上皮細(xì)胞間質(zhì)化與腫瘤的轉(zhuǎn)移

趙榮志 綜述 吳志浩 周清華 審校

惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤患者死亡以及治療失敗的常見原因，腫瘤細(xì)胞侵潤(rùn)周圍組織，誘導(dǎo)新生血管形成，侵潤(rùn)血管，進(jìn)入血液循環(huán)并存活下來，在轉(zhuǎn)移部位再侵出血管并形成新的轉(zhuǎn)移灶，這一過程非常復(fù)雜，受到腫瘤微環(huán)境的影響，許多分子機(jī)制參與其中[1]。上皮細(xì)胞間質(zhì)化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）在生理狀況下與胚胎發(fā)育有關(guān)[2]，近些年其在腫瘤轉(zhuǎn)移方面的作用及其相關(guān)機(jī)制的研究，逐漸受到大家的重視，成為有關(guān)腫瘤轉(zhuǎn)移研究方面的熱點(diǎn)之一[3]。

1 EMT概念及分類

人體的組織主要包括兩種細(xì)胞類型：上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，兩者在細(xì)胞表型以及細(xì)胞功能上明顯不同。上皮細(xì)胞通過緊密連接、粘附連接、橋粒和縫隙連接彼此相互連接，具有極性；相反間質(zhì)細(xì)胞沒有極性，缺少細(xì)胞間連接，能夠通過細(xì)胞外基質(zhì)游走[4]。

上皮細(xì)胞表型和間質(zhì)細(xì)胞表型在某些情況下可以相互之間轉(zhuǎn)化。Greenburg[5]于1982年首次提出了EMT的概念。EMT就是上皮細(xì)胞在一些生理或病理因素的作用下，失去細(xì)胞極性，丟失細(xì)胞間緊密連接和粘附連接，變成了具有間質(zhì)細(xì)胞形態(tài)和特性的細(xì)胞，從而獲得了浸潤(rùn)性和游走遷移的能力[6,7]，這種改變被定義為EMT。

EMT根據(jù)不同的環(huán)境背景可分為三種類型：I型主要發(fā)生在胚胎發(fā)育過程中，參與原腸胚（EMT發(fā)生時(shí)原始的上皮細(xì)胞形成間質(zhì)細(xì)胞）以及神經(jīng)嵴（早期的神經(jīng)上皮細(xì)胞形成神經(jīng)嵴細(xì)胞）的形成；II型主要發(fā)生在器官纖維化以及炎癥過程中，與器官的纖維化以及炎癥的修復(fù)有關(guān)（上皮或內(nèi)皮細(xì)胞形成成纖維細(xì)胞）；III型則與腫瘤的侵潤(rùn)和轉(zhuǎn)移有關(guān)。原發(fā)腫瘤的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化成間質(zhì)細(xì)胞，獲得了運(yùn)動(dòng)的能力，脫離原發(fā)部位侵襲周圍組織進(jìn)入血液循環(huán)，在遠(yuǎn)隔部位通過間質(zhì)細(xì)胞上皮化（mesenchymal-epithelial transition, MET）形成新的轉(zhuǎn)移灶[6,8,9]。

2 EMT與惡性腫瘤侵潤(rùn)和轉(zhuǎn)移的關(guān)系

在人體的惡性腫瘤中90%以上是上皮細(xì)胞性腫瘤。由于EMT是上皮細(xì)胞獲得遷移能力的有效方式，它成為上皮細(xì)胞癌浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要途徑，研究[10]表明它與上皮細(xì)胞惡性腫瘤的侵潤(rùn)和轉(zhuǎn)移關(guān)系密切，受到了越來越大的關(guān)注。

腫瘤的轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜而連續(xù)的過程，包括腫瘤細(xì)胞在原發(fā)部位的生長(zhǎng)、侵及周圍正常組織、穿透基底膜、侵及脈管進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)并存活下來到達(dá)遠(yuǎn)隔部位，侵出脈管并在新的部位形成轉(zhuǎn)移灶[11]。

