上皮间质转化的机制及其在肿瘤转移中的作用

[摘要] 上皮间质转化（EMT）是指在某些生理或病理状态下出现的上皮细胞向间质细胞表型转变的过程。近年来发现，EMT与肿瘤的转移密切相关，已成为当前研究的热点。研究证实，通过激活TGF-β/Smad通路、Wnt/β-catenin通路、PI3K/AKT通路、Src通路、IL-6/STAT3通路等，调控Snail、Twist和ZEB等转录因子，可诱导上皮细胞发生间质转化，并增强肿瘤细胞的侵袭转移能力。此外，微小RNA（microRNA）也被证实参与肿瘤EMT调控。揭示EMT的分子调控机制及其与恶性肿瘤的关系，对于预防和治疗癌症具有重要意义。
　　[关键词] 上皮间质转化；肿瘤；转移；调控因子
　　[中图分类号] R730.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2014）12（b）-0163-04
　　恶性肿瘤是严重威胁人类健康的疾病，其发病率有逐年增长的趋势，尽管随着手术、化疗、放疗及生物治疗的不断发展，对肿瘤的治疗已经有了长足的进步，但由于许多患者就诊时就已发生不同程度的转移，导致目前某些恶性肿瘤5年生存率仍较低。究其治疗失败的原因，肿瘤的侵袭和转移是重要的因素。因此，深入研究恶性肿瘤侵袭和转移的机制，可为更加有效地治疗肿瘤提供新策略。上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）最近被证实在肿瘤的发生和侵袭转移中起关键作用，现将上皮间质转化的调控因子及其在肿瘤侵袭转移中的作用综述如下：
　　1 上皮间质转化的概念
　　EMT是指在某些生理和病理状态下出现的上皮细胞向间质细胞转化的现象。EMT以上皮细胞表型的缺失和间充质细胞表型的出现为主要特征。EMT现象最早在晶状体细胞中发现[1]，在其后的研究中发现EMT主要参与以下三类生物学进程：①胚胎的发育和器官的形成；②组织（创伤）的修复和器官的纤维化；③肿瘤的侵袭和转移。在肿瘤发生的过程中，正常上皮细胞发生EMT进展成为原位癌，之后肿瘤细胞继续发展可通过EMT进行原位侵袭扩散，侵入淋巴管和血管发生远处转移[2]。在EMT的过程中伴有上皮细胞标志物如E-钙黏蛋白（E-cad）、β-连环素等表达的下调和间充质表型标志物如波形蛋白（vimentin）、N-钙黏附素（N-cad）等表达的上调。
　　2 EMT发生机制及调控因子
　　2.1 EMT相关的信号通路
　　EMT的发生涉及多个信号转导通路，但由于EMT信号网络的复杂性和研究方法的局限性，目前对EMT详细调控机制仍不能准确绘制出完整的网络图。就目前研究显示，涉及EMT的主要通路有转化生长因子-β（TGF-β/Smad）通路、Wnt/β-catenin通路、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K/AKT）通路、Src通路、IL-6/STAT3通路、整合素通路、Notch通路、Hedgehog通路以及NF-κB通路等。各通路之间关系复杂，相互影响，协同发挥作用。Sahlgren等[3]报道，Hedgehog信号转导通过上调JAG2，使其与Notch结合从而使Notch信号通路激活，抑制E-cad的表达，诱导EMT。Xu等[4]报道，Wnt通路通过与TGF-β/Smad通路的相互作用，从而使Snail因子抑制E-cad的表达，而间质细胞基因产物高表达，参与EMT的发生Battaglia等[5]通过动态研究EMT发现，TGF-β和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）在起始阶段协同发挥作用，而PI3K/AKT通路则在维持期起主要作用。
