癌細(xì)胞中鈣離子通道的研究進(jìn)展

何建林，鄭仕中，陸 茵，徐長安，唐 旭，易瑞灶

(1.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門 361005;2.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210029)

鈣離子在機(jī)體內(nèi)保持穩(wěn)態(tài)，對(duì)維持機(jī)體功能有重要作用［1］。細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加主要來源于細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流和細(xì)胞內(nèi)鈣源的的釋放。鈣的內(nèi)流和釋放被細(xì)胞的各種調(diào)控系統(tǒng)精密控制。鈣離子通透性通道主要包括電壓門控鈣通道(voltage-gated calcium channels，VGCC)、配體門控鈣通道(ligand-gated calcium channels，LGCC)、瞬時(shí)感受器電位(transient receptor potential，TRP)、鈣庫調(diào)控的鈣通道［2］(store-operated calcium channels，SOCs)和花生四烯酸調(diào)控的鈣通道 (arachidonate-regulated Ca2+entry channel，ARC)［3］等。其中，VGCC屬于Cav家族，主要分布于可興奮細(xì)胞，一般在去極化時(shí)激活;LGCC主要在神經(jīng)系統(tǒng)的快速化學(xué)突觸傳導(dǎo)中起作用，神經(jīng)系統(tǒng)外也有分布，如P2X通道［4］;TRP通道分布廣泛，門控機(jī)制多樣，表面受體刺激產(chǎn)生的第二信使、細(xì)胞膜的拉伸、細(xì)胞微環(huán)境等物理或化學(xué)的性狀改變均可引起鈣離子內(nèi)流［5］;SOCs在非興奮細(xì)胞中廣泛分布，STIM1和Orai1是其重要調(diào)控蛋白［6］，STIM1位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，當(dāng)細(xì)胞腔內(nèi)鈣離子濃度下降時(shí)，分布至細(xì)胞膜附近，與Orai1反應(yīng)，引起鈣離子內(nèi)流;ARC被受體介導(dǎo)的花生四烯酸激活，在腮腺細(xì)胞、胰腺腺泡細(xì)胞等細(xì)胞中產(chǎn)生和調(diào)節(jié)激動(dòng)劑誘導(dǎo)的鈣信號(hào)。

近年來，離子通道與腫瘤細(xì)胞的關(guān)系逐漸被認(rèn)識(shí)和研究。鈣離子通道種類繁多，功能復(fù)雜，被證實(shí)參與腫瘤細(xì)胞的多個(gè)生物學(xué)過程。以下將從四個(gè)方面闡明鈣離子通道在癌細(xì)胞中的角色。

1 鈣離子通道與腫瘤細(xì)胞增殖

腫瘤細(xì)胞的一個(gè)特性就是不可控制的增殖。除了大量分泌細(xì)胞分裂原之外，腫瘤細(xì)胞還可以改變細(xì)胞膜受體和離子通道的功能表達(dá)，接受外來信號(hào)，從而對(duì)細(xì)胞分裂原超敏。鈣離子內(nèi)流是這個(gè)過程中必須的。細(xì)胞分裂原誘導(dǎo)鈣內(nèi)流，而鈣內(nèi)流的減少可使細(xì)胞生長終止。

Cav3是電壓門控鈣離子通道亞型，在許多腫瘤細(xì)胞株中均有表達(dá)。Cav3通道的表達(dá)增加和S期［7］有關(guān)。其特異性最強(qiáng)的阻斷劑咪拉地爾對(duì)腫瘤細(xì)胞株有抗增殖作用。在某些食管癌細(xì)胞株中，通過SiRNA沉默Cav3.1可以激活p53通路，上調(diào)細(xì)胞周期抑制蛋白p21而達(dá)到減少細(xì)胞增殖的目的［8］。Cav在非興奮細(xì)胞中表達(dá)有限，即便有也需要去極化來激活。盡管如此，這些通道也可以調(diào)節(jié)增殖，因?yàn)槟[瘤細(xì)胞的靜息膜電位極化降低［9］，而有絲分裂原的活動(dòng)可能包含了去極化。在人類SPC-A1肺腺癌細(xì)胞株中，通過L型鈣通道的鈣內(nèi)流被證實(shí)與內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)有關(guān)而促進(jìn)腫瘤增殖［10］。

