黃麗艷,龍喜帶

腫瘤微環(huán)境是腫瘤細(xì)胞得以生存的重要物質(zhì)條件,腫瘤細(xì)胞通過(guò)與腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等成分的相互作用而促進(jìn)腫瘤的演進(jìn)[1]。研究已證實(shí),腫瘤微環(huán)境中存在較高濃度的細(xì)胞外ATP(extracellular ATP, eATP),高濃度的eATP是腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境得以進(jìn)行信息交往的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。越來(lái)越多的證據(jù)顯示,eATP通過(guò)與其受體P2X家族蛋白結(jié)合而在腫瘤演進(jìn)中發(fā)揮調(diào)控作用。P2X家族蛋白共有7個(gè)成員,均為離子通道型嘌呤受體。近年來(lái)的研究表明,P2X3、P2X4和P2X7等P2X家族蛋白成員在腫瘤中存在異常表達(dá),并影響腫瘤增殖、侵襲等生物學(xué)行為,在腫瘤演進(jìn)中起重要作用[1-5]。本文將簡(jiǎn)要綜述P2X家族蛋白在腫瘤中的作用及相關(guān)進(jìn)展。

1 P2X家族蛋白概述

P2X家族蛋白為離子通道型嘌呤受體,通過(guò)與eATP結(jié)合而被激活,激活后的P2X家族蛋白發(fā)生空間構(gòu)象改變,進(jìn)而開放通道,并允許Na+、K+等低價(jià)陽(yáng)離子通過(guò)。迄今為止,在哺乳動(dòng)物組織中,共鑒定了7個(gè)P2X家族蛋白成員,分別命名為P2X1～7,各成員可由不同濃度的eATP激活[6]。在結(jié)構(gòu)上,P2X家族蛋白表現(xiàn)為三聚體形態(tài),可為同源蛋白或異源蛋白組合而成。目前,只有P2X3、P2X4和P2X7三個(gè)成員的三聚體空間結(jié)構(gòu)得到深入解析,它們的組成結(jié)構(gòu)具有三重對(duì)稱的特點(diǎn),其細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域及跨膜結(jié)構(gòu)域類似海豚結(jié)構(gòu),而細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域知之甚少[6-7]。通過(guò)氨基酸序列比對(duì)分析發(fā)現(xiàn),組成P2X3、P2X4和P2X7蛋白的亞基具有35%～53%的相同氨基酸。但是,這三個(gè)成員的亞基長(zhǎng)度存在較大區(qū)別,如構(gòu)成P2X7蛋白的亞基含595個(gè)氨基酸;而構(gòu)成P2X4蛋白的亞基只有388個(gè)氨基酸,兩者的長(zhǎng)度相差207個(gè)氨基酸。此外,P2X3、P2X4和P2X7蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域也存在明顯差異,這可能與其信號(hào)傳導(dǎo)功能相關(guān)[6,8]。

2 P2X家族蛋白與腫瘤的關(guān)系

2.1 P2X7與腫瘤P2X7是跨膜蛋白,參與胚胎發(fā)育、機(jī)體免疫系統(tǒng)的完善、炎癥和腫瘤發(fā)生等過(guò)程,其與eATP相互作用在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[9]。腫瘤發(fā)生后,腫瘤細(xì)胞向外釋放ATP,使腫瘤細(xì)胞外間質(zhì)的ATP濃度比正常組織細(xì)胞外間質(zhì)的ATP濃度高,當(dāng)P2X7與腫瘤eATP結(jié)合后被激活,從而使細(xì)胞膜上的跨膜通道打開,引起細(xì)胞內(nèi)外離子失衡,引發(fā)細(xì)胞膜流動(dòng)性和細(xì)胞框架的改變,同時(shí)也引發(fā)腫瘤微環(huán)境的改變,某些小分子物質(zhì)通過(guò)這種改變進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部,從而改變細(xì)胞內(nèi)分子代謝,激活相關(guān)信號(hào)通路,通過(guò)上述作用影響腫瘤細(xì)胞的生命活性[10]。此外,P2X7的激活可以增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)糖酵解和氧化呼吸的葡萄糖代謝過(guò)程,從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)ATP的產(chǎn)生。當(dāng)細(xì)胞外出現(xiàn)缺氧等因素刺激時(shí),細(xì)胞內(nèi)的ATP會(huì)分泌至細(xì)胞外,而P2X7也會(huì)參與這個(gè)釋放過(guò)程。因此,高濃度eATP激活P2X7可進(jìn)一步促進(jìn)ATP的產(chǎn)生和釋放,從而產(chǎn)生正反饋,這為腫瘤快速生長(zhǎng)的能量需求提供了強(qiáng)有力的支持[11]。也有研究表明P2X7在免疫細(xì)胞中廣泛表達(dá),并通過(guò)信號(hào)介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸,從而促進(jìn)腫瘤的形成[12]。

