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(南華大學衡陽醫(yī)學院腫瘤研究所，腫瘤細胞與分子病理學湖南省重點實驗室，湖南 衡陽421001)

波形蛋白是中間纖維蛋白中最主要的一種，是連接細胞膜與細胞核之間重要的骨架蛋白，能夠維持細胞骨架構(gòu)象。最近的研究表明，波形蛋白不僅與腫瘤細胞的惡性程度密切相關(guān)，而且與腫瘤細胞的粘附、遷移、侵襲和細胞信號轉(zhuǎn)導有關(guān)[1]，同時也是EMT的一種重要標志物。波形蛋白在上皮性來源的癌癥組織中異常表達，例如前列腺癌、結(jié)腸癌、胰腺癌、皮膚鱗狀細胞癌以及乳腺癌等，并參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，但其具體的作用機制尚不清楚。

1 波形蛋白的結(jié)構(gòu)

波形蛋白(Vimentin)基因位于染色體10p13，DNA全長約10kb，cDNA全長1848bp，含9個外顯子，開放讀碼框為1401bp[2]，其基因序列具有高度保守性。波形蛋白屬于III型中間纖維蛋白，分子量約為57 kD，由466個氨基酸殘基組成。其主要由三個區(qū)域構(gòu)成：頭端的N-末端結(jié)構(gòu)域，含有α螺旋區(qū)域的中心桿狀結(jié)構(gòu)域和尾部C-末端結(jié)構(gòu)域。中心桿狀結(jié)構(gòu)域包括由三個非螺旋連接體L1、L12、L2連接的四個螺旋段1A、1B、2A、2B 。其中α 螺旋組成的二聚體，由兩個獨立的中心桿狀結(jié)構(gòu)域相互卷曲形成，它是波形蛋白的基本結(jié)構(gòu)單元。N端和C端結(jié)構(gòu)域組成波形蛋白的側(cè)支，其氨基酸序列具有多態(tài)性，且都存在磷酸化和糖基化靶點[3]。磷酸化使波形蛋白可以參與信號轉(zhuǎn)導，并為其結(jié)構(gòu)的形成和功能的產(chǎn)生提供動力。

2 波形蛋白的生物功能

2.1 波形蛋白與細胞完整性

中間纖維是細胞骨架中最穩(wěn)定的部分，主要起支撐作用。波形蛋白通常在間充質(zhì)和間充質(zhì)腫瘤細胞中表達，屬于III型中間纖維蛋白，它與微絲、微管共同組成細胞骨架，進而形成細胞內(nèi)完整的骨架體系。作為細胞骨架中的重要組成部分，波形蛋白為細胞內(nèi)各個細胞器提供物理支架，從而維持細胞骨架構(gòu)象與細胞形態(tài)和橋粒的完整性及可移動性。研究顯示[4]，波形蛋白可以增強細胞的彈性和細胞質(zhì)硬度，并有效穩(wěn)定細胞質(zhì)中細胞器所在的位置，具有張力和抗剪切力作用。在正常生理條件下，波形蛋白參與維持細胞的完整性；而在不同的病理條件下，波形蛋白具有復雜的生物學功能。

2.2 波形蛋白與EMT

上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化( Epithelial-mesenchymal transition，EMT) 主要是指上皮細胞轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)表型細胞的生物學過程。波形蛋白是該生物學過程中間充質(zhì)細胞的標志物。研究表明，波形蛋白在許多病理過程中均出現(xiàn)異常表達，如炎癥、腫瘤發(fā)生和侵襲轉(zhuǎn)移等過程，并可誘導上皮間充質(zhì)的轉(zhuǎn)化。當EMT發(fā)生時，波形蛋白在上皮細胞中高度表達，細胞表型發(fā)生改變，細胞逐漸喪失上皮細胞表型，如E-鈣黏蛋白、細胞骨架角蛋白表達減少；并獲得間充質(zhì)細胞表型，如波形蛋白、纖維連接蛋白、N-鈣黏蛋白表達增多。上皮細胞的形態(tài)也從緊密連接的鋪路石樣狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)楠M長的纖維細胞樣。其折光性增強，極性增加，細胞間連接變得松散，具有間充質(zhì)細胞樣特性。同時，EMT的表型變化也受表皮生長因子受體、Wnt和絲裂原活化蛋白激酶等信號通路的調(diào)控[5]；而且這些過程受到波形蛋白缺失的抑制。大量研究表明 EMT參與腫瘤細胞的侵襲遷移過程，并與腫瘤細胞遠處轉(zhuǎn)移等惡性生物學表型密切相關(guān)，波形蛋白作為EMT的重要標志物，能夠使上皮細胞失去極性、減弱粘附力、增加運動能力等，從而破壞細胞的緊密連接結(jié)構(gòu)，改變細胞骨架的結(jié)構(gòu)，促進細胞的運動和遷移，增加腫瘤細胞的侵襲性和遠處轉(zhuǎn)移能力[6]。

