曾志華,魯雄兵

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院泌尿外科,江西南昌 330006)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epitheliai-mesenchyma transition,EMT)是由眾多調(diào)節(jié)因子經(jīng)過(guò)各種調(diào)節(jié)通路導(dǎo)致上皮細(xì)胞特性消失而表達(dá)間充質(zhì)細(xì)胞特性的細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程。EMT的典型特征是上皮細(xì)胞標(biāo)記物下調(diào)，如E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、緊密連接(ZO1)、橋粒(desmoplakin)、細(xì)胞角蛋白(cytokeratins)、層黏連蛋白(laminin)，同時(shí)伴隨間質(zhì)標(biāo)記物表達(dá)的升高，如N-鈣黏蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(vimentin)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、細(xì)胞骨架重組，特別是E-鈣黏蛋白的下調(diào)及N-鈣黏蛋白的上調(diào)是EMT的標(biāo)志性特征[1]。EMT是一個(gè)動(dòng)態(tài)的連續(xù)的過(guò)程，由于EMT過(guò)程導(dǎo)致E-鈣黏蛋白、細(xì)胞角蛋白、橋粒等下調(diào)及N-鈣黏蛋白、波形蛋白等的表達(dá)上調(diào)而造成細(xì)胞間的緊密連接、縫隙連接破壞，引起上皮細(xì)胞間結(jié)構(gòu)松散，同時(shí)引起圓形或方形的上皮細(xì)胞重塑成梭形間質(zhì)細(xì)胞形態(tài)，獲得運(yùn)動(dòng)能力，具備侵襲性。

EMT可分成3型：Ⅰ型與胚胎生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)，在早期胚胎發(fā)育時(shí)中胚層形成、神經(jīng)嵴發(fā)育、心臟瓣膜發(fā)育、次生腭的形成以及男性苗勒管退化，胚胎細(xì)胞經(jīng)過(guò)反復(fù)的EMT及間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(mesenchyma-epitheliai transition,MET)過(guò)程完成器官組織生長(zhǎng)發(fā)育；Ⅱ型與組織創(chuàng)傷的修復(fù)愈合纖維化密切相關(guān)，在組織的創(chuàng)傷及創(chuàng)傷后炎癥期都能夠引發(fā)上皮細(xì)胞EMT過(guò)程促使組織修復(fù)或纖維化[2]；Ⅲ型EMT與腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移、耐藥、腫瘤干細(xì)胞形成等相關(guān)，EMT主要是通過(guò)改變轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的基因表達(dá)，而進(jìn)一步改變細(xì)胞表型。EMT誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子一般含有：Snail家族(Snail1、Snail2)、ZEB家族(ZEB1、ZEB2)、螺旋-環(huán)-螺旋家族(TWIST1、TWIST2、TCF3)，此外還有PRRX1、YAP1/TAZ、SOX4、miRNAs等[3]。誘導(dǎo)EMT過(guò)程與腫瘤細(xì)胞所處的微環(huán)境密切相關(guān)，而且是腫瘤細(xì)胞與非腫瘤細(xì)胞共同作用的結(jié)果，細(xì)胞外多種因素刺激相應(yīng)信號(hào)通路，產(chǎn)生相應(yīng)的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而產(chǎn)生相關(guān)的基因表型。

1 EMT與腫瘤生長(zhǎng)微環(huán)境

近年來(lái)EMT的研究為腫瘤的研究開(kāi)辟了新的途徑，使得對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展有了新的認(rèn)識(shí)。下面將從EMT與腫瘤生長(zhǎng)微環(huán)境之間的相互關(guān)系進(jìn)行闡述。