P2X7在大多數(shù)實(shí)體腫瘤和血液的惡性病變中均有表達(dá),大量研究通過(guò)臨床病理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：P2X7在甲狀腺癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、膽管癌、結(jié)直腸癌、皮膚癌、肺癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、神經(jīng)細(xì)胞瘤、骨肉瘤、尤因肉瘤、軟骨肉瘤、顱咽管瘤和血液癌癥中均呈高表達(dá)[9-10,13-15]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型進(jìn)一步證實(shí)：P2X7可促進(jìn)炎癥因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和基質(zhì)金屬蛋白酶的釋放,誘導(dǎo)形成炎性小體,激活腫瘤細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路中的酶和激酶,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲;使用拮抗劑或抑制劑抑制P2X7蛋白的活性后,腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲則受到不同程度抑制[10,13,16]。這些結(jié)果提示：雖然P2X7在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用非常復(fù)雜,但已有充分證據(jù)證明其可促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,起到類似癌基因的作用。

然而,也有研究報(bào)道子宮頸癌中P2X7表達(dá)下調(diào)[17],這與上述P2X7具有促癌作用截然相反,這提示P2X7在不同腫瘤中可能發(fā)揮不同的作用,某些情況下對(duì)腫瘤具有促進(jìn)作用,而在另一些情況下則抑制腫瘤的生長(zhǎng),即P2X7同時(shí)具有促腫瘤和抗腫瘤的雙重特性,其原因可能與P2X7有多種剪切變異體和自身多態(tài)性相關(guān),不同的剪切變異體可能負(fù)責(zé)不同甚至相反的生物學(xué)功能調(diào)節(jié)。目前認(rèn)為這種對(duì)癌癥雙重調(diào)控作用的機(jī)制可能涉及腫瘤微環(huán)境的調(diào)控,包括：在腫瘤細(xì)胞外微環(huán)境中,如果使用較低劑量的ATP刺激時(shí),P2X7表達(dá)的是氨基酸殘基C(C-ter)截?cái)嗟臒o(wú)功能形式,這種形式的受體不形成膜孔,僅作為離子通道,發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲的作用;當(dāng)使用較高劑量的ATP刺激時(shí),P2X7結(jié)構(gòu)中的半胱氨酸殘基發(fā)生棕櫚酰化作用,促進(jìn)P2X7受體形成大孔隙樣結(jié)構(gòu),從而引起大量Ca2+內(nèi)流,對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用,從而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[16]。

