高馳丹，何琳莉，劉 健，文 彬

·綜 述·

Cathepsin B在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

高馳丹1，何琳莉1，劉 健2，文 彬1

浸潤及轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的特征性表現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞能產(chǎn)生多種水解酶(如半胱氨酸蛋白酶、無花果蛋白酶等)降解細(xì)胞外基質(zhì)，破壞宿主黏膜屏障，組織蛋白酶B(Cathepsin B)是其中重要的一類。近年許多研究表明，高表達(dá)的Cathepsin B能直接或間接地降解細(xì)胞外基質(zhì)和基膜成分，從而促進(jìn)腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移，因此有望成為腫瘤檢測、治療和預(yù)后評估的分子指標(biāo)。

惡性腫瘤；半胱氨酸蛋白酶；組織蛋白酶B

組織蛋白酶B(Cathepsin B)是半胱氨酸蛋白酶家族中的成員，其與腫瘤相關(guān)性的研究逐漸成為熱點(diǎn)，現(xiàn)就近年來Cathepsin B在惡性腫瘤研究中的進(jìn)展作一綜述。溶酶體內(nèi)存在重要的蛋白水解酶家族Cathepsins，Cathepsin一詞源自希臘語的“消化”，由威爾斯達(dá)特命名，該家族成員根據(jù)催化位點(diǎn)不同分為三類：Cathepsin B、C、K、L、M、N、S等屬于半胱氨酸蛋白酶；Cathepsin A、G、R屬于絲氨酸蛋白酶；Cathepsin D、E屬于天冬氨酸蛋白酶。其中Cathepsin B是含量最豐富、功能最重要的一種，近年大量研究報(bào)道均證實(shí)，Cathepsin B可通過對多種細(xì)胞外基質(zhì)成分進(jìn)行水解，使其黏膜屏障遭到破壞，參與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移等過程[1]。

1 Cathepsin B的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)意義及其調(diào)控

成熟的Cathepsin B有兩種形式：(1)單鏈形式，相對分子質(zhì)量為3.1×104；(2)雙鏈形式，相對分子質(zhì)量為2.5×104或2.6×104的重鏈和5×103的輕鏈。Cathepsin B分子在Ser104～Pro126之間存在閉合環(huán)，該閉合環(huán)可以通過構(gòu)象改變阻擋活性位點(diǎn)，在酸性環(huán)境中Cathepsin B為肽鏈外切酶，而在堿性環(huán)境中閉合環(huán)被打開則成為肽鏈內(nèi)切酶，故被認(rèn)為具有雙重蛋白水解活性，這種特性使Cathepsin B具有廣譜的蛋白水解能力[2-3]。

生理狀態(tài)下，Cathepsin B在正常組織中表達(dá)較低，并主要存在于溶酶體內(nèi)，當(dāng)胞外蛋白質(zhì)、血漿蛋白、激素和被吞噬的細(xì)菌等進(jìn)入細(xì)胞即被溶酶體內(nèi)蛋白水解酶水解，進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化，從而使蛋白質(zhì)合成與降解保持精確的平衡，同時(shí)與溶酶體內(nèi)的其他蛋白水解酶一起介導(dǎo)非Caspase的凋亡通路[4]。在病理狀態(tài)下，Cathepsin B表現(xiàn)出多種作用，如抗蛋白變性作用，增加β淀粉樣蛋白產(chǎn)物，這與阿爾茲海默癥患者大腦中淀粉樣斑塊的沉積有關(guān)[5]，也能通過增加亨廷頓舞蹈癥患者腦細(xì)胞中大分子自噬作用降低亨廷頓蛋白的數(shù)量和毒性作用，從而達(dá)到保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用[6]。最重要的是，病理狀態(tài)下Cathepsin B可對多種細(xì)胞外基質(zhì)成分進(jìn)行水解，并使其黏膜屏障遭到破壞，促使腫瘤的浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[7-8]。

