上皮间充质转化（EMT）的调控通路及关键靶点，你都清楚了吗？

如果说，肿瘤是一个令人恐惧的词；那么肿瘤转移，则是一个让人绝望的词。在相关研究领域，肿瘤转移一直是科研人员期望尽早突破的关键科学问题之一。

人类90%以上的恶性肿瘤均起源自上皮组织，如常见的肺癌、乳腺癌、肝癌和胃癌等。在这些恶性肿瘤的转移过程中，有一个叫做上皮间充质转化（EMT）的生物学过程，发挥着关键作用。

本期内容，小P将与大家一起学习上皮间充质转化（EMT）的定义、分类、表型变化、信号通路以及关键靶点，let's go ！

什么是上皮间充质转化（EMT）？

上皮-间充质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT），即上皮细胞向间充质细胞表型转化的过程，常发生于胚胎发育、组织修复以及肿瘤侵袭和转移等生物学进程中。

在EMT发生过程中，上皮细胞向间充质细胞转化，表现为细胞形态和功能的双重改变，形态上由多边形或鹅卵石状转变成细长的纺锤状或梭形，功能上细胞极性消失、细胞骨架改变、细胞间去粘连化以及获得侵袭运动能力等；这些表型改变会使得细胞间黏附度降低，迁移运动特性增强。

图1 EMT和MET的概况 源于[16]

EMT在某些情况下是可逆的，也就是间充质上皮转化（Mesenchymal-Epithelial Transition，MET）的产生。这也意味着如果引起EMT的刺激因素被消除，细胞可以恢复其上皮细胞类型。

当然，这种可逆性并不总是完全的。在某些情况下，细胞可能无法完全恢复其上皮细胞类型，或者可能会出现一些不可逆的改变。

上皮间充质转化（EMT）的类型

根据EMT发生的生物学背景，我们可以将EMT分为三种类型：

Ⅰ型EMT与胚胎发生和器官发育有关，通过EMT实现胚胎发育过程中细胞多样性，既不会引起纤维化，也不会诱发侵袭性表型。这种 EMT是产生间充质细胞（初级间充质）所必需的，这些细胞能够连续经历MET以产生次级上皮细胞。

Ⅱ型EMT与伤口愈合、组织再生和器官纤维化相关，通过EMT产生纤维细胞进行创伤修复及组织再生，在该过程中上皮细胞分化为新型成纤维细胞样细胞，以便在创伤和炎症损伤后重建组织。这种EMT伴随着炎症反应，一旦修复完成且炎症减轻，EMT就会终止。

Ⅲ型EMT与肿瘤的进展和转移密切相关，其发生在经历了遗传和表观遗传修饰的肿瘤细胞中，特别是在促进局部肿瘤形成的基因中。经历这种EMT的癌细胞可能会侵袭和转移，从而产生最终的、危及生命的癌症进展表现。

值得一提的是，癌细胞可能会在不同程度上经历EMT，一些细胞保留许多上皮特征，同时获得一些间质特征，形成一种中间状态，而其他细胞则摆脱其来源于上皮的所有特征并完全变成间质[1-2]。

图2 EMT的三种类型 源于[1]

上皮间充质转化（EMT）中的表型转变

上皮细胞（Epithelial Cells）是一类具有极性的细胞，主要分布在体表和内脏器官的内膜上。在上皮组织中，上皮细胞呈紧密排列，细胞之间存在着丰富的细胞连接，如紧密连接（Tight junctions）、粘附连接（Adherens Junctions）、桥粒（Desmosomes）以及间隙连接（Gap junctions）等。

在上皮样细胞状态，细胞连接的关键蛋白Occludins、E-cadherin和β-catenin等维持一个较高水平的表达，常被视为上皮细胞标志物。

图3 上皮样和间充质样细胞形态学及蛋白组成差异 源于[15]

间充质细胞（Mesenchymal cells）是一类多能性细胞，存在于许多组织和器官中。它们具有自我更新的能力，并且可以分化为多种不同类型的细胞。间充质细胞结构不规则，缺乏极性且被大量的细胞外基质包围，具有运动性和入侵性，其细胞排列一般呈松散状。

在间充质样细胞状态，III型中间丝蛋白Vimentin是主要的细胞骨架蛋白之一，同时细胞中还表达能提供更大连接灵活性、更强细胞运动性的蛋白N-cadherin，二者也被视为间充质细胞标志物。

