譚雅芹 彭志紅

陸軍軍醫(yī)大學(xué)全軍消化病研究所(400038)

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是指上皮細(xì)胞逐漸失去上皮分化特性并獲得間充質(zhì)表型的過(guò)程。在人體中主要通過(guò)以下途徑參與生物學(xué)功能：①參與胚胎形成、器官發(fā)育，通過(guò)間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化(MET)逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生新的上皮細(xì)胞；②參與組織修復(fù)，在創(chuàng)傷和炎癥損傷后，產(chǎn)生成纖維細(xì)胞和其他相關(guān)細(xì)胞，促使組織恢復(fù)；③參與腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移，通過(guò)改變細(xì)胞間相互作用和細(xì)胞與基質(zhì)的相互作用，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和運(yùn)動(dòng)[1]。研究[2]指出，生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)錄因子如表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、Snail、Slug、Twist、E盒結(jié)合鋅指蛋白(ZEB)和信號(hào)分子如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)、Wnt、Notch以及Hedgehog信號(hào)通路介導(dǎo)了EMT過(guò)程。黏蛋白(mucin, MUC)家族是一組大分子糖蛋白，廣泛分布于各種組織器官的上皮細(xì)胞中，如胃腸道、肺、泌尿生殖系統(tǒng)等?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)21種MUC，根據(jù)其亞細(xì)胞定位，分為膜結(jié)合型和分泌型兩種，其生物學(xué)功能主要包括參與上皮細(xì)胞更新和分化，生長(zhǎng)過(guò)程調(diào)控，細(xì)胞間接觸和細(xì)胞外基質(zhì)相互作用。MUC在EMT過(guò)程中起重要作用，可介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞黏附、參與腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移等[3-4]。本文就EMT和MUC在腫瘤研究中的進(jìn)展作一綜述。

一、EMT與腫瘤的關(guān)系

目前研究較多的EMT過(guò)程中相關(guān)信號(hào)通路主要包括TGF-β信號(hào)通路、Wnt信號(hào)通路、Notch信號(hào)通路等，這些信號(hào)通路是腫瘤形成的重要信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。

1. TGF-β信號(hào)通路：TGF-β是一種促進(jìn)細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和侵襲的潛在信號(hào)。在EMT發(fā)生過(guò)程中，TGF-β可通過(guò)激活特異性轉(zhuǎn)錄因子如Twist、Snail、Slug以及ZEB，促進(jìn)EMT發(fā)生。Khan等[5]的研究表明，TGF-β1通過(guò)JNK/p38/PI3K途徑導(dǎo)致非肌肉型肌球蛋白Ⅱ(non muscle myosin Ⅱ, NM-Ⅱ)表達(dá)下調(diào)，從而促進(jìn)EMT和肺癌轉(zhuǎn)移。肺纖維化是一種慢性肺病，Wang等[6]的研究顯示骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)可通過(guò)抑制TGF-β1/Smad3信號(hào)途徑中的Smad3磷酸化，從而對(duì)人Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞(A549)發(fā)揮抗纖維化作用 。此外，Lustri等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β可增加膽管癌細(xì)胞的侵襲性，導(dǎo)致膽管癌細(xì)胞中N-鈣黏蛋白(N-cadherin, N-cad)表達(dá)增加、E-鈣黏蛋白(E-cadherin, E-cad)表達(dá)降低。