另外,邸泰霖等[18]發(fā)現(xiàn)：P2X7高表達(dá)的結(jié)直腸癌患者接受術(shù)前新輔助化療可獲得更好的療效。這提示P2X7高表達(dá)可作為評(píng)估結(jié)直腸癌患者進(jìn)行術(shù)前新輔助化療的重要分子標(biāo)志物。也有研究表明,P2X7參與癌痛機(jī)制的調(diào)節(jié),當(dāng)P2X7感應(yīng)到高濃度eATP后,其離子通道就會(huì)激活,使細(xì)胞外Ca2+和Na+發(fā)生內(nèi)流,而K+發(fā)生外流,從而引發(fā)一系列的炎性反應(yīng)并增加神經(jīng)末梢疼痛感覺(jué)的敏感性;同時(shí),神經(jīng)細(xì)胞上的P2X7激活后,可能會(huì)增加神經(jīng)元的興奮性,改變疼痛信號(hào)的傳輸和處理,從而增加癌痛的感覺(jué)。這些發(fā)現(xiàn)意味著P2X7或許可以作為治療癌癥疼痛和情感抑郁的靶點(diǎn),成為評(píng)估和治療癌痛的潛在指標(biāo),為癌癥患者帶來(lái)福音[19-20]。綜上,盡管P2X7在癌癥發(fā)生、發(fā)展中的具體作用及相關(guān)機(jī)制未能詳盡闡明,但越來(lái)越多的證據(jù)表明,它在不同腫瘤或不同階段起促癌或抑癌作用,這種對(duì)癌癥的雙重作用可能是由于其存在多種剪切變異體。

2.2 P2X4與腫瘤P2X4是P2X家族蛋白中對(duì)ATP較敏感的受體之一,也是該家族中對(duì)Ca2+滲透性最強(qiáng)的受體。P2X4蛋白在神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、心臟和血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)較高。在大鼠模型中,P2X4主要存在于小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的溶酶體中,隨后可移動(dòng)和錨定到質(zhì)膜[7]。有研究發(fā)現(xiàn)：在多種癌癥中P2X4蛋白均存在高表達(dá),并具有促進(jìn)腫瘤形成和加快腫瘤侵襲的作用。Maynard等[21]通過(guò)前列腺癌臨床組織樣本的微陣列分析,發(fā)現(xiàn)與良性前列腺組織增生和上皮內(nèi)瘤變相比,前列腺癌組織中P2X4表達(dá)更高。通過(guò)體外細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：前列腺癌細(xì)胞過(guò)表達(dá)P2X4后,癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力增加;在P2X4蛋白激動(dòng)劑刺激下,癌細(xì)胞亦出現(xiàn)類似反應(yīng);但當(dāng)敲低P2X4表達(dá)或給予P2X4抑制劑刺激后,癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力降低。He等[22]進(jìn)一步證實(shí)了P2X4在前列腺癌中的這種促進(jìn)作用。Chadet等[23]發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中存在P2X4高表達(dá),且主要定位于溶酶體內(nèi),經(jīng)細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)表達(dá)P2X4后,能促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。Yang等[24]通過(guò)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和小鼠模型實(shí)驗(yàn)證明腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞上P2X4表達(dá)可促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲和遷移的能力。Schmitt等[25]發(fā)現(xiàn)：在結(jié)直腸癌細(xì)胞的體外細(xì)胞學(xué)功能實(shí)驗(yàn)中,化療藥物誘導(dǎo)的癌細(xì)胞死亡可促進(jìn)鄰近癌細(xì)胞獲得生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)?？赡軝C(jī)制為瀕死的癌細(xì)胞通過(guò)釋放ATP形成高濃度eATP,然后激活鄰近癌細(xì)胞上的P2X4蛋白,并介導(dǎo)mTOR依賴性通路,從而提升癌細(xì)胞的生存活性。隨后,Suzuki-Kerr等[26]也證實(shí)P2X4蛋白參與瀕死癌細(xì)胞促進(jìn)其周邊癌細(xì)胞生長(zhǎng)活性的過(guò)程。上述結(jié)果均表明P2X4蛋白具有促進(jìn)腫瘤演進(jìn)的作用。但是,也有相反的報(bào)道。如Reyna-Jeldes等[27]在研究嘌呤能受體參與胃癌衍生細(xì)胞系上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移潛力的研究中發(fā)現(xiàn),P2X4過(guò)表達(dá)可抑制胃癌衍生的細(xì)胞系增殖,敲低P2X4表達(dá)時(shí)可促進(jìn)細(xì)胞增殖。由此可知,P2X4蛋白和P2X7一樣,對(duì)癌癥具有促癌和抑癌的雙重特性,具體機(jī)制尚不清楚。此外,P2X4蛋白在癌痛中發(fā)揮重要作用,研究表明其在小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中高表達(dá),通過(guò)激活多種信號(hào)通路增強(qiáng)感覺(jué)信息的傳遞并誘發(fā)疼痛[28]。目前,P2X4蛋白抑制劑已應(yīng)用于臨床,P2X4蛋白可作為臨床治療部分惡性腫瘤的靶點(diǎn),抑制P2X4活性可成為治療癌痛及慢性疼痛的新手段。