調(diào)控Cathepsin B可以從基因、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯和內(nèi)源性半胱氨酸蛋白酶抑制劑Cystatins等多方面進(jìn)行，主要是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。Cathepsin B基因定位于染色體8p22，由13個(gè)外顯子組成，第一個(gè)外顯子的上游是1個(gè)2.2 kb的啟動(dòng)子區(qū)域，該區(qū)域富含GC堿基對而缺乏典型的TATA和CAAT盒子，有6個(gè)Sp1蛋白結(jié)合位點(diǎn)、4個(gè)Ets蛋白結(jié)合位點(diǎn)和1個(gè)調(diào)控轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)子，而Sp1、Ets1蛋白被證實(shí)可以增強(qiáng)Cathepsin B的轉(zhuǎn)錄[9]。同時(shí)研究表明[10]在乳腺癌等癌組織和細(xì)胞中Sp1、Ets1蛋白呈高表達(dá)，這兩種蛋白自身可以促進(jìn)腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移甚至影響腫瘤的預(yù)后。因此，Cathepsin B不僅可以通過自身的蛋白水解能力，還可以通過結(jié)合腫瘤相關(guān)蛋白參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

2 Cathepsin B與惡性腫瘤的關(guān)系

浸潤及轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的特征性表現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞能產(chǎn)生多種水解酶降解細(xì)胞外基質(zhì)，破壞宿主黏膜屏障，促使腫瘤細(xì)胞穿透基膜向深層組織浸潤及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[9]。Cathepsin B能夠直接降解或激活纖溶酶原激活劑及基質(zhì)金屬蛋白酶等而間接降解層粘連蛋白、纖維連接蛋白及Ⅳ型膠原等許多細(xì)胞外基質(zhì)和基膜成分。文獻(xiàn)報(bào)道[11]，Cathepsin B在多種腫瘤組織及腫瘤患者血清中表達(dá)增高，將Cathepsin B cDNA轉(zhuǎn)錄到腫瘤細(xì)胞中，可使腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)，而干擾Cathepsin B RNA轉(zhuǎn)錄可降低腫瘤侵襲能力[12]，因此該因子可能成為惡性腫瘤診斷、治療和判斷預(yù)后的分子指標(biāo)[13]

2.1異常表達(dá)的CathepsinB促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞的發(fā)展和轉(zhuǎn)移目前，在一些惡性腫瘤患者的血液標(biāo)本中檢測到Cathepsin B高表達(dá)。Tan等[14]收集80例鼻咽癌患者和40例健康志愿者的血液標(biāo)本，采用Elisa法檢測血漿中Cathepsin B的表達(dá)，結(jié)果顯示鼻咽癌患者血漿中Cathepsin B含量為(12.5±3.5) mg/L，而志愿者血漿中僅為(2.5±1.4) mg/L，鼻咽癌患者血漿中Cathepsin B含量顯著高于健康人血漿中含量(P<0.001)，且與腫瘤TNM分期有關(guān)，分期越晚檢測出Cathepsin B含量越高。Melo等[15]對胃腸道惡性腫瘤患者的血漿樣本應(yīng)用Elisa法檢測Cathepsin B含量，也得出一致結(jié)論。

