去整合素-金屬蛋白酶17在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的研究現(xiàn)狀

2020-10-15 08:05

世界華人消化雜志 2020年19期

徐榕,康海鋒,錢俊波, 南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科江蘇省南通市 226000

劉宏斌, 南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院病理科江蘇省南通市 226000

0 引言

惡性腫瘤是嚴(yán)重威脅人類健康的重要疾病之一,2018年全球十大常見惡性腫瘤有近一半來(lái)自消化系統(tǒng).主要消化系統(tǒng)惡性腫瘤如結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)、胃癌(gastric carcinoma,GC)、肝癌和食管癌,其死亡率分別位居所有惡性腫瘤的第2、3、4和6位[1].據(jù)預(yù)測(cè),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展,與慢性感染、不健康飲食方式等相關(guān)的消化系統(tǒng)惡性腫瘤也將成為我國(guó)發(fā)病率和死亡率最高的癌癥之一[2].

目前,腫瘤的根治主要依靠手術(shù),由于大部分病人被確診時(shí)已處于疾病的中晚期,因此還需放化療、免疫治療等輔助方案,但腫瘤病人的整體預(yù)后仍不理想.鑒于臨床上缺乏有效的抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的藥物治療方案,近年來(lái),靶向治療上升為一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域.探尋腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)特征,發(fā)現(xiàn)早期敏感標(biāo)記物和新型藥物靶標(biāo),對(duì)有效防治惡性腫瘤及其預(yù)后評(píng)估、提高腫瘤病人的生存質(zhì)量,具有重要的社會(huì)和科學(xué)意義.

去整合素-金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase,ADAM)17,又稱腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)換酶(tumor necrosis factor alpha converting enzyme,TACE)是一種具有多功能的細(xì)胞膜表面糖蛋白.ADAM17不僅可以切割多種跨膜蛋白的胞外域,使之脫落與相應(yīng)配體結(jié)合從而激活信號(hào)通路,在細(xì)胞增殖、血管生成等過(guò)程中發(fā)揮作用; 還可以通過(guò)降解細(xì)胞基底膜和細(xì)胞外基質(zhì),與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移能力密切相關(guān).正因如此,ADAM17被報(bào)道在許多惡性腫瘤中表達(dá)上調(diào),如腦膠質(zhì)瘤[3]、肺癌[4]、乳腺癌[5]、腎透明細(xì)胞癌[6]、上皮性卵巢癌[7]等.本文就近年來(lái)有關(guān)ADAM17在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的表達(dá)情況及其功能進(jìn)行綜述.

1 ADAM17的概述

1.1 ADAM17的發(fā)現(xiàn) 1988年,一些研究者在研究腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)時(shí)發(fā)現(xiàn)其是一種跨膜蛋白,需要被某種剪切酶作用后才能發(fā)揮生物活性.1994年,另一些研究者報(bào)道,TNF-α過(guò)量釋放可誘發(fā)感染性休克,異羥肟酸酯作為TNF-α剪切酶的抑制劑,恰好可以阻斷這一疾病的發(fā)生.由此人們猜想,TNF-α剪切酶是否可以作為疾病治療的潛在靶點(diǎn)?這是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題.1997年,有兩個(gè)研究小組從小鼠和人類體內(nèi)純化出這種剪切酶(稱為TACE),顯示其是膜結(jié)合的整合素金屬蛋白酶,是哺乳動(dòng)物adamalysins(或ADAMs)家族的新成員,也就是后來(lái)的ADAM17[8].

1.2 ADAM17的結(jié)構(gòu)與功能 ADAM17主要以兩種形式存在:前體形式(約100 kDa)和缺乏前結(jié)構(gòu)域的活化形式(約80 kDa).全長(zhǎng)蛋白質(zhì)(或前體形式)由824個(gè)氨基酸組成,其編碼基因位于染色體2p25,長(zhǎng)約50 kbp,包含19個(gè)外顯子[9].該蛋白是一種含有8個(gè)結(jié)構(gòu)域的Ⅰ型跨膜蛋白,從外向內(nèi)依次為N端信號(hào)域、前結(jié)構(gòu)域、類金屬蛋白酶域、整合蛋白功能域、半胱氨酸富集域、類表皮生長(zhǎng)因子域、跨膜域和C末端胞質(zhì)尾區(qū)[10,11].