腫瘤細(xì)胞中 TRP通道表達(dá)也發(fā)生變化［11］。比如，TRPM7基因在乳腺癌細(xì)胞株MCF-7中過表達(dá)?；虺聊?，細(xì)胞內(nèi)基礎(chǔ)鈣離子濃度和細(xì)胞的增殖都減少，提示TRPM7很有可能通過調(diào)節(jié)鈣離子內(nèi)流而參與乳腺癌細(xì)胞的增殖［12］。又如，在原位前列腺癌、直腸癌、乳腺癌、甲狀腺癌和卵巢癌和它們衍生的細(xì)胞株中，TRPV6的表達(dá)均增加。在乳腺癌組織中，TRPV6的mRNA表達(dá)水平比正常乳腺組織高2～15倍。TRPV6的表達(dá)水平在高級(jí)別的前列腺癌中明顯增高，從而成為一個(gè)預(yù)后的指標(biāo)?；虺聊琓RPV6后，人類前列腺癌細(xì)胞LNCaP在S期的積累減少，增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表達(dá)減少。TRPV6的促增殖作用與鈣/鈣調(diào)蛋白/鈣神經(jīng)素依賴的轉(zhuǎn)錄因子——激活性T細(xì)胞的細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cell，NFAT)的激活有關(guān)［13］。它的轉(zhuǎn)錄活性會(huì)改變細(xì)胞周期調(diào)控因子的表達(dá)。另有研究表明［14－16］，TRPC6在人膠質(zhì)瘤、食管癌和胃癌中的表達(dá)均明顯高于正常組織，特異地阻斷TRPC6通道都能將上述癌細(xì)胞周期阻斷在G2期，抑制其增殖。

2 鈣離子通道與腫瘤細(xì)胞凋亡

正常水平的細(xì)胞凋亡可維持組織穩(wěn)態(tài)，過度凋亡可引起組織降解，而抑制凋亡可引起癌癥。腫瘤細(xì)胞可通過減少鈣離子流入或下調(diào)鈣通透性通道及其相關(guān)的信號(hào)通道而避免凋亡。

鈣庫調(diào)控的鈣流入(store-operated calcium entry，SOCE)在正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中均扮演重要角色。比如，荷爾蒙耐受且凋亡拮抗的前列腺癌細(xì)胞表型的SOCE水平明顯降低［17］，從而阻止促凋亡刺激引起的鈣過載，降低了線粒體和細(xì)胞質(zhì)的凋亡通路活性。丁酸鈉可引起人結(jié)腸癌細(xì)胞株HCT-116內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣釋放，從而激活SOCE，引起凋亡;通過RNA干擾STIM1或藥物阻斷SOC均可抑制 HCT-116凋亡［18］。但是，SOCs的分子成員及其形成SOCE的機(jī)制還有待深入研究。

除了SOCs外，其他鈣通透通道的表達(dá)降低的激活機(jī)制也對(duì)腫瘤細(xì)胞逃離凋亡的能力有幫助。比如，在大鼠胰島瘤RIN-5F細(xì)胞和U937單核細(xì)胞系中，通過反義引物沉默TRPM2很大程度上抑制了鈣離子內(nèi)流，從而抑制了H2O2和TNF-2引起的程序凋亡。反之，TRPM2的大量異源表達(dá)可以增強(qiáng)H2O2引導(dǎo)的凋亡。又如，TRPV6通道的缺失，抑制了經(jīng)過辣椒素處理的胃癌細(xì)胞株的細(xì)胞凋亡［19］。

此外，離子型的P2X7受體在宮頸癌細(xì)胞的抗凋亡中也起到重要作用。在正常宮頸表皮細(xì)胞中，P2X7受體的激活通過鈣依賴的線粒體途徑誘導(dǎo)凋亡。而在宮頸癌細(xì)胞中，P2X7功能受體表達(dá)下調(diào)，而主要表達(dá)一種不起作用的P2X7-j剪接變體，這阻止了引發(fā)凋亡所需的鈣內(nèi)流［20］。

3 鈣離子通道與腫瘤細(xì)胞血管生成

鈣通透性通道和鈣依賴的信號(hào)對(duì)腫瘤血管生成起到重要作用［21］。羥胺三唑(carboxyamidotriazole，CAI)是一種口服抗腫瘤藥物，它是非電壓門控的鈣離子通道的阻斷劑。CAI通過阻斷鈣通道介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)引起血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號(hào)、內(nèi)皮增殖和血管生成的阻斷。利用這個(gè)化合物已經(jīng)證明在臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中鈣流入對(duì)于成纖維細(xì)胞生長因子2(fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2)刺激的增殖和侵襲有重要作用［22］。在B16F1小鼠黑色素瘤細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移灶中，CAI減小微血管的密度和尺寸，而不影響其周圍正常肝組織的血管容量［23］。VEGF-A介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞增殖過程中鈣離子濃度的上升可被CAI抑制，這種情況與鈣離子內(nèi)流在血管生成中扮演的角色相一致。