在多種惡性腫瘤組織中也檢測到Cathepsin B高表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)異常表達(dá)的Cathepsin B促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。Bao等[16]采用免疫組化法檢測76例子宮內(nèi)膜癌中Cathepsin B的表達(dá)，結(jié)果顯示與正常子宮內(nèi)膜組織和子宮內(nèi)膜不典型增生組織相比，子宮內(nèi)膜癌組織中Cathepsin B呈明顯高表達(dá)。Bao等[16]用慢病毒作載體將short hairpin RNA(CTSB-shRNA)轉(zhuǎn)染到子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞株HEC-1A中，構(gòu)建出極低表達(dá)Cathepsin B的穩(wěn)定子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞株后，通過四甲基偶氮唑藍(lán)檢測各時(shí)間點(diǎn)細(xì)胞的凋亡率，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的增殖能力顯著降低，推測Cathepsin B可能促進(jìn)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。楊正多等[17]采用免疫組化法檢測158例高、中、低分化的結(jié)直腸癌患者手術(shù)切除標(biāo)本及64例相應(yīng)轉(zhuǎn)移灶組織中Cathepsin B蛋白的表達(dá)，得出類似結(jié)果，Cathepsin B蛋白在結(jié)直腸癌組織及其轉(zhuǎn)移灶中均高表達(dá)(分別為P<0.05及P<0.01)，并且高分化結(jié)直腸癌樣本中Cathepsin B蛋白在細(xì)胞膜或細(xì)胞質(zhì)呈陽性，而在低分化結(jié)直腸癌細(xì)胞核、細(xì)胞膜及細(xì)胞質(zhì)中均呈陽性，因此Cathepsin B可能是診斷結(jié)直腸癌和判斷其臨床病理分級的有用指標(biāo)。Beckham等[18]在研究前列腺癌時(shí)也得出類似結(jié)論，并且證明前列腺癌組織中酸性酰胺酶(AC)通過產(chǎn)生1-磷酸鞘氨醇導(dǎo)致Cathepsin B高表達(dá)，從而促進(jìn)前列腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.2CathepsinB在惡性腫瘤治療中的作用Cathepsin B在惡性腫瘤治療中的作用主要有三種思路。(1)介導(dǎo)細(xì)胞凋亡：細(xì)胞凋亡是一種細(xì)胞程序性死亡方式，蛋白水解酶在細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制一直是重要的研究方向，而其中大部分工作集中在探索Caspases的功能和調(diào)控。近年隨著相關(guān)研究工作的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)除經(jīng)典的線粒體Caspase凋亡通路，細(xì)胞內(nèi)的“垃圾處理站”溶酶體內(nèi)的蛋白酶也參與細(xì)胞凋亡過程，即存在溶酶體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑，Cathepsin B作為溶酶體中重要的蛋白水解酶，研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮重要作用[4]。紀(jì)汪溟等[19]通過檢測前列腺癌PC-3細(xì)胞對不同凋亡誘導(dǎo)試劑及蛋白酶抑制劑的應(yīng)答反應(yīng)，證實(shí)Cathepsin B和Caspases均參與腫瘤壞死因子(TNFα)誘導(dǎo)的PC-3細(xì)胞凋亡過程。任海朋等[20]以72例惡性卵巢腫瘤為觀察組，同期收治的45例良性卵巢腫瘤為對照組，采用Western blot法檢測卵巢組織中Cathepsin B的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)在惡性卵巢腫瘤中呈高表達(dá)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中將惡性卵巢腫瘤細(xì)胞A2780傳代培養(yǎng)后分為A、B組，分別加入紫杉醇溶液和紫杉醇溶液+Cathepsin B抑制劑，采用四甲基偶氮唑藍(lán)技術(shù)檢測不同時(shí)間點(diǎn)的A2780細(xì)胞凋亡率，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間點(diǎn)B組的凋亡率均低于A組，提示Cathepsin B抑制劑可能降低腫瘤細(xì)胞的凋亡，從而證明Cathepsin B在腫瘤細(xì)胞凋亡中的促進(jìn)作用。(2)抑制Cathepsin B的蛋白水解活性：研究人員采用各種各樣的治療方法，試圖通過抑制蛋白酶的蛋白水解活性從而抑制由蛋白酶引起的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移滲透性，在這些治療方法中，基因治療和和藥物治療取得了可喜的進(jìn)展[11,21-22]。(3)靶向治療：其既不依賴Cathepsin B的促凋亡作用，也沒有運(yùn)用蛋白的水解功能，而是將其與傳統(tǒng)腫瘤化學(xué)治療藥物結(jié)合起來。眾所周知，多柔比星(DOX)因其細(xì)胞毒性成為臨床常用的化療藥物，但其特異性不高，因此在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)也作用于正常組織。Zhong等[23]經(jīng)過10年的時(shí)間合成一種Cathepsin B裂解的DOX藥物前體，通過體外的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)，證實(shí)該前體藥物與傳統(tǒng)方法直接使用DOX相比細(xì)胞毒性更小，但具有更強(qiáng)的藥物活性。

前兩種思路看起來似乎是矛盾的，一方面可以通過Cathepsin B促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用延緩腫瘤的發(fā)展，另一方面通過抑制Cathepsin B的蛋白水解能力減弱腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，那么在惡性腫瘤的治療中何時(shí)運(yùn)用其促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡功能？又何時(shí)抑制其活性從而抑制腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移？這是值得研究的問題。

