肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的研究進展

馬秀清 綜述 陳良安 審校

轉(zhuǎn)移是肺癌的惡性標志和特征,約90%的肺癌患者死于轉(zhuǎn)移并發(fā)癥[1],因此,了解肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)機制十分重要。肺癌轉(zhuǎn)移是一個多因素參與、極其復雜的過程,它涉及到腫瘤細胞間黏附作用的喪失、腫瘤細胞外基質(zhì)的降解、腫瘤細胞遷移能力的增強、腫瘤新生血管的產(chǎn)生等多種細胞生物學行為,而這些細胞生物學行為多受特定基因的調(diào)控。目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種基因與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān),本文就腫瘤轉(zhuǎn)移模式及近年來肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的新基因綜述如下。

1 轉(zhuǎn)移的模式

目前認為腫瘤轉(zhuǎn)移存在兩種模式,分別為晚期播散和早期播散模式。多年來,傳統(tǒng)觀念認為轉(zhuǎn)移擴散只是發(fā)生在腫瘤惡化的終末階段,是由于內(nèi)源性因素和外源性因素對原發(fā)性腫瘤的持續(xù)刺激,使腫瘤細胞獲得足夠的能力脫離原發(fā)灶,進而發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移。早期播散模式是Podsypanina等[2]提出的新的轉(zhuǎn)移機制。該研究小組將正常表型的小鼠乳腺上皮細胞注射到受體動物的血液里,發(fā)現(xiàn)這些細胞在肺組織中通過基因的變化,即癌基因的激活也能存活,并在新的環(huán)境定居、不斷增殖(圖1)[3]。H?semann等[4]研究顯示轉(zhuǎn)錄因子 Twist是正常小鼠乳腺細胞癌基因激活的關(guān)鍵,該基因使惡變前的細胞在乳房腫瘤出現(xiàn)之前就轉(zhuǎn)移到了肺和骨髓。T wist基因主要是通過激活內(nèi)源性的轉(zhuǎn)移程序促進轉(zhuǎn)移,該程序在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮其正常的功能,也叫上皮細胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)換,如異常啟動該程序,可使細胞的轉(zhuǎn)移侵襲能力增強,從而使腫瘤細胞發(fā)生擴散。轉(zhuǎn)移機制的新觀念認為在原發(fā)性腫瘤形成之前就已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)移,打破了傳統(tǒng)對轉(zhuǎn)移的認識,正好解釋了傳統(tǒng)觀念不能解釋的問題,如為什么30%左右的Ⅰ期非小細胞肺癌患者在手術(shù)完全切除后還會發(fā)生轉(zhuǎn)移,為什么有的患者發(fā)現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移灶后很難發(fā)現(xiàn)腫瘤原發(fā)灶等。早期播散模式的提出也提示先天性因素和后天性因素對腫瘤惡化和轉(zhuǎn)移播散起著不同的作用,不同的轉(zhuǎn)移模式需要不同的治療方案,才能從根本上阻止肺癌的轉(zhuǎn)移。

圖1 腫瘤轉(zhuǎn)移模式圖

2 與肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的黏附分子

腫瘤細胞間的粘附性下降是肺癌轉(zhuǎn)移過程中腫瘤細胞從原發(fā)灶脫落的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中,黏附分子以配體-受體結(jié)合的形式介導細胞與細胞間或細胞與細胞外基質(zhì)間相互接觸、識別、結(jié)合、激活和移行,與肺癌轉(zhuǎn)移密不可分。

2.1 上皮鈣黏蛋白 上皮鈣黏蛋白(E-cadherin,EC)是一種鈣依賴性細胞粘附分子,存在于正常上皮細胞中,主要功能是促進同質(zhì)細胞間的黏附、維持組織結(jié)構(gòu)的完整性?，F(xiàn)已證實在肺癌組織中EC呈低表達,尤其在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、晚期低分化的肺癌組織中表達降低更明顯[5]。Wang等[6]研究進一步揭示啟動子區(qū)5′CpG島胞嘧啶甲基化改變是其在肺癌細胞中轉(zhuǎn)錄失活和表達下降的主要原因,可見該位點可能成為臨床抑制肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。最近有文獻報道[7]EC和肺癌腦轉(zhuǎn)移也存在相關(guān)性,但具體作用途徑還不清楚。還有研究者發(fā)現(xiàn)EC的相互作用蛋白 P120-連環(huán)蛋白(catenin)(P120ctn)和小片段鳥苷三磷酸酶(small GTPases)在肺癌中也呈異常表達[2]。P120ctn主要是亞型1和亞型3在肺癌細胞中表達降低[8],其異常表達可使EC表達重新分布,即正常組織EC胞膜表達,而肺癌組織中主要是胞漿表達,導致EC作用減弱,腫瘤細胞間粘附力下降,進而發(fā)生轉(zhuǎn)移。小片段GTP酶包括RhoA、Cdc42和 Rac1等,在肺癌組織中表達升高,其中RhoA與肺癌分化程度有關(guān),Rac1則通過與EC/連環(huán)蛋白復合物的相互作用,調(diào)節(jié)肺癌細胞的黏附能力,促進肺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