因此，从细胞表型标志物的角度来看，当E-cadherin、β-catenin等上皮细胞标志物表达下调，而间充质细胞标志物N-cadherin、Vimentin等表达上调的时候，我们便能初步判断EMT过程的发生。

上皮间充质转化（EMT）中的信号通路

EMT概念最早是在1982年提出，经历40余年的深入研究后， EMT发生所涉及的分子机制及其相关信号通路已经取得显著进展。其中以下几个通路与EMT的发生密切相关。

1）TGF-β信号通路

TGF-β是一类多功能的细胞因子，在许多细胞类型中都广泛表达。TGF-β 通路由 TGF-β 受体激活并介导信号传递，进而调控细胞增殖、分化、凋亡、细胞外基质合成以及免疫反应等生物学过程。

TGF-β既可以是癌抑制因子，又能作为癌激活因子。具体而言，在正常细胞甚至一些癌前细胞中，TGF-β促进增殖停滞，从而抑制肿瘤生长。而在晚期恶性癌细胞中，TGF-β促进EMT和肿瘤转移。

在TGF-β通路中有两种调节途径来介导EMT：Smad依赖性通路和Smad非依赖性通路。

Smad依赖性通路是TGF-β信号传导中最典型的路径。当TGF-β结合到细胞表面的受体复合物上后，活化的类型I受体TGFβ1会磷酸化信号蛋白Smad2/3，与Smad4形成复合物，进入细胞核，结合其他转录因子SNAI1、SNAI2、ZEB、TWIST1等并相互作用，调控间充质基因的转录，如N-cadherin、Vimentin等，抑制上皮细胞蛋白的表达，朝着更具迁移性的间充质表型发展，达到促进EMT的目的。

图4 Smad依赖性TGF-β信号通路 源于[13]

对于Smad非依赖性通路，TGF-β也可以通过激活PI3K/AKT/mTOR、P38/MAPK/Erk和Rho GTPases等信号来介导转录调控。在PI3K/AKT通路中，当TGF-β结合到其受体上时可以诱导AKT磷酸化并快速激活PI3K，活化的AKT会介导多个转录因子如Snail、TWIST等的磷酸化或调控，从而影响EMT。

另外AKT也可以通过磷酸化Smad蛋白，直接调控Smad蛋白的活性，可能有助于Smad诱导的EMT。TGF-β也可以通过激活Rho GTPases，如RhoA、Cdc42和Rac1，来降低细胞间的连接，促进细胞的迁移和侵袭。同样，TGF-β诱导的P38/MAPK/Erk途径也有助于EMT诱导，ERK、JNK、MAPK等激酶可以被活化并磷酸化，触发下游信号分子传递并启动EMT程序。这些信号蛋白直接可以互相串扰形成一个相互作用的信号网络，与经典途径相比，该途径更为复杂[9]。

图5 Smad非依赖性TGF-β信号通路 源于[13]

2）Wnt信号通路

Wnt通路在EMT中扮演中重要的作用，在经典Wnt通路中，细胞外的Wnt蛋白与细胞膜上的Frizzled受体及其共受体（如LRP5/6）结合形成三聚体复合物，激活脱链蛋白Dvl，抑制GSK3β磷酸化，使得β-catenin在细胞质中积累，并进一步转运至细胞核中，与TCF/LEF 一起结合到靶基因Snail1等的启动子区域，并激活其转录。这些转录因子会抑制上皮细胞相关基因的表达，同时促进间质细胞相关基因的表达，从而推动细胞向间质状态的转变。

非经典Wnt通路包括Wnt/PCP（平面细胞极性）和Wnt/Ca² 通路，是一种独立于β-catenin作用于EMT的机制。PCP通路介导了细胞的定向迁移，并参与细胞极性的调节。它通过激活GTP酶Rho和Rac等信号分子，促进细胞骨架的重组和细胞形态变化，从而促进细胞的迁移。Wnt/Ca² 通路则是通过增加细胞内钙离子浓度，影响细胞间黏附和细胞外基质附着，从而调节细胞迁移和细胞外基质降解[10]。

图6 经典和非经典Wnt信号通路 源于[14]

