張青云,傅俊江,陳漢春*

(1.中南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系,中國湖南長沙410013；2.西南醫(yī)科大學(xué)表觀遺傳與腫瘤重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究中心,中國四川瀘州646000)

腫瘤轉(zhuǎn)移是癌癥致死的重要原因之一[1]。腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移歷經(jīng)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、定向侵襲、侵入血液循環(huán)或淋巴循環(huán)、滲出脈管并形成微轉(zhuǎn)移灶和定植[2]。EMT是上皮細(xì)胞上皮樣特征減少并獲得間充質(zhì)細(xì)胞特性的生理過程[3],也是正常器官發(fā)生和應(yīng)對細(xì)胞應(yīng)激、炎癥和缺氧反應(yīng)所需的重要環(huán)節(jié)[4]。EMT受眾多參與維持上皮特性的鈣依賴性細(xì)胞黏附分子的調(diào)節(jié)。例如:鈣黏蛋白切換,即E-鈣黏蛋白(E-cadherin)到N-鈣黏蛋白(N-cadherin)的轉(zhuǎn)換,其重要分子特征是E-cadherin功能喪失以及N-cadherin和波形蛋白(vimentin)等功能增強(qiáng)。EMT是腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的初始步驟,呈現(xiàn)上皮細(xì)胞失去細(xì)胞極性和細(xì)胞黏附能力而獲得遷移和侵襲性,在啟動(dòng)和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[5]。EMT過程中,一些細(xì)胞可以獲得有助于腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的腫瘤干細(xì)胞樣特性和耐藥性[6]。該過程也與抑制細(xì)胞衰老相關(guān)[7]。根據(jù)其發(fā)生的生物學(xué)背景,EMT被分為3種亞型。Ⅰ型EMT對胚胎發(fā)生和器官發(fā)育至關(guān)重要；Ⅱ型EMT受炎癥反應(yīng)激活,與傷口愈合、組織再生和器官纖維化相關(guān)；Ⅲ型EMT主要參與腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移[8]。腫瘤發(fā)展過程中的EMT可通過間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(mesenchymal-epithelial transition,MET)而恢復(fù)上皮樣特性,多發(fā)生在腫瘤細(xì)胞最終的轉(zhuǎn)移部位以形成新的腫瘤[7]。較多研究發(fā)現(xiàn),多種類型的腫瘤組織中異常高表達(dá)Twist、Snail和Zeb等轉(zhuǎn)錄因子家族成員,這些轉(zhuǎn)錄因子通過負(fù)調(diào)節(jié)E-cadherin轉(zhuǎn)錄而促進(jìn)EMT的發(fā)生發(fā)展[1,9]。本文主要介紹幾種EMT標(biāo)志性蛋白質(zhì)和典型的轉(zhuǎn)錄因子在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的作用及其機(jī)制,為腫瘤的生物治療機(jī)制研究提供新思路。文中所涉及的分子之間的相互作用總結(jié)于圖1。

1 EMT標(biāo)志性蛋白質(zhì)影響腫瘤轉(zhuǎn)移

應(yīng)力纖維重排、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)從膜到核的重新定位、E-cadherin表達(dá)被抑制、肌動(dòng)蛋白發(fā)生重組及vimentin和N-cadherin表達(dá)上調(diào)是腫瘤轉(zhuǎn)移過程中EMT發(fā)生的關(guān)鍵事件。上皮細(xì)胞特征的維持在于穩(wěn)定的細(xì)胞-細(xì)胞接觸及黏附點(diǎn)的形成,E-cadherin通過α-或β-catenin連接到肌動(dòng)蛋白絲形成穩(wěn)定的細(xì)胞接觸。腫瘤細(xì)胞在EMT過程中頻繁出現(xiàn)E-cadherin表達(dá)下調(diào)和功能喪失,β-catenin從膜到核的重新定位,間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志性蛋白質(zhì)N-cadherin和vimentin高表達(dá)均促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[9,10]。