1.1 EMT與炎性腫瘤微環(huán)境大多數(shù)人類實(shí)體腫瘤起源于全身各處上皮細(xì)胞。腫瘤與長(zhǎng)期慢性炎癥刺激密切相關(guān)，并且炎性腫瘤微環(huán)境有助于腫瘤向惡性改變。腫瘤細(xì)胞EMT的發(fā)生依賴于微環(huán)境細(xì)胞因子及趨化因子參與，在突變最頻繁的腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)RAS基因蛋白，可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)細(xì)胞因子及趨化因子，而這種炎性微環(huán)境可誘導(dǎo)激活多種途徑促進(jìn)腫瘤發(fā)展，包括EMT過(guò)程[4-5]。還有研究發(fā)現(xiàn)白介素(interleukiu,IL)-10、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)、IL-1β等細(xì)胞因子也可以促進(jìn)EMT，這些炎癥因子主要是通過(guò)核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor,NF)-κB信號(hào)通路激活EMT[6-7]。近期的一項(xiàng)研究表明EMT過(guò)程可以引起IL-6的高表達(dá)，而IL-6具有協(xié)同促進(jìn)EMT整個(gè)過(guò)程的作用[8]。IL-6的高表達(dá)給多類致癌因素創(chuàng)造合適的環(huán)境，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、存活、增殖，在多發(fā)性骨髓瘤、非小細(xì)胞肺癌、結(jié)直腸癌、腎細(xì)胞癌、前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌腫瘤微環(huán)境中證實(shí)IL-6顯著升高[9]。此外腫瘤微環(huán)境中的炎癥相關(guān)細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞和髓源性抑制細(xì)胞)同樣參與腫瘤進(jìn)展。有研究證實(shí)在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌中腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages,TAMs)與腫瘤預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，其機(jī)制主要是通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號(hào)途徑激活腫瘤細(xì)胞EMT過(guò)程，并且TAMs還可以維持腫瘤細(xì)胞的間質(zhì)細(xì)胞特性[10-11]。EMT過(guò)程有利細(xì)胞分泌炎癥因子，同時(shí)炎癥因子誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞EMT，從而抑制腫瘤細(xì)胞凋亡、縮短細(xì)胞分裂周期、增強(qiáng)侵襲性。

1.2 EMT與酸性腫瘤微環(huán)境有研究表明腫瘤微環(huán)境的顯著特征就是細(xì)胞外酸中毒，酸性微環(huán)境有利于腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移[12]。由于腫瘤代謝中三羧酸循環(huán)被抑制，糖酵解代謝被激活，乳酸產(chǎn)生增多，另一方面腫瘤細(xì)胞清除酸的水平較低，這些因素共同造成了實(shí)體腫瘤的酸性微環(huán)境[13]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，酸性微環(huán)境促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT過(guò)程，進(jìn)而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和轉(zhuǎn)移優(yōu)勢(shì)。酸性微環(huán)境抑制miR-652轉(zhuǎn)錄，造成轉(zhuǎn)錄因子ZEB1的高表達(dá)，從而誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞EMT[14]。在一項(xiàng)有關(guān)于鼻咽癌體外實(shí)驗(yàn)的研究中發(fā)現(xiàn)，實(shí)體腫瘤的酸性微環(huán)境可誘導(dǎo)鼻咽癌5-8F細(xì)胞發(fā)生EMT，使腫瘤細(xì)胞對(duì)紫杉醇更加耐受[15]。在另外一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)得出相似的結(jié)論，可明顯觀察到BRAFV600E黑色素瘤細(xì)胞在酸性環(huán)境中腫瘤細(xì)胞增生活躍、抗凋亡能力增強(qiáng)、對(duì)BRAF抑制劑威羅菲尼更加耐受[16]。乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDHA)是糖酵解過(guò)程中將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸的最后一個(gè)酶，LDHA活性增強(qiáng)促使實(shí)體腫瘤內(nèi)乳酸堆積，使細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化和重構(gòu)，為腫瘤細(xì)胞的生存與轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了一個(gè)有利的環(huán)境[17]。此外，酸性環(huán)境可以引起基因突變、染色體異常、基因組不穩(wěn)定性，與腫瘤細(xì)胞耐藥也密切相關(guān)[18]。在酸性腫瘤微環(huán)境中，各種誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT過(guò)程，可能并不是簡(jiǎn)單的經(jīng)過(guò)調(diào)整基因的表達(dá)而改變代謝途徑，而是通過(guò)EMT過(guò)程改變基因重新編程，克服當(dāng)前環(huán)境的局限，為遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移以獲取更多能源做好準(zhǔn)備。由EMT誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞代謝途徑的改變，針對(duì)性地在新生代謝途徑中的代謝酶設(shè)計(jì)抑制物，在腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的早期就能抑制腫瘤的生長(zhǎng)，為腫瘤的治療提供了一個(gè)思路。

