龔琳綜述 周黎明審閱
(1.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院2010級(jí)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基地班,四川 成都 610041;2.四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院藥理教研室,四川 成都 610041)
腫瘤發(fā)生和發(fā)展不僅僅是腫瘤細(xì)胞和它們的相關(guān)基因發(fā)生改變的結(jié)果,更是組織內(nèi)微環(huán)境失衡的反映[1,2]。組織內(nèi)微環(huán)境包括內(nèi)皮細(xì)胞、纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞,以及細(xì)胞外基質(zhì)(Extral Cellear Memberma,ECM)。因此,腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移涉及到腫瘤細(xì)胞及上述細(xì)胞和基質(zhì)間的多個(gè)步驟和分子反應(yīng)。這些步驟主要有:腫瘤細(xì)胞黏附特性改變,腫瘤細(xì)胞周圍基質(zhì)蛋白分子水解,腫瘤細(xì)胞增殖和生存能力增強(qiáng),腫瘤細(xì)胞遷移,淋巴血管生成,免疫打擊逃避,轉(zhuǎn)移靶器官的趨化和生長(zhǎng)。表1大致總結(jié)了這些過(guò)程所涉及到的分子改變[3]。
下面我們就以上過(guò)程所涉及到的分子改變來(lái)闡述腫瘤轉(zhuǎn)移的分子生物學(xué)機(jī)制。
細(xì)胞黏附包括癌細(xì)胞與癌細(xì)胞之間的同質(zhì)型黏附和癌細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞之間的異質(zhì)型黏附。細(xì)胞黏附在惡性腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用。侵襲發(fā)生時(shí),一方面腫瘤細(xì)胞間的附著減弱,使腫瘤細(xì)胞脫落,另一方面,腫瘤細(xì)胞與基底膜的黏附增加,從而進(jìn)入血循環(huán)造成轉(zhuǎn)移。
腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的黏附分子(Cell Adhesion Molecules,CAM)是細(xì)胞膜上的一類跨膜糖蛋白,根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能特征可以分為以下幾個(gè)基因家族:鈣黏蛋白家族、整聯(lián)素家族、免疫球蛋白超家族、選擇素家族和透明質(zhì)酸受體家族。
表1 腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中涉及到的分子改變
鈣黏蛋白家族是一類鈣依賴性蛋白分子,屬Ⅰ型跨膜糖蛋白,主要參與同質(zhì)型細(xì)胞之間的黏附。根據(jù)CAD 所在組織的不同,主要分為內(nèi)皮鈣黏蛋白(E-CAD)、胎盤鈣黏蛋白(PCAD)、神經(jīng)鈣黏蛋白(N-CAD),最近發(fā)現(xiàn)一些新成員如:V-、M-、R-、及T-CAD。其 中 內(nèi) 皮 細(xì) 胞 鈣 黏 蛋 白(E-cadherin,ECAD)是研究較多的鈣黏蛋白[4]。E-CAD 主要分布于上皮組織,因?yàn)橥|(zhì)型細(xì)胞間的黏附使瘤細(xì)胞之間保持密切的接觸,難以脫離原發(fā)瘤侵入周圍的組織和血管,故E-CAD 表達(dá)減少,有助于腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移。而如將編碼E-CAD 的DNA 插到瘤細(xì)胞基因組中,則可見(jiàn)其喪失轉(zhuǎn)移和浸潤(rùn)能力[5]。對(duì)癌組織細(xì)胞中E-CAD 的表達(dá)水平及表達(dá)部位的檢測(cè)有助于提高惡性腫瘤的檢出率,并適當(dāng)?shù)慕o予一定的措施加以保護(hù),恢復(fù)E-cadherin介導(dǎo)的黏附功能可能成為臨床治療或預(yù)防癌轉(zhuǎn)移的有力手段[6]。
整合素由α、β兩個(gè)非共價(jià)結(jié)合糖蛋白亞基組成,是一類異二聚體膜表面蛋白粘附分子,屬Ⅰ型跨膜糖蛋白。在許多腫瘤中,整合素的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。整合素介導(dǎo)癌細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘附,是由于整合素能識(shí)別層粘連蛋白等成分含有的精—甘—天冬(RGD)序列,將含有RGD序列的合成肽與黑色素瘤細(xì)胞混合后,能明顯降低該腫瘤在肺組織中轉(zhuǎn)移灶的形成,這為探索腫瘤轉(zhuǎn)移的治療提供了一條新線索[7]。整合素的另一重要功能是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。它通過(guò)兩種機(jī)制傳遞信號(hào):外向信號(hào)傳遞和內(nèi)向信號(hào)傳遞。