血管生成素樣蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

張育紅 邵春林 張江虹

復旦大學放射醫(yī)學研究所放射生物研究部，上海 200032

乏氧是影響腫瘤微環(huán)境的重要因素之一，是惡性腫瘤的標志，其可通過多種機制使腫瘤細胞適應所處的環(huán)境，具有更強的生存能力和侵襲性，并對放療產(chǎn)生抵抗。血管生成素樣蛋白（angiopoietinlike proteins，ANGPTLs）被認為是調(diào)控血管生成的決定性因子，其作為炎癥致癌介質(zhì)，以自分泌和旁分泌的方式參與血管生成、慢性炎癥發(fā)生和腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段。雖然ANGPTLs在腫瘤中的作用尚未完全闡明，但越來越多的證據(jù)表明，其在幾種侵襲性實體腫瘤中普遍高表達，且在腫瘤細胞的增殖和侵襲中起關(guān)鍵作用[1]。鑒于ANGPTLs在腫瘤細胞和腫瘤微環(huán)境中的作用，其具有成為預測腫瘤及其治愈后的生物標志物的潛力，并可作為腫瘤治療的新靶點。此外，ANGPTLs可能在乏氧誘導的輻射抵抗中發(fā)揮重要作用，從而影響腫瘤的治療效果。本文就ANGPTLs家族的生物學特性、在腫瘤發(fā)展以及腫瘤乏氧微環(huán)境中可能的作用進行概述。

1 ANGPTLs的生物學特征

1.1 ANGPTLs的結(jié)構(gòu)

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)ANGPTLs家族有8個成員（ANGPTL1～8），它們的化學結(jié)構(gòu)均與血管生成素相似。由于ANGPTLs不與血管生成素的酪氨酸激酶受體Tie1和Tie2結(jié)合，因此也被稱為“孤兒配體”[2]。除ANGPTL8缺少羧基末端C端纖維蛋白原樣結(jié)構(gòu)域（C-terminal fibrinogen-like domain，cANGPTL），其他ANGPTLs家族成員均具有3個保守結(jié)構(gòu)域：N端卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域（N-terminal coiled-coil domain，nANGPTL）、卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域和cANGPTL。其中ANGPTL3、4、8的蛋白結(jié)構(gòu)中還存在脂蛋白脂肪酶特定抗原決定基，其與抑制脂蛋白脂肪酶的活性有關(guān)[3]。隨著研究的深入，整合素（β1、β5、α5β1、αvβ3）、纖連蛋白、玻連蛋白等被證明是部分ANGPTLs成員的受體[4-5]。白細胞免疫球蛋白樣受體也被證實為ANGPTL2、5、7的受體[6]，ANGPTLs可通過nANGPTL的寡聚化觸發(fā)白細胞免疫球蛋白樣受體信號，維持正常成體干細胞的干性，并在調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要功能。

1.2 ANGPTLs的功能

ANGPTLs廣泛表達于脂肪、胚胎、血管組織及造血系統(tǒng)等，其生物學特性因結(jié)構(gòu)不同而存在差異。在正常細胞中，ANGPTLs對脂質(zhì)、葡萄糖和能量的代謝及血管生成的調(diào)控較為顯著：ANGPTL3、4、5、6、8均具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的功能[7]；除ANGPTL5、8外，其余ANGPTLs均具有調(diào)控血管生成的功能；此外，ANGPTL3、4、6、8均可直接影響葡萄糖和能量的代謝。眾所周知，正常細胞的增殖和遷移是維持機體穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，該過程受到多種調(diào)控因子和信號通路的嚴密調(diào)控。Lee等[8]研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚肝臟中ANGPTL3的突變可導致其肝臟發(fā)育缺陷，如進一步敲除ANGPTL3基因，肝細胞的增殖會受到抑制，進而導致肝臟發(fā)育異常。過表達ANGPTL7可調(diào)控骨形成蛋白的表達，進而促進小鼠胚胎成骨細胞前體細胞（MC3T3-E1）的增殖與礦化[9]。此外，ANGPTL4能夠結(jié)合整合素β1、β5，通過激活局部黏著斑激酶（FAK）-酪氨酸激酶（Src）-絲/蘇氨酸激酶（PAK1）信號通路誘導角質(zhì)形成細胞遷移，促進傷口愈合[10]。盡管ANGPTLs不與血管生成素和（或）Tie受體結(jié)合，但其大多數(shù)成員仍具有調(diào)節(jié)血管生成的功能。此外，ANGPTLs在調(diào)控脂質(zhì)、葡萄糖和能量的代謝，促進癌癥的發(fā)展和轉(zhuǎn)移中同樣發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2 ANGPTLs與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

