蘇澤鑫，楊炳生，劉正偉，林荔軍

(南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院關節(jié)骨病外科，廣州 510282)

脂質運載蛋白(lipocalin，LCN)家族是一群由小分子量的細胞外分泌性蛋白組成的超家族，最早于1987年被Pervaiz和Brew[1]發(fā)現并命名。LCN家族成員的平均長度約為175個氨基酸殘基，雖然其家族成員一級結構的相似性僅為25%，不同成員的氨基酸序列具有極大的多樣性，但它們都具有高度相似的三級結構，即由8個方向平行的β折疊構成的8鏈β-桶狀結構[2]，其共同特點是能作為載體結合并轉運一系列小疏水分子，如脂肪酸、類固醇、信息素和前列腺素等。自1996年起，LCN家族被認為廣泛分布于人體器官組織中并參與相應的生理功能[3]。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白(neutrophil gelatinase associated lipocalin，NGAL)作為LCN家族的重要成員，過去將其單純歸類為轉運蛋白。但有研究表明，NGAL在多種細胞過程中發(fā)揮調節(jié)細胞生長、代謝、凋亡、分化等作用[4]。另外有研究發(fā)現，NGAL也介導多種腫瘤的生成、進展、侵襲和轉移過程[5]。目前，有關NGAL在腫瘤中的作用已成為研究熱點，因此全面深入地了解NGAL在腫瘤發(fā)生與進展中的作用十分重要?，F就NGAL在腫瘤生物學行為中的研究進展予以綜述。

1 NGAL概述

NGAL由位于染色體基因座9q34.11的一段包含7個外顯子與6個內含子的基因所編碼，是一種含有198個氨基酸序列的分泌性糖蛋白。其N端為310-螺旋，C端為α螺旋，中間為保守的8鏈β-桶狀結構，三者共同構成NGAL的三級結構。與LCN家族的其他蛋白成員相比，NGAL的8鏈β-桶狀結構更大，與配體結合的結構域更淺，且NGAL的β-桶狀結構封閉末端的β4-β5環(huán)附近有游離的巰基，可以與配體結合形成二硫鍵，從而調節(jié)蛋白的活性和功能，這也是NGAL與基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)前體相結合的結構基礎[6]。

最初NGAL被鑒定為分子量為25 000的糖蛋白，其能與高疏水親和力鐵載體(血小板活化因子、細菌性腸螯合素和內源性兒茶酚胺等)結合，因此最早認為NGAL作為抗細菌免疫因子存在，可通過耗竭鐵抑制細菌生長并介導炎癥反應[7-8]。進一步研究發(fā)現，NGAL在體內存在3種分子形式：單體(25 000)、二硫鍵連接的同源二聚體(46 000)和二硫鍵連接的異二聚體(135 000)[9]。其中，NGAL的同源二聚體(46 000)可在人中性粒細胞中與MMP-9通過二硫鍵共價結合，從而在不同組織器官中發(fā)揮不同的生物學功能[10]。通常NGAL在人體內主要在炎癥或損傷期間的中性粒細胞和其他細胞類型中表達，且NGAL在體內的合成主要來源于粒細胞成熟過程早期的髓細胞階段，而外周血中的成熟粒細胞缺少NGAL的信使RNA表達[11]。因此在人體正常外周循環(huán)中，僅能檢測到極低水平的NGAL表達，而NGAL的表達水平在外周血中性粒細胞中升高，這預示著機體處于某種病理狀態(tài)，如炎癥、感染、腫瘤等。

