(南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院 呼吸內(nèi)科,江蘇 常州 213003)
腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤微環(huán)境有著密不可分的關(guān)系,腫瘤微環(huán)境中不同的成分與腫瘤細(xì)胞之間存在相互刺激作用,從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。其中細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)不僅為周圍細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支架,還提供能夠影響細(xì)胞行為的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子,調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、遷移和分化。膠原蛋白Ⅵ(collagen Ⅵ, COL6)是一種廣泛分布的ECM 蛋白,能誘導(dǎo)產(chǎn)生多種細(xì)胞效應(yīng),如細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡,以下就COL6 與腫瘤的最新研究進(jìn)展作一綜述。
腫瘤微環(huán)境中的ECM 是一種高度動(dòng)態(tài)和異質(zhì)的結(jié)構(gòu),其為周圍細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支架,同時(shí)提供能夠影響細(xì)胞行為的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子,調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、遷移和分化,從而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。COL6 是一種主要的ECM 蛋白,由a1(Ⅵ)、a2(Ⅵ)和a3(Ⅵ)組成,這3 條鏈由不同的基因編碼(分別為COL6a1、COL6a2和COL6a3)組成。a1(Ⅵ)和a2(Ⅵ)鏈的分子量為140~150kDa,而a3(Ⅵ)鏈約為其2倍(250~300kDa)。每條鏈的特征在于短的三螺旋區(qū)域,其側(cè)翼是大的N-和C-末端球狀區(qū)域。a1(Ⅵ)和a2(Ⅵ)鏈具有1 個(gè)N 端(N1)和2 個(gè)C 端(C1和C2),而a3(Ⅵ)鏈具有較大的N-和C-末端,其由12 個(gè)vWA 模塊(N1-N10、C1 和C2)和3 個(gè)不同的C-末端結(jié)構(gòu)域(C3~C5)組成。膠原蛋白Ⅵ亞基-a4(Ⅵ)、a5(Ⅵ)和a6(Ⅵ)包含由7 個(gè)vWA 模塊組成的N 端區(qū)域,1 個(gè)類似于a3(Ⅵ)的膠原三螺旋區(qū)域,以及1 個(gè)包含2~3 個(gè)vWA 模塊的C 端子區(qū)域,以及1 或2 個(gè)獨(dú)特的序列[1]。
COL6 廣泛存在于骨骼肌、皮膚、肺、血管、腸、周圍神經(jīng)和脂肪組織中。COL6 通過與其它細(xì)胞外基質(zhì)分子相互作用并為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支撐而形成一個(gè)珠狀微絲網(wǎng)絡(luò),這有助于微環(huán)境中ECM 發(fā)揮特性作用[2]。此外,它調(diào)節(jié)了細(xì)胞凋亡、自嗜、增殖、血管再生、纖維化及炎癥的信號(hào)通路。鑒于COL6 在調(diào)節(jié)細(xì)胞和組織中的作用,有必要闡述COL6 在腫瘤進(jìn)展過程中的分子機(jī)制。
用COL6 處理過的人肺癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性顯著增強(qiáng),提示COL6 促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移,定量分泌蛋白組分析顯示COL6a1 是與肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白[3]。低表達(dá)COL6a1 抑制了肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。COL6 以自分泌方式在人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中高度表達(dá),具有促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞黏附和擴(kuò)散的強(qiáng)大能力,從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的延伸、穿透和侵襲[4]。此外,COL6A3 的裂解物c5 片段endotrophin 肽(endotrophin,ETP)通過體內(nèi)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)依賴性上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)來增強(qiáng)乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[5]。盡管相關(guān)實(shí)驗(yàn)室及臨床數(shù)據(jù)都支持COL6 在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用,但仍需進(jìn)一步的研究來驗(yàn)證靶向COL6 在癌癥治療中的作用。
