姚蕾 王燕 姚欣

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科210029

通信作者：姚欣,Email:yaoxin@njmu.edu.cn

橋粒作為一種重要的細(xì)胞間連接方式,主要存在于上皮組織和心肌組織中,對(duì)于維持組織的結(jié)構(gòu)及功能具有重要作用。1864年,意大利病理學(xué)家Giulio Bizzozero在表皮棘層中發(fā)現(xiàn)橋粒結(jié)構(gòu),當(dāng)時(shí)這些通過(guò)光學(xué)顯微鏡發(fā)現(xiàn)的微小 結(jié) 節(jié) 被 命 名 為 “Bizzozero 結(jié) 節(jié)”。1920 年, “橋 粒(desmosome)”由Josef Schaffer進(jìn)行命名。該名稱來(lái)源于古希臘語(yǔ),“desmo”代表結(jié)合或固定,“soma”代表小體。橋粒由鈣黏蛋白家族、犰狳家族、血小板溶素家族的相關(guān)蛋白參與構(gòu)成[1]。鈣黏蛋白家族主要包括橋粒芯糖蛋白(desmogleins,DSGs)和橋粒芯膠蛋白 (desmocollins,DSCs),人類DSGs有4 種異構(gòu)體：DSG1、DSG2、DSG3和DSG4。DSCs 則 有3 種 異 構(gòu) 體：DSC1、DSC2 和DSC3[2]。犰狳家族蛋白包括橋粒斑珠蛋白 (plakoglobin,PKG)、橋粒斑菲素蛋白 (plakophilins,PKPs)、β-連環(huán)蛋白 (β-catenin)和p120-連環(huán)蛋白等,其中PKPs包括3種同種異構(gòu)體,PKP1、PKP2和PKP3[3-4]。血小板溶素家族蛋白包括橋粒斑蛋白 (desmoplakin,DSP)、網(wǎng)蛋白、包斑蛋白和周斑蛋白等,DSP是最主要的蛋白[5]。

隨著電鏡技術(shù)的發(fā)展,橋粒超微結(jié)構(gòu)和組成得以進(jìn)一步的明確,從結(jié)構(gòu)上可將橋粒分成細(xì)胞外核心區(qū),又稱橋粒芯、外部致密斑塊和內(nèi)部致密斑塊三部分 (圖1)[6]。細(xì)胞外核心區(qū)位于相鄰兩層細(xì)胞質(zhì)膜中間,由橋粒鈣黏蛋白細(xì)胞外的結(jié)構(gòu)域組成,并含有特征性的中間線[7]。橋粒鈣黏蛋白是跨膜蛋白,它們可橋接到細(xì)胞外空間并嵌入到相鄰細(xì)胞中,一方面能與來(lái)自相鄰細(xì)胞的相應(yīng)分子直接結(jié)合,構(gòu)建橋粒結(jié)構(gòu)的組裝平臺(tái);另一方面,它們本身作為跨膜蛋白,有助于從外向內(nèi)或從內(nèi)向外傳導(dǎo)相關(guān)信號(hào)[8]。外部致密斑塊除外橋粒鈣黏蛋白的細(xì)胞質(zhì)尾部,還包括能與之相結(jié)合的犰狳家族和血小板溶素家族蛋白[9-10]。PKG 是犰狳家族蛋白成員,能夠直接與橋粒鈣黏蛋白的胞質(zhì)尾部結(jié)合[11-12]。血小板溶素家族中的DSP 能夠與PKG 以及犰狳家族的另一成員PKPs相結(jié)合作用[13]。內(nèi)部致密斑塊由DSP和角蛋白中間絲緊密結(jié)合構(gòu)成[14]。