1.3 EMT缺氧腫瘤微環(huán)境腫瘤細(xì)胞通過(guò)無(wú)限制的細(xì)胞快速分裂實(shí)現(xiàn)快速生長(zhǎng)，但也造成實(shí)體腫瘤內(nèi)缺氧的微環(huán)境，瘤體內(nèi)缺氧是實(shí)體腫瘤的另一大特征。腫瘤的缺氧微環(huán)境同樣可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，通過(guò)改變?cè)械哪芰看x途徑、調(diào)整基因表型、促進(jìn)腫瘤血管形成等方式適應(yīng)及改善缺氧環(huán)境。在缺氧的環(huán)境下，瘤體內(nèi)的缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF1)是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT的重要機(jī)制，HIF1誘導(dǎo)激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，以及誘導(dǎo)琥珀酸脫氫酶和延胡索酸水合酶等腫瘤抑制蛋白突變，進(jìn)而改變?cè)械拇x途徑[19-20]。腫瘤間質(zhì)成分促進(jìn)EMT過(guò)程，同時(shí)也可以促進(jìn)腫瘤血管形成，以增加供氧。HIF1激活NF-κB、Nocth等信號(hào)通路，刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)生成增加，從而促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞出芽、伸長(zhǎng)、塑形等過(guò)程，促進(jìn)血管形成[21]。TAM等[22]闡述缺氧、低pH、低糖等腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)EMT過(guò)程促使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生不同的表型。在1999年，MANIOTIS等[23]在研究人眼葡萄膜惡性黑色素瘤時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種脈管結(jié)構(gòu)，后證實(shí)這是具有高侵襲性腫瘤細(xì)胞及間質(zhì)共同構(gòu)成的一種不同于血管的脈管結(jié)構(gòu)，成為實(shí)體腫瘤內(nèi)功能性循環(huán)的重要組成部分，并將該組織命名為血管生成擬態(tài)，后研究表明血管生成擬態(tài)參與腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移、腫瘤耐藥等過(guò)程。在缺氧環(huán)境中，HIFs、Twist、CD133、表皮生長(zhǎng)因子、泛素特異性蛋白酶等細(xì)胞因子通過(guò)誘導(dǎo)激活Wnt/β-catenin、VE-cadherin/EphA2/PI3K/MMPs/Laminin-5γ2等信號(hào)通路，刺激腫瘤細(xì)胞EMT過(guò)程進(jìn)行間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞重塑成血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)，構(gòu)成功能性脈管結(jié)構(gòu)，促進(jìn)血管生成擬態(tài)形成[24-25]。

2 EMT與腫瘤轉(zhuǎn)移

腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移一直被認(rèn)為是惡性腫瘤的特征，并提示預(yù)后不良。腫瘤轉(zhuǎn)移是指惡性腫瘤細(xì)胞逃離原發(fā)癌，經(jīng)血管、淋巴管、體腔定植到其他部位的過(guò)程，并且具有重新自我增殖、形成新腫瘤的能力。

在目前，EMT-CTCS-MET轉(zhuǎn)移模型是被普遍接受的轉(zhuǎn)移學(xué)說(shuō)，原發(fā)腫瘤細(xì)胞經(jīng)過(guò)間質(zhì)改變導(dǎo)致細(xì)胞間連接松散，細(xì)胞極性消失，細(xì)胞形態(tài)變成梭形細(xì)胞，且該細(xì)胞具有侵襲性，腫瘤細(xì)胞經(jīng)阿米巴運(yùn)動(dòng)方式，侵入血管、淋巴管，到達(dá)目的器官后，經(jīng)過(guò)MET過(guò)程，重新恢復(fù)到原腫瘤細(xì)胞形態(tài)，進(jìn)行自我增殖[26]。腫瘤的缺氧、酸性、炎性微環(huán)境都可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT并促進(jìn)轉(zhuǎn)移。TGF-β通過(guò)調(diào)控EMT促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用，TGF-β主要是通過(guò)Smad與非Smad通路調(diào)控EMT過(guò)程。TGF-β與絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結(jié)合使TGFR2磷酸化，進(jìn)而激活TGFR1，TGFR1將下游的R-Smads磷酸化，從而形成復(fù)合物，誘導(dǎo)EMT過(guò)程，導(dǎo)致E-鈣黏蛋白的下調(diào)[27]。在非Smad通路中，TGF-β主要是通過(guò)Rho家族、PI3K-Akt、MAPK通路調(diào)節(jié)EMT，激活Rho等酶后，可誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白重組及板狀偽足及絲狀偽足的形成[28]，將Akt抑制、E-鈣黏蛋白表達(dá)上調(diào)，可以逆轉(zhuǎn)EMT過(guò)程[29]。EMT還通過(guò)其他途徑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，MYC基因與Jum結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白-6結(jié)合后可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[30]；轉(zhuǎn)錄因子FOXM1使屬于叉頭轉(zhuǎn)錄因子家族成員，通過(guò)下調(diào)金屬蛋白酶家族MMP2和MMP9的活性，促進(jìn)多種腫瘤侵襲性和轉(zhuǎn)移特性[31]；另外FOXM1還通過(guò)改變腫瘤細(xì)胞的代謝途徑間接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[32]；miRNA在腫瘤的轉(zhuǎn)移中也扮演重要角色，miR-200f、miR-205、miR-34f等下調(diào)可促進(jìn)鋅指蛋白(ZEB1/ZEB2)高表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[33]。