血管生成是由先前存在的脈管系統(tǒng)形成的新的毛細(xì)血管,是典型的腫瘤標(biāo)志,在癌癥生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在大多數(shù)實(shí)體瘤中,癌癥進(jìn)展期間血管顯著增加,這種新血管生成過程受到腫瘤微環(huán)境的影響,包括ECM 蛋白[6]。來自神經(jīng)元膠原抗原2 基因敲除小鼠實(shí)驗(yàn)的證據(jù)表明,腫瘤脈管系統(tǒng)是異常的,包括壁細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用受損,壁細(xì)胞成熟缺陷和血管滲漏,這些都可能是由于COL6 錨定的喪失,研究結(jié)果表明COL6 在癌癥重塑血管中的作用[7]。并且最近在野生型和Col6a1 小鼠腦中生長(zhǎng)的B16F10黑色素瘤細(xì)胞的研究為COL6 重塑腫瘤血管提供了直接證據(jù),結(jié)果顯示COL6 的缺乏可以通過抑制壁細(xì)胞成熟和內(nèi)皮細(xì)胞的萌芽、存活而影響血管功能,從而導(dǎo)致血管滲漏和抑制血管生成[8]。COL6 ETP 肽不僅可以作為一種化學(xué)引誘劑,將內(nèi)皮細(xì)胞募集到腫瘤微環(huán)境中,而且還可以作為促血管生成因子在體外顯著增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和小管形成,并且這兩種功能都可以通過ETP 抗體來消除[5]。這些發(fā)現(xiàn)表明,COL6的ETP 肽通過增加內(nèi)皮細(xì)胞的募集、遷移和小管形成,在促進(jìn)血管生成方面發(fā)揮著重要作用。總之,這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了COL6 是作為參與腫瘤血管重塑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,并且對(duì)潛在機(jī)制的進(jìn)一步研究可能有助于設(shè)計(jì)更有效的靶向腫瘤血管的藥物。
炎癥在腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移過程中起重要作用。炎癥腫瘤微環(huán)境的特征是募集大量的炎癥細(xì)胞以及炎癥反應(yīng)的激活[9]。在炎癥細(xì)胞中,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞是最顯著可以抑制抗腫瘤免疫、促進(jìn)腫瘤血管生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的細(xì)胞類型。巨噬細(xì)胞有一系列表型,從經(jīng)典活化(M1)表型到替代活化(M2)表型,它們分別表現(xiàn)出抗腫瘤活性或促進(jìn)腫瘤惡性發(fā)展。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞主要偏向M2 表型[10-11]。盡管腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞對(duì)腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的潛在分子機(jī)制尚不完全清楚,但腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞可能代表了治療的新靶點(diǎn)。
COL6 主要由人類和小鼠的巨噬細(xì)胞系表達(dá)[12-13]。巨噬細(xì)胞合成和分泌COL6 取決于它們的活化狀態(tài)、分化階段和細(xì)胞密度。值得注意的是,COL6 顯著增強(qiáng)了巨噬細(xì)胞的體外粘附,這表明COL6 在巨噬細(xì)胞募集中的潛在作用[13]。而且有研究發(fā)現(xiàn)COL6 ETP 肽能夠通過增加巨噬細(xì)胞募集和上調(diào)炎癥因子如IL-6和TNF-α 來促進(jìn)腫瘤炎癥[5]。因此,靶向COL6 抑制可能為一種有效的腫瘤治療方法。