圖1 橋粒結(jié)構(gòu)模式圖

1 肺癌

研究表明,橋?？赡芡ㄟ^(guò)參與細(xì)胞增殖、分化、遷移、凋亡及對(duì)治療的敏感性,參與了肺癌的發(fā)生[15-17]。

1.1 橋粒蛋白基因在不同病理類型肺癌的表達(dá)存在差異 Fukuoka等[18]利用cDNA 表達(dá)分析技術(shù)證實(shí),DSG3 基因表達(dá)水平在肺鱗狀細(xì)胞癌 (squamous cell carcinoma,SCC)中較高 (強(qiáng)度值＞100),而在肺腺癌 (adenocarcinoma,ADC)和正常肺組織中表達(dá)極低 (強(qiáng)度值＜10)。通過(guò)免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)肺癌患者肺組織中DSG3的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn),SCC 陽(yáng)性率明顯高于ADC (79.5%比54.8%,P ＜0.001)。Savci-Heijink等[19]的免疫組織化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,65例SCC中有64例DSG3 呈陽(yáng)性,而48 例ADC 中僅1例呈局灶性陽(yáng)性,該研究所納入的大細(xì)胞肺癌、小細(xì)胞肺癌、類癌和惡性間皮瘤病例均為陰性。Saaber等[20]通過(guò)組織芯片免疫組織化學(xué)技術(shù)對(duì)原發(fā)性肺腫瘤組織的DSG1～3進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)82例SCC 中有52例DSG2表達(dá)陽(yáng)性,而22例ADC中僅7例DSG2表達(dá)陽(yáng)性 (P =0.009),同時(shí)還發(fā)現(xiàn)DSG3僅在SCC 患者肺組織中表達(dá),在ADC 中不表達(dá) (P ＜0.001),且DSG3低表達(dá)與較高的腫瘤分級(jí)顯著相關(guān) (P =0.012)。Gómez-Morales等[21]也證實(shí)DSG3免疫組織化學(xué)染色對(duì)診斷鱗狀細(xì)胞癌具有高度特異性,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)PKP1 也具有同樣作用。Monica等[22]的研究和Tsuta等[23]的研究表明DSC3可作為SCC低分化的標(biāo)志物,同時(shí)也可作為未分化大細(xì)胞肺癌鱗狀細(xì)胞分化的標(biāo)志物。上述研究表明,橋粒蛋白相關(guān)基因表達(dá)有望作為鑒別SCC和其它類型肺部腫瘤的輔助生物標(biāo)志物。

1.2 橋粒蛋白表達(dá)與肺癌預(yù)后相關(guān) DSGs蛋白低表達(dá)與腫瘤分化及進(jìn)展有關(guān)[24-25]。Fukuoka等[18]證實(shí)DSG3表達(dá)與非小細(xì)胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC)患者預(yù)后有關(guān),肺腫瘤組織免疫組織化學(xué)陰性患者的5年生存率明顯低于陽(yáng)性患者 (20.9%比49.5%,P ＜0.001)。Cui等[26]對(duì)199例原發(fā)性肺癌進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析,結(jié)果表明DSC1的較低蛋白表達(dá)與較差的腫瘤分化明顯相關(guān)(P =0.017),DSC1和DSC3陽(yáng)性及陰性患者的中位生存期 分 別 為1 158 d 和787 d,1 218 d 和744 d,DSC1 和DSC3表達(dá)降低與生存期縮短明顯相關(guān) (P =0.045、0.007)。Pantel等[27]的研究表明ADC 患者肺原發(fā)腫瘤組織中缺乏PKG 的往往預(yù)后不佳。但與之相反的是,在He等[28]的一項(xiàng)關(guān)于肺腺癌外科術(shù)后的隨訪研究中,對(duì)147例患者肺腫瘤組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析,結(jié)果表明PKG 免疫反應(yīng)性評(píng)分高者 (≥4分)的無(wú)病生存期和總生存期更短。另有研究發(fā)現(xiàn)PKG 可能是軟組織肉瘤肺轉(zhuǎn)移及預(yù)后的重要生物標(biāo)志物,PKG 基因表達(dá)水平高者發(fā)生肺轉(zhuǎn)移的概率低且5年生存率更高[29]。Furukawa等[30]發(fā)現(xiàn)肺腫瘤組織中PKP3的較高表達(dá)與肺腺癌患者的不良預(yù)后、疾病分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。