3 波形蛋白在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的意義

3.1 波形蛋白與結(jié)腸癌侵襲轉(zhuǎn)移

波形蛋白主要在結(jié)腸癌組織的細胞質(zhì)和細胞核中表達。研究表明，波形蛋白在結(jié)腸癌組織中的表達顯著高于相應的癌旁組織，并且與TNM分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[7]。其中，波形蛋白的表達在III 、IV期的結(jié)腸癌中明顯高于I、II期的結(jié)腸癌，與沒有發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌相比較，波形蛋白在發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的結(jié)腸癌中也顯著高表達。然而，在敲除波形蛋白基因后，腫瘤細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力顯著降低。此外，在結(jié)腸癌的早期發(fā)展過程中，經(jīng)?？梢砸姷交虻募谆^程。并且已在結(jié)腸癌中檢測到波形蛋白的甲基化作用，其中糞便中波形蛋白甲基化的檢測用來診斷結(jié)腸癌的敏感性高達81%。但是波形蛋白的甲基化作用在胃癌、食管癌以及胰腺癌等癌癥中均能檢測到，故波形蛋白甲基化的檢測是否能夠作為結(jié)腸癌的篩查指標還需要進一步研究。綜上，波形蛋白可能在結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展與轉(zhuǎn)移過程中起重要作用。

3.2 波形蛋白與乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移

乳腺癌可分為乳腺基底樣癌、Luminal A 型、Luminal B型和HER-2過表達型這四種類型，其中乳腺基底樣癌約占所有乳腺癌的 13%。在這四種類型中乳腺基底樣癌最受腫瘤學家和病理學家關(guān)注。與其他乳腺癌亞型相比較，它具有更高的侵襲性，而且缺乏ER、PR和HER2等靶向治療的靶點，導致患者的臨床預后不良[8]。研究表明[9]，乳腺癌與癌旁乳腺組織相比較，波形蛋白的表達明顯升高，并且隨著乳腺癌的轉(zhuǎn)變進展，波形蛋白的表達也逐漸增強。波形蛋白在乳腺基底樣癌中的表達明顯高于其他類型乳腺癌，波形蛋白的高表達可以增加腫瘤的侵襲性，并與臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。研究中發(fā)現(xiàn)[10]，乳腺癌中的EMT標志物：波形蛋白、SMA、N-鈣黏蛋白、鈣黏蛋白-11等表達增加，上皮性標志物：E-鈣黏蛋白、細胞骨架角蛋白等表達降低；將波形蛋白的cDNA 導入乳腺癌細胞系MCF-7后發(fā)現(xiàn)緊密抱團生長的細胞開始向外擴散，24小時后僅有9%的細胞仍然保留在細胞團塊周圍，這表明波形蛋白可以促進細胞的遷移能力。提示波形蛋白可能通過EMT機制降低乳腺癌細胞之間的粘附能力，從而促使乳腺癌細胞發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移。

3.3 波形蛋白與肝癌侵襲轉(zhuǎn)移

研究證明，波形蛋白在肝癌組織中的表達顯著高于癌旁組織。并且波形蛋白與丙肝病毒能夠在體內(nèi)產(chǎn)生相互作用，而丙肝病毒的感染是導致肝癌的重要因素之一。在肝癌細胞中丙肝病毒核心蛋白的表達受波形蛋白含量影響，同時丙肝病毒核心蛋白也可通過上調(diào)波形蛋白、snal1、snal2 等間充質(zhì)蛋白的表達，誘導肝細胞與肝癌細胞發(fā)生EMT，從而刺激細胞的增殖，增加細胞的遷移能力，敲除波形蛋白基因后肝癌細胞的遷移能力明顯減弱。肝癌的侵襲和轉(zhuǎn)移是一個非常復雜的生物學過程，但最重要的是癌細胞之間的黏附力降低，細胞結(jié)構(gòu)損壞，癌細胞向遠處擴散并形成新生血管等[11]。大量研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細胞中波形蛋白異常表達與EMT有關(guān)，它能夠使上皮細胞獲得間充質(zhì)細胞表型，喪失上皮細胞極性和與基底膜的連接，遷移侵襲能力增強，使腫瘤細胞更易發(fā)生浸潤性生長，更易隨血流運行并形成轉(zhuǎn)移灶[12]。患者生存分析結(jié)果還表明，波形蛋白表達越高，患者早期復發(fā)越早，生存時間越短，預后也越差。由此提示肝癌細胞發(fā)生EMT時侵襲轉(zhuǎn)移能力增強，而其中波形蛋白也可能為肝癌的臨床診斷與判斷預后提供分子標記 。

