吳娜威 吳發(fā)明▲ 劉朝奇 金錦蓮

1.三峽大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院 國藥葛洲壩中心醫(yī)院消化內(nèi)科，湖北宜昌 443002；2.三峽大學(xué)腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443002

骨形態(tài)生成蛋白（bonemorphogeneticproteins，BMPs）在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、增殖和體內(nèi)各類細(xì)胞凋亡等過程中發(fā)揮著重要作用。BMPs是一種由原結(jié)構(gòu)域、信號肽和含有高度保守的半胱氨酸殘基末端的結(jié)構(gòu)域組成的分泌蛋白，其主要通過形成胱氨酸結(jié)而參與蛋白質(zhì)的三級和四級折疊[1]。在脊椎動物和無脊椎動物中都發(fā)現(xiàn)了BMPs，但其最初是作為誘導(dǎo)異位骨形成的蛋白質(zhì)被發(fā)現(xiàn)的[2]。目前，研究發(fā)現(xiàn)BMPs 的作用不僅局限于胚胎發(fā)育，而且更重要的是參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及腫瘤的轉(zhuǎn)移。

1 BMPs 的生物學(xué)特性

BMPs 細(xì)胞膜上的BMPs 受體（BMPR）是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，可分為Ⅰ型受體和Ⅱ型受體。BMPs 有三種Ⅱ型受體，包括哺乳動物的BMP Ⅱ型受體（BMPR Ⅱ）、激活素ⅡA型受體（ActR Ⅱ）和激活素ⅡB型受體（ActR ⅡB）；BMP-s 的Ⅰ型受體有7種，大多數(shù)是激活素受體樣激酶（activin receptor-like kinase，ALK），其中ALK-1、ALK-2、ALK-3 和ALK-6在BMP信號傳導(dǎo)通路中起主要作用[3]。BMPs 至少包括20 多個成員，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的同源性，BMPs 配體可進(jìn)一步分為幾個亞群，如BMP-2/-4 亞群、BMP-5/-6/-7/-8 亞群、BMP-9/-10 亞群和BMP-12/-13/-14 亞群。BMPs家族成員中，只有BMP-1 具有金屬蛋白酶結(jié)構(gòu)[4]。

BMPs 主要通過Smad 依賴的和非Smad 依賴的信號通路發(fā)揮生物學(xué)作用。BMP信號通路的經(jīng)典途徑是Ⅰ型受體激活后可使受體調(diào)節(jié)的Smads（RSmads）磷酸化，其中Smad 1、Smad 5 和Smad 8 被歸類為BMP 途徑特異性的R-Smads。R-Smads 活化后在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與Smad 4 結(jié)合進(jìn)入到細(xì)胞核中，在細(xì)胞核內(nèi)，Smad 復(fù)合物在其他DNA 結(jié)合蛋白的參與下共同作用于靶基因[5]。BMPs 還可以激活Smad 非依賴的信號通路，如絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MA-PKs）、磷酸肌醇-3 激酶（phosphoinositol-3 kinase，PI3K）、c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、Akt 等[6]。這些非Smad依賴途徑與Smad 依賴途徑可相互協(xié)同以調(diào)節(jié)各種細(xì)胞的反應(yīng)。