腫瘤的發(fā)生發(fā)展受到多種因子的密切調(diào)控，其中血管生成、侵襲轉(zhuǎn)移和細胞凋亡失衡是惡性腫瘤重要的生物學特征，也是導致腫瘤患者治療效果不佳的主要原因。

2.1 ANGPTLs與血管生成

腫瘤的血管生成對腫瘤的生長至關(guān)重要，其可為腫瘤組織提供新陳代謝必需的氧氣與營養(yǎng)，使腫瘤組織迅速生長并為其遠端轉(zhuǎn)移提供基礎。有研究結(jié)果表明，腫瘤的血管生成受到正負調(diào)節(jié)因子的嚴密調(diào)控，包括基底膜局部損傷、血管生成因子激活、內(nèi)皮細胞遷移增殖等多種生物學過程[11]。ANGPTLs家族中的ANGPTL1、2、3、4、6、7可能與血管生成調(diào)控有關(guān)，但具體作用因蛋白功能的特異性和組織環(huán)境而有所差異。ANGPTL1作為一種抑癌基因，通過抑制腫瘤組織中血管的生成發(fā)揮抑癌作用，而ANGPTL2、3、6、7是一類正向調(diào)控血管生成的重要因子[12]。目前，對ANGPTL4的研究較多，但對其介導的調(diào)節(jié)血管生成的作用仍存在爭議。ANGPTL4在分泌后被前蛋白轉(zhuǎn)化酶水解，釋放nANGPTL4和cANGPTL4，前者調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和葡萄糖穩(wěn)態(tài)，后者獨立于nANGPTL4，在腫瘤發(fā)展中發(fā)揮重要作用，但其具體機制尚不清楚。Okochi-Takada等[13]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤來源的ANGPTL4可以通過抑制細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）信號，明顯抑制體外培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞血管的形成和增殖，進而抑制腫瘤生長，這提示ANGPTL4可通過抑制腫瘤的血管生成發(fā)揮對腫瘤的抑制作用。然而，Katanasaka等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞中，ANGPTL4可通過表皮生長因子受體（EGFR）突變體Ⅲ激活ERK/c-Myc通路而高表達，進而促進惡性膠質(zhì)瘤微血管的生成和腫瘤的發(fā)展。

ANGPTLs家族對腫瘤血管生成有一定的調(diào)節(jié)作用，但可能與腫瘤細胞的類型、分化程度和腫瘤微環(huán)境相關(guān)，其具體機制仍需進一步研究。

2.2 ANGPTLs與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移

腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最重要的生物學特征之一，也是導致患者病死的首要原因。除ANGPTL8外，ANGPTLs家族中大部分蛋白均在腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。

ANGPTL1可降低腫瘤細胞的遷移與侵襲能力，抑制上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程。Chen等[15]研究發(fā)現(xiàn)，ANGPTL1在肝癌中的表達與腫瘤對索拉非尼的敏感性呈正相關(guān)，且其能夠直接與EMT受體相互作用并使后者失活，同時可通過抑制細胞外ERK/蛋白激酶B（AKT）依賴的早期生長反應蛋白1（Egr-1）抑制Slug的表達，進而抑制腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。此外，Kuo等[16]通過miRNA微陣列分析篩選證明，ANGPTL1亦可通過誘導miR-630抑制Slug，從而降低肺癌和乳腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。

Sheng等[17]通過研究比較胃癌組織與正常組織發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織中，ANGPTL2的表達水平明顯上調(diào)，且其與腫瘤分級、臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，過表達ANGPTL2的胃癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力顯著增強。Carbone等[18]研究發(fā)現(xiàn)，ANGPTL2在維持EMT過程和胰腺腫瘤前病變細胞的早期轉(zhuǎn)移行為中起關(guān)鍵作用，并證明ANGPTL2在胰腺導管腺癌的早期發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)移預防和治療中具有潛在作用。ANGPTL2在結(jié)直腸癌、胃癌和胰腺癌中均高表達，并可促進癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移，具有臨床診斷及預后評估的重要價值。