2.2 整合素 整合素(integrins)是一組細胞表面糖蛋白受體,其配體是細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)成分。所有整合素均是α和β亞單位通過非共價鍵組成的異二聚體跨膜黏蛋白。整合素介導的腫瘤細胞黏附作用主要是因為它們能調(diào)節(jié)尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase plasminogen activator,uPA)和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP),識別配體上特殊的氨基酸序列,如玻連蛋白、層黏蛋白、纖連蛋白等,導致 ECM水解,促進腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移。在腫瘤基因?qū)W研究中已證實,不同整合素在肺癌發(fā)病及侵襲轉(zhuǎn)移中起不同的作用。

整合素α 3β1和α 5β1對肺癌細胞的高侵襲性發(fā)揮重要的作用[9,10],它們都可以通過 uPAA受體(uPAR)與玻連蛋白結(jié)合,激活細胞外纖溶酶原,增加MMP9和 MMP1的表達,導致 ECM 降解,從而實現(xiàn)肺癌細胞向遠處隔器官的轉(zhuǎn)移,在這個過程中β1亞基起主要作用,可能成為抑制肺癌轉(zhuǎn)移的目的基因。但在表達突變uPAR的細胞系中,如肺癌H1299細胞系(H249A和D262A),整合素如何與玻連蛋白連接還存在分歧。Madsen等[11]認為兩者可直接反應,而 Tang等[9]認為由整合素剪接變異體α 5β1與突變uPAR相互作用使信號向下游傳遞。此外,不同的整合素亞單位在肺癌細胞轉(zhuǎn)移中起不同的作用。在肺表皮樣癌細胞系Calu-1中,整合素亞單位α 2、α 3、α 6和β1與腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力密切相關(guān) 。在 Wright等[12]的最新研究中,α 2、α 3、α 6亞單位主要增加Calu-1細胞在層黏蛋白、Ⅳ型膠原、內(nèi)皮單層細胞及細胞外基質(zhì)中的運動能力,促進Calu-1細胞的遷移,對其黏附作用無影響,而β1亞單位除了調(diào)節(jié)Calu-1細胞的運動能力,在與層黏蛋白的黏附中也發(fā)揮了重要作用。

2.3 選擇素 肺癌血源性轉(zhuǎn)移途徑中,腫瘤細胞從原發(fā)灶脫落進入血液,與血小板或白細胞黏附結(jié)合,使其聚集形成瘤栓,不僅提高了循環(huán)中腫瘤細胞的生存能力,而且便于產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)移灶。選擇素(selectin)是肺癌細胞與血小板或白細胞黏附的關(guān)鍵,也是肺癌轉(zhuǎn)移的重要基因之一。選擇素由植物凝集素樣末端和內(nèi)皮生長因子樣結(jié)構(gòu)構(gòu)成,根據(jù)附屬調(diào)節(jié)蛋白的不同可分為P、L、E三種形式。P-選擇素貯存于血小板的α顆粒和內(nèi)皮細胞棒狀小體,在正常血管內(nèi)皮上不表達或低表達,但當受到細胞因子介導活化后,在細胞膜上快速而瞬時的表達。目前在肺癌細胞系中已發(fā)現(xiàn)肺大細胞癌細胞系H460和肺腺癌細胞系SPC-A-1是通過P-selectin與血小板黏附形成血源性轉(zhuǎn)移的,并且抗凝劑肝素或者肝素衍生物可以有效防止P-選擇素與血小板結(jié)合,減少肺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生[13]。L-選擇素分布在白細胞上,主要功能是使腫瘤細胞結(jié)合的白細胞與內(nèi)皮細胞粘附促進肺癌轉(zhuǎn)移,L?ubli等[14]認為這一過程是L-selectin通過與內(nèi)皮上的墨角藻糖基轉(zhuǎn)移酶-7依賴的配體相互作用的結(jié)果,其作用時間是腫瘤細胞進入血管后12～24h。肝素同樣能阻止L-選擇素與內(nèi)皮上配體的結(jié)合,但臨床上往往錯過了最佳治療時間導致肺癌轉(zhuǎn)移。E-選擇素存在于血管內(nèi)皮細胞內(nèi),血清中可溶性的E-選擇素高暗示著非小細胞肺癌患者預后差[15]。

