發(fā)現(xiàn)于小鼠乳腺癌細胞中，定位于人染色體12q13上。Wnt信號通路廣泛存在于各種生物體內，在胚胎發(fā)育和腫瘤侵襲轉移過程中起有重要作用。β-catenin是一種原癌基因，是該信號通路的核心蛋白，Wnt與跨膜受體卷曲蛋白(Frz)結合，通過調節(jié)β-catenin水平來調控細胞的生長發(fā)育。正常情況下，E-cad和β-catenin結合通過胞質內的連接素與肌動蛋白骨架相連固定于細胞膜上。當受體受到外界刺激或該通路中某一組分表達異常，胞外信號與細胞表面特異性受體結合將信號轉入胞內，從而激活信號通路使E-cad黏著度降低，β-catenin從細胞膜上脫落下來而不能被糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)降解，同時β-catenin向細胞核內移動，在細胞核與轉錄因子相互作用下激活下游靶基因異常表達，導致EMT產生[8]。Frz7通過激活Wnt/β-catenin信號通路來促進EMT是胃癌發(fā)生和轉移的關鍵步驟。Frz7可能是胃癌的潛在治療靶點[9]。β-catenin的積聚和Tcf4轉錄因子的過表達是激發(fā)Wnt/β-catenin信號通路的關鍵步驟，且β-catenin信號轉導與肝癌預后不良有關[10]。因此，Wnt信號通路可通過調節(jié)不同的下游轉錄因子成為EMT和腫瘤轉移過程中的重要激活因子。

3. Notch信號通路：Notch信號通路在大部分動物中普遍存在且進化上高度保守，其生物學機制是介導相鄰細胞的相互作用，調控細胞、組織以及器官的分化和發(fā)育。同時，在胚胎發(fā)育、干細胞分化、造血以及T細胞發(fā)育等過程中起重要作用。Notch信號通路也參與了腫瘤侵襲和轉移，促進EMT的產生。Li等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，Notch-1信號通路的激活可上調核因子-κB(NF-κB)表達，促進乳腺癌的發(fā)生。劉建中等[12]的研究表明，Notch信號通路通過調控Snail轉錄因子，使E-cad表達降低，導致EMT的發(fā)生，最終促進肝癌細胞遷移。

二、表皮生長因子受體ErbBs和轉錄因子在EMT中的作用

1. ErbBs與EMT：ErbBs家族包括ErbB1、ErbB2、ErbB3以及ErbB4。在EMT過程中，受體與相應配體如EGF結合后導致受體二聚體化，進而使胞內的氨基酸發(fā)生磷酸化，激活下游效應分子，促進EMT的發(fā)生[13-14]。Chen等[15]的研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸合成酶可激活ErbBs表達，導致ErbB1、ErbB2、ErbB4二聚體化，從而啟動下游轉錄因子，促進癌細胞的侵襲和轉移能力。同時，ErbBs受體可被某些蛋白質激活，如MUC1和MUC4，其中MUC4含有EGF樣結構域、可誘導Sail1、Twist表達，導致腫瘤細胞的增殖、侵襲和遷移[16-17]。

2. 轉錄因子與EMT：轉錄因子主要包括Snail家族、ZEB家族以及HLH家族3大類。Snail蛋白是一種轉錄抑制劑，在EMT發(fā)生過程中主要抑制上皮標志蛋白的表達。有研究[18]發(fā)現(xiàn)Smad3與Snail1啟動子結合并激活其轉錄，從而誘導TGF-β表達，同時，Smad3通過調節(jié)細胞中TGF-β對Snail2的誘導表達，與Smad2形成心肌蛋白相關轉錄因子，并與Snail2啟動子結合誘發(fā)EMT。在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)Snail1表達與EMT和腫瘤轉移相關，而Snail2表達與腫瘤抑制因子BRCA2表達抑制有關[19]。ZEB家族包括ZEB1和ZEB2，兩者具有相似的DNA結合特異性，能獨立調控靶基因的轉錄。HLH家族可分為7大類，在個體發(fā)育和病理過程中起有關鍵作用。其中，Ⅰ類蛋白質包括E12和E47，Ⅱ類蛋白質包括Twist。E12、E47和Twist1、Twist2的異位表達可抑制E-cad表達，介導波形蛋白、纖維連接蛋白和N-cad表達，從而增強腫瘤的侵襲轉移能力[20]。

三、MUC在EMT中的作用

1. MUC1：MUC1是一種高分子質量跨膜型MUC，正常情況下MUC1呈低水平表達，但在大多數(shù)腫瘤組織或細胞中MUC1呈高水平表達。MUC1能增強癌細胞與基底膜蛋白的黏附力，使癌細胞易于黏附在基底膜上，從而提高癌細胞的侵襲轉移能力[21]。Das等[22]的研究發(fā)現(xiàn)MUC1可觸發(fā)胰腺癌細胞的EMT過程，增加癌細胞的侵襲和轉移。同時，Grover等[23]進一步研究發(fā)現(xiàn)，在人胰腺癌細胞株中，MUC1通過MUC1胞內段(MUC1-CT)激活TGF-β信號轉導來促進腫瘤擴展和轉移。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)干擾MUC1表達可有效抑制結直腸癌細胞的增殖和遷移，降低β-catenin在細胞核中的表達。