類金屬蛋白酶域和整合蛋白功能域是ADAM17主要的結(jié)構(gòu)域.類金屬蛋白酶域具有活性位點(diǎn),在該位點(diǎn),HExGHxxGxxHD基序與Zn2+結(jié)合,顯示出具有蛋白酶活性,這也是ADAM17最突出的功能(圖1).ADAM17負(fù)責(zé)對(duì)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、TNF-α、白介素6 (interleukin 6,IL-6)、CX3C趨化因子配體1等膜蛋白的細(xì)胞外功能區(qū)進(jìn)行水解脫落,使之形成配體,而后通過(guò)自分泌或旁分泌與相應(yīng)的受體結(jié)合,從而協(xié)調(diào)EGFR-PI3K-Akt途徑、Notch信號(hào)通路、NF-κB信號(hào)通路等信號(hào)轉(zhuǎn)移,參與血管生成、細(xì)胞增殖、炎癥反應(yīng)等生物學(xué)過(guò)程.整合蛋白功能域可與整合蛋白結(jié)合并抑制其功能,由此影響細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-基質(zhì)之間的粘附,這有利于細(xì)胞的遷移浸潤(rùn),因此賦予了惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移特性[10-12].

圖1 去整合素-金屬蛋白酶17功能示意圖.

此外,N端域起分子伴侶的作用; 前結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)ADAM17的成熟和正確折疊; 半胱氨酸富集域和類表皮生長(zhǎng)因子域可能與ADAM17的底物識(shí)別有關(guān); 胞質(zhì)域可能參與胞外域信號(hào)分子事件的響應(yīng),缺乏跨膜域和胞質(zhì)域的ADAM17可以切割跨膜蛋白,但效率不高[8-10].

1.3 ADAM17活性的調(diào)節(jié) 由于涉及到復(fù)雜的生理、病理過(guò)程以及不同信號(hào)通路的耦合,ADAM17的活性受到多種方式嚴(yán)格調(diào)節(jié),包括磷酸化、各種構(gòu)象變化以及內(nèi)源性抑制劑.例如C末端胞質(zhì)域的Thr 735和Ser 819發(fā)生磷酸化,可增強(qiáng)ADAM17脫落酶活性; 近膜端域的二硫鍵被蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶異構(gòu)化,導(dǎo)致開放構(gòu)象轉(zhuǎn)換為封閉構(gòu)象,這限制了磷脂酰絲氨酸的可及性,磷脂酰絲氨酸可作為ADAM17的激活劑; ADAM17在穩(wěn)態(tài)下以二聚體形式存在于細(xì)胞表面,組織金屬蛋白酶3抑制劑優(yōu)先選擇與二聚體構(gòu)象的ADAM17結(jié)合,從而抑制其活性.另外,非活性菱形蛋白(RHBDF1和RHBDF2)介導(dǎo)其從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn),被認(rèn)為是ADAM17成熟的限速步驟[8,10,12,13].

2 ADAM17與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

2.1 食管癌我國(guó)的食管癌病例93%以上為鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC).Liu等[14]通過(guò)RT-PCR檢測(cè)50例癌及癌旁組織中ADAM17 mRNA的表達(dá),表達(dá)水平分別為0.937±0.241和0.225±0.077,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01).采用免疫組化法檢測(cè)80例癌及癌旁組織中ADAM17蛋白的表達(dá)情況,陽(yáng)性率分別為66.25%和6.25% (P＜0.01).ADAM17 mRNA和蛋白的表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期有關(guān)(P＜0.05),而與性別、年齡或組織學(xué)分級(jí)無(wú)關(guān)(P＞0.05),且與患者的總體生存率有關(guān).結(jié)果表明,ADAM17 mRNA和蛋白在ESCC中高表達(dá),在腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后中具有重要作用.

與我國(guó)不同,西方發(fā)達(dá)國(guó)家的食管癌病理類型多為腺癌(esophageal adenocarcinoma,EAC).Kauttu等[15]報(bào)道,在EAC組織和細(xì)胞系中,ADAM17 mRNA的表達(dá)水平均高于正常對(duì)照組,而ADAM17蛋白的表達(dá)則無(wú)明顯差異.研究中還涉及到ADAMs家族的其他幾個(gè)成員,包括ADAM9、10、12、19,結(jié)果顯示這些分子表達(dá)的水平并不一致.這可能與每個(gè)分子的異質(zhì)性和獨(dú)特性有關(guān).