2. Wnt/β-catenin信號(hào)通路：Wnt基因最早發(fā)現(xiàn)于小鼠乳腺癌細(xì)胞中，定位于人染色體12q13上。Wnt信號(hào)通路廣泛存在于各種生物體內(nèi)，在胚胎發(fā)育和腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過(guò)程中起有重要作用。β-catenin是一種原癌基因，是該信號(hào)通路的核心蛋白，Wnt與跨膜受體卷曲蛋白(Frz)結(jié)合，通過(guò)調(diào)節(jié)β-catenin水平來(lái)調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育。正常情況下，E-cad和β-catenin結(jié)合通過(guò)胞質(zhì)內(nèi)的連接素與肌動(dòng)蛋白骨架相連固定于細(xì)胞膜上。當(dāng)受體受到外界刺激或該通路中某一組分表達(dá)異常，胞外信號(hào)與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合將信號(hào)轉(zhuǎn)入胞內(nèi)，從而激活信號(hào)通路使E-cad黏著度降低，β-catenin從細(xì)胞膜上脫落下來(lái)而不能被糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)降解，同時(shí)β-catenin向細(xì)胞核內(nèi)移動(dòng)，在細(xì)胞核與轉(zhuǎn)錄因子相互作用下激活下游靶基因異常表達(dá)，導(dǎo)致EMT產(chǎn)生[8]。Frz7通過(guò)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)EMT是胃癌發(fā)生和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。Frz7可能是胃癌的潛在治療靶點(diǎn)[9]。β-catenin的積聚和Tcf4轉(zhuǎn)錄因子的過(guò)表達(dá)是激發(fā)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的關(guān)鍵步驟，且β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與肝癌預(yù)后不良有關(guān)[10]。因此，Wnt信號(hào)通路可通過(guò)調(diào)節(jié)不同的下游轉(zhuǎn)錄因子成為EMT和腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的重要激活因子。

3. Notch信號(hào)通路：Notch信號(hào)通路在大部分動(dòng)物中普遍存在且進(jìn)化上高度保守，其生物學(xué)機(jī)制是介導(dǎo)相鄰細(xì)胞的相互作用，調(diào)控細(xì)胞、組織以及器官的分化和發(fā)育。同時(shí)，在胚胎發(fā)育、干細(xì)胞分化、造血以及T細(xì)胞發(fā)育等過(guò)程中起重要作用。Notch信號(hào)通路也參與了腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)EMT的產(chǎn)生。Li等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，Notch-1信號(hào)通路的激活可上調(diào)核因子-κB(NF-κB)表達(dá)，促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生。劉建中等[12]的研究表明，Notch信號(hào)通路通過(guò)調(diào)控Snail轉(zhuǎn)錄因子，使E-cad表達(dá)降低，導(dǎo)致EMT的發(fā)生，最終促進(jìn)肝癌細(xì)胞遷移。

二、表皮生長(zhǎng)因子受體ErbBs和轉(zhuǎn)錄因子在EMT中的作用

1. ErbBs與EMT：ErbBs家族包括ErbB1、ErbB2、ErbB3以及ErbB4。在EMT過(guò)程中，受體與相應(yīng)配體如EGF結(jié)合后導(dǎo)致受體二聚體化，進(jìn)而使胞內(nèi)的氨基酸發(fā)生磷酸化，激活下游效應(yīng)分子，促進(jìn)EMT的發(fā)生[13-14]。Chen等[15]的研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸合成酶可激活ErbBs表達(dá)，導(dǎo)致ErbB1、ErbB2、ErbB4二聚體化，從而啟動(dòng)下游轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。同時(shí)，ErbBs受體可被某些蛋白質(zhì)激活，如MUC1和MUC4，其中MUC4含有EGF樣結(jié)構(gòu)域、可誘導(dǎo)Sail1、Twist表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[16-17]。

2. 轉(zhuǎn)錄因子與EMT：轉(zhuǎn)錄因子主要包括Snail家族、ZEB家族以及HLH家族3大類。Snail蛋白是一種轉(zhuǎn)錄抑制劑，在EMT發(fā)生過(guò)程中主要抑制上皮標(biāo)志蛋白的表達(dá)。有研究[18]發(fā)現(xiàn)Smad3與Snail1啟動(dòng)子結(jié)合并激活其轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)TGF-β表達(dá)，同時(shí)，Smad3通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞中TGF-β對(duì)Snail2的誘導(dǎo)表達(dá)，與Smad2形成心肌蛋白相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，并與Snail2啟動(dòng)子結(jié)合誘發(fā)EMT。在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)Snail1表達(dá)與EMT和腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)，而Snail2表達(dá)與腫瘤抑制因子BRCA2表達(dá)抑制有關(guān)[19]。ZEB家族包括ZEB1和ZEB2，兩者具有相似的DNA結(jié)合特異性，能獨(dú)立調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。HLH家族可分為7大類，在個(gè)體發(fā)育和病理過(guò)程中起有關(guān)鍵作用。其中，Ⅰ類蛋白質(zhì)包括E12和E47，Ⅱ類蛋白質(zhì)包括Twist。E12、E47和Twist1、Twist2的異位表達(dá)可抑制E-cad表達(dá)，介導(dǎo)波形蛋白、纖維連接蛋白和N-cad表達(dá)，從而增強(qiáng)腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移能力[20]。