2 BMPs 與腫瘤的關(guān)系

2.1 BMPs 與骨腫瘤的關(guān)系

骨肉瘤（osteosarcoma，OS）是骨組織中最常見的原發(fā)性惡性腫瘤之一，惡性程度高，預(yù)后差，多見于青少年。目前，本病主要以手術(shù)截肢和輔助化療為主，其5年生存率僅為60%～70%[7]。近年來，BMPs 在骨肉瘤中的作用引起了研究者的密切關(guān)注。最近的一項實驗發(fā)現(xiàn)BMP-2 具有增強腫瘤細(xì)胞的體外遷移和侵襲力的能力。通過建立動物模型進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)BMP-2可顯著促進(jìn)腫瘤生長，并發(fā)現(xiàn)其機制可能是通過BMPWnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號通路促進(jìn)骨肉瘤的生長[8]。還有研究報道，BMP-2 在人體骨肉瘤組織中呈高表達(dá)，microRNA（miR）-29c 在人體骨肉瘤組織中呈低表達(dá)，在細(xì)胞水平上干擾BMP-2 的表達(dá)和miR-29c 的過表達(dá)，可以抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。該研究證實，BMP-2 和miR-29c可能參與調(diào)控骨肉瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[9]。研究發(fā)現(xiàn)，變異體1A（variants 1A，Uev1A）與泛素E3 連接酶Smurf 1 共同參與的情況下，以不依賴泛素結(jié)合酶13 的方式促進(jìn)Smad 1的降解及骨肉瘤生長[10]，證明Uev1A是一種新的OS抑制因子，提示Uev1A 能抑制OS 相關(guān)癌基因，降低干細(xì)胞特性，增強OS 細(xì)胞對化療的敏感性。

已有研究發(fā)現(xiàn)，在人體軟骨肉瘤組織中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和BMPs信號呈高度活躍狀態(tài)，并且首次揭示了父系表達(dá)基因10（paternally expressed gene 10，PEG 10）在軟骨肉瘤細(xì)胞系中和人體標(biāo)本中表達(dá)增加的情況，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)PEG 10 受TGF-β信號的下調(diào)，而PEG 10反過來干擾TGF-β/BMP-Smad 通路，其之間是相互作用的。另外一項體外實驗再次證明了PEG 10 在軟骨肉瘤細(xì)胞中具有促進(jìn)細(xì)胞生長和阻止細(xì)胞遷移和侵襲的雙重作用，其機制是通過TGF-β-AKT 和BMP-p38-AKT信號通路抑制細(xì)胞遷移和侵襲，更進(jìn)一步表明PEG 10可能是控制軟骨肉瘤進(jìn)展中的更特異的分子靶點[11-12]。

2.2 BMPs 與上皮性腫瘤的關(guān)系

上皮性腫瘤稱為“癌”。有些研究者認(rèn)為上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial mesenchymal transformation，EMT）是上皮細(xì)胞惡變的早期階段[13]。EMT的定義是上皮細(xì)胞失去細(xì)胞極性及細(xì)胞間黏附的能力，從而獲得了間充質(zhì)細(xì)胞的特性，增強其細(xì)胞遷徙及侵襲的能力。EMT 現(xiàn)象的主要特征是上皮標(biāo)志物E-鈣粘蛋白的丟失和不同的間質(zhì)標(biāo)志物，如N-鈣粘蛋白、波形蛋白、Slug 和Snail 等的增加。

此前已有多項研究表明，BMP 不僅參與器官和組織的發(fā)育，甚至是腫瘤過程中的分化、細(xì)胞增殖和上皮-間充質(zhì)的轉(zhuǎn)化。在口腔癌中發(fā)現(xiàn)BMP-2可使EMT 標(biāo)志物N-鈣粘蛋白、Snail 的表達(dá)發(fā)生變化，從而增強腫瘤的遷徙及侵襲[14]。另外，Martínez 等[15]的實驗顯示BMP-4 在膀胱癌晚期和未分化腫瘤中的表達(dá)增加，且EMT 激活劑鋅指蛋白結(jié)合同源盒家族（Zinc-finger E-box binding homeobox ZEB；ZEB 1 和ZEB 2）也隨之升高。同樣在甲狀腺癌中觀察到BMP-4 呈高表達(dá)，且BMP-4 表達(dá)量越高及腫瘤的侵襲性越強，說明EMT可能與BMP-4 共同作用下促進(jìn)腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移[15-16]。