1.1 E-cadherin抑制腫瘤轉(zhuǎn)移

E-cadherin是由鈣黏蛋白1基因(cadherin-1,CDH1)表達(dá)的跨膜糖蛋白[11]。它是鈣黏蛋白超家族中的一員,作為一種Ca2+依賴性黏附分子,能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞間相互作用[12]。E-cadherin是促進(jìn)上皮細(xì)胞黏附的鈣依賴性細(xì)胞表面蛋白質(zhì),具有長肽段的胞質(zhì)和胞外結(jié)構(gòu)域,細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域在相鄰細(xì)胞之間產(chǎn)生親和作用以促進(jìn)細(xì)胞黏附。E-cadherin是EMT典型的上皮細(xì)胞標(biāo)志物。抑制E-cadherin的表達(dá)或阻斷其功能可致細(xì)胞間質(zhì)形態(tài)改變,有利于細(xì)胞遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移[13]。研究發(fā)現(xiàn),體細(xì)胞突變、染色體缺失、蛋白水解酶切割均可以使CDH1沉默或表達(dá)水平降低,此外表觀遺傳學(xué)修飾引起的CDH1啟動(dòng)子沉默,同樣可以降低E-cadherin的表達(dá),從而促使上皮細(xì)胞獲得成纖維細(xì)胞表型,使其解離和遷移能力增強(qiáng)。另外,轉(zhuǎn)錄因子 Twist、Snail、Slug、Zeb1 和 Zeb2 作為 E-cadherin的轉(zhuǎn)錄阻遏物,可經(jīng)抑制E-cadherin表達(dá)而破壞緊密連接和細(xì)胞橋粒[11,14]。研究發(fā)現(xiàn),E-cadherin的啟動(dòng)子甲基化存在于多種上皮癌細(xì)胞中,包括頭頸鱗癌、胃癌、肝癌、膀胱癌和肺癌[10]。在乳腺癌中,E-cadherin功能的部分或全部喪失與腫瘤細(xì)胞失去分化特征、獲得侵襲性、發(fā)生轉(zhuǎn)移及預(yù)后差相關(guān)[13]。

1.2 N-cadherin促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

鈣黏蛋白切換,即從E-cadherin到N-cadherin的轉(zhuǎn)換,調(diào)節(jié)細(xì)胞在EMT過程中的遷移和侵襲能力。研究表明,N-cadherin通過激活絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,調(diào)控EMT標(biāo)志蛋白質(zhì)如E-cadherin和vimentin的轉(zhuǎn)錄,從而促進(jìn)EMT發(fā)生及腫瘤轉(zhuǎn)移。下調(diào)N-cadherin表達(dá)可顯著抑制Twist、Snail和Slug的表達(dá),而在甲狀腺癌細(xì)胞IHH4中N-cadherin的異位表達(dá)能夠顯著上調(diào)Twist和Slug的表達(dá)；研究發(fā)現(xiàn),基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān),敲低N-cadherin表達(dá)可下調(diào)MMP-2、MMP-9和 MMP-14的轉(zhuǎn)錄,表明N-cadherin通過調(diào)節(jié)EMT及細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)甲狀腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[1]。在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中,腫瘤抑制因子的失活或表觀遺傳學(xué)修飾沉默,同樣促進(jìn)間充質(zhì)標(biāo)記物N-cadherin的表達(dá)[15]。N-cadherin高表達(dá)與細(xì)胞分化抑制、腫瘤的晚期病理分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及更短的疾病特異生存期(diseasespecific survival,DSS)和無病生存期(disease-free survival,DFS)顯著相關(guān),N-cadherin可能經(jīng)介導(dǎo)不穩(wěn)定的細(xì)胞黏附而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[16]。

1.3 Vimentin促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

Vimentin是一種高度保守的相對分子質(zhì)量為57 kD的蛋白質(zhì),廣泛表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎小管細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和白細(xì)胞,主要表達(dá)于間充質(zhì)細(xì)胞[17]。Vimentin是一種中間絲蛋白質(zhì),是間充質(zhì)細(xì)胞區(qū)分于上皮細(xì)胞的標(biāo)志物[9]。據(jù)報(bào)道,在卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌[15]、乳腺癌[13]、舌鱗狀細(xì)胞癌[16]、肺癌[17]、前列腺癌[14]細(xì)胞中,vimentin的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān)。Vimentin涉及腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的較多環(huán)節(jié),包括腫瘤的起始、EMT和腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散。Vimentin是調(diào)節(jié)EMT的重要組分,涉及EMT發(fā)生和腫瘤進(jìn)展、細(xì)胞遷移和入侵、細(xì)胞器(如線粒體)定位和錨定的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,影響細(xì)胞與細(xì)胞以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)之間的黏附,被認(rèn)為是細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的重要監(jiān)管者[17]。在舌鱗狀細(xì)胞癌中,vimentin參與腫瘤發(fā)生,并且與細(xì)胞分化程度差、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及較短時(shí)程的DSS和DFS顯著相關(guān)[16]。Vimentin 通過調(diào)節(jié) E-cadherin/β-catenin 復(fù)合物來促進(jìn)細(xì)胞侵襲,其比E-cadherin/β-catenin在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著更加關(guān)鍵的作用[18]。