值得一提的是,現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的ADAM17在食管癌中的研究?jī)H限于定性研究,體外細(xì)胞學(xué)以及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)尚未有人報(bào)道.ADAM17促進(jìn)食管癌進(jìn)展的具體機(jī)制尚不明確,需要相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)佐證.

2.2 GC Zhang等[16]用RT-PCR和免疫組化法分別對(duì)20組和220組癌及癌旁組織進(jìn)行ADAM17表達(dá)檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)RT-PCR測(cè)得的陽(yáng)性水平為(0.88±0.40)和(0.0±0.03),免疫組化的陽(yáng)性率為82.73%和20.45%,且ADAM17的表達(dá)水平與腫瘤的分化程度、浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和TNM分期有關(guān).此外,多因素分析表明ADAM17是GC的獨(dú)立預(yù)后指標(biāo).說(shuō)明ADAM17表達(dá)的增加與GC侵襲性進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān).

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)被認(rèn)為與癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力有關(guān),是癌癥轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵細(xì)胞過(guò)程,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β (transforming growth factor-β,TGF-β)、Notch、Wnt等已被證明是誘導(dǎo)EMT發(fā)生的重要的蛋白分子[17].研究發(fā)現(xiàn),ADAM17的表達(dá)與TGF-β及p-Smad呈正相關(guān),提示ADAM17可通過(guò)TGF-β/Smad通路促進(jìn)GC細(xì)胞的EMT[18].ADAM17還可通過(guò)Notch和Wnt信號(hào)通路促進(jìn)GC轉(zhuǎn)移和進(jìn)展,其基因沉默則降低了具有高轉(zhuǎn)移潛能的SGC-7901細(xì)胞的活力和遷移能力[19].除此以外,ADAM17還可通過(guò)EGFR和TNF-α/NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)GC細(xì)胞增殖[20].這些結(jié)果都提示ADAM17可作為GC治療的靶標(biāo)候選物,在臨床實(shí)踐中有一定的應(yīng)用前景.

2.3 CRC 許多研究已證實(shí)ADAM17可促進(jìn)CRC細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為,闡明其中涉及的分子機(jī)制是CRC防治的關(guān)鍵.Pelullo等[21]報(bào)道,大約有50%的CRC病例存在致癌性Ras突變,在K-ras基因突變亞型細(xì)胞中,Jagged1配體被大量表達(dá).一方面,K-ras基因突變通過(guò)MEK/Erk通路調(diào)節(jié)ADAM17的活性和生長(zhǎng)因子的釋放,參與腫瘤發(fā)生; 另一方面,Jagged1被ADAM17/PS-γ分泌酶復(fù)合物加工成Jag1-ICD,在Kras-MEK/Erk-ADAM17軸的觸發(fā)下發(fā)生Jag1-ICD核蓄積,核內(nèi)的Jag1-ICD通過(guò)CSL/RBP-J調(diào)節(jié)snail1和snail2啟動(dòng)子活性進(jìn)而誘發(fā)內(nèi)在的反向信號(hào)傳導(dǎo),維持腫瘤進(jìn)展.Wang等[22]證實(shí),NADPH氧化酶1在CRC組織中高表達(dá),不僅在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)ADAM17蛋白的表達(dá)水平,還通過(guò)破壞ADAM17與潛在E3連接酶之間的相互作用而穩(wěn)定ADAM17,以激活A(yù)DAM17-EGFR-PI3K-Akt信號(hào)通路促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖和侵襲.Park等[23]發(fā)現(xiàn),在CRC細(xì)胞中脂多糖與Toll樣受體4結(jié)合,通過(guò)ERK信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)ADAM10、ADAM17以及EMT相關(guān)細(xì)胞因子(包括IL-8和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子)表達(dá),ADAM10、ADAM17還可調(diào)節(jié)MMP2和MMP9的激活,共同促進(jìn)CRC細(xì)胞轉(zhuǎn)移.

此外,ADAM17還與CRC的化療耐藥性有關(guān).Chen等[24]選用ADAM17高表達(dá)的SW480細(xì)胞株,利用RNA干擾技術(shù)敲除ADAM17基因,結(jié)果發(fā)現(xiàn)siRNA-ADAM17處理后的SW480細(xì)胞的遷移能力降低,對(duì)西妥昔單抗誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的敏感性提高.由此可見,ADAM17可以作為CRC耐藥的一個(gè)治療靶點(diǎn).