1.3 橋粒參與腫瘤形成的分子機(jī)制

1.3.1 鈣黏蛋白家族 Saaber等[20]通過(guò)RT-PCR 技術(shù)檢測(cè)肺癌細(xì)胞系和人支氣管上皮細(xì)胞中DSG1-3 m RNA 的表達(dá),發(fā)現(xiàn)與人支氣管上皮細(xì)胞相比,DSG1-3在多種肺癌細(xì)胞系中表達(dá)下降。去甲基化劑5-氮雜-2-脫氧胞苷處理后,部分腫瘤細(xì)胞系的DSG2和DSG3 m RNA 得以修復(fù),由此推測(cè)DSG2和DSG3在肺癌細(xì)胞中的下調(diào)可能與DNA 甲基化有關(guān)。Cai等[31]的研究發(fā)現(xiàn)與陰性對(duì)照siRNA 相比,DSG2 siRNA 轉(zhuǎn)染的NSCLC細(xì)胞系中CDK2的表達(dá)顯著降低,而腫瘤抑制因子p27蛋白的表達(dá)增加,表明DSG2可能通過(guò)下調(diào)p27及上調(diào)CDK2促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Cui等[26]通過(guò)RT-PCR 分析DSC1-3 m RNA 的表達(dá),發(fā)現(xiàn)與人支氣管上皮細(xì)胞相比,其在多種肺癌細(xì)胞系中表達(dá)下降,且在用不同濃度的5-氮雜-2-脫氧胞苷處理細(xì)胞后,部分腫瘤系細(xì)胞中DSC1-3 恢復(fù)了表達(dá),表明DSC1-3 下調(diào)與DNA 甲基化相關(guān)。他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DSC3 通過(guò)抑制EGFR/ERK 通路而具有腫瘤抑制的功能,吉非替尼通過(guò)抑制EGFR 增加了DSC3的表達(dá)。該研究還發(fā)現(xiàn)肺癌細(xì)胞中DSC3的表達(dá)受p53 的調(diào)節(jié),且與p53 結(jié)合位點(diǎn)中DSC3 DNA 的甲基化有關(guān)[32]。

1.3.2 PKG Sechler等[33]研究證實(shí)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子激活物抑制因子1 能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移并增加NSCLC 細(xì)胞對(duì)c-MET抑制劑的敏感性。他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子激活物抑制因子1是PKG 的主要新型下游效應(yīng)物,且PKG 在NSCLC中的抗增殖和抗遷移作用主要由p53誘導(dǎo)。用DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷處理SCLC細(xì)胞系H157后能夠誘導(dǎo)PKG 的表達(dá)并減少腫瘤細(xì)胞的增殖。

1.3.3 DSP Yang等[34]研究發(fā)現(xiàn)與人支氣管上皮細(xì)胞相比,DSP在多種肺癌細(xì)胞系中表達(dá)下降,且在NSCLC 細(xì)胞系H157中過(guò)表達(dá)DSP后,細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力均受到抑制,并增加了由吉西他濱誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的敏感性。此外,DSP 過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了PKG 表達(dá),促使T 細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子依賴性轉(zhuǎn)錄活性降低,Wnt/β-catenin靶基因Axin2和基質(zhì)金屬蛋白酶MMP14表達(dá)也降低。小干擾敲除NSCLC細(xì)胞系H2228的DSP 后,PKG 表達(dá)降低,β-catenin及MMP14表達(dá)增加。