1.4 MMPs促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

MMPs可經(jīng)降解細(xì)胞外基質(zhì)而降低細(xì)胞-基質(zhì)黏附度[14],呈現(xiàn)對EMT的重要調(diào)節(jié)作用。MMPs的過表達(dá)在腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲中起關(guān)鍵作用[19],主要見于促進(jìn)乳腺癌、宮頸癌、前列腺癌、肺癌、支氣管癌[15]、腎癌、口腔癌和卵巢癌的轉(zhuǎn)移[20]。其效應(yīng)過程基本遵循MMPs促進(jìn)胚胎發(fā)育中EMT發(fā)生的模式,包括細(xì)胞黏附破壞、極性喪失和細(xì)胞骨架重塑,釋放間質(zhì)特異性MMPs(MMP-1、MMP-2、MMP-9、MMP-12 和 MMP-13)、降解侵入和傳播到特定組織的細(xì)胞外基質(zhì)及誘導(dǎo)基質(zhì)細(xì)胞分泌MMPs(MMP-7和MMP-14),從而增加細(xì)胞外基質(zhì)的降解并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。此外,MMPs可經(jīng)介導(dǎo)蛋白酶水解E-cadherin而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。目前,已在卵巢癌、乳腺癌、胃癌和結(jié)直腸癌中發(fā)現(xiàn)了不同類型的MMPs的表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)[7]。其中,MMP-2和MMP-9特異性降解明膠、膠原蛋白、彈性蛋白和纖連蛋白[14],是參與EMT過程進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)性最高的兩種酶。MMPs除了發(fā)揮肽鏈內(nèi)切酶功能促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的降解外,也可以切割細(xì)胞表面受體并參與生物活性分子的加工,從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[11]。事實(shí)上,所有的MMPs均能以一定的速度切割明膠和纖連蛋白,幾乎每種MMP都能降解含膠原蛋白序列GPQGIAGQ的八肽。此外,MMPs的激活存在多種機(jī)制,例如:MMPs與絲氨酸蛋白酶的相互作用；纖溶酶可以切割MMPs的前體,如膠原酶和基質(zhì)溶素,并將它們激活；MMP-7可促進(jìn)低相對分子質(zhì)量尿激酶原和尿激酶的形成[21]。

1.5 β-catenin異位表達(dá)促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

β-catenin介導(dǎo)鈣黏蛋白黏附受體與細(xì)胞骨架連接,它與膜上的E-cadherin結(jié)合,對于E-cadherin的定位和功能的發(fā)揮至關(guān)重要。β-catenin也是Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的關(guān)鍵要素,Wnt經(jīng)典信號通路能夠通過抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)介導(dǎo)的磷酸化及抑制胞質(zhì)中β-catenin的降解誘發(fā)EMT,還能作為共轉(zhuǎn)錄激活因子作用于靶基因[22]。β-catenin定位于正常上皮細(xì)胞和非侵襲性腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜中；在經(jīng)歷EMT的細(xì)胞中,β-catenin位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中。β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中的定位反映其與E-cadherin分離,細(xì)胞質(zhì)中的游離β-catenin易位至細(xì)胞核并促進(jìn)EMT誘導(dǎo)性蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄[13]。β-catenin的表達(dá)增強(qiáng)與腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移相關(guān)。據(jù)報(bào)道,在卵巢癌、人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)誘導(dǎo)的宮頸癌和子宮內(nèi)膜癌中,β-catenin在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中積累,引起Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的改變,使其下游靶基因(EMT誘導(dǎo)性蛋白質(zhì)基因)的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng),進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[15]。研究表明,上調(diào)β-catenin表達(dá)可增加EMT水平；E-cadherin的功能喪失往往上調(diào)β-catenin的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性從而增加EMT水平[23]。EMT過程中,與E-cadherin分離的β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中積累并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核而活化EMT相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[24],特別是促進(jìn)Snail轉(zhuǎn)錄因子家族成員的表達(dá)[22]。有關(guān)細(xì)胞EMT程序的研究發(fā)現(xiàn)β-catenin與Slug轉(zhuǎn)錄因子家族成員之間存在密切關(guān)系,經(jīng)典的Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可以通過增加β-catenin水平而促進(jìn)Slug表達(dá),從而激活EMT程序[25]。此外,研究發(fā)現(xiàn)沉默β-catenin的表達(dá)可逆轉(zhuǎn)乳腺癌中由類細(xì)胞周期素依賴性激酶2(cyclin-dependent kinase-like 2,CDKL2)誘導(dǎo)的EMT[13]。入核的β-catenin通過誘導(dǎo)Zeb1的轉(zhuǎn)錄上調(diào),繼而調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞中的DNA損傷修復(fù)和阿霉素(doxorubicin,DOX)抗性。Zeb1沉默的MCF-7/ADR細(xì)胞不能進(jìn)行DNA的損傷修復(fù)。長期阿霉素用藥能夠促進(jìn)β-catenin發(fā)生核轉(zhuǎn)位,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT轉(zhuǎn)化。已有臨床試驗(yàn)報(bào)道,以阿霉素為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)治療方案未能延長胃癌患者的生存期,其關(guān)鍵原因就在于細(xì)胞獲得阿霉素抗性后誘導(dǎo)了EMT的發(fā)生,而阻礙β-catenin信號的傳導(dǎo)可抑制DOX誘導(dǎo)的EMT和細(xì)胞遷移[18,26]。