2 NGAL在機體中的調控作用

據報道，NGAL在機體多種病變過程中存在異常表達，包括炎癥反應[12]、腎臟與肝臟損害[13-14]及腫瘤[15]。目前，NGAL的蛋白表達水平已被證明在多種腫瘤中異常高表達，包括乳腺癌[16-17]、結腸癌[18]、肺癌[19]、卵巢癌[20]等。然而一項研究表明，NGAL在口腔癌的原發(fā)惡性和轉移腫瘤組織中表達下調[21]。大量研究表明，NGAL的高表達與高度惡性腫瘤的復發(fā)傾向和預后不良相關[15, 22-23]。Cymbaluk-Ploska和Chudecka-Glaz[24]研究認為，NGAL可用于子宮內膜癌患者手術治療前的腫瘤分期評估。此外，Roli等[25]針對NGAL作為癌癥預后和診斷標志物潛在價值的薈萃分析結果顯示，生物體液(血清和尿液)中的高NGAL水平可用于預測結直腸癌和乳腺癌患者的無病生存率，但其預后和診斷準確性在其他人類腫瘤中仍不確定，如胰腺癌、狀腺癌、肝癌、肺癌、食管癌、口腔癌和腎癌。研究認為，NAGL的異常表達主要通過調控腫瘤細胞增殖與凋亡、血管生成、侵襲與遷移及化療藥物敏感性等在腫瘤中發(fā)揮重要作用，而NGAL在不同腫瘤中的功能調控機制不同，見表1。

表1 NGAL在不同腫瘤中調控的生物學行為及相關機制

NGAL：中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白；TGF-β1：轉化生長因子-β1；EMT：上皮-間質轉化；NF-κB：核因子κB；caspase-9：胱天蛋白酶-9；Nrf2：核因子E2相關因子2；HO-1：血紅素加氧酶1；VEGF：血管內皮生長因子；HIF-1α：缺氧誘導因子1α；PI3K：磷脂酰肌醇-3-激酶；AKT：蛋白激酶B；ERK：胞外信號調節(jié)激酶；NFAT1：活化T細胞核因子1；Rac1：Ras相關的C3肉毒桿菌毒素底物1；SULF2：硫酸酯酶2；EGFR：表皮生長因子受體；Wnt/β-catenin：Wnt/β聯蛋白；-：未報道

2.1 調控腫瘤細胞增殖與凋亡 腫瘤細胞無限增殖的生長特性是腫瘤發(fā)生的始動環(huán)節(jié)，研究表明，NGAL在不同腫瘤中對腫瘤細胞增殖與凋亡具有不同的調控模式[26-28]。Wang等[26]研究認為，NGAL能通過轉化生長因子-β1/NGAL/Twist1通路下調肝細胞癌細胞株的上皮-間質轉化，并抑制腫瘤細胞的增殖。Kim等[27]通過對結腸癌細胞株HT-29、DLD-1、SW480、HCT116和SW620的體外細胞實驗認為，NGAL的高表達對腫瘤細胞的增殖具有抑制作用，且能進一步抑制腫瘤細胞的遷移。而Han等[28]在對胃癌MGC-803細胞株的研究中發(fā)現，沉默NGAL基因可導致細胞處于G0/G1期的數量增加，S期和G2/M期百分比降低，且NGAL的下調通過調控核因子κB相關通路抑制MGC-803細胞的增殖，從而促進細胞凋亡。

Leng等[29]對人慢性髓系白血病的研究發(fā)現，NGAL的表達在小鼠動物模型體內促進腫瘤生成的同時，對體內正常造血細胞也起到了促進凋亡的作用，從而進一步促進腫瘤的進展。Song等[30]對肺腺癌的研究表明，NGAL可通過激活核因子E2相關因子2/血紅素加氧酶1途徑并誘導血紅素加氧酶1和超氧化物歧化酶1的表達預防氧化應激，進一步抑制裸鼠體內腫瘤的生長。研究表明，NGAL基因的啟動子區(qū)域含有許多轉錄因子的結合位點，如核因子κB，而核因子κB作為調控細胞增殖凋亡重要信號通路的調控因子，在影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。Nanashima等[31]報道，磷脂酶A2Ⅳc(Pla2g4c)基因敲除小鼠可通過介導核因子κB/NGAL通路的表達誘導小鼠體內乳腺腫瘤細胞凋亡，抑制成瘤作用。以上研究結果表明，NGAL對腫瘤增殖的調控作用可能與組織特異性密切相關。可見，NGAL在腫瘤細胞中的調節(jié)網絡具有一定的復雜性。雖然體外實驗發(fā)現，NGAL在不同腫瘤細胞中的調控增殖行為存在差異[26-28]；但大部分體內實驗表明，NGAL對腫瘤的增殖具有促進作用，提示NGAL可能是腫瘤治療中一個新的潛在治療靶點[29-31]。