3）Notch信号通路

Notch是由一系列单次跨膜受体 （Notch1–4）组成，存在于细胞表面，可通过与膜束缚配体Delta-like（DLL）或Jagged（JAG）的相互作用来激活。当配体与受体结合后，通过钙离子依赖的切割作用，使Notch受体内的外胞质域释放出来。而释放的外胞质域进一步被γ-分泌酶裂解并释放 Notch 胞内结构域 （NICD）。NICD进入细胞核，并与转录共激活因子CBF1/RBP-Jκ结合，以形成复合物CSL，调节下游EMT相关转录因子Snail、Slug和Twist等，进而调节EMT[11]。

图7 Notch信号通路 源于[17]

4）其他信号通路

除了上述常见的几个通路，还有其他的信号通路也在不同程度上对EMT起着一定的抑制或者促进作用。比如涉及胚胎发育、干细胞更新和组织稳态的Hedgehog通路，其中的GLI转录因子可以诱导癌细胞发生EMT。还有参与炎症、细胞稳态和肿瘤进展等的TNF-α/ NF-κB 信号通路，TNF-α通过与E-cadherin对抗和激活MMP9，促进与EMT重编程相关的血管生成、侵袭和转移[12]。

但是以上这些信号通路并不都是独立作用于EMT，比如说在受到TGF-β刺激后，Wnt通路可以被Smad通路激活。NOTCH通路也可以通过Smad复合物调节EMT中的TGF-β通路，这些通路之间互相影响，在EMT过程中协同作用，共同影响着整个EMT过程。

图8 参与EMT诱导的信号通路汇总 源于[15]

上皮间充质转化（EMT）中的重要靶点

作为细胞自然发生的转分化程序，EMT可以被一些经典的生物学标志物界定。这些标志物大体上可分为两类，上皮标志物（如 E-cadherin、β-catenin、ZO-1等）及间质标志物（如N-cadherin、Vimentin、MMP2/9等）。EMT的发生往往同时伴随着上皮标志物基因表达的显著下调和间质标志物基因的显著上调。这里针对相关靶标做一个简单汇总：

图9 EMT相关生物学标志物及信号通路分子汇总

针对这些EMT相关靶点，Proteintech已开发出一系列优质的抗体（见上表），下面给大家展示一下部分数据：

1）E-Cadherin

E-钙粘蛋白在维持上皮完整性方面很重要，并且参与了调节上皮细胞增殖，分化和存活的机制。E-钙粘蛋白也可以在肿瘤发生中起作用，它被认为是侵袭抑制蛋白，其损失是高肿瘤侵袭性的指标。

图10 E-Cadherin抗体（货号：20874-1-AP）的WB、IHC、IF检测

2）N-cadherin

N- 钙粘蛋白是一种在多个组织中表达的跨膜蛋白，具有介导细胞间粘附的功能。N- 钙粘蛋白也在早期大脑形态发生、突触发生和突触可塑性中起作用，通常定位于细胞膜中。

图11 N-cadherin抗体（货号：22018-1-AP）的WB、IHC、IF检测

3）ZO-1

ZO-1是位于细胞质面部的外周膜磷蛋白，在上皮细胞和内皮细胞的紧密连接中表达。ZO-1作为关键的紧密连接蛋白，可能参与调节细胞增殖和分化的信号传导机制。

图12 ZO-1抗体（货号：21773-1-AP）的WB、IF检测

4）Fibronectin

纤连蛋白Fibronectin在细胞粘附、运动、伤口愈合和维持细胞形状方面发挥作用。在胚胎发育和肾小球疾病有至关重要的作用。

图13 Fibronectin抗体（货号：15613-1-AP）的WB、IF检测

5）Vimentin

波形蛋白是在各种非上皮细胞（尤其是间质细胞）中发现的III类中间丝。波形蛋白对于稳定细胞质的结构，维持细胞完整性很重要。

图14 Vimentin抗体（货号：10366-1-AP）的WB、IF检测

上皮间充质转化（EMT）一直是肿瘤研究领域中的重点区域，Proteintech也一直在致力于这部分靶点的产品开发，目前已基本完成了靶点覆盖，以上仅仅为部分数据的展示，更多靶点以及更多检测数据，可直接前往Proteintech官网查看。

【参考文献】（上下滑动查看更多）

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