2 EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移

研究表明某些轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)上調(diào)會(huì)促進(jìn)EMT過程,如Twist、Snail和Slug等家族的轉(zhuǎn)錄因子可將部分分化的腫瘤細(xì)胞重編程而使其獲得干細(xì)胞特性[27]。EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子異常升高引起的細(xì)胞可塑性導(dǎo)致腫瘤迅速發(fā)展和治療效率降低[28]。EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)在體細(xì)胞組織中被抑制,但在腫瘤發(fā)展過程中,由于各種細(xì)胞自主途徑和微環(huán)境的影響,這些EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)又被重新啟動(dòng)[29]。這些轉(zhuǎn)錄因子主要是通過抑制腫瘤細(xì)胞的衰老和凋亡,并誘導(dǎo)其干性和代謝改變而呈現(xiàn)致癌潛能。已知Twist蛋白質(zhì)能夠抑制腫瘤細(xì)胞的衰老和凋亡,Snail和Zeb家族蛋白質(zhì)則主要是抵抗細(xì)胞死亡。同時(shí),Twist、Snail和Zeb家族蛋白質(zhì)也可促進(jìn)細(xì)胞獲得細(xì)胞干性和誘導(dǎo)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化,Snail蛋白質(zhì)可同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞的代謝改變[30]。

2.1 Twist家族轉(zhuǎn)錄因子

Twist是螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一,是一個(gè)重要的EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子[31]。Twist(也稱 Twist1)和 Twist相關(guān)蛋白質(zhì)(Twist2)具有廣泛的同源性[32]。Twist1被認(rèn)為是EMT的重要調(diào)節(jié)者,它的突變與常染色體顯性遺傳病Saethre-Chotzen綜合征的發(fā)生相關(guān)[33]；腫瘤轉(zhuǎn)移灶中常發(fā)現(xiàn)Twist1表達(dá)異?；蚱浠虻募谆揎椩黾印wist1的過表達(dá)與前列腺癌、上皮性卵巢癌、尿路上皮癌、膀胱癌、肝細(xì)胞癌、胃癌、結(jié)腸癌、直腸癌、甲狀腺癌、乳腺癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、鼻咽癌、頭頸癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和慢性髓系白血病等的發(fā)展相關(guān)[2,34]。Twist在3種類型的EMT中均被激活,并在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中表達(dá)上調(diào)。Twist是E-cadherin的轉(zhuǎn)錄阻遏物,對N-cadherin和纖連蛋白的轉(zhuǎn)錄呈現(xiàn)誘導(dǎo)作用[9]。除過表達(dá)以外,表觀遺傳改變(如Twist1基因啟動(dòng)子超甲基化)也與不同類型的腫瘤發(fā)展相關(guān)[34]。Twist1基因啟動(dòng)子超甲基化是其重要的表觀遺傳學(xué)特性之一,但Twist1基因啟動(dòng)子的超甲基化不一定與Twist1的mRNA或蛋白質(zhì)水平相關(guān)；Twist1過表達(dá)與其基因啟動(dòng)子超甲基化似乎是兩個(gè)獨(dú)立事件。Twist1過表達(dá)與癌癥高等級或侵襲性腫瘤伴隨的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移呈正相關(guān),也與腫瘤的治療效率降低、腫瘤復(fù)發(fā)和不良預(yù)后呈正相關(guān)。因此,Twist1可能成為一個(gè)診斷癌癥預(yù)后不良的生物標(biāo)志。目前,該結(jié)論已經(jīng)在乳腺癌、膀胱癌、宮頸癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、頭頸癌、結(jié)直腸癌、肝細(xì)胞癌、黑色素瘤、鼻咽癌和卵巢癌中獲得了證實(shí)；同時(shí),細(xì)胞系和動(dòng)物模型的研究結(jié)果也體現(xiàn)出Twist1的腫瘤標(biāo)志物作用[2]。