ANGPTL4在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的作用機制因其蛋白結(jié)構(gòu)的復雜性及腫瘤組織的特異性仍存在爭議。Tanaka等[19]研究發(fā)現(xiàn)，口腔鱗狀細胞癌細胞中的ANGPTL4在mRNA和蛋白水平上的表達均增加，可通過刺激細胞侵襲促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。當非小細胞肺癌細胞中的ANGPTL4被抑制后，ERK信號通路進一步被抑制，鈣黏連蛋白E的表達增加，波形蛋白減少，非小細胞肺癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力均減弱[20]。有研究者在持續(xù)分泌ANGPTL4的小鼠體內(nèi)觀察到，ANGPTL4能夠抑制腫瘤細胞從原發(fā)灶向淋巴管或血管中內(nèi)滲、淋巴管外滲，并可降低腫瘤血管通透性以阻止腫瘤轉(zhuǎn)移；另外，ANGPTL4能以自分泌的形式抑制腫瘤細胞的遷移、侵襲、黏附和細胞骨架重組。ANGPTL4可通過抑制血管活性、腫瘤細胞活性及其侵襲性，阻止腫瘤細胞的遷移[21]。

雖然關(guān)于ANGPTL5、6、7在惡性腫瘤細胞侵襲轉(zhuǎn)移方面的研究甚少，但在肝臟中，ANGPTL6也可通過與腫瘤整合素α6和（或）鈣黏蛋白E的相互作用促進結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移[22]。ANGPTL7已被證明是腫瘤轉(zhuǎn)移進程的介導因子，并且是干擾肝轉(zhuǎn)移的潛在靶標，其過表達顯著降低了腫瘤細胞的致瘤能力以及肝轉(zhuǎn)移能力[23]。

基于上述研究結(jié)果，ANGPTLs家族在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中具有重要的介導作用，可通過多條信號通路影響腫瘤的發(fā)展。

2.3 ANGPTLs與細胞凋亡

細胞凋亡是細胞發(fā)育中重要的生理過程，受到一系列復雜基因群的嚴格調(diào)控，該過程的失衡與惡性腫瘤的進展密切相關(guān)，規(guī)避細胞凋亡是惡性腫瘤的本質(zhì)特征之一。Yan等[24]研究發(fā)現(xiàn)，ANGPTLs家族可參與腫瘤細胞凋亡的調(diào)節(jié)過程。ANGPTL1可通過抑制信號傳導與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT3）/B淋巴細胞瘤-2基因（Bcl-2）介導的抗凋亡通路促進腫瘤細胞的凋亡，而ANGPTL2可通過酪氨酸激酶（Syk）-磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信號通路誘導Bcl-2家族中抗凋亡蛋白的表達，從而抑制腫瘤細胞的凋亡，使其對化療產(chǎn)生抗性[25]。目前，關(guān)于ANGPTL4在腫瘤細胞凋亡進展中的報道甚多。有研究者發(fā)現(xiàn)，油酸和表皮生長因子均能誘導ANGPTL4蛋白的表達和分泌，并顯著增強頭頸部鱗狀細胞癌的抗凋亡能力[26]；而抑制胃癌細胞中ANGPTL4的表達可以促進胃癌細胞的凋亡[27]。另外，ANGPTL6、8同樣具有調(diào)節(jié)腫瘤細胞凋亡的能力：下調(diào)產(chǎn)甲胎蛋白胃癌（AFPGC）細胞系中ANGPTL6的表達，細胞的凋亡水平顯著降低[28]。外源性重組ANGPTL8蛋白可促進肝癌HepG2細胞的早期與晚期凋亡[29]。

綜上所述，ANGPTLs家族能夠調(diào)控腫瘤細胞的凋亡水平，進一步影響惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。ANGPTLs對腫瘤進展的調(diào)控作用為我們在基因和蛋白水平上進一步認識腫瘤細胞的生長和惡化進程以及挖掘腫瘤治療的新靶點提供更多的可能性。

3 ANGPTLs與腫瘤乏氧微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境是由多種非惡性細胞（內(nèi)皮細胞、成纖維細胞和免疫細胞等）、細胞因子、細胞外基質(zhì)、腫瘤細胞與周圍血管等交織形成的獨特的環(huán)境網(wǎng)絡，具有組織乏氧、pH降低、間質(zhì)高壓、炎癥反應等特點，對腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及治療效果具有深遠的影響。局部乏氧區(qū)域的存在是腫瘤微環(huán)境最普遍的特征之一，其能通過改變基因表達、血管生成、增強酪氨酸激酶受體下游信號通路、EMT等方式影響腫瘤的生長、侵襲與轉(zhuǎn)移，并被認為是導致腫瘤細胞輻射抵抗的主要原因之一[30]。其中，乏氧誘導因子1（hypoxia-inducible factor 1，HIF-1）表達的增加是乏氧微環(huán)境的重要標志，其通過激活下游靶基因參與腫瘤細胞凋亡、細胞周期調(diào)控、葡萄糖代謝重編程以及激活血管生成因子，進而新生成血管等過程，增強腫瘤細胞輻射抵抗的能力。有研究者發(fā)現(xiàn)，肺癌A549細胞經(jīng)乏氧處理后，HIF-1α的表達顯著上調(diào)，并誘導賴氨酸氧化酶的表達，增強雙鏈斷裂的修復，抑制細胞凋亡，促進細胞G2/M周期阻滯，進而介導乏氧肺癌細胞的輻射抵抗[31]。另外，HIF-1還可通過上調(diào)血管緊張素Ⅱ、β-連環(huán)蛋白的核易位和葡萄糖代謝的重編程等影響腫瘤細胞的輻射抗性[32]。