在EMT-CTCs-MET轉(zhuǎn)移模式提出后，有研究者提出不同的疑問(wèn)。目前研究EMT與腫瘤轉(zhuǎn)移得到的證據(jù)均來(lái)自體外實(shí)驗(yàn)，在體內(nèi)的EMT具體過(guò)程尚不清楚[34]。在研究腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程的實(shí)驗(yàn)中，一般是通過(guò)研究間接推斷腫瘤轉(zhuǎn)移，而沒(méi)有直接證據(jù)觀察到腫瘤細(xì)胞的EMT-CTCs-MET整個(gè)級(jí)聯(lián)過(guò)程，而且EMT過(guò)程難以量化、復(fù)雜的生物分子參與、具備時(shí)間及空間特異性，這些都是對(duì)目前腫瘤轉(zhuǎn)移分子模式提出的質(zhì)疑[35]。在一項(xiàng)有關(guān)乳腺癌患者的研究中，在術(shù)前未提示轉(zhuǎn)移的乳腺癌患者手術(shù)切除1年后出現(xiàn)其他器官轉(zhuǎn)移病灶，臨床上具有4%～5%腫瘤患者在未發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤病灶而出現(xiàn)其他部位轉(zhuǎn)移的情況，有些研究者提出轉(zhuǎn)移可能發(fā)生在原發(fā)腫瘤形成之前[36]。另外，有研究者對(duì)EMT利于腫瘤轉(zhuǎn)移提出質(zhì)疑。在一項(xiàng)研究肺癌轉(zhuǎn)移小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，追蹤被標(biāo)記已表達(dá)EMT標(biāo)志物的腫瘤細(xì)胞(成纖維細(xì)胞特異性蛋白-1和波形蛋白被標(biāo)記)，而在轉(zhuǎn)移瘤中并未發(fā)現(xiàn)存在被標(biāo)記的細(xì)胞[37]；在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，在胰腺導(dǎo)管性腺癌小鼠模型中，特異性減少誘導(dǎo)EMT的關(guān)鍵分子Snai1和Twist1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移產(chǎn)生很大影響[38]。就目前研究證據(jù)而言，轉(zhuǎn)移機(jī)制尚還需進(jìn)一步研究，尚存在很多爭(zhēng)議。

3 EMT、腫瘤微環(huán)境及腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系

實(shí)體腫瘤的形成受眾多因素的影響，長(zhǎng)期不良因素的慢性刺激、基因突變、基因表型改變、腫瘤細(xì)胞免疫逃逸都可以促使腫瘤細(xì)胞的形成，此外腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境對(duì)腫瘤細(xì)胞的形成及存活至關(guān)重要。細(xì)胞外的炎性、缺氧、酸性環(huán)境中的相關(guān)細(xì)胞因子可促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生間質(zhì)改變，而這種改變利于腫瘤細(xì)胞，發(fā)生EMT的細(xì)胞將更加具有侵襲性的特點(diǎn)，這種侵襲性是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)。在體外實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)提示炎性環(huán)境中發(fā)生EMT的細(xì)胞可促使劃痕短時(shí)間內(nèi)愈合；而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，上皮細(xì)胞腫瘤是不具侵襲性，缺氧及酸性環(huán)境中促使上皮腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT改變，這種改變可使腫瘤細(xì)胞向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。EMT、腫瘤微環(huán)境及腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移三者相互作用、相互影響。

4 總 結(jié)

基礎(chǔ)生物學(xué)與轉(zhuǎn)化生物學(xué)的飛速發(fā)展使我們對(duì)腫瘤研究更加深入、更加全面，從而推進(jìn)抗腫瘤藥物的研發(fā)。雖然腫瘤細(xì)胞存在不同階段、不同的形態(tài)、處在不同的環(huán)境中，但是EMT關(guān)聯(lián)腫瘤細(xì)胞的侵襲、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、耐藥、CSCs形成、血管生成等各個(gè)過(guò)程中，則EMT分子機(jī)制的研究對(duì)腫瘤治療意義重大。在實(shí)體腫瘤中，由于腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)方式與非腫瘤細(xì)胞有明顯差異，造成腫瘤細(xì)胞不同的生長(zhǎng)微環(huán)境，腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)EMT則是為了適應(yīng)各種環(huán)境?？偟膩?lái)說(shuō)，腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲性生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、耐藥、復(fù)發(fā)過(guò)程十分復(fù)雜，更加深入的研究必將面對(duì)很多困難，但隨著腫瘤研究的多學(xué)科發(fā)展，將會(huì)促進(jìn)腫瘤治療更為經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用。