有研究提出了幾種假定的COL6 受體,如β1-整聯(lián)蛋白和神經(jīng)元膠原抗原2/硫酸軟骨素蛋白多糖[14-15]。這些受體在腫瘤中高度表達(dá)并在調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮重要作用,能夠通過幾種不同的機(jī)制介導(dǎo)COL6 對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的影響。COL6 與乳腺癌細(xì)胞中神經(jīng)元膠原抗原2/硫酸軟骨素蛋白多糖的結(jié)合觸發(fā)了Akt-GSK-3β-β-catenin 下游途徑T 細(xì)胞因子/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子的激活,從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[2,16]。有體外研究結(jié)果表明過量COL6 刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-23,而IL-23 能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[17-18]。COL6 能激活單核細(xì)胞和上皮細(xì)胞中FAK 分子的信號(hào)通路,在COL6 刺激后黏著斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)的下游分子絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶也在肺上皮細(xì)胞中被激活[17]。已知細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶促進(jìn)細(xì)胞增殖、血管生成、細(xì)胞分化和細(xì)胞存活,這有助于發(fā)展各種類型的癌癥,包括非小細(xì)胞肺癌[19]。而FAK 的抑制也有利于延緩腫瘤進(jìn)展。有使用小分子FAK 抑制劑的研究正在針對(duì)患有各種類型腫瘤的患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)[20]。FAK 是抑制腫瘤進(jìn)展以及在組織重塑期間消除COL6 介導(dǎo)活性的相關(guān)靶標(biāo)。
EMT 是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的基本過程,COL6 ETP 肽通過TGF-β 信號(hào)介導(dǎo),有助于腫瘤細(xì)胞的EMT,從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步的研究表明,脂肪細(xì)胞來源的ETP 肽通過TGF-β 依賴性方式上調(diào)腫瘤組織纖維化,促進(jìn)乳腺腫瘤的生長(zhǎng)和進(jìn)展[5]。
此外,COL6 可以在腫瘤微環(huán)境中與其他ECM 組分相互作用,例如I、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ及X Ⅳ型膠原、纖連蛋白和肌腱蛋白。這些ECM 蛋白在腫瘤中強(qiáng)烈表達(dá),并廣泛影響腫瘤的發(fā)展和進(jìn)展[6],表明COL6 與其它ECM 蛋白的結(jié)合是促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的另一種潛在機(jī)制。有體內(nèi)研究表明,COL6 的消除能夠通過減少腫瘤血管中膠原蛋白Ⅳ、膠原蛋白I 和層粘連蛋白-11的沉積,導(dǎo)致腫瘤血管基底層的缺陷,從而延遲腦腫瘤進(jìn)展[7-8]??傊@些發(fā)現(xiàn)揭示了COL6 在腫瘤中作用的分子機(jī)制,也為癌癥治療提供了潛在的靶點(diǎn)。
眾所周知,免疫系統(tǒng)可以識(shí)別和抑制腫瘤的生長(zhǎng)。程序性死亡[蛋白]-1(programmed cell death-1,PD-1)是一種重要的免疫抑制分子,以PD-1 為靶點(diǎn)的免疫調(diào)節(jié)對(duì)抗腫瘤、抗感染、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等均有重要的意義。程序性死亡[蛋白]配體-1(programmed cell death-ligand-1, PD-L1)也可作為靶點(diǎn),相應(yīng)的抗體也可以起到相同的作用。PD-1 和PD-L1 結(jié)合啟動(dòng)T 細(xì)胞的程序性死亡,使腫瘤細(xì)胞獲得免疫逃逸。COL6 ETP 肽可以通過增強(qiáng)的TGF-β 信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)EMT,從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。最近研究表明TGF-β 阻斷抗體與抗PD-L1 的治療性給藥能減少基質(zhì)細(xì)胞中的TGF-β 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),促進(jìn)T 細(xì)胞滲透到腫瘤中心,并引起強(qiáng)烈的抗腫瘤免疫和腫瘤消退反應(yīng)[21]。前文已述,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞)是最顯著可以抑制抗腫瘤免疫、促進(jìn)腫瘤血管生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的細(xì)胞類型[10-11]。COL6 ETP肽能夠通過增加巨噬細(xì)胞募集和上調(diào)炎癥因子如IL-6和TNF-α 的產(chǎn)生來促進(jìn)腫瘤炎癥[5]。另外,最近有研究表明,IL-6 信號(hào)阻滯劑可以通過減少TGF-β 信號(hào)傳導(dǎo)及下調(diào)PD-L1/PD-1 受體,有利于抗腫瘤因子發(fā)揮作用[22]。COL6 是一種廣泛分布的ECM 蛋白,過度的ECM 重塑和反應(yīng)性基質(zhì)可以影響腫瘤中的T 細(xì)胞浸潤(rùn)和活性,從而影響對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑的反應(yīng)。這表明了進(jìn)一步探索ECM 和基質(zhì)成分在研究免疫檢查點(diǎn)抑制劑時(shí)的重要性。