2. MUC3：MUC3廣泛存在于哺乳動物中，位于人染色體7q22上。與其他跨膜MUC相同，MUC3胞外區(qū)含有SEA組件、EGF樣結構域以及半胱氨酸富集區(qū)域。Shibahara等[25]的研究發(fā)現(xiàn)MUC3在闌尾癌中表達異常，有望作為手術后闌尾癌患者預后的有效預測因子。Peng等[26]通過突變MUC3羧基端位點證實MUC3羧基端是無蛋白酶介導的自酶切，同時通過細胞水平和體外模型證實MUC3羧基端自酶切可增強結腸癌細胞遷移和侵襲能力，且結腸癌細胞E-cad表達水平下降，波形蛋白和N-cad表達明顯升高，表明MUC3羧基端自酶切介導該分子影響細胞生物學行為是通過EMT而實現(xiàn)的。

3. MUC4：MUC4又稱為唾液黏蛋白復合體(sialomucin complex, SMC)，位于人染色體3q29，其結構由O-糖基化MUC亞單位的膜外結構和N-糖基化跨膜亞單位的跨膜結構組成。MUC4分布于正常細胞表面，而在去極化的腫瘤細胞中，MUC4在整個細胞表面均有分布。在去極化的腫瘤細胞中，EGF樣結構域能與EGFR家族蛋白特異性結合并介導酪氨酸殘基磷酸化，促進下游轉錄因子的表達，從而促進細胞增殖[27]。Ponnusamy等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，MUC4過表達可導致細胞形態(tài)改變、E-cad和細胞角蛋白-18(CK-18)表達降低、N-cad和波形蛋白表達增加，從而引起EMT的發(fā)生。此外，轉錄因子Twist1、Twist2和Snail在過表達MUC4的癌細胞中上調，導致FAK、MKK7、JNK1/2等信號途徑激活，最終誘導EMT發(fā)生。細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)激活是腎臟疾病發(fā)病機制的核心通路，MUC4是上皮細胞中ERK信號通路的激活劑。Sun 等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，MUC4沉默可使ERK信號通路失活，從而抑制腎小管上皮細胞中的氧化反應和草酸鈣晶體形成，最終抑制腎臟疾病的發(fā)生。上述研究表明在多種腫瘤細胞中MUC4對EMT的發(fā)生均起有重要作用。

4. MUC16：MUC16是MUC家族中最大的糖蛋白，屬于跨膜型MUC。MUC16定位于人染色體19p13.2上，由氨基端、串聯(lián)重復段、羧基端3部分結構域組成。其中羧基端包括胞外區(qū)域、跨膜區(qū)域以及胞質尾端區(qū)域。串聯(lián)重復段結構域的重復序列間含有SEA結構域，該結構域在糖蛋白識別和信號傳遞中發(fā)揮重要作用[3,29]。Das等[30]發(fā)現(xiàn)在胰腺癌細胞中可產生MUC16，其促進Janus蛋白酪氨酸激酶2核轉位，導致組蛋白-3上調的特異性基因LMO2和NANOG磷酸化，從而增強癌細胞的轉移能力。Comamala等[31]的研究顯示，MUC16可激活EGFR和AKT信號通路，從而促進卵巢癌細胞的遷移和侵襲。Lakshmanan等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌細胞的發(fā)生和轉移中，MUC16通過JAK2/STAT3/GR途徑調節(jié)抑癌基因TSPYL5的表達，從而抑制EMT的發(fā)生。因此，MUC16可作為一種腫瘤標志物和癌癥的靶向治療物廣泛運用于腫瘤研究。

四、腫瘤微環(huán)境在EMT中的作用

在EMT發(fā)生過程中，腫瘤微環(huán)境通過免疫細胞、非免疫細胞、無氧環(huán)境以及細胞外基質等因素共同調控腫瘤細胞的生長。腫瘤微環(huán)境中細胞外基質變化導致上皮細胞轉化，轉化的細胞進而通過自分泌或旁分泌的方式激活，引起細胞外基質重建，參與腫瘤的生長、侵襲和轉移[33]。間充質干細胞(MSCs)具有損傷組織遷移能力和腫瘤靶向趨向性，在高濃度的細胞生長因子誘導下向腫瘤組織轉移，參與腫瘤微環(huán)境的構建。在此過程中，MSCs主要通過分泌炎性因子如白細胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α等促進腫瘤細胞遷移[34]。IL-6是一種炎性細胞因子，在乳腺癌細胞中可誘導EMT，TNF-α主要由巨噬細胞和其他細胞類型如成纖維細胞、平滑肌細胞和腫瘤細胞產生，可增加轉錄抑制因子如Slug、ZEB1的表達，從而促進腫瘤細胞的生長和轉移[35]。因此，腫瘤微環(huán)境中的大部分細胞、胞外基質與腫瘤細胞相互作用，最終導致EMT相關的分子和形態(tài)發(fā)生變化。

五、結語

EMT是一種復雜的轉化過程，在癌細胞的侵襲過程中發(fā)揮重要作用。癌細胞形態(tài)變化伴隨多種改變過程，如細胞間黏附改變、細胞基質、降解、上皮標志物、間充質標志物改變等。EMT過程中涉及多種信號通路和腫瘤微環(huán)境的共同作用。MUC作為誘導劑激活各種信號通路，從而促使EMT的發(fā)生。探討MUC1、MUC3、MUC4以及MUC16在EMT中的作用，可為靶向治療癌癥提供理論依據(jù)，探討腫瘤微環(huán)境的不同組分介導EMT的機制可進一步為癌癥的治療提供思路。深入研究MUC在EMT信號通路中的作用，有利于尋找治療腫瘤的新方法。然而，EMT是一種動態(tài)變化的過程，亟需新的技術手段和方法進行研究，從而更深入了解EMT在腫瘤發(fā)生中的作用機制，為腫瘤治療提供新方案。