為了深入分析ADC和SCC之間差異基因的表達(dá),Hao等[35]對(duì)大樣本肺癌數(shù)據(jù)庫(kù)-GSE43580進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了17個(gè)細(xì)胞連接相關(guān)基因在ADC 和SCC 中表達(dá)有差異。并通過(guò)Gene ontology 分析篩選出8 個(gè)橋?；颍篋SC1、DSG1、DSC2、PKG、DSP、PKP1、DSC3 和DSG3,且在人肺癌組織標(biāo)本中,橋粒基因在SCC 中高表達(dá),在ADC中表達(dá)較低。且在ADC 中,而非在SCC 中,橋粒基因的表達(dá)與SOX 家族的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子SOX30表達(dá)呈正相關(guān)性。SOX30在ADC 細(xì)胞系 (A549 和LTEP-a-2)中過(guò)表達(dá)后能上調(diào)橋?；虻谋磉_(dá),且SOX30作為橋粒基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,可直接結(jié)合橋?；騿?dòng)子區(qū)ACAAT 序列并激活它們?cè)贏DC 中的轉(zhuǎn)錄。該研究還發(fā)現(xiàn),miRNA 敲除ADC 細(xì)胞系中DSP、PKG、DSC3 的表達(dá)可明顯減弱SOX30對(duì)ADC細(xì)胞增殖、遷移和侵襲的抑制作用。與野生型小鼠相比,SOX30 敲除鼠肺組織中DSP、PKG、DSC3的m RNA 和蛋白表達(dá)水平下降,SOX30 通過(guò)激活Wnt和ERK 信號(hào)通路,抑制橋粒相關(guān)基因的表達(dá)從而促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為橋?；蛘{(diào)控提供了潛在的新機(jī)制,并為SOX30參與ADC 生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制提供了研究新思路。

2 特發(fā)性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)

IPF是一種沒(méi)有明確病因的慢性進(jìn)行性肺纖維化疾病。肺泡上皮細(xì)胞損傷可能是纖維化肺修復(fù)的起始因素,隨后引起間充質(zhì)細(xì)胞的遷移、增殖和活化,形成成纖維細(xì)胞/肌纖維母細(xì)胞灶,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)度沉積,肺實(shí)質(zhì)發(fā)生不可逆的破壞[36]。Matthes等[37]研究發(fā)現(xiàn)IPF患者的肺成纖維細(xì)胞PKG 表達(dá)水平較健康對(duì)照者低,但用siRNA 敲降肺成纖維細(xì)胞表達(dá)的PKG 后,其特征性成纖維細(xì)胞表型(黏附、增殖和凋亡)并未發(fā)生改變,因此,尚需進(jìn)一步研究以明確這些細(xì)胞中PKG 減少所致的功能改變。

一項(xiàng)納入了40例IPF和40名健康對(duì)照者的研究發(fā)現(xiàn),在40%IPF患者的血清和肺泡灌洗液中檢測(cè)到抗周斑蛋白(periplakin,PPL)抗體陽(yáng)性 (在健康者中均未檢測(cè)到)[38]。隨后Besnard等[39]對(duì)PPL 在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中的肺損傷和重塑作用進(jìn)行了深入探究,研究發(fā)現(xiàn)博來(lái)霉素誘導(dǎo)損傷后,小鼠肺中PPL 表達(dá)明顯下降。PPL基因敲除鼠與對(duì)照小鼠相比,博來(lái)霉素誘導(dǎo)損傷后,小鼠生存率明顯提高,并且肺纖維化進(jìn)展得以減緩,其主要可能作用機(jī)制是PPL 敲除后促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子表達(dá),并改變肺泡上皮細(xì)胞的信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo),包括STAT3的活化和TGF-β/Smad途徑的激活。

3 硅沉著病

吸入二氧化硅粉塵是硅沉著病發(fā)生的原因,但并非所有在任何特定時(shí)間硅塵暴露中的人都會(huì)發(fā)生硅沉著病,這可能與硅沉著病的遺傳易感性有關(guān)。Wang等[40]首次證實(shí)了DSP基因多態(tài)性與中國(guó)人群硅沉著病易感性的關(guān)系,DSP基因外顯子15中的rs2076304與漢族人群硅沉著病風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān) (OR =1.53,95%CI：1.03～2.29,P=0.036),進(jìn)一步功能學(xué)研究表明,rs2076304 可能影響RHOXF1的結(jié)合。Mathai等[41]研究發(fā)現(xiàn)DSP 中的序列變異與IPF相關(guān),rs2076295 基因型與肺組織中DSP 的差異性表達(dá)有關(guān)。他們對(duì)334例IPF 患者和201名健康受試者肺組織進(jìn)行DSP基因表達(dá)測(cè)定,結(jié)果表明,與對(duì)照肺組織相比,IPF患者肺組織中DSP 基因表達(dá)量增加了2.3倍(95%CI：1.91～2.71,P ＜0.000 1),其表達(dá)顯著增加并且集中表達(dá)在氣道上皮細(xì)胞中,可能是病變肺組織對(duì)損傷的強(qiáng)烈且持續(xù)的上皮反應(yīng)的結(jié)果。該研究還發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子5變體rs2076295與疾病的顯著相關(guān)性,它與基因表達(dá)降低相關(guān),為該基因在硅沉著病病因?qū)W中的作用提供了證據(jù)。隨后,歐洲的一項(xiàng)IPF全基因組相關(guān)性研究驗(yàn)證了DSP基因 [rs2076295,OR =1.44 (1.35～1.54),P =7.81×10-28]在IPF患者和健康人群中存在差異性表達(dá)[42]。