2.3CathepsinB與惡性腫瘤預(yù)后的關(guān)系Gong等[12]發(fā)現(xiàn)雖然有很多研究證實(shí)惡性腫瘤中Cathepsin B呈高表達(dá)及與惡性腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移的相關(guān)性，但是Cathepsin B與腫瘤預(yù)后的關(guān)系報(bào)道較少。Gong等[12]等采用CTSB-shRNA轉(zhuǎn)染人肺癌細(xì)胞株A549，使該細(xì)胞株極低表達(dá)Cathepsin B，再將該細(xì)胞種植到裸鼠身上，成瘤后記錄小鼠生存時(shí)間，與普通A549細(xì)胞種植裸鼠成瘤后相比，兩組小鼠的生存時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即Cathepsin B可能與惡性腫瘤的預(yù)后無相關(guān)性。Tan等[14]檢測80例鼻咽癌患者的血液樣本中Cathepsin B高表達(dá)，隨訪中位時(shí)間24個(gè)月，有24例患者復(fù)發(fā)，其中12例出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，6例局部復(fù)發(fā)，6例局部復(fù)發(fā)的同時(shí)伴有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。無進(jìn)展生存期(progression free survival, PFS)中位數(shù)為25.6個(gè)月，1年P(guān)FS為78.5%，運(yùn)用ROC分析血液中Cathepsin B含量與患者PFS之間的關(guān)系，兩者差異無相關(guān)性(P=0.704)。因此，Cathepsin B可能并非腫瘤患者預(yù)后的有效分子指標(biāo)。Yang等[24]采用免疫組化法檢測280例口腔鱗狀細(xì)胞癌組織，并隨訪發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中高表達(dá)Cathepsin B患者的總生存期(overall survival, OS)低于不表達(dá)或低表達(dá)者，但高表達(dá)的Cathepsin B與患者PFS之間無相關(guān)性。280例口腔鱗狀細(xì)胞癌患者中有109例發(fā)生于頰部，其中高表達(dá)Cathepsin B的患者OS和PFS均低于不表達(dá)或低表達(dá)者。因此在口腔鱗狀細(xì)胞癌尤其是發(fā)生頰部的患者中，過表達(dá)Cathepsin B可能提示患者預(yù)后不良。Ruan等[25]分析168例肝細(xì)胞癌，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中高表達(dá)Cathepsin B的患者5年生存率為19.3%，而腫瘤組織中低表達(dá)Cathepsin B的患者5年生存率為43.4%(P=0.001)；與Yang等[24]報(bào)道相似。目前，關(guān)于Cathepsin B與惡性腫瘤預(yù)后的分析較少，文獻(xiàn)報(bào)道高表達(dá)的Cathepsin B與預(yù)后的關(guān)系還有分歧，因此Cathepsin B是否能作為腫瘤預(yù)后的獨(dú)立因素，尚需進(jìn)一步的相關(guān)研究。

3 結(jié)語

綜上所述，Cathepsin B作為半胱氨酸蛋白酶家族中的成員，在病理狀況下對多種細(xì)胞外基質(zhì)成分進(jìn)行水解，并使其黏膜屏障遭到破壞，促使腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，但在不同類別的腫瘤或者同種類別腫瘤在不同分化情況下的表達(dá)有所不同，對于預(yù)后的提示作用也因具體腫瘤類別而不同。Cathepsin B作為腫瘤基因治療靶點(diǎn)與傳統(tǒng)化療藥物結(jié)合的研究雖然取得一些進(jìn)展，但要明確其作用機(jī)制以及抗腫瘤療效尚有待于進(jìn)一步深入研究。

[1] Rawlings N D, Barrett A J, Finn R. Twenty years of the MEROPS database of proteolytic enzymes, their substrates and inhibitors[J]. Nucleic Acids Res, 2016,44(D1):D343-D350.

[2] Liu Y X, Liu X M, Nin L F,etal. Serine protease and ovarian paracrine factors in regulation of ovulation[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013,18(1):650-664.

[3] Szabo R, Bugge T H. Membrane-anchored serine proteases in vertebrate cell and developmental biology[J]. Cell Dev Bio, 2011,27(1):213.

[4] Gondi C S, Rao J S. Cathepsin B as a cancer target[J]. Expert Opin Ther Targets, 2013,17(3):281.

[5] Na J Y, Song K, Lee J W,etal. 6-Shogaol has anti-amyloidogenic activity and ameliorates alzheimer's disease via cys LT1R-mediated inhibition of cathepsin B[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2016,477(1):96-102.

[6] Liang Q, Ouyang X, Schneider L, Zhang J. Reduction of mutant huntingtin accumulation and toxicity by lysosomal cathepsins D and B in neurons[J]. Mol Neurodegener, 2011,6(1):37.

[7] 何琳莉, 蹇順海, 文 彬. Cathepsin B與cystatin C在青年及老年人胃癌發(fā)生、發(fā)展中的意義[J]. 臨床與實(shí)驗(yàn)病理學(xué)雜志, 2016,32(4):380-383.