外向信號(hào)傳遞是,通過(guò)細(xì)胞本身功能狀態(tài)的改變,將細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)事件通過(guò)其胞內(nèi)區(qū)傳遞到胞外,調(diào)節(jié)整合素與配體的結(jié)合、整合素的聚集以及隨后形成的粘著斑-細(xì)胞骨架蛋白與信號(hào)分子的復(fù)合物,進(jìn)而影響整合素分子的親和性、親和力及細(xì)胞外基質(zhì)的變化等[8]。內(nèi)向信號(hào)傳遞是,整合素與其配體結(jié)合后向細(xì)胞內(nèi)傳遞信號(hào),主要包括FAK-Ras-MAPK,F(xiàn)AK-PI3K,F(xiàn)AK-STAT1等通路傳遞到細(xì)胞內(nèi),最后影響基因的表達(dá),進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖、基因轉(zhuǎn)導(dǎo)、凋亡等生物學(xué)行為[9,10]。
IgSF因其分子結(jié)構(gòu)中含有與免疫球蛋白結(jié)構(gòu)類似的片段而得名,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為細(xì)胞外區(qū)包含有一個(gè)或數(shù)個(gè)Ig樣功能區(qū)。包括ICAM-1、ICAM-2、ICAM-3,血管細(xì)胞黏附分子(Vascular cell adhesion molecule,VCAM-1)、CD31等。研 究 表 明IgSF的許多黏附因子與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān),通過(guò)配體、受體結(jié)合介導(dǎo)非Ca2+依賴性同質(zhì)或異質(zhì)細(xì)胞黏附。如ICAM-1其主要介導(dǎo)兩個(gè)重要功能,一是介導(dǎo)細(xì)胞黏附促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移,二是可以提高宿主防御機(jī)制如淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞毒性[11]。
選擇素是一類以糖基為其識(shí)別配體的黏附分子,包括白細(xì)胞(L-Selectin)、血小板(P-Selectin)和內(nèi)皮選擇素(E-Selectin)。鈣依賴的凝集素功能區(qū)位于選擇素分子細(xì)胞外區(qū)的遠(yuǎn)端,與表達(dá)在中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞上的路易士酸結(jié)合(Sialyl-Lex)。在炎癥過(guò)程中,選擇素誘導(dǎo)表達(dá),啟動(dòng)白細(xì)胞滾動(dòng)(Rolling),繼而由整合素和免疫球蛋白超家族的相互作用介導(dǎo)捕捉(Arrest)、穿越血管(Extravasation)[12]。Roselli等[13]研究發(fā)現(xiàn),肺鱗癌患者血液中sP-選擇素與sE-選擇素明顯高于正常人,且sP-選擇素和sE-選擇素表達(dá)水平均與肺鱗癌的發(fā)展階段有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn),sE-選擇素與肺鱗癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)。
透明質(zhì)酸受體是一種多功能細(xì)胞表面跨膜糖蛋白,主要與ECM 中的透明質(zhì)酸結(jié)合,也能與層黏連蛋白、膠原蛋白、纖維黏連蛋白等分子結(jié)合,參與細(xì)胞和基質(zhì)的黏附,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。CD44就是與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)的該類受體之一,它是種跨膜糖蛋白,根據(jù)緊鄰跨膜區(qū)的胞外是否存在可變區(qū),分為標(biāo)準(zhǔn)型(CD44s)和變異型(CD44v),研究發(fā)現(xiàn),CD44v的高表達(dá)與腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[14]。
ECM 是腫瘤周圍微環(huán)境的一部分,腫瘤細(xì)胞降解基質(zhì)蛋白是局部侵襲和轉(zhuǎn)移的必需步驟,而降解的基質(zhì)蛋白對(duì)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖有幫助[15]。
MMPs是一類能降解細(xì)胞外基質(zhì)的高度保守蛋白水解酶[16]。它在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中起到重要作用。
2.1.1 MMPs促進(jìn)生長(zhǎng)因子分泌,加速腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移
腫瘤及其微環(huán)境形成過(guò)程中,基質(zhì)細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞都能分泌MMPs,MMPs又能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分泌各類生長(zhǎng)因子,從而使腫瘤生長(zhǎng)加快。
2.1.2 MMPs誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡耐受