2.3 BMPs 與腫瘤性骨轉(zhuǎn)移的關(guān)系

骨是乳腺癌、前列腺癌、小細(xì)胞肺癌等最常見的轉(zhuǎn)移部位之一。研究報道，骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生主要是微環(huán)境中的癌細(xì)胞和各種成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞等相互作用的結(jié)果[17]。到目前為止，復(fù)雜的潛在轉(zhuǎn)移機制仍不清楚。因此，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移的途徑和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素可能有助于研發(fā)新的治療方法，從而減少與骨轉(zhuǎn)移相關(guān)癌癥的死亡率。

近期Liu 等[18]利用RNA 干擾技術(shù)等實驗方法證實了乳腺癌細(xì)胞中BMPR1A基因敲除后可通過p38途徑抑制核因子-κB（cyclophosphamide-κB，NF-κB）受體激活劑的產(chǎn)生，從而抑制腫瘤誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成，證實BMPR1A可能是乳腺癌溶骨轉(zhuǎn)移的靶點。一項研究發(fā)現(xiàn)，鋅指蛋白217（Zinc-finger protein 217，ZNF 217）與乳腺癌骨轉(zhuǎn)移有關(guān)，其是BMP 途徑上游發(fā)現(xiàn)的一種新的功能性激活誘導(dǎo)物。該研究驗證了BMP 通路是依賴ZNF 217 細(xì)胞向骨環(huán)境遷移、侵襲，這對ZNF 217 陽性乳腺癌患者的治療具有潛在的價值[19]。

已有研究證實BMP-2 在體外可以刺激前列腺癌細(xì)胞的增殖，在體內(nèi)可以刺激腫瘤生長和腫瘤的骨轉(zhuǎn)移。在此研究基礎(chǔ)上引入分泌型磷蛋白24 kD（se creted phosphoprotein 24 kD，Spp 24）后，發(fā)現(xiàn)Spp 24對BMP2 誘導(dǎo)的骨破壞有抑制作用，表明Spp 24 在前列腺癌及其骨轉(zhuǎn)移的治療方面可能有很大的潛力[20]。為研究BMP-7 在小細(xì)胞肺癌中的表達(dá)情況，通過建立肺癌動物模型檢測了正常骨組織和轉(zhuǎn)移瘤小鼠骨組織中BMP-7 的表達(dá)，結(jié)果顯示BMP-7 在骨病變中的表達(dá)明顯下降，說明BMP-7 能抑制小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，這為肺癌骨轉(zhuǎn)移的治療提供了研究方向[21]。

綜上所述，BMPs 及配體和受體可參與多種腫瘤的發(fā)展及轉(zhuǎn)移，在不同腫瘤中其表達(dá)的升高、減少及缺失對腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移可起到抑制或者促進(jìn)作用。

3 BMPs 與腫瘤的治療

BMPs 在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用，也日益成為腫瘤治療的熱點研究對象。BMP信號傳導(dǎo)是通過BMPs 與其受體結(jié)合而觸發(fā)，細(xì)胞外BMPs 拮抗劑的分泌及其與BMP 受體結(jié)合后可對BMP信號通路的傳導(dǎo)進(jìn)行緊密的調(diào)控。BMPs 拮抗劑包括Noggin、Gremlin、Chordin-1、Chordin-2、Sostdc-1[22]。研究發(fā)現(xiàn)，沉默Sostdc-1可促進(jìn)腫瘤生長，其可能是通過失活c-JNK信號抑制胃癌的進(jìn)展[23]。研究報道發(fā)現(xiàn)Gremlin 1是間皮瘤潛在的治療靶點，其作用方式是Gremlin1 通過誘導(dǎo)間充質(zhì)侵襲細(xì)胞表型的形成和增強的腫瘤血管形成，從而驅(qū)動間皮瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[24]。