2.2 調控腫瘤血管生成 腫瘤的發(fā)生和增殖需要持續(xù)的氧氣和營養(yǎng)供應，且腫瘤的血管生成對于惡性實體瘤的生長和進展十分重要。然而由于腫瘤組織生成的新生血管為不完整的薄弱管狀結構，具有較高的滲透性，有助于腫瘤細胞遷移入血從而發(fā)展為遠處轉移，所以抑制腫瘤的血管生成對腫瘤的治療具有重要作用[47]。文獻報道，乳腺癌患者腫瘤組織和尿液中的NGAL水平均升高，且其升高水平與乳腺癌的進展相關，提示NGAL可作為乳腺癌的診斷和預后標志物[32]。Guo等[33]研究證明，NGAL可通過升高血管內皮生長因子水平刺激新血管形成，且通過對NGAL基因的瞬時敲低或干擾小RNA沉默也可導致乳腺癌細胞腫瘤血管生成減少。Leung等[34]對胰腺導管癌BxPC3和HPAF-Ⅱ細胞株的研究發(fā)現，NGAL可通過胞外信號調節(jié)激酶通路調節(jié)血管生成相關基因缺氧誘導因子1α和血管內皮生長因子的表達。Meka等[35]分析了NGAL啟動子甲基化狀態(tài)與乳腺癌患者微血管形成的關聯，結果發(fā)現67.2%(43/64)的乳腺癌患者NGAL啟動子為非甲基化狀態(tài)，32.8%(21/64)的患者NGAL啟動子為甲基化狀態(tài)；而NGAL啟動子非甲基化狀態(tài)與腫瘤細胞的侵襲性表型和平均微血管密度升高有關。這些結果表明，NGAL通過促進腫瘤內的血管生成調控腫瘤微環(huán)境的改變，從而促進腫瘤的生長和血行轉移。

2.3 調控腫瘤侵襲、轉移 目前在腫瘤的臨床治療中，雖然系統(tǒng)性治療方法(新輔助化療、手術、輔助化療等)降低了惡性腫瘤相關病死率，但腫瘤的轉移率高仍與大部分腫瘤的臨床預后差有關。因此，如何抑制和治療腫瘤的轉移是目前腫瘤研究的難點與熱點。Mannelqvist等[36]研究發(fā)現，NGAL的表達程度與子宮內膜癌的惡性程度、遠處轉移率和生存預后顯著相關。Zhang等[48]對138例肝細胞癌的腫瘤組織進行免疫組織化學染色發(fā)現，NGAL的表達水平與肝細胞癌的腫瘤TNM分期、復發(fā)率均顯著相關。Lin等[37]研究發(fā)現，NGAL的基因及蛋白表達水平與口腔癌患者的分期及淋巴結轉移呈正相關，提示NGAL在腫瘤的進展和轉移中起重要作用。

研究顯示，NGAL通過多種信號轉導通路發(fā)揮介導腫瘤侵襲和轉移的作用[4]。雖然NGAL最早被發(fā)現能與MMP-9結合，但有研究表明NGAL與MMP-9結合形成的復合物可阻止MMP-9的自身降解，并進一步增加MMP-9的活性；另外，MMP-9本身可降解細胞外基質和基膜，因此NGAL和MMP-9/NGAL復合物的形成有助于腫瘤的進展、侵襲和轉移[49]。Koh和Lee等[38]研究表明，胃癌細胞中NGAL的上調可通過磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/核因子κB通路促進MMP-9的表達，從而促進腫瘤的轉移。Ding等[39]研究發(fā)現，NGAL可通過介導胞外信號調節(jié)激酶/SLUG通路誘導細胞的上皮-間質轉化，上皮-間質轉化作為腫瘤侵襲和轉移的基礎關鍵機制之一，進一步促進了前列腺癌的侵襲和轉移。Gaudineau等[40]對乳腺癌的研究表明，活化T細胞核因子1可誘導下游NGAL的表達，而NGAL的高表達進一步促進乳腺癌細胞的遷移。此外，NGAL還可通過下調小鼠乳腺癌細胞磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的表達促進腫瘤的肺部轉移[41]。Hu等[42]研究發(fā)現，沉默NGAL減少了結腸癌細胞株KM12C和DLD1的侵襲行為；同時，該研究還進一步證明NGAL可通過影響Ras相關的C3肉毒桿菌毒素底物1和上皮鈣黏素的亞細胞定位調節(jié)細胞遷移行為。相反，部分研究則認為NGAL在腫瘤侵襲和遷移中具有保護性的調控作用[27, 50-51]。Feng等[50]在結腸癌的研究中認為，NGAL的上調會抑制核因子κB通路的表達，從而抑制結腸癌細胞株的侵襲和遷移。Kim等[27]研究認為，NGAL在發(fā)生轉移的結腸癌組織中低表達，在未發(fā)生轉移的結腸癌組織中高表達，提示NGAL的高表達與結腸癌的轉移具有相關性。此外Lee等[51]研究發(fā)現，NGAL可通過抑制c-Jun氨基端激酶和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路的表達進一步抑制肝細胞癌HCC細胞株的增殖與侵襲。