近年來，諸多研究結(jié)果表明，ANGPTLs家族成員在腫瘤乏氧微環(huán)境中發(fā)揮重要作用。Hu等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在乏氧環(huán)境下，葡萄膜黑色素瘤細胞中的HIF-1可上調(diào)ANGPTL4的表達，進而促進血管生成與腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。肝癌細胞中ANGPTL4的表達與HIF-1α的穩(wěn)定性正相關(guān)，且ANGPTL4可通過激活血管細胞黏附分子1（VCAM-1）/整合素β1信號通路，促進肝癌細胞的轉(zhuǎn)移[34]。Baba等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在乏氧的硬化性胃癌細胞中，ANGPTL4沉默可下調(diào)c-Myc和上調(diào)p27，誘導細胞G1期阻滯，且細胞成瘤能力被強烈抑制。另外，在肥胖誘導的乳腺癌中，乏氧能與白細胞介素1β協(xié)同上調(diào)ANGPTL4的表達，顯著促進惡性腫瘤的增殖和血管生成，進而影響腫瘤的進程，通過基因敲除或抗體結(jié)合ANGPTL4可明顯降低上述效應[36]。在結(jié)直腸癌細胞中，干擾HIF-1α的表達可進一步逆轉(zhuǎn)ANGPTL4的過表達水平[37]，這提示ANGPTL4可能是腫瘤乏氧微環(huán)境中影響腫瘤進展的重要驅(qū)動因子。此外，Mo等[38]在乏氧及照射處理的肺癌A549細胞的外泌體中檢測到特異性高表達的ANGPTL4蛋白，其攜帶的ANGPTL4外泌體可促進未受乏氧和輻射處理的腫瘤細胞的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移及人臍靜脈內(nèi)皮細胞的成管能力，進一步介導輻射抵抗。鄧紅彬等[39]亦發(fā)現(xiàn)，在舌癌Tca8113細胞中，利用反義技術(shù)抑制ANGPTL4基因后，照射誘導的細胞集落形成率下降且凋亡率升高，同時抗凋亡蛋白Bcl-2的表達降低，進而提高腫瘤細胞對輻射治療的敏感性。

ANGPTL4作為HIF-1的靶基因，在腫瘤微環(huán)境介導的腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，也為后續(xù)廣泛研究ANGPTLs家族參與腫瘤微環(huán)境介導腫瘤發(fā)生發(fā)展及探索腫瘤新的治療靶點提供了重要的理論依據(jù)。

4 總結(jié)與展望

腫瘤的發(fā)生發(fā)展受到復雜的調(diào)控因子、信號通路和微環(huán)境的調(diào)節(jié)，涉及血管生成、細胞凋亡、侵襲轉(zhuǎn)移等多個生物學過程，對其作用機制以及治療靶點的探討一直是生命科學領域的研究熱點與重點。近年來，ANGPTLs家族顯示出極高的研究價值。ANGPTLs是以自分泌和（或）旁分泌方式發(fā)揮作用的分泌型蛋白，其在腫瘤微環(huán)境中對腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移具有重要的調(diào)節(jié)作用。因此，將腫瘤組織中的ANGPTLs作為靶點的治療策略，可能比針對腫瘤本身以及腫瘤微環(huán)境中的細胞更為有效。但因ANGPTLs結(jié)構(gòu)的特異性以及功能的多元化，其具體的分子機制仍有待進一步闡明。基于目前的研究進展，ANGPTLs家族在影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面的機制研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，ANGPTLs經(jīng)蛋白水解酶裂解產(chǎn)生的兩個片段在腫瘤發(fā)展中的作用不同；另一方面，其分泌具有組織特異性，在不同腫瘤組織類型中表現(xiàn)出不同的生物學功能。因此，若將ANGPTLs家族作為腫瘤的臨床診斷、預后標志物以及腫瘤治療的新靶點，仍需對其在腫瘤組織中的信號通路以及分子機制做深入的研究。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明張育紅負責文獻的收集與整理、綜述的撰寫；邵春林、張江虹負責綜述的修改與審閱。