　　TGF-β是目前研究最为深入的EMT诱导因子，它通过与受体结合发送跨膜信号，使细胞信号转导分子-2（Smad2）和细胞信号转导分子-3（Smad3）活化并与细胞信号转导分子-4（Smad4）结合，以三聚体形式进入核内，然后通过对DNA转录结合位点的调控，影响TGF-β应答基因的表达[6]，诱导EMT过程，增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力。然而，在此过程需要E盒结合锌指蛋白（zinc-finger E-box binding homeobox 1，ZEB1）和Snail等转录因子参与，以提高Smad分子与DNA的亲和力和选择性。此外，TGF-β还可激活如Notch、整联素和Wnt等与EMT相关的其他信号通路[7]。
　　2.2 EMT的调控因子
　　研究证实转录因子和微小RNA在EMT过程中发挥重要作用[8-9]，E-上皮钙黏蛋白（E-cad）作为上皮表型的标志物，其下调或缺失被认为是EMT发生的最重要标志。研究表明，与E-cad转录抑制相关的因子主要包括Snail、Twist、ZEB等，它们在EMT过程中表达增加，从而抑制E-cad的表达。微小RNAs（miRNAs）是一种大小20～22个碱基的单链小分子RNA，作为一种短链非编码RNA，其在转录后水平对基因表达进行调控。miRNA-200表达上调可恢复E-cad表达、抑制N-cad表达，从而参与对肺癌EMT的调控[9]。
　　2.2.1 转录因子Snail Snail蛋白以Snail1、Snail2（Slug）和Snail3三种形式存在于脊椎动物体内。它是一类包含锌指结构的重要转录因子，与肿瘤侵袭转移密切相关[10]。研究表明，Snail和Slug通过与上皮钙粘连素基因启动子近端的E-box序列结合，阻止上皮钙粘连素基因的转录，促进EMT的发生[11]。Song等[12]报道，在EMT的发生的过程中，Snail会使上皮细胞紧密连接减少，细胞极性丢失，运动性增强，从而使肿瘤细胞迁徒和侵袭能力提高，有利于肿瘤侵袭和向远处扩散。Snail1还可通过作用于ZEB2因子调控EMT进程。Snail2由于具有独特的Slug结构域，可以抑制紧密连接相关蛋白（Occludin）、E-上皮钙黏蛋白（E-cadherin）、紧密连接蛋白1（Claudin-1）等黏附分子的表达破坏细胞的紧密连接，从而促进肿瘤细胞的侵袭和转移[13]。此外，Snail2还可通过降解细胞外基质中的各种蛋白成分，诱导EMT的发生，增强细胞的侵袭性[14-16]。研究发现，在非小细胞肺癌中Slug可与泛素连接酶和野生型的P53形成复合物，使Slug降解，减弱细胞的侵袭能力[17-18]。 　　2.2.2 转录因子Twist Twist转录因子含有高度保守的碱性螺旋-环-螺旋结构域，通过与特异性的基因序列结合，形成具有相对组织特异性的结构[19]。Twist是肿瘤细胞发生侵袭和转移并出现EMT现象的主要诱发因子之一。研究发现，Twist通过与Mi2/核小体重塑去乙酰化酶（Twist/Mi2/NuRD）形成蛋白复合物，然后与上皮钙粘连素基因启动子结合，抑制E-cad的表达，从而减弱细胞间连接，促进细胞侵袭及转移，最终诱导EMT发生[20]。Twist还可通过BMI1对靶基因的转录抑制，而增强对上皮钙粘连素基因转录的抑制作用[21]。此外，Twist1也可通过Snail2（Slug）调控EMT[22]。Zhang等[23]研究发现，信号转导和转录激活因子3（STAT3）信号的活化与上皮钙黏素和Twist的表达相关联，在肿瘤的侵袭和转移中发挥重要作用。