4 支氣管哮喘 (哮喘)

在支氣管上皮細(xì)胞-基底細(xì)胞間,橋粒是重要的錨定附著結(jié)構(gòu)[43-45]。支氣管上皮細(xì)胞的脫落,是指柱狀上皮從基底細(xì)胞剝離,基底細(xì)胞部分或完全暴露于吸入的物質(zhì),這其中就包括過(guò)敏原的侵入,從而更進(jìn)一步加重炎癥反應(yīng)[46]。對(duì)哮喘患者的支氣管活檢組織進(jìn)行投射電子顯微鏡檢查,發(fā)現(xiàn)橋粒長(zhǎng)度相對(duì)健康對(duì)照減少了30%～40%,因此猜測(cè)橋粒的缺少可能是上皮脫落的重要因素[47]。研究證實(shí),在哮喘發(fā)生、發(fā)展早期,氣道上皮屏障功能被破壞和環(huán)境中過(guò)敏原侵入是其重要現(xiàn)象[48]。在Kampf等[49]研究中,炎癥因子腫瘤壞死因子α及γ-干擾素刺激人支氣管上皮細(xì)胞后,免疫細(xì)胞化學(xué)染色顯示上皮細(xì)胞橋粒蛋白表達(dá)明顯減少。鑒于Pillai等[50]在人支氣管上皮細(xì)胞中檢測(cè)到橋粒蛋白DSG2,Zuckerman等[51]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),炎癥因子腫瘤壞死因子α和IL-13 刺激人支氣管上皮細(xì)胞后,其DSG2表達(dá)下降,且IL-13能誘導(dǎo)DSG2蛋白的裂解。由此,DSG2可能在氣道炎癥疾病中發(fā)揮重要作用,但其具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。另有研究發(fā)現(xiàn)PPL 在氣道上皮細(xì)胞中也有表達(dá),且PPL作為中間絲骨架結(jié)構(gòu)和橋粒斑塊之間的連接體,參與上皮細(xì)胞聚集、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和抗原呈遞等[52]。Taille等[53]對(duì)260 例哮喘患者及40 名健康對(duì)照的血清抗-PPL 抗體進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)18%的哮喘患者抗-PPL IgG 抗體陽(yáng)性,而在健康對(duì)照者中未檢測(cè)到。另外,在138 例受試者中有12 例 (8.7%)檢測(cè)到抗-PPL IgE抗體,并且在合并有鼻息肉患者中的陽(yáng)性率更高,該研究尚不能明確抗-PPL自身免疫是否真正參與哮喘的發(fā)病機(jī)制,但表明自身免疫在哮喘發(fā)病機(jī)制中具有重要作用及其作為哮喘治療靶點(diǎn)的潛在可能。

5 總結(jié)

橋粒作為一種結(jié)構(gòu)蛋白,對(duì)維持上皮組織的完整性具有重要作用。橋粒家族蛋白還具有其它豐富的生物學(xué)功能,研究表明其參與肺部腫瘤、特發(fā)性肺纖維化、硅沉著病、哮喘等多種肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展。相信隨著研究的深入,橋粒蛋白的臨床價(jià)值將得到進(jìn)一步的提升,為肺部疾病的機(jī)制、臨床診斷、治療和預(yù)后提供研究新思路。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

（收稿日期:2019-08-03）