2.4 肝癌 Ding等[25]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ADAM17 mRNA在肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)組織中顯著表達(dá),且與腫瘤分化程度相關(guān).使用抑制性單克隆抗體或抑制劑靶向ADAM17可削弱肝癌細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移能力,提高對(duì)化療藥物如索拉非尼的敏感性[26],提示ADAM17在HCC進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用.

ADAM17可經(jīng)多種途徑促進(jìn)HCC的發(fā)生.Li等[27]發(fā)現(xiàn)ADAM17裂解Notch信號(hào)通路的配體,通過(guò)Notch-1信號(hào)介導(dǎo)整合素β活化,激活下游的FAK/PI3K-Akt通路,有利于細(xì)胞存活及粘附轉(zhuǎn)移.另外,Notch信號(hào)還可通過(guò)Notch/Snail/E-cadherin通路調(diào)節(jié)EMT過(guò)程,從而增強(qiáng)癌細(xì)胞的遷移和侵襲[26].Abo-El Fetoh[28]還提出Ros/ADAM17/HB-EGF/EGFR/ERK信號(hào)級(jí)聯(lián)的機(jī)制.活性氧誘導(dǎo)ADAM17水解肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(heparin binding-epidermal growth factor-like growth factor,HBEGF),產(chǎn)生可溶性HB-EGF與EGFR結(jié)合,激活ERK通路,后者與致癌蛋白過(guò)度表達(dá)有關(guān),導(dǎo)致癌癥進(jìn)展.以上信號(hào)通路都足以證明ADAM17在癌癥治療中可以成為新的靶點(diǎn).

2.5 胰腺癌胰腺上皮內(nèi)瘤變是胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDA)重要的癌前病變.Ringel等[29]實(shí)驗(yàn)表明,ADAM17在胰腺高級(jí)別上皮內(nèi)瘤變及PDA組織中顯著表達(dá),在PDA細(xì)胞系中也如此,敲除ADAM17基因可降低PDA細(xì)胞的侵襲能力,提示ADAM17參與PDA的發(fā)生發(fā)展.進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),K-ras基因突變驅(qū)動(dòng)了PDA癌前病變的形成[30].K-ras基因突變誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,激活Notch信號(hào)傳導(dǎo),上調(diào)EGFR及其配體與ADAM17的表達(dá),使得腺泡細(xì)胞獲得增殖與侵襲潛能.最近有學(xué)者[31]提出構(gòu)建特異性抗ADAM17抗體,即A9(B8)IgG,不但可減少ADAM17底物配體脫落,抑制PanIN向PDA轉(zhuǎn)化,而且能有效抑止EMT,這為ADAM17的靶向治療提供了理論和技術(shù)支持.

2.6 膽囊癌 Wu等[32]通過(guò)ELISA和蛋白質(zhì)印跡法分析表明,ADAM17表達(dá)水平的升高可發(fā)生在膽囊癌的早期臨床階段,與腫瘤的組織學(xué)等級(jí)和pT分期密切相關(guān),可作為預(yù)測(cè)膽囊癌患者預(yù)后的獨(dú)立因素.然而,ADAM17參與膽囊癌發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究.

3 討論

ADAM17屬于鋅蛋白酶中的adamalysin蛋白家族,從胚胎發(fā)育到成年,在心腦血管、腎、睪丸、胎盤、卵巢、肺、脾、骨骼肌和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布.ADAM17作為關(guān)鍵的裂解酶,其底物覆蓋了生長(zhǎng)因子(如VEGF、EGF)、細(xì)胞因子(如TNF-α、TGF-α、IL-6)和黏附因子(如細(xì)胞間黏附分子ICAM-1、CX3CL-1)等80余種蛋白,觸發(fā)至少三條主要的信號(hào)傳導(dǎo)途徑,即EGF受體、TNFα受體或IL-6受體信號(hào)傳導(dǎo).同時(shí),通過(guò)比較ADAM17與鋅蛋白酶超家族另一成員——基質(zhì)金屬蛋白酶的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)構(gòu)基本相同,因此ADAM17還能夠降解細(xì)胞基底膜和細(xì)胞外基質(zhì),以干預(yù)組織重建來(lái)促進(jìn)腫瘤的局部浸潤(rùn)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移.事實(shí)證明,ADAM17不但是器官(包括心臟瓣膜、眼睛等)正常發(fā)育所必需的,而且在腫瘤發(fā)生發(fā)展、炎癥反應(yīng)、動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用[9,33,34].

4 結(jié)論