多項研究表明，BMPs 在腫瘤中的高表達(dá)既有促進(jìn)作用又有抑制作用，在一定條件下也可成為腫瘤治療的靶點。研究發(fā)現(xiàn)，低表達(dá)BMP-10 在肝癌中更具有侵襲性，該研究證實了高表達(dá)的BMP-10 在肝癌中的抑瘤作用，其途徑可能是BMP-10 通過受體蛋白酪氨酸磷酸酶sigma（receptor protein tyrosine phosphatase sigma，PTPRS）與STAT3 軸抑制肝癌進(jìn)展[25]。在一項數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)的BMP-1 與腎臟透明細(xì)胞癌的進(jìn)展有關(guān)，下調(diào)BMP-1可能為腎細(xì)胞癌患者提供一種新的治療方向[26]。

綜上所述，BMPs 及BMPs 的拮抗劑可參與腫瘤的形成，在不同腫瘤中作用特點及機制可能不同，并在一定程度上可為腫瘤的治療方面提供重要的治療靶點。

4 BMPs 與腫瘤的早期診斷及預(yù)后

從目前腫瘤發(fā)病學(xué)來看，腫瘤呈高發(fā)病率，且發(fā)病人群逐漸年輕化，多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)腫瘤時已發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，臨床治愈率低，預(yù)后差。因此，發(fā)現(xiàn)一種腫瘤特異性標(biāo)志物對腫瘤的早期診斷及進(jìn)行有效的預(yù)防性干預(yù)而言有重要臨床意義。

已有研究報道BMPs 在許多腫瘤中存在高表達(dá)，有可能成為部分腫瘤診斷及預(yù)后的一個新標(biāo)志物。一項實驗通過對數(shù)據(jù)庫中256例膀胱黏膜標(biāo)本的序列比較分析，發(fā)現(xiàn)BMP-9 在淺表性和浸潤性膀胱癌細(xì)胞中的表達(dá)均高于正常膀胱黏膜；進(jìn)一步在細(xì)胞水平中上調(diào)BMP-9 的表達(dá)可以促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞的增殖和遷移，下調(diào)BMP-9 的表達(dá)可以抑制細(xì)胞增殖和遷移，提示BMP-9可能成為膀胱癌早期診斷的標(biāo)志物[27]。另一項研究還發(fā)現(xiàn)BMP-2 和BMP-7 在人體正常膀胱組織中高表達(dá)，而在腫瘤組織中表達(dá)顯著下調(diào)。BMP-2 和BMP-7 表達(dá)減少促使腫瘤更易復(fù)發(fā)，提示BMP-2 和BMP-7是腫瘤復(fù)發(fā)的潛在預(yù)后因子[28]。在一項肝癌生存分析中發(fā)現(xiàn)BMP-7 在肝癌中高表達(dá)，抑制BMP-7 的表達(dá)或可改善肝癌患者的術(shù)后生存狀況，提示BMP-7可成為肝癌患者預(yù)后的預(yù)測指標(biāo)之一[29]。綜上所述，BMPs可成為腫瘤早期診斷的特異性標(biāo)志物，其在腫瘤中的表達(dá)水平可能與腫瘤的預(yù)后相關(guān)。

5 展望

BMPs 與各種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移有著密切的聯(lián)系，因其各種配體、信號分子、拮抗劑的結(jié)合使得BMP信號通路變得錯綜復(fù)雜。BMP 配體不同，其表達(dá)譜及生物活性也不同。因此，BMPs 對腫瘤形成與轉(zhuǎn)移的作用機制也不完全相同。到目前為止，研究者仍然沒有完全了解BMP信號是如何調(diào)節(jié)腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移，其作用特點及機制仍有待進(jìn)一步研究。從目前研究來看，BMPs 已為腫瘤的靶向治療提供了潛在研究方向，并且可成為部分腫瘤的早期診斷及預(yù)后的特異性標(biāo)志物，對腫瘤的早期診斷及治療至關(guān)重要。有研究報道BMPs 拮抗劑及抑制劑已用于臨床腫瘤的治療，隨著生物分子靶向治療的發(fā)展，相信在不久的將來會研制出更多的新藥應(yīng)用于腫瘤的治療。