許多鈣庫依賴的和非依賴的TRP通道家族在內(nèi)皮細(xì)胞中也有表達(dá)，他們也可能參與血管生成的進(jìn)程。研究表明DAG配體門控的TRPC3和TRPC6通道與VEGF誘導(dǎo)的微脈管內(nèi)皮細(xì)胞彌漫有關(guān)［24］。TRPV4是花生四烯酸激活的鈣通道，其在乳腺癌中高表達(dá)，可能對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管生成起關(guān)鍵作用［25］。內(nèi)皮細(xì)胞也表達(dá)氧化還原敏感的TRPM家族通道，如TRPM2、TRPM6和TRPM7。但是，他們?cè)谛卵苌芍械淖饔眠€沒有被很好的闡明。

總之，鈣的內(nèi)流可能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞釋放VEGF、FGF和PDGF，以自分泌和旁分泌的方式刺激血管生成。

4 鈣離子通道與腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

在細(xì)胞遷移過程中，形態(tài)學(xué)和黏附特性的變化伴隨著胞質(zhì)鈣離子濃度的反復(fù)變化［26］。腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與細(xì)胞局部張力有關(guān)，張力激活的鈣通道被認(rèn)為是把局部張力轉(zhuǎn)化為鈣信號(hào)的傳導(dǎo)器。比如，TRPM7的高表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞解黏附，而沉默則可以增加細(xì)胞周邊黏附復(fù)合物的數(shù)量而增強(qiáng)黏附［27］。

TRP通路家族在腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移中影響較廣。使用咪拉地爾、CAI和Gd3+研究HT1080纖維肉瘤細(xì)胞的能動(dòng)性和侵襲性與鈣信號(hào)通路的動(dòng)態(tài)變化，表明其轉(zhuǎn)移行為有可能和TRPC1通路有關(guān)［28］。肝母細(xì)胞瘤表達(dá) TRPV1和 TRPV4。這種細(xì)胞瘤的轉(zhuǎn)移被TRPV1通道的激動(dòng)劑激活，而被TRPV1的拮抗劑抑制，TRPV4對(duì)其影響不大［29］。

研究表明SOCE及其分子組成在正常和病理細(xì)胞轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。在血管平滑肌細(xì)胞的遷移中，STIM1和Orail蛋白都有參與［30］。體外和小鼠試驗(yàn)證明，Orail和STIM1對(duì)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移是必需的。在人高轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞株中，使用藥物或者siRNA干預(yù)STIM1和Orail的表達(dá)，可引起動(dòng)物模型腫瘤轉(zhuǎn)移的下降。值得注意的是，Orai1介導(dǎo)的SOCE水平的下降，使前列腺癌對(duì)細(xì)胞凋亡耐受。通過SOCs的鈣離子內(nèi)流在癌細(xì)胞的凋亡和轉(zhuǎn)移中似乎扮演相反的角色。這可能是因?yàn)椴煌N類的癌細(xì)胞在不同狀態(tài)下對(duì)鈣離子的依賴程度不同，還有可能是因?yàn)殁}離子在癌細(xì)胞凋亡中的濃度變化是全細(xì)胞的，而在癌轉(zhuǎn)移中的濃度變化則是局部的。這在抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)中需要引起特別注意。

5 展望

目前的研究表明鈣離子通道與癌細(xì)胞的增殖、血管生成、凋亡以及轉(zhuǎn)移均有密切關(guān)系，但是不同的鈣通道類型對(duì)腫瘤進(jìn)程的影響不能一概而論?？刂柒}離子通道表達(dá)和激活的信號(hào)通路有待闡明。鈣離子通道分布廣泛，以鈣離子通道分子為靶標(biāo)的藥物研發(fā)面臨特異性不強(qiáng)的關(guān)鍵問題。同一個(gè)離子通道在正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中可能有不同的剪接變體，這可能可以提供新的治療靶標(biāo)。

鈣離子通道與腫瘤的關(guān)系尚有較大的研究空間，關(guān)鍵的通路及其分子組成有待進(jìn)一步挖掘。隨著研究的不斷深入，人們對(duì)于腫瘤生物學(xué)的了解將更加詳細(xì)和透徹，以鈣離子通道為靶標(biāo)進(jìn)行癌癥的診療將有所作為。

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