腫瘤細(xì)胞能夠逃避凋亡是腫瘤發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。MMPs能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生凋亡耐受而長(zhǎng)期存活導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。
2.1.3 MMPs促進(jìn)腫瘤血管生成
多項(xiàng)研究顯示,MMPs表達(dá)增加,VEGF/VEGF 受體也相應(yīng)增加,從而促進(jìn)血管形成。
2.1.4 MMPs降解ECM 促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移
腫瘤轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,其中ECM 的降解起著重要作用,ECM 是阻止腫瘤轉(zhuǎn)移的第一道屏障。目前發(fā)現(xiàn)MMPs能降解幾乎所有的ECM 成分,使基底膜產(chǎn)生局部的缺損,腫瘤細(xì)胞由此方式穿過(guò)血管的基底膜缺損處進(jìn)入血管,形成轉(zhuǎn)移[17]。
它是以無(wú)活性的尿激酶纖溶酶激活物前體通過(guò)自分泌和旁分泌的方式分泌的,并與糖基磷脂酰肌醇(Glycosyl-phosphatidylinositol,GPI)相連的尿激酶纖溶酶激活物受體(uPAR)結(jié)合[18]。一旦結(jié)合,膜結(jié)合的纖溶酶將尿激酶纖溶酶激活物前體剪切成雙鏈酶。纖溶酶繼而可降解循環(huán)或組織蛋白酶原,主要是基質(zhì)金屬蛋白酶家族,或生長(zhǎng)因子??傊瑄PA/uPAR 系統(tǒng)在局部緊密接觸部位具有引起蛋白溶解功能,在腫瘤遷移過(guò)程中起關(guān)鍵作用[19]。
在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移時(shí),由于MMPs分泌增加,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分泌各類生長(zhǎng)因子:表皮生長(zhǎng)因子(EGF),胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGFs),成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF),這些因子都具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞有絲分裂的能力,生長(zhǎng)因子的增加大大加快的腫瘤細(xì)胞的增殖[20]。
腫瘤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力的強(qiáng)弱受多種運(yùn)動(dòng)因子的影響,分裂素就是運(yùn)動(dòng)因子中的一種,它能多方面刺激細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)如遷移、趨化、吞噬等。根據(jù)功能分裂素又分為三種主要類型:①刺激癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和浸潤(rùn)的因子,包括運(yùn)動(dòng)刺激因子、單核細(xì)胞系的分散因子、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的運(yùn)動(dòng)因子和自分泌運(yùn)動(dòng)因子(Autocrine motility factors,AMF)等;②刺激生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)的因子,包括肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Hepatocyte growth factor,HGF)或稱擴(kuò)散因子、表皮生長(zhǎng)因子(Epidermal growth factor,EGF)、白細(xì)胞介素1,3和6等;③促進(jìn)運(yùn)動(dòng)而抑制生長(zhǎng)的因子,如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor,TGF)和干擾素等[21]。
肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子/分散因子(Hepatocyte growth factor/scatter factor,SF/HGF)是一種局部誘導(dǎo)因子。它能與Met受體(c-Met)結(jié)合,該受體是一種酪氨酸激酶受體。SF/HGF 與c-Met結(jié)合后刺激黏著斑激酶FAK 的酪氨酸磷酸化,并且與Ras信號(hào)通路關(guān)聯(lián),可以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng);c-Met還可以發(fā)生自身磷酸化,影響腫瘤細(xì)胞的生存和運(yùn)動(dòng)[22]。