2.3 P2X3與腫瘤研究表明,P2X3在背根神經(jīng)節(jié)的痛覺(jué)感覺(jué)神經(jīng)元上高表達(dá),參與多種疼痛機(jī)制的調(diào)節(jié),其主要以同源三聚體的形式存在,部分以異構(gòu)體(P2X3/P2X2)的形式存在[7],P2X3在腫瘤中的作用主要與癌痛相關(guān)。He等[29]研究發(fā)現(xiàn),在背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中,P2X3在Wnt5b/Ryk的介導(dǎo)下向膜轉(zhuǎn)運(yùn)增加,從而引發(fā)外周神經(jīng)致敏和骨癌疼痛。也有研究報(bào)道,P2X3蛋白或異構(gòu)體的激活參與骨癌引起的疼痛以及外周痛覺(jué)神經(jīng)致敏,抑制P2X3或異構(gòu)體的活性則可以對(duì)骨癌疼痛發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[30-32]。此外,P2X3除在癌痛中起作用外,也有報(bào)道其受VSNL1的調(diào)控促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和遷移[33]。P2X3的促癌痛特性使其可能成為癌痛治療領(lǐng)域的新靶點(diǎn)。

2.4 其他P2X家族蛋白成員與腫瘤目前,P2X1、P2X2、P2X5、P2X6等其他P2X家族蛋白成員與腫瘤相關(guān)性的研究很少。近年有報(bào)道,敲低P2X1表達(dá)或使用P2X1抑制劑可抑制人急性髓系白血病細(xì)胞系的增殖[34];由輻射誘導(dǎo)的P2X6高表達(dá)可抑制人膀胱癌細(xì)胞系的生長(zhǎng),并獲得良好的生存預(yù)后[35];大數(shù)據(jù)生物信息分析還發(fā)現(xiàn),P2X5是促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展的重要因素[36]。上述研究提示,P2X1對(duì)急性髓系白血病具有促進(jìn)作用,阻斷其表達(dá)可能成為臨床治療該病的新靶點(diǎn),P2X6或可作為臨床評(píng)估膀胱癌患者預(yù)后的生物學(xué)指標(biāo),抑制P2X5可能為臨床控制結(jié)直腸癌病情的進(jìn)展做出貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述,P2X家族蛋白作為ATP的受體,在多種腫瘤中存在異常表達(dá),并與腫瘤增殖、侵襲和遷移等生物學(xué)行為有關(guān)。其中P2X7和P2X4對(duì)腫瘤增殖的影響呈現(xiàn)具有促進(jìn)和抑制的雙重性特征,這可能是不同表達(dá)或腫瘤微環(huán)境狀態(tài)所決定的,具體機(jī)制有待深入研究。P2X4和P2X3還參與癌癥誘發(fā)疼痛的過(guò)程,而其他P2X家族蛋白在腫瘤中的作用研究較少。因此,深入解析P2X家族蛋白成員在腫瘤演進(jìn)中的作用及相關(guān)機(jī)制是該領(lǐng)域有待解決的重要內(nèi)容,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)其有望成為腫瘤診斷及預(yù)后判斷的標(biāo)志物,同時(shí)還可能成為癌痛治療的新靶點(diǎn)。