有研究顯示在原發(fā)腫瘤局部侵潤(rùn)的邊緣有EMT特定基因的表達(dá)，顯示出EMT可能是腫瘤侵出基底膜侵潤(rùn)周圍正常組織的必備條件[12,13]，而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT還能增加其穿過血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)的能力[11,14]。這些都顯示EMT與腫瘤轉(zhuǎn)移的早期階段密切相關(guān)。此外還有研究把誘導(dǎo)EMT特定基因（twist）過表達(dá)的腫瘤細(xì)胞通過鼠尾靜脈注射，增加了腫瘤細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移的能力，顯示出EMT可能與腫瘤細(xì)胞的血管外侵有關(guān)系。當(dāng)腫瘤細(xì)胞到達(dá)轉(zhuǎn)移部位通過MET增殖形成與原發(fā)腫瘤類型相同的新的轉(zhuǎn)移灶[15]。

此外，還有研究[16-18]顯示EMT與腫瘤細(xì)胞對(duì)于表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）酪氨酸激酶抑制劑（吉非替尼、厄洛替尼）的敏感性有關(guān)，發(fā)生EMT的腫瘤細(xì)胞對(duì)于EGFR酪氨酸激酶抑制劑有抗藥性。

3 EMT判定標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)志物

腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT時(shí)除了在細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞極性、侵襲游走能力、抗凋亡能力等形態(tài)學(xué)和生物學(xué)行為的變化之外，還同時(shí)伴有細(xì)胞表面蛋白、細(xì)胞骨架蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白以及某些轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)的異常[9]。如何判斷腫瘤細(xì)胞是否發(fā)生了EMT，需要綜合上述多種因素。體外實(shí)驗(yàn)判斷的標(biāo)準(zhǔn)目前較為一致觀點(diǎn)認(rèn)為，符合下述情況可以判定細(xì)胞發(fā)生了EMT：細(xì)胞由多角形上皮細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變成紡錘形的間質(zhì)細(xì)胞形態(tài)，失去細(xì)胞極性；遷移和侵襲能力增加；抗凋亡能力增加；誘導(dǎo)EMT的因素移除后仍然能夠維持表型的穩(wěn)定；一些上皮細(xì)胞標(biāo)志物（如上皮性-鈣粘蛋白、細(xì)胞角蛋白、緊密連接蛋白ZO-1）表達(dá)的降低或缺失，同時(shí)一些間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物（成纖維細(xì)胞特異性蛋白1、波形蛋白、I型膠原、纖粘連蛋白）的出現(xiàn)和表達(dá)的升高；一些分子的移位和轉(zhuǎn)化（如β-連環(huán)蛋白由細(xì)胞核外轉(zhuǎn)移至核內(nèi)[19]；上皮性-鈣粘蛋白轉(zhuǎn)化成神經(jīng)性-鈣粘蛋白[20,21]）以及某些轉(zhuǎn)錄因子（Snail、Slug或Twist[22-24]）表達(dá)的升高。

體內(nèi)腫瘤細(xì)胞EMT的判定是一個(gè)難題，原因是理論上認(rèn)為發(fā)生EMT的腫瘤細(xì)胞只占原發(fā)腫瘤的很少一部分。一些基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白水平的改變往往為原發(fā)腫瘤所掩蓋，較難確認(rèn)和捕捉到已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)化的上皮性腫瘤細(xì)胞。最為直接的證據(jù)就是存在新形成的成纖維細(xì)胞以及基底膜的降解[25]。一些EMT的標(biāo)志物可以參考體外實(shí)驗(yàn)，表1列舉了一些EMT的分子標(biāo)志物。

3.1 E-cadherin 上皮性-鈣粘蛋白，人類的E-cadherin編碼基因定位于16號(hào)染色體q22.1附近，分子量為120 kDa。分子中存在一個(gè)疏水基因，位于跨膜區(qū)，氨基末端位于細(xì)胞膜外，是鈣離子的結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)鈣離子有高度敏感性，羥基末端位于細(xì)胞漿內(nèi)。E-cadherin形成二聚體，胞外部分相互連接形成粘附連接，細(xì)胞內(nèi)部分與β-連環(huán)蛋白（β-catenin）或γ-連環(huán)蛋白（γ-catenin）結(jié)合，β-catenin通過與α-連環(huán)蛋白（α-catenin）結(jié)合后與肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合，而γ-catenin可以直接與肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合。E-cadherin/catenin復(fù)合物在維持上皮細(xì)胞表型和粘附連接中具有重要作用[26,27]。許多研究[26,28-30]顯示E-cadherin/catenin復(fù)合物的降解，或者E-cadherin表達(dá)的降低或缺失與腫瘤細(xì)胞的分化、腫瘤的分期、侵潤(rùn)、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后密切相關(guān)。E-cadherin是EMT最為重要的標(biāo)志物之一[31]。