三、MUC在EMT中的作用

1. MUC1：MUC1是一種高分子質(zhì)量跨膜型MUC，正常情況下MUC1呈低水平表達(dá)，但在大多數(shù)腫瘤組織或細(xì)胞中MUC1呈高水平表達(dá)。MUC1能增強(qiáng)癌細(xì)胞與基底膜蛋白的黏附力，使癌細(xì)胞易于黏附在基底膜上，從而提高癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力[21]。Das等[22]的研究發(fā)現(xiàn)MUC1可觸發(fā)胰腺癌細(xì)胞的EMT過(guò)程，增加癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。同時(shí)，Grover等[23]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在人胰腺癌細(xì)胞株中，MUC1通過(guò)MUC1胞內(nèi)段(MUC1-CT)激活TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)促進(jìn)腫瘤擴(kuò)展和轉(zhuǎn)移。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)干擾MUC1表達(dá)可有效抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和遷移，降低β-catenin在細(xì)胞核中的表達(dá)。

2. MUC3：MUC3廣泛存在于哺乳動(dòng)物中，位于人染色體7q22上。與其他跨膜MUC相同，MUC3胞外區(qū)含有SEA組件、EGF樣結(jié)構(gòu)域以及半胱氨酸富集區(qū)域。Shibahara等[25]的研究發(fā)現(xiàn)MUC3在闌尾癌中表達(dá)異常，有望作為手術(shù)后闌尾癌患者預(yù)后的有效預(yù)測(cè)因子。Peng等[26]通過(guò)突變MUC3羧基端位點(diǎn)證實(shí)MUC3羧基端是無(wú)蛋白酶介導(dǎo)的自酶切，同時(shí)通過(guò)細(xì)胞水平和體外模型證實(shí)MUC3羧基端自酶切可增強(qiáng)結(jié)腸癌細(xì)胞遷移和侵襲能力，且結(jié)腸癌細(xì)胞E-cad表達(dá)水平下降，波形蛋白和N-cad表達(dá)明顯升高，表明MUC3羧基端自酶切介導(dǎo)該分子影響細(xì)胞生物學(xué)行為是通過(guò)EMT而實(shí)現(xiàn)的。

3. MUC4：MUC4又稱為唾液黏蛋白復(fù)合體(sialomucin complex, SMC)，位于人染色體3q29，其結(jié)構(gòu)由O-糖基化MUC亞單位的膜外結(jié)構(gòu)和N-糖基化跨膜亞單位的跨膜結(jié)構(gòu)組成。MUC4分布于正常細(xì)胞表面，而在去極化的腫瘤細(xì)胞中，MUC4在整個(gè)細(xì)胞表面均有分布。在去極化的腫瘤細(xì)胞中，EGF樣結(jié)構(gòu)域能與EGFR家族蛋白特異性結(jié)合并介導(dǎo)酪氨酸殘基磷酸化，促進(jìn)下游轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖[27]。Ponnusamy等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，MUC4過(guò)表達(dá)可導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)改變、E-cad和細(xì)胞角蛋白-18(CK-18)表達(dá)降低、N-cad和波形蛋白表達(dá)增加，從而引起EMT的發(fā)生。此外，轉(zhuǎn)錄因子Twist1、Twist2和Snail在過(guò)表達(dá)MUC4的癌細(xì)胞中上調(diào)，導(dǎo)致FAK、MKK7、JNK1/2等信號(hào)途徑激活，最終誘導(dǎo)EMT發(fā)生。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)激活是腎臟疾病發(fā)病機(jī)制的核心通路，MUC4是上皮細(xì)胞中ERK信號(hào)通路的激活劑。Sun 等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，MUC4沉默可使ERK信號(hào)通路失活，從而抑制腎小管上皮細(xì)胞中的氧化反應(yīng)和草酸鈣晶體形成，最終抑制腎臟疾病的發(fā)生。上述研究表明在多種腫瘤細(xì)胞中MUC4對(duì)EMT的發(fā)生均起有重要作用。