Twist1作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子,既可參與Akt、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)、MAPK、Ras、轉(zhuǎn)化生長因子-β (transforming growth factor-β,TGF-β)和Wnt等典型的致瘤信號通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移,又受核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)、原肌球蛋白受體激酶B(tropomyosin receptor kinase B,TrkB)和類固醇受體輔激活物-3(steroid receptor coactivator-3,SRC-3)等經(jīng)典的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Twist1經(jīng)下調(diào)E-cadherin和上調(diào)N-cadherin表達(dá)而促進(jìn)EMT發(fā)生；在結(jié)直腸癌細(xì)胞中,Twist通過減少E-cadherin的表達(dá)和增加vimentin及MMP-9的表達(dá)而促進(jìn)EMT進(jìn)程與細(xì)胞侵襲；Twist1在細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)的血管發(fā)生、外滲、侵襲性偽足生成及血管生成擬態(tài)和染色體不穩(wěn)定等過程中也具有至關(guān)重要的作用[34,35]。在乳腺癌中,Twist參與介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的激素抗性；Twist在胰腺腫瘤細(xì)胞中表達(dá)較低,但在缺氧條件下被激活后則促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移[36]。研究表明,Twist1作為一種存在于多種腫瘤細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄因子,參與介導(dǎo)腫瘤起始、細(xì)胞干性形成、血管生成及細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移和耐藥機(jī)制[2]。

2.2 Snail家族轉(zhuǎn)錄因子

Snail轉(zhuǎn)錄因子超家族成員包括Snail1、Slug(Snail2)和Scratch,這些蛋白質(zhì)都具有SNAG結(jié)構(gòu)域和至少4個(gè)功能性鋅指結(jié)構(gòu)[14]。SNAG結(jié)構(gòu)域?qū)τ诘鞍踪|(zhì)的核定位及其發(fā)揮轉(zhuǎn)錄阻遏物的作用是必不可少的[37]。Snail和Slug均可抑制編碼E-cadherin的上皮標(biāo)記基因CDH1的表達(dá),其中Snail是被廣泛認(rèn)可的E-cadherin表達(dá)抑制因子,可直接抑制E-cadherin的轉(zhuǎn)錄而共同誘導(dǎo)EMT的發(fā)生[38]。此外,Snail可經(jīng)調(diào)控細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)的基因表達(dá)而誘導(dǎo)EMT發(fā)生,并由EMT直接誘導(dǎo)與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的生物物理變化而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[39]；Snail也可經(jīng)誘導(dǎo)E-cadherin阻遏物如Zeb-1和Zeb-2的表達(dá)而降低E-cadherin的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制效應(yīng)[40]。在前列腺癌微環(huán)境中,Snail不僅能夠與TGF-β相互作用,而且也能與表皮生長因子(epi dermal growth factor,EGF)相互作用,下調(diào)人類白細(xì)胞抗原Ⅰ(human leukocyte antigen,HLA-Ⅰ)的表達(dá),加速前列腺癌進(jìn)展；敲低前列腺癌細(xì)胞中Snail的表達(dá)則顯著逆轉(zhuǎn)由TGF-β和EGF作用導(dǎo)致的HLA-Ⅰ表達(dá)的下調(diào),表明Snail在HLA-Ⅰ的表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用,Snail誘導(dǎo)的EMT主要經(jīng)免疫抑制促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)移[41]。靶向下調(diào)Snail可逆轉(zhuǎn)EMT[42]。有研究認(rèn)為,Snail是預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移的有效靶標(biāo)[43]。Snail的高表達(dá)與腫瘤惡性程度高及預(yù)后差相關(guān),已成為肝癌、胃癌和膀胱癌的不良預(yù)后標(biāo)志[14]。此外,Snail可以招募多種染色質(zhì)酶,包括賴氨酸特異性去甲基化酶1(lysine specific demethylase 1,LSD1)、組蛋白去乙酰化酶1/2(histone deacetylase 1/2,HDAC1/2)、多梳抑制復(fù)合物2(polycomb repressive complex 2,PRC2)、常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2(euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 2,EHMT2/G9a)和花斑抑制因子同源物(suppressor of variegation 3-9 homolog 1,Suv3-9H1),作用于E-cadherin編碼基因啟動(dòng)子,這些酶以高度協(xié)調(diào)的方式作用于異染色質(zhì),促進(jìn)啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的DNA甲基化。阻斷Snail與這些染色質(zhì)修飾酶之間的連接可能是預(yù)防EMT相關(guān)性腫瘤轉(zhuǎn)移的有效策略[44]。研究發(fā)現(xiàn),Snail1的作用還涉及藥物/免疫抗性的調(diào)節(jié)和腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell,CSC)表型呈現(xiàn)[14]。