代謝重編程是腫瘤的重要標(biāo)志。腫瘤細(xì)胞因喪失分化能力,且缺乏負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制而處于瘋狂增殖狀態(tài),為了維持腫瘤細(xì)胞持續(xù)快速的增殖,腫瘤細(xì)胞內(nèi)很多代謝途徑發(fā)生了改變。能量?jī)?chǔ)備和生物大分子合成是細(xì)胞增殖前的必須步驟,腫瘤細(xì)胞通過持續(xù)或異常激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K)/Akt/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白、低氧誘導(dǎo)因子-1、C-Myc等合成代謝的通路來增加糖酵解、促進(jìn)谷氨酰胺代謝及脂肪酸的合成,從而支持腫瘤持續(xù)生長(zhǎng)[23]。糖酵解通過低氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxiainducible factor-1α, HIF-1α)的下游效應(yīng)已成為獲得能量的主要方式,為了提高葡萄糖的供應(yīng),HIF-1α介導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白3 轉(zhuǎn)錄和丙酮酸、乳酸脫氫酶的增加,從而為腫瘤的代謝生長(zhǎng)提供充足的能量[24]。前文已述,ETP 可以通過上調(diào)HIF-1α 促進(jìn)腫瘤血管生成,而抗ETP 抗體具有相反的效果[10]。同時(shí)有研究表明,COL6A3基因的沉默可以抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,同時(shí)通過PI3K-Akt信號(hào)傳導(dǎo)途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25]。而在COL6 缺乏的小鼠模型中也可發(fā)現(xiàn)糖酵解減少和三羧酸循環(huán)通量的變化[26]。以上結(jié)果均表明,COL6 可以通過不同信號(hào)通路來影響腫瘤細(xì)胞的代謝,靶向COL6 從而干擾腫瘤細(xì)胞的合成代謝、抑制腫瘤的生長(zhǎng)速度可能成為未來研究的新方向。
圖1 膠原蛋白VI 作用機(jī)制圖
與健康對(duì)照組相比,COL6a3 片段在結(jié)直腸癌患者的循環(huán)中上調(diào)[27]。且COL6a3 的敲除實(shí)驗(yàn)表明可以減少結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲,并增加凋亡。同時(shí),COL1a2、COL6a3基因沉默抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,通過PI3K-Akt 信號(hào)傳導(dǎo)途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25]。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),COL6a3 在膀胱癌的組織和細(xì)胞中過表達(dá),并可以抑制參與TGF-β/Smad 信號(hào)通路的分子,COL6a3 沉默顯著抑制膀胱癌細(xì)胞增殖、血管生成和EMT 過程[28]。同樣,1 項(xiàng)量化胰腺導(dǎo)管腺癌患者血清中COL6a3 的研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,COL6a3 水平在胰腺導(dǎo)管腺癌患者血清中較高[29]。因此,血清中COL6 的上調(diào)是發(fā)展血清診斷生物標(biāo)志物的有用發(fā)現(xiàn)。COL1a2、COL6a3基因沉默可以減少癌癥細(xì)胞的增殖、遷移和遷徙。由于腫瘤中COL6 穩(wěn)態(tài)的喪失,可以產(chǎn)生病理相關(guān)的COL6 片段并釋放到循環(huán)中。這些特異性COL6 片段可能在臨床環(huán)境中用作癌癥診斷生物標(biāo)志物。最近1 項(xiàng)研究表明,基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)產(chǎn)生的COL6片段(C6Ma1,C6Ma3)具有作為癌癥生物標(biāo)志物的潛力。與對(duì)照組相比,C6Ma1 和C6Ma3 在幾種不同的癌癥中顯著升高,且這兩種標(biāo)志物在癌癥的所有階段均升高,因此它們可能用于患有早期和晚期癌癥的患者。但為了全面分析COL6 片段的診斷/預(yù)后適用性,還應(yīng)評(píng)估更多患者、其他類型的癌癥和具有相似病理(例如纖維化)的疾病[30]。