表 1 EMT常見的一些標(biāo)志物Tab 1 Common biomarkers of EMT

3.2 Fibronectin 纖粘連蛋白，是高相對(duì)分子質(zhì)量的粘附性的糖蛋白。纖粘連蛋白以可溶的形式存在于血漿和各種體液中，稱為血漿纖維粘連蛋白；以不溶的纖維存在于細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞之間及某些細(xì)胞表面，稱為細(xì)胞纖維粘連蛋白。由兩個(gè)亞基組成的二聚體，每個(gè)亞基的相對(duì)分子質(zhì)量約250 kDa，各亞基在C末端形成兩個(gè)二硫鍵交聯(lián)。EMT發(fā)生時(shí)伴有Fibronectin的增高，但是非特異性的，因?yàn)楹芏嗉?xì)胞（如成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、上皮細(xì)胞）都可以產(chǎn)生Fibronectin[32,33]。

3.3 Snail 其基因產(chǎn)物結(jié)合到E-cadherin啟動(dòng)子的E盒，從而抑制其表達(dá)[34]。在一些上皮性腫瘤細(xì)胞中是EMT的誘導(dǎo)因子。當(dāng)上皮細(xì)胞獲得間質(zhì)細(xì)胞表型時(shí)，snail蛋白表達(dá)增高并結(jié)合到E-cadherin啟動(dòng)子的E盒并抑制其活性。EMT的許多信號(hào)傳導(dǎo)通路都是通過snail發(fā)揮作用[35]。Snail的表達(dá)增高與腫瘤的侵潤(rùn)轉(zhuǎn)移和預(yù)后也存在密切聯(lián)系[36,37]。近年來slug[38]、twist、CBF-A和KAP-1等轉(zhuǎn)錄因子也逐漸受到大家的重視[39]。

EMT的發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，不同的腫瘤存在不同的調(diào)控機(jī)制，而同一腫瘤細(xì)胞EMT的調(diào)控也可能存在多個(gè)途徑。EMT的信號(hào)傳導(dǎo)途徑是一個(gè)復(fù)雜而龐大的網(wǎng)絡(luò)。有關(guān)EMT對(duì)于乳腺癌、肺癌、直腸癌、肝癌、前列腺癌轉(zhuǎn)移影響的研究[33,40]顯示TGF-β/Smad、RTK/RAS、Wint/β-catenin等均能夠誘導(dǎo)EMT在不同腫瘤中的發(fā)生。近期的研究顯示NF-kB[41]、GSK-3β、STAT3/LIV-1等信號(hào)途徑也會(huì)誘導(dǎo)EMT的發(fā)生[42]。不同的信號(hào)傳導(dǎo)通路之間也存在相互關(guān)聯(lián)。

4 問題與展望

多數(shù)有關(guān)EMT與腫瘤侵潤(rùn)、轉(zhuǎn)移相關(guān)性的研究?jī)H僅局限于體外實(shí)驗(yàn)以及少數(shù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，至今仍存在很多的爭(zhēng)議之處。原因是在體內(nèi)發(fā)生侵潤(rùn)轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞只占原發(fā)腫瘤的很少一部分，當(dāng)它們發(fā)生EMT時(shí)的一些基因、轉(zhuǎn)錄、蛋白水平的改變往往為原發(fā)腫瘤所掩蓋。如何確認(rèn)和捕捉到已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)化的上皮性腫瘤細(xì)胞是一個(gè)難題[43]。新的顯像技術(shù)以及細(xì)胞標(biāo)記方法為問題的解決帶來了希望。目前理論上認(rèn)為腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移需要經(jīng)過EMT和MET兩個(gè)過程。兩者的發(fā)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續(xù)的過程，受到腫瘤微環(huán)境的影響。相關(guān)的分子機(jī)制、動(dòng)物模型、分子探針以及人體研究將來有望成為腫瘤研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，為腫瘤轉(zhuǎn)移早期的診斷、預(yù)后的評(píng)估提供有價(jià)值的信息，并且有望為腫瘤的治療提供新的靶點(diǎn)[44-46]。