3.4 波形蛋白與其他癌癥侵襲轉(zhuǎn)移

許多其他癌癥的發(fā)生發(fā)展也與波形蛋白表達水平密切相關(guān)。研究表明，波形蛋白在胃癌組織細胞中的表達顯著增高，特別是在分化較差和發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移的胃癌患者中。由此可推測波形蛋白可能在胃癌的分化和轉(zhuǎn)移中起重要作用。波形蛋白在宮頸癌組織中的表達高于正常的宮頸組織，并且波形蛋白的表達水平隨著宮頸病變的進展而不斷增加。研究發(fā)現(xiàn)[13]，波形蛋白的表達還與宮頸癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期密切相關(guān)?；颊?年生存率顯示，波形蛋白高表達的宮頸癌患者預后最差，陰性表達的患者預后較好。這提示波形蛋白可用作宮頸癌患者預后的預測指標。在神經(jīng)腦膠質(zhì)瘤的患者中，波形蛋白低表達患者的生存能力也高于波形蛋白高表達的患者。研究還證實[14]，波形蛋白可以增加腫瘤細胞的侵襲力，并可作為膠質(zhì)瘤的獨立預后因子。研究表明，鼻咽癌患者中存在波形蛋白的異常表達，并且波形蛋白過表達的鼻咽癌患者預后較差。原發(fā)性和復發(fā)性鼻咽癌的實驗對比也表明，復發(fā)性鼻咽癌中的波形蛋白水平高于原發(fā)性鼻咽癌。通過沉默波形蛋白在鼻咽癌細胞中的表達，可以抑制腫瘤細胞侵襲和遷移的能力。說明波形蛋白不僅可以作為鼻咽癌復發(fā)的檢測標志，也可能通過沉默波形蛋白的表達從而達到治療鼻咽癌轉(zhuǎn)移的目的。波形蛋白在肺癌組織中的陽性率也增加，癌組織中波形蛋白mRNA顯著高于癌旁組織。但波形蛋白與性別、年齡和吸煙等因素之間沒有顯著相關(guān)性。波形蛋白的高表達可導致細胞發(fā)生EMT，并且與非小細胞肺癌的預后不良相關(guān)。這表明波形蛋白在肺癌的發(fā)生和侵襲過程中起重要作用。研究證實胰腺癌中存在波形蛋白的異常表達，通過穩(wěn)定轉(zhuǎn)染技術(shù)，下調(diào)波形蛋白在胰腺癌細胞中的水平后，細胞侵襲和運動能力降低，細胞外基質(zhì)的成分粘附能力也降低。但波形蛋白對如E-鈣黏蛋白 和 N-鈣黏蛋白等其他EMT指標的影響不大。波形蛋白的下調(diào)使F-actin 聚集減少并出現(xiàn)結(jié)構(gòu)解體的現(xiàn)象，雖然對整合素家族與黏著激酶蛋白的表達無顯著影響，但波形蛋白可促使黏著斑激酶發(fā)生重排。提示波形蛋白可能通過改變細胞骨架及相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)從而促進胰腺癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移和粘附能力，而并非通過EMT過程。因此，可以推測波形蛋白在胰腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移中起重要作用，其表達的高低可成為預測胰腺癌術(shù)后生存期的獨立因素同時波形蛋白表達的下調(diào)可以抑制胰腺癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移，預計它將成為抗腫瘤治療的新靶點。高侵襲性前列腺癌細胞中的波形蛋白表達量比低侵襲性前列腺癌細胞高20倍，并且與臨床分期、Gleason 評分和患者生存率相關(guān)。因此，可以通過檢測波形蛋白的表達來評估前列腺癌惡性程度及預后。在實驗中[15]，還發(fā)現(xiàn)下調(diào)波形蛋白后能抑制腫瘤細胞的侵襲能力，而將波形蛋白轉(zhuǎn)入前列腺癌細胞中后，發(fā)現(xiàn)其能促進腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

4 小結(jié)與展望

波形蛋白具有復雜的生物學功能，對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有重要作用，與腫瘤的不良預后相關(guān)，可能成為腫瘤檢測的一大指標。波形蛋白的表達大多與EMT過程相關(guān)，并通過EMT促進腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移，但也存在通過改變細胞骨架與相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)從而增加細胞的遷移能力，從而促進與致癌基因相關(guān)的致癌事件的發(fā)生。波形蛋白雖然參與自身免疫與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等病理過程，但其具體的作用機制與疾病的關(guān)系有待進一步探索。所以，深入研究波形蛋白在各種癌癥發(fā)生發(fā)展中的分子機制，以及臨床診斷、預后判斷和腫瘤靶向治療具有重要意義。未來有望成為抗腫瘤治療靶點的新目標。