　　2.2.3 转录因子ZEB E盒结合锌指蛋白（zinc finger E-box binding protein，ZEB）家族属于锌指蛋白类，包括ZEB1和ZEB2（即SIP1），主要结构特点是其C端和N端都有C2H2锌指簇和位于中间的一段同源结构域。因此，ZEB1和ZEB2有相似的DNA结合特异性，二者均可与E-cad的编码基因CDH1的E-box（CACCTG）序列结合，抑制其转录，促进EMT的发生。ZEB1通过对上皮钙粘连素基因的转录抑制，参与EMT的调控[24]。ZEB2通过对细胞间连接基因的转录抑制，使肿瘤细胞间的连接作用减弱、运动性增强，增加细胞侵袭和转移的能力[25]。Gemmill等[26]研究表明肿瘤组织中ZEB1的表达量明显高于癌旁组织，并且ZEB1蛋白在肺腺癌细胞的胞质和胞核中都有表达。
　　2.2.4 微小RNA（microRNA） microRNA是一类内源性非编码的小分子RNA，长度为20～22个核苷酸。microRNA本身不具备编码蛋白质的功能，但它可通过与mRNA结合，影响目的mRNA发挥功能。当microRNA与目的mRNA非编码区不完全互补时mRNA的翻译过程则受到microRNA的抑制，蛋白质生成受到影响；当二者完全互补时，可使mRNA发生降解[27]。因此microRNA通过抑制目的mRNA的翻译或使mRNA降解，来影响基因的转录后调控，从而在肿瘤EMT过程中发挥重要作用。microRNAs在肿瘤组织和正常组织之间表达水平有明显的差异，随着检测能力的提高，越来越多的microRNAs被筛选出来。研究发现，miR-200家族、miR-138、miR-205等多种microRNA参与EMT的调控。目前研究较成熟的是microRNA-200家族，microRNA-200家族可通过抑制ZEB1和ZEB2的转录，阻止细胞EMT的发生[28]。最新的研究发现，miR-200a可负性调控EMT过程，但这一功能的实现有赖于Wnt-catenin信号通路的参与[29]。此外，microRNA200对肿瘤EMT的负性调控还可以通过对细胞骨架蛋白表达的调节来实现[30]。
　　3 EMT与肿瘤的侵袭转移
　　肿瘤的侵袭和转移是指肿瘤细胞从原发部位脱落，通过血液、淋巴及直接浸润等方式在不连续的靶部位长出具有相同性质的肿瘤的过程。肿瘤的侵袭和转移的潜力取决于肿瘤细胞以及促肿瘤细胞相关的内环境之间的相互作用[31]。EMT一方面可以改变肿瘤细胞的特性使肿瘤细胞间连接分子表达缺失，极性丧失黏附能力减弱、运动性提高，使肿瘤细胞本身的侵袭能力增强[32]；另一方面，EMT还可通过改变肿瘤生长、侵袭和转移以及血管形成的微环境，增强肿瘤侵袭和转移能力。因此，EMT在肿瘤的侵袭和转移中发挥重要作用。此外，EMT还会使一些参与细胞外基质和基底膜降解和破坏的溶解酶高表达，破坏正常的组织学屏障，使肿瘤细胞更易从原发部位脱落而发生侵袭和转移。EMT不仅可以增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力，还可赋予肿瘤细胞干细胞的特征，促进生成肿瘤干细胞[33]。而肿瘤干细胞是肿瘤侵袭和转移生长的基础。研究还发现EMT与循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）有相同的特征，循环肿瘤细胞的侵袭转移能力与其数量和细胞间连接的缺失有关，这与EMT一致。在肺癌中的循环肿瘤细胞发生EMT后，它的生存率和迁移能力增加，能够促进肺癌的转移[34]。此外，EMT还可以通过抑制肿瘤细胞的衰老和凋亡，使他们能够逃避免疫监视系统，继续在体内生存[35]。
　　4 小结
　　虽然，目前对EMT的认识取得了很大的进展，但由于肿瘤的异质性、个体的差异性及EMT调控的复杂性，使得EMT的详细调控机制及其在肿瘤发生发展中的作用还有待于进一步的阐明。因此，进一步深入研究EMT的调控机制和在肿瘤侵袭转移中的作用，对于更好地防治肿瘤和开发新的抗肿瘤药物有重要意义。
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