2.4 免疫球蛋白類黏附因子 細胞間黏附分子(intercellular adhesion molecular-1,ICAM-1)又稱CD54,是免疫球蛋白黏附因子家族成員,其配體是白細胞功能相關(guān)抗原-1(LFA-1)。目前,有人發(fā)現(xiàn)ICAM-1在白細胞與血管內(nèi)皮相互作用的過程中可直接與內(nèi)皮細胞結(jié)合,它通過激活ERK1/2信號傳導途徑使血管內(nèi)皮通透性增加,便于肺癌細胞在新的地方定居繁殖[16]。ICAM-1除介導黏附外,也能從腫瘤細胞表面脫落,進入循環(huán)系統(tǒng)形成可溶性分子,協(xié)助腫瘤細胞逃逸CTL和NK細胞的免疫監(jiān)視效應,加快腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移。

2.5 與肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的CD黏附分子 CD44是一種分布極為廣泛的細胞表面跨膜糖蛋白,屬于黏附分子家族,可與透明質(zhì)酸等配體結(jié)合,參與細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間的黏附,促進腫瘤轉(zhuǎn)移。CD44存在標準型(CD44s)和變異型(CD44v6)。目前已經(jīng)得到證實,CD44s在肺癌中表達升高與肺癌轉(zhuǎn)移有關(guān)[17],但CD44v6在肺癌的浸潤、轉(zhuǎn)移中的作用研究結(jié)果不盡相同。有的研究者認為CD44v6主要在肺鱗癌中高表達,并和肺癌的分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、微血管的形成有關(guān),有的研究結(jié)果則相反[18,19]。

3 MMP及其調(diào)控因子

肺癌轉(zhuǎn)移過程中,腫瘤細胞只有完成了對ECM的降解才能突破后者構(gòu)成的結(jié)構(gòu)屏障,向周圍組織侵襲或進入血循環(huán)或淋巴系統(tǒng)引起轉(zhuǎn)移的級聯(lián)反應。MMP家族中MMP-2、MMP-9均屬明膠酶類,是能夠降解基膜主要元素Ⅳ型膠原的關(guān)鍵水解酶,對肺癌的轉(zhuǎn)移有舉足輕重的作用,其中MMP-9的基因型279RR和肺癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn)有些基因與肺癌轉(zhuǎn)移的關(guān)系正是通過調(diào)節(jié)MMP2和MMP9的表達來實現(xiàn)的,如Galectin-1(Gal-1)基因通過增加MMP2和MMP9的表達促進肺腺癌的轉(zhuǎn)移[20],而針對 MMP-2、小干擾 RNA(MMP2-siRNA)可上調(diào)金屬蛋白酶組織抑制劑3(TIMP3)的水平,促進肺腺癌的凋亡,抑制肺癌的轉(zhuǎn)移,當MMP2-siRNA聯(lián)合放療時可增強放療的敏感性[21]。MMP家族的其他成員在肺癌組織中也有不同程度的升高,但它們與轉(zhuǎn)移的具體作用機制目前還不明確。

4 肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的血管內(nèi)皮生長因子及其受體

內(nèi)皮細胞的遷移是肺癌轉(zhuǎn)移灶中微血管形成的基礎(chǔ),目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與肺癌血管生成相關(guān)的生長因子有很多種,血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是最主要的血管生長促進因子,影響肺癌轉(zhuǎn)移的多個方面。VEGF只有與其受體(VEGFR)結(jié)合才能發(fā)揮作用。VEGFR有3種亞型,其中VEGFR-1激活可促進內(nèi)皮細胞的遷移和血管通透性增高;VEGFR-2激活可加快內(nèi)皮細胞的增殖,也有學者認為在某種特定條件下VEGFR-2也可介導淋巴管的生成[22];VEGFR-3僅表達于淋巴管內(nèi)皮細胞,激活可促進淋巴管的增殖。最新研究表明內(nèi)皮祖細胞(endothelial progenitor cells,EPCs)與肺癌微小轉(zhuǎn)移灶中血管的生長密不可分。EPCs表達的整合素α 4β1使它能夠在血管細胞黏附分子(VCAM-1)陽性的血管中聚集,其表面的VEGFR-2可引起血管增殖的一系列反應。抑制EPCs的轉(zhuǎn)錄因子Id1,轉(zhuǎn)移灶中血管生長也同時受到抑制[23]。