Snail家族的另一成員Slug在EMT中也發(fā)揮重要作用。下調(diào)Slug活性可抑制三陰性乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散,其機(jī)制可能是特異性地抑制了乳腺癌細(xì)胞的骨歸巢和定植[13]。研究發(fā)現(xiàn),在正常的乳腺上皮細(xì)胞中Slug還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、細(xì)胞可塑性和乳腺干細(xì)胞狀態(tài)。這些Slug依賴過程已被證明影響乳腺腫瘤的起始和進(jìn)展[37]。研究表明,Slug是黑色素瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的必需轉(zhuǎn)錄因子[43]。Slug能夠抑制P53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡并激活腫瘤細(xì)胞的干細(xì)胞特性,從而促使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生放射抗性；敲除Slug可增加荷瘤小鼠腫瘤細(xì)胞的放射敏感性[30]。Snail及Slug不僅抑制E-cadherin表達(dá),而且下調(diào)閉合蛋白、緊密連接蛋白和黏蛋白1的表達(dá),上調(diào)vimentin和纖連蛋白的表達(dá),從而形成完整的EMT環(huán)境和呈現(xiàn)EMT表型[11,45]。Snail1的存在增加了MMP-2和MMP-9的mRNA水平并促進(jìn)EMT的發(fā)生,Snail1和Slug共同持續(xù)誘導(dǎo)MMP-9的表達(dá)以維持EMT進(jìn)程[14]。然而,同樣作為Snail家族成員的Scratch在EMT過程中并未呈現(xiàn)顯著作用[13]。

2.3 Zeb家族轉(zhuǎn)錄因子

Zeb家族(Zeb1和Zeb2)是一組具有鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子,其通過下調(diào)E-cadherin以及緊密連接、間隙連接和橋粒連接的某些組成成分的表達(dá),上調(diào)其他間質(zhì)標(biāo)記蛋白質(zhì)如vimentin、纖連蛋白、N-cadherin和MMPs的表達(dá),導(dǎo)致上皮細(xì)胞的極性和黏附性喪失,誘導(dǎo)EMT發(fā)生,促進(jìn)細(xì)胞遷移、侵襲和最終轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)端器官。Zeb轉(zhuǎn)錄因子的編碼基因能夠被多種信號分子或信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活,如信號分子類固醇激素、缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)、成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)、胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)受體、Ras-胞外信號調(diào)節(jié)激酶2-Fos相關(guān)抗原1(Ras-extracellular signal-regulated kinase 2-Fos-related antigen 1,Ras-ERK2-Fra1)、NF-κB和Janus激酶(Janus kinase,JAK)/STAT3及經(jīng)典TGF-β/Smad、Wnt和 Notch等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[13,34]。在針對皮膚黑色素瘤[46]、甲狀腺癌[47]、卵巢癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、肺癌、前列腺癌、結(jié)腸癌、膽囊癌、胰腺癌和膀胱癌等腫瘤的研究中,人們發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Zeb蛋白質(zhì)能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移；而且表觀遺傳學(xué)改變?nèi)鐔?dòng)子高甲基化和Zeb1基因的組蛋白修飾均可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。已有研究報(bào)道,某些微RNA(microRNA,miRNA)如miR-200、miR-183和miR-203能抑制腫瘤細(xì)胞的干細(xì)胞特性,而Zeb能夠降低這些miRNA的表達(dá),從而增加腫瘤細(xì)胞的干細(xì)胞特性[34]。