[9] Aggarwal N, Sloane B F. Cathepsin B: multiple roles in cancer[J]. Proteomics Clin Appl, 2014,8(5-6):427-437.

[10] Min W, Liu X, Jin W,etal. Targeting ETS1 with RNAi-based supramolecular nanoassemblies for multidrug-resistant breast cancer therapy[J]. J Control Release, 2017,253:110-121.

[11] Ruan H, Hao S, Young P, Zhang H. Targeting Cathepsin B for cancer therapies[J]. Horizons Cancer Res, 2015,56:23-40.

[12] Gong F, Peng X, Luo C,etal. Cathepsin B as a potential prognostic and therapeutic marker for human lung squamous cell carcinoma[J]. Mol Cancer, 2013,12(1):125.

[13] Tian L, Xie L. IGF-1 promotes the growth and metastasis of hepatocellular carcinoma via the inhibition of proteasome-mediated Cathepsin B degradation[J]. World J Gastroenterol, 2015,21(35):10137-10149.

[14] Tan G, Liu Q, Tang X,etal. Diagnostic values of serum Cathepsin B and D in patients with nasopharyngeal carcinoma[J]. BMC Cancer, 2016,16(1):1-7.

[15] Melo C M, Origassa C S, Theodoro T R,etal. Analysis of heparanase isoforms and Cathepsin B in the plasma of patients with gastrointestinal carcinomas: analytical cross-sectional study[J]. Sao Paulo Med J, 2014,133(1):28-35.

[16] Bao W, Fan Q, Luo X,etal. Silencing of Cathepsin B suppresses the proliferation and invasion of endometrial cancer[J]. Oncol Rep, 2013,30(2):723-730.

[17] 楊正多, 張 丹, 呂宏程, 等. Stathmin及Cathepsin B在結(jié)直腸癌中的表達(dá)[J]. 中華結(jié)直腸疾病電子雜志, 2014(3):18-21.

[18] Beckham T H, Lu P, Cheng J C,etal. Acid ceramidase-mediated production of sphingosine 1-phosphate promotes prostate cancer invasion through up-regulation of Cathepsin B[J]. Int J Cancer, 2012,131(9):2034-2043.

[19] 紀(jì)汪溟, 劉建平. 溶酶體蛋白酶Cathepsin B參與介導(dǎo)前列腺癌PC-3細(xì)胞凋亡[J]. 復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012,51(3):269-275.

[20] 任海朋. 組織蛋白酶B在惡性卵巢腫瘤靶向治療中的臨床意義[J]. 中國腫瘤臨床與康復(fù), 2015(5):539-541.

[21] Raghav N, Singh M. SAR studies of differently functionalized chalcones based hydrazones and their cyclized derivatives as inhibitors of mammalian Cathepsin B and cathepsin H[J]. Bioorg Med Chem, 2014,22(15):4233-4245.

[22] Huang L, Luo Y, Sun X,etal. An artemisinin-mediated ROS evolving and dual protease light-up nanocapsule for real-time imaging of lysosomal tumor cell death[J]. Biosens Bioelectron, 2017,92:724-732.

[23] Zhong Y J, Shao L H, Li Y. Cathepsin B-cleavable doxorubicin prodrugs for targeted cancer therapy[J]. Int J Oncol, 2013,42(2):373-383.

[24] Yang W E, Ho C C, Yang S F,etal. Cathepsin B expression and the correlation with clinical aspects of oral squamous cell carcinoma[J]. PLoS One, 2016,11(3):e0152165.

[25] Ruan R, Zheng H, Rong X,etal. Over-expression of Cathepsin B in hepatocellular carcinomas predicts poor prognosis of HCC patients[J]. Mol Cancer, 2016,15(1):17.

R 730.2

A

1001-7399(2017)10-1116-03

時(shí)間：2017-10-23 13:30 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20171023.1330.012.html

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.10.012

接受日期：2017-06-27

南充市財(cái)政局及南充市科學(xué)技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)局市級應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)基金(15A0037)

川北醫(yī)學(xué)院1病理科、2肝膽外科，南充 637000

高馳丹，女，碩士研究生。E-mail: 280521363@qq.com

文 彬，男，教授，碩士生導(dǎo)師，通訊作者。E-mail: wenbin662588@sina.com