4. MUC16：MUC16是MUC家族中最大的糖蛋白，屬于跨膜型MUC。MUC16定位于人染色體19p13.2上，由氨基端、串聯(lián)重復(fù)段、羧基端3部分結(jié)構(gòu)域組成。其中羧基端包括胞外區(qū)域、跨膜區(qū)域以及胞質(zhì)尾端區(qū)域。串聯(lián)重復(fù)段結(jié)構(gòu)域的重復(fù)序列間含有SEA結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域在糖蛋白識(shí)別和信號(hào)傳遞中發(fā)揮重要作用[3,29]。Das等[30]發(fā)現(xiàn)在胰腺癌細(xì)胞中可產(chǎn)生MUC16，其促進(jìn)Janus蛋白酪氨酸激酶2核轉(zhuǎn)位，導(dǎo)致組蛋白-3上調(diào)的特異性基因LMO2和NANOG磷酸化，從而增強(qiáng)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力。Comamala等[31]的研究顯示，MUC16可激活EGFR和AKT信號(hào)通路，從而促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞的遷移和侵襲。Lakshmanan等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌細(xì)胞的發(fā)生和轉(zhuǎn)移中，MUC16通過(guò)JAK2/STAT3/GR途徑調(diào)節(jié)抑癌基因TSPYL5的表達(dá)，從而抑制EMT的發(fā)生。因此，MUC16可作為一種腫瘤標(biāo)志物和癌癥的靶向治療物廣泛運(yùn)用于腫瘤研究。

四、腫瘤微環(huán)境在EMT中的作用

在EMT發(fā)生過(guò)程中，腫瘤微環(huán)境通過(guò)免疫細(xì)胞、非免疫細(xì)胞、無(wú)氧環(huán)境以及細(xì)胞外基質(zhì)等因素共同調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞外基質(zhì)變化導(dǎo)致上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的細(xì)胞進(jìn)而通過(guò)自分泌或旁分泌的方式激活，引起細(xì)胞外基質(zhì)重建，參與腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移[33]。間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)具有損傷組織遷移能力和腫瘤靶向趨向性，在高濃度的細(xì)胞生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)下向腫瘤組織轉(zhuǎn)移，參與腫瘤微環(huán)境的構(gòu)建。在此過(guò)程中，MSCs主要通過(guò)分泌炎性因子如白細(xì)胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α等促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移[34]。IL-6是一種炎性細(xì)胞因子，在乳腺癌細(xì)胞中可誘導(dǎo)EMT，TNF-α主要由巨噬細(xì)胞和其他細(xì)胞類型如成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，可增加轉(zhuǎn)錄抑制因子如Slug、ZEB1的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[35]。因此，腫瘤微環(huán)境中的大部分細(xì)胞、胞外基質(zhì)與腫瘤細(xì)胞相互作用，最終導(dǎo)致EMT相關(guān)的分子和形態(tài)發(fā)生變化。

五、結(jié)語(yǔ)

EMT是一種復(fù)雜的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在癌細(xì)胞的侵襲過(guò)程中發(fā)揮重要作用。癌細(xì)胞形態(tài)變化伴隨多種改變過(guò)程，如細(xì)胞間黏附改變、細(xì)胞基質(zhì)、降解、上皮標(biāo)志物、間充質(zhì)標(biāo)志物改變等。EMT過(guò)程中涉及多種信號(hào)通路和腫瘤微環(huán)境的共同作用。MUC作為誘導(dǎo)劑激活各種信號(hào)通路，從而促使EMT的發(fā)生。探討MUC1、MUC3、MUC4以及MUC16在EMT中的作用，可為靶向治療癌癥提供理論依據(jù)，探討腫瘤微環(huán)境的不同組分介導(dǎo)EMT的機(jī)制可進(jìn)一步為癌癥的治療提供思路。深入研究MUC在EMT信號(hào)通路中的作用，有利于尋找治療腫瘤的新方法。然而，EMT是一種動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，亟需新的技術(shù)手段和方法進(jìn)行研究，從而更深入了解EMT在腫瘤發(fā)生中的作用機(jī)制，為腫瘤治療提供新方案。