圖1 EMT介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制[30,34,35]Fig.1 The molecular mechanism of epithelial-mesenchymal transition mediating tumor metastasis[30,34,35]

在皮膚黑色素瘤中,從Zeb2high/Snail2high到Zeb1high/Twist1high表達(dá)模式的切換與腫瘤起始和進(jìn)展相關(guān)[48]。Zeb1過表達(dá)與腫瘤的惡性程度呈正相關(guān),特別是上皮衍生癌如乳腺癌和肺癌。Zeb1作為EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子,經(jīng)促進(jìn)EMT而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移[46]。研究表明,在胰腺癌和前列腺癌細(xì)胞中,Zeb1促進(jìn)了Notch配體Jagged1的表達(dá)并通過抑制miR-200的表達(dá)而活化Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；在肺癌細(xì)胞中,Zeb1則直接上調(diào)Notch1表達(dá),而非調(diào)節(jié)Jagged1的表達(dá),這提示在不同類型的人類腫瘤細(xì)胞中,Zeb1/miR-200可以通過不同的機(jī)制來調(diào)節(jié)Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[49]。此外,Zeb1決定腫瘤干細(xì)胞性質(zhì),與腫瘤細(xì)胞的放射抗性和耐藥性密切相關(guān)[13],組蛋白去乙?；敢种苿┛梢阅孓D(zhuǎn)Zeb1調(diào)節(jié)的EMT,并降低胰腺癌對吉西他濱的耐藥性[50]。在鼻咽癌細(xì)胞中,Zeb1通過激活DNA損傷修復(fù)途徑產(chǎn)生放射抗性而誘導(dǎo)EMT的發(fā)生[30]；在胰腺癌中,Zeb1與EMT和細(xì)胞干性維持相關(guān)[51]；在前列腺癌細(xì)胞中,Zeb1的表達(dá)水平與格里森評分相關(guān)[52]。

3 結(jié)語

EMT是胚胎發(fā)育和細(xì)胞應(yīng)激所需的關(guān)鍵細(xì)胞過程,其在啟動(dòng)和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移與侵襲中的作用及機(jī)制越來越受到重視。EMT信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,分子調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚。作為腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟,EMT在腫瘤診斷、腫瘤分期和腫瘤治療中都有著重要作用。眾所周知,腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與癌癥高發(fā)病率和死亡率密切相關(guān),同時(shí)也是成功攻克癌癥的主要障礙。因此,近幾年集中于EMT在腫瘤細(xì)胞遷移侵襲方面的分子機(jī)制研究得到了廣泛開展。雖然目前對EMT在腫瘤細(xì)胞遷移侵襲中的作用有了較好的闡述,但是關(guān)于腫瘤細(xì)胞在經(jīng)歷EMT后細(xì)胞代謝的改變以及對腫瘤干細(xì)胞表型、放射抗性的影響及機(jī)制知之甚少,這將是系統(tǒng)闡明EMT介導(dǎo)的相關(guān)生物學(xué)作用的瓶頸。隨著高通量及功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究的快速發(fā)展,人們有望全面闡明參與EMT的蛋白質(zhì)分子的相互作用網(wǎng)絡(luò),這將為減少腫瘤復(fù)發(fā)、預(yù)防腫瘤細(xì)胞侵襲和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移提供新的研究方向。同時(shí),明確EMT相關(guān)蛋白質(zhì)及轉(zhuǎn)錄因子在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中的作用有助于人們對腫瘤的發(fā)生和治療產(chǎn)生新的認(rèn)知,為抑制腫瘤發(fā)展提供新的研究思路。此外,利用這些參與EMT過程的蛋白質(zhì)分子發(fā)掘新的腫瘤治療靶點(diǎn)、研發(fā)新型診斷試劑和治療藥物可能成為早期診斷和腫瘤治療的新策略。