同時(shí),有研究還發(fā)現(xiàn)COL6 的高表達(dá)與癌癥預(yù)后有著一定的聯(lián)系,高COL6a1 表達(dá)與宮頸癌患者的不良臨床預(yù)后相關(guān)[31]?;仡櫺苑治隽藖碜?00 多例膠質(zhì)瘤患者的公共基因表達(dá)數(shù)據(jù)集,并證實(shí)了患者預(yù)后不良和COL6a1 高表達(dá)的顯著相關(guān)性[32]。同樣,在1 項(xiàng)COL6a3 在結(jié)直腸癌中作用的研究表明,COL6a3 是結(jié)直腸癌中的獨(dú)立預(yù)后因子[33]。另外有數(shù)據(jù)表明,基質(zhì)COL6 表達(dá)與惡性腫瘤的關(guān)鍵特征相關(guān),代表了1 種新的獨(dú)立預(yù)后因素,可能影響唾液腺癌對(duì)放療的反應(yīng)[34]。以上研究和數(shù)據(jù)均表明,COL6 在預(yù)測(cè)癌癥預(yù)后中扮演著重要的角色,但其中的機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。
對(duì)化療耐藥是臨床治療中的常見現(xiàn)象,并且是癌癥患者的主要死亡原因。然而,這種耐藥的分子機(jī)制在很大程度上是未知的。已知金屬硫蛋白在促進(jìn)順鉑耐藥中發(fā)揮關(guān)鍵作用[35]。COL6 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中金屬硫蛋白-1E 和硫蛋白-1F 顯著上調(diào),從而為COL6 在順鉑耐藥中提供機(jī)制聯(lián)系[16]。在奧沙利鉑耐藥與奧沙利鉑敏感的卵巢癌細(xì)胞系差異表達(dá)基因中,COL6a3上調(diào)最顯著,在奧沙利鉑耐藥細(xì)胞中增加62 倍[36]??傊@些發(fā)現(xiàn)表明COL6 有助于化療耐藥。腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的反應(yīng)部分受到腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié),進(jìn)一步的研究表明,在乳腺癌中使用紫杉醇的化學(xué)療法顯著增強(qiáng)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn),從而保護(hù)腫瘤細(xì)胞免于化療誘導(dǎo)的死亡[37]。miR-511 是由巨噬細(xì)胞強(qiáng)烈表達(dá)并在人類腫瘤中下調(diào)的miRNA,能強(qiáng)烈抑制腫瘤細(xì)胞增殖[38-39]。M2 巨噬細(xì)胞中miRNA-511-3P 的過表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞中COL6 表達(dá)的顯著下調(diào),限制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的功能,從而抑制腫瘤生長(zhǎng)[40]。綜上所述,巨噬細(xì)胞大量表達(dá)和分泌COL6,表明miRNA-511 在調(diào)節(jié)COL6 表達(dá)中的潛在作用[13]。因此,COL6 可以作為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和化療耐藥之間的重要聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞減弱化療反應(yīng)能力的分子機(jī)制,而且為提高患者化療療效提供了新的靶點(diǎn)。
COL6 是腫瘤生長(zhǎng)的突出啟動(dòng)子,其在人類很多腫瘤中過表達(dá),且與腫瘤不良預(yù)后密切相關(guān)。COL6通過不同的信號(hào)傳導(dǎo)方式激活轉(zhuǎn)錄因子、生長(zhǎng)因子和激酶,從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和進(jìn)展。通過上調(diào)金屬硫蛋白促進(jìn)了耐藥,通過TGF-β 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)EMT。此外,COL6 通過促進(jìn)腫瘤代謝重編程、參與腫瘤免疫逃逸而利于腫瘤生長(zhǎng)。同時(shí),COL6 還直接作用于腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞,如巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞,以促進(jìn)炎癥和血管生成??傊@些研究結(jié)果都表明了COL6是參與腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展的重要調(diào)節(jié)因子。