惡性腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移依賴于豐富的營(yíng)養(yǎng)供給,所以需建立自己的血管網(wǎng)絡(luò),從而打破宿主內(nèi)在微環(huán)境的平衡,而且在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中,微血管的生成貫穿了始終。因此,微血管的形成是腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。血管生成主要依靠從宿主和腫瘤細(xì)胞分泌的血管生成分子,如:血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(Basic fibroblast growth factor,bFGF)、腫 瘤 壞 死 因 子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、轉(zhuǎn) 生 長(zhǎng) 因 子-α(Transforming growthfactor,TGF-α)等,從而誘導(dǎo)新生血管形成。
血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)是一類多功能的細(xì)胞因子家族,包括:VEGF-A、VEGFB、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E 和 胎 盤 生 長(zhǎng) 因 子(Placenta growth factor,PGF)等多個(gè)成員,其在血管生成和淋巴管生成中具有直接和間接的調(diào)控作用,可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、促進(jìn)血管生成及增加血管的通透性。在腫瘤浸潤(rùn)生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中,VEGF是介導(dǎo)新生血管生成的重要因素,可強(qiáng)烈促使血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,進(jìn)而形成新的血管,已被認(rèn)為是促進(jìn)腫瘤血管生成最強(qiáng)的細(xì)胞因子,對(duì)于新生血管是必要的[23]。
包括酸性及堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等,其中以堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子介導(dǎo)血管生成的作用最強(qiáng),且其可由許多腫瘤和正常組織產(chǎn)生。既是內(nèi)皮細(xì)胞的絲裂原,又是內(nèi)皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的趨化因子[24]。
當(dāng)脫落進(jìn)入血循環(huán)的腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移過(guò)程中要逃過(guò)機(jī)體的免疫監(jiān)視才能存活下來(lái),最后轉(zhuǎn)移到靶器官生長(zhǎng)。迄今已經(jīng)明了的免疫逃逸機(jī)制包括腫瘤誘導(dǎo)的抗原呈遞的減弱,免疫抑制因子的上調(diào),增加或補(bǔ)充調(diào)節(jié)細(xì)胞的數(shù)量參與到免疫抑制網(wǎng)絡(luò),這些細(xì)胞包括調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞,骨髓的抑制性細(xì)胞,特殊的成熟和不成熟的調(diào)節(jié)性樹(shù)突狀細(xì)胞的亞群,另外,負(fù)向共刺激信號(hào)的激活和Fas系統(tǒng)的反擊策略也是腫瘤逃避免疫殺傷的基本手段[25]。
對(duì)腫瘤免疫逃逸機(jī)理的研究有助于人們尋找和設(shè)計(jì)新的腫瘤免疫治療方法和途徑。但由于免疫逃逸機(jī)制的多樣性,又給研究臨床治療帶來(lái)難題。
腫瘤向遠(yuǎn)端器官的轉(zhuǎn)移是有選擇性而并非隨機(jī)的。目前有三種理論來(lái)解釋這種歸巢現(xiàn)象:①選擇性生長(zhǎng),即腫瘤細(xì)胞從血液循環(huán)或者淋巴循環(huán)向組織內(nèi)的滲透是廣泛存在的,但只在具有適合的生長(zhǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)的環(huán)境中生存;②腫瘤細(xì)胞只選擇性地在歸巢器官的內(nèi)皮表面附著生長(zhǎng);③腫瘤細(xì)胞只向產(chǎn)生特異的水溶性的吸附因子的器官趨化。Muller等[26]證實(shí)趨化因子及其受體在決定腫瘤轉(zhuǎn)移部位上起著非常重要的作用。
以上所列舉到的黏附分子、蛋白溶酶、細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子等并不僅僅局限于某個(gè)步驟之內(nèi),而是在腫瘤發(fā)生和發(fā)展的不同階段有不同的表達(dá),但共同作用于腫瘤轉(zhuǎn)移。通過(guò)對(duì)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的分子生物學(xué)機(jī)制研究,從而發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)或分子,為我們臨床治療腫瘤奠定科學(xué)基礎(chǔ)。
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