表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)是又一個在肺癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要作用的因子。目前以EGFR為靶點的抗腫瘤治療已成為肺癌研究中十分活躍的領(lǐng)域之一,而且針對EGFR的小分子酪氨酸激酶抑制劑如吉非替尼、特羅凱等已在臨床上得到廣泛的應用。在實際工作中部分肺癌患者對小分子酪氨酸激酶抑制劑并不敏感,仍可形成轉(zhuǎn)移,于是有學者推測肺癌的轉(zhuǎn)移有多條途徑,有的途徑可繞過EGFR激活下游轉(zhuǎn)移信號。最近,Thomson等[24]證實了這一途徑的存在,當EGFR信號減弱時,具有間充質(zhì)細胞樣表型的NSCLC細胞可發(fā)生間充質(zhì)樣改變,并獲得異常自分泌血小板源生長因子受體(platelet derived growth factor receptor,PDGFR)和成纖維細胞生長因子受體(fibroblast growth factor receptor,FGFR)的信號,通過這些受體可激活促進肺癌轉(zhuǎn)移的MEK-ERK和PI3K信號轉(zhuǎn)導途徑,因此PDGFR和FGFR也可能成為抑制肺癌轉(zhuǎn)移的新靶點。

5 其他肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因

炎癥因子與腫瘤的關(guān)系近幾年受到許多學者的關(guān)注。炎癥環(huán)境可增加腫瘤發(fā)生的概率,而腫瘤的產(chǎn)生可刺激炎癥細胞釋放炎癥介質(zhì)促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。腫瘤壞死因子(TNF)-α不僅能抑制肺癌細胞的凋亡,激活NF-κ B刺激肺癌的增殖,還可以增加血管的滲透性促進肺癌的轉(zhuǎn)移。Kim等[25]研究顯示肺癌細胞中異常表達的細胞外基質(zhì)蛋白聚糖多能聚糖(versican)直接作用TLR2/T LR6復合物誘導巨噬細胞分泌TNF-α,因此,多能聚糖、T LR2和TNF-α在炎癥引起肺癌的轉(zhuǎn)移過程中起了重要作用。

LKB1[26]和乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制基因(breast cancer metastasis suppressor 1,BRMS1)是最新發(fā)現(xiàn)的抑制肺癌轉(zhuǎn)移的基因。LKB1不但可抑制由Kras基因引起的肺癌,還可以通過抑制 NEDD9、VEGFC和CD24的表達減少肺癌的轉(zhuǎn)移。BRMS1是許多實體瘤的轉(zhuǎn)移抑制基因,但其在肺癌轉(zhuǎn)移中的作用最近才得到證實。研究顯示[27],在高轉(zhuǎn)移肺癌細胞株H1299中BRMS1表達顯著減少,同時在動物肺癌模型中提高BRMS1的表達可減少肺癌肝轉(zhuǎn)移的發(fā)生,而不影響原發(fā)肺腫瘤的生長。

S100蛋白家族是一類EF-手性鈣結(jié)合蛋白,通過對鈣離子的調(diào)節(jié)參與細胞周期活動、細胞分化、腫瘤生長以及細胞外基質(zhì)分泌活動等過程。目前已發(fā)現(xiàn) S100家 族中 S100P[28]、S100A2[29]和S100A4(又稱mts1)[30]在早期 NSCLC高表達,降低其表達可減少肺癌的遠處轉(zhuǎn)移,其中S100P與S100A2是早期NSCLC轉(zhuǎn)移的兩個獨立因素,都有可能成為肺癌預后指標。

6 展望

以上簡要介紹了近年來肺癌研究領(lǐng)域中的熱點轉(zhuǎn)移相關(guān)基因,此外還有 nm23、HOXB2、KAI1、CXCR4、M TA1等基因,在肺癌轉(zhuǎn)移中同樣具有極其重要的作用,可見肺癌的侵襲轉(zhuǎn)移是一個多步驟、多因素的復雜過程,涉及多種基因的參與,有時一種基因可能在多個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用,多個基因也可能在同一個信號通路上完成同一功能。肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的研究可為臨床提供有效的診斷和預后指標,有利于早期確定肺癌的分級和分期、盡快采取預防措施、提高患者的生存率和生活質(zhì)量。隨著對肺癌轉(zhuǎn)移研究的深入,將會發(fā)現(xiàn)有效的防治肺癌轉(zhuǎn)移的藥物,從而改善肺癌治療效果。

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