2.4 調控腫瘤化療藥物敏感性 雖然手術治療是實體惡性腫瘤的主要治療手段，但化療仍是腫瘤治療的重要輔助方法，而化療耐藥是影響腫瘤患者預后的一個重要原因，目前已有不少學者對NGAL在化療耐藥性中的作用進行了研究。有研究認為，NGAL不會影響乳腺癌和結直腸癌細胞中的阿霉素耐藥性[52]。但在其他藥物的研究中，Yu等[53]認為NGAL可通過介導血管內皮生長因子-α的表達增加腎癌細胞對舒尼替尼的藥物敏感性。有關結腸癌細胞長春新堿耐藥的研究表明，與非耐藥株細胞系相比，耐藥株細胞系的NGAL蛋白表達減少；同時該研究還觀察到，當小干擾RNA下調NGAL的表達后，腫瘤細胞的凋亡被顯著抑制，但對其細胞周期沒有顯著影響[43]。順鉑作為一種傳統(tǒng)的抗癌化療藥物，在各種腫瘤治療中發(fā)揮重要作用。Monisha等[21]研究表明，NAGL敲除的口腔鱗狀細胞癌細胞通過上調AMP活化的蛋白激酶/p53/DNA損傷修復基因1通路的表達，導致口腔鱗狀細胞癌細胞對順鉑的耐藥性明顯增加，同時也促進了口腔鱗狀細胞癌細胞的增殖、遷移。而Miyamoto等[44]研究認為，NGAL表達增加可提高子宮內膜癌細胞對順鉑的耐藥性，并促進其腫瘤遷移。Yoon等[45]通過藥物基因組學數據分析發(fā)現，肝癌患者中索拉菲尼耐藥人群的NGAL表達更高，且進一步實驗證明其耐藥性通過硫酸酯酶2/表皮生長因子受體/NGAL通路進行調控。Kim等[46]結合生物信息學分析發(fā)現，由RNA聚合酶Ⅱ延長因子3誘導的5-氟尿嘧啶耐藥乳腺癌細胞株的基因芯片表達譜中，NGAL的表達較非耐藥株增加，沉默NGAL的表達后，耐藥細胞株則重新恢復對5-氟尿嘧啶的藥物敏感性。上述研究表明，NGAL在不同腫瘤對不同藥物的敏感性中發(fā)揮重要調控作用，提示NGAL也可能成為腫瘤藥物治療中的一個潛在突破點。

3 小 結

NGAL作為LCN家族重要的組成因子，廣泛參與人體生理病理及腫瘤發(fā)生發(fā)展的調控環(huán)節(jié)。目前認為，NGAL參與腫瘤細胞的增殖、凋亡、血管生成、侵襲與遷移等生物學進程，且通過調控腫瘤對化療藥物的敏感性影響腫瘤的治療并影響腫瘤患者的預后。然而，目前對NGAL的腫瘤相關性機制研究仍不全面，部分研究在NGAL對不同腫瘤中的調控作用得出了矛盾的結果，提示NGAL的腫瘤調控作用具有組織特異性及復雜性。隨著科學技術的發(fā)展和腫瘤研究的深入，更多關于NGAL在腫瘤中的調控作用將會被挖掘并深入探討，未來以NGAL為靶點的生物靶向治療將成為腫瘤研究突破的新熱點，并為腫瘤診斷、治療及預后評估提供新方向。