上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化與腫瘤耐藥

張琳琳 綜述 吳志浩 周清華 審校

腫瘤細(xì)胞對抗腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥是導(dǎo)致治療失敗的常見原因。然而，目前研究尚未發(fā)現(xiàn)確切的能逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥的有效途徑，腫瘤耐藥仍是困擾腫瘤治療的關(guān)鍵性難題。近期研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤耐藥與腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）密切相關(guān)，EMT在抗腫瘤治療耐藥中的作用受到越來越多的關(guān)注[1]。

1 EMT的概念與特征

EMT是指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程。EMT是Greenberg和Hay[2]在1982年提出的，他們發(fā)現(xiàn)晶狀體上皮細(xì)胞在膠原凝膠中可以形成偽足，轉(zhuǎn)變?yōu)殚g質(zhì)細(xì)胞樣的形態(tài)。此后，陸續(xù)有報(bào)道[3]發(fā)現(xiàn)很多物種的原腸胚、心瓣膜、肌肉、骨骼系統(tǒng)的形成都有賴于EMT。近期研究[1,4]發(fā)現(xiàn)，EMT現(xiàn)象與細(xì)胞的生物學(xué)行為密切相關(guān)。目前認(rèn)為，EMT是由微環(huán)境因子作用于細(xì)胞受體，誘導(dǎo)細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路發(fā)生變化，最終導(dǎo)致基因表達(dá)改變而形成的[4]。

綜合國內(nèi)外有關(guān)EMT基本特征的報(bào)道，總結(jié)如下：①細(xì)胞形態(tài)的變化：發(fā)生EMT的上皮細(xì)胞喪失細(xì)胞極性，變成長梭形、分散排列的間質(zhì)細(xì)胞；②細(xì)胞表面標(biāo)志物變化：發(fā)生EMT的細(xì)胞上皮細(xì)胞標(biāo)志蛋白如E-鈣黏蛋白（E-cadherin）和角蛋白等表達(dá)下調(diào)，間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志蛋白如波形蛋白（Vimentin）、纖維連接蛋白 （Fibronectin）、神經(jīng)鈣粘蛋白、甲平滑肌抗原-SMA等表達(dá)上調(diào)；③細(xì)胞生物學(xué)行為變化：發(fā)生 EMT 的上皮細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動、遷移能力較強(qiáng)的間質(zhì)細(xì)胞，相關(guān)蛋白質(zhì)溶解酶可降解基膜使細(xì)胞侵入細(xì)胞外基質(zhì)中。并非經(jīng)歷EMT的細(xì)胞均具備以上三個(gè)變化，但細(xì)胞遷移能力的獲得是細(xì)胞EMT的重要標(biāo)志[5,6]。

2 腫瘤細(xì)胞EMT現(xiàn)象

人體的惡性腫瘤中絕大多數(shù)是上皮細(xì)胞性腫瘤，上皮腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT與腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移、腫瘤干細(xì)胞形成以及耐藥等行為均有著密切關(guān)系。首先，EMT是上皮細(xì)胞獲得遷移能力的方式，因而它成為上皮細(xì)胞癌浸潤、轉(zhuǎn)移的重要途徑，越來越多的研究[7]表明它與上皮細(xì)胞惡性腫瘤的侵潤和轉(zhuǎn)移關(guān)系密切。原發(fā)上皮腫瘤邊緣處發(fā)生局部侵潤的細(xì)胞常失去細(xì)胞極性以及與基底膜連接等上皮細(xì)胞表型，獲得具有較高的遷移、侵襲和降解細(xì)胞外基質(zhì)能力的間質(zhì)細(xì)胞表型，這是腫瘤離開基底膜侵潤和轉(zhuǎn)移到正常組織的必備條件，同時(shí)EMT后細(xì)胞穿透血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)的能力也增強(qiáng)，這些都顯示EMT與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的早期階段密切相關(guān)[5,8]。其次，EMT與腫瘤干細(xì)胞表型的形成、轉(zhuǎn)化過程有著密切的聯(lián)系。發(fā)生EMT的腫瘤細(xì)胞往往具有干細(xì)胞特征，這些細(xì)胞常高表達(dá)CD44high、CD24low或者CD133+亞群。研究[9,10]發(fā)現(xiàn)，EMT和腫瘤干細(xì)胞形成的過程存在相同的調(diào)控因子和信號通路（例如TGF-β），組織上皮細(xì)胞可能通過EMT過程形成腫瘤干細(xì)胞，從而調(diào)控腫瘤的形成和分化。 除此之外，EMT在腫瘤細(xì)胞耐藥過程中也起到非常關(guān)鍵作用。

3 EMT與腫瘤耐藥

腫瘤細(xì)胞在產(chǎn)生獲得性耐藥的過程中有間質(zhì)化的趨勢，而本身具有間質(zhì)分化狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞也常表現(xiàn)為原發(fā)性耐藥的特點(diǎn)，EMT已逐漸被認(rèn)為是腫瘤耐藥的一個(gè)新的重要機(jī)制[4]。

最初研究[11]發(fā)現(xiàn)耐奧沙利鉑的結(jié)腸癌細(xì)胞株呈現(xiàn)長梭形、極性喪失、細(xì)胞分離、偽足形成等特征，免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)該細(xì)胞株的上皮標(biāo)志蛋白E-cadherin表達(dá)下調(diào)、間質(zhì)標(biāo)志蛋白Vimentin表達(dá)上調(diào)。隨后研究[12]又在耐紫杉醇的卵巢癌細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)，EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Snail、Twist表達(dá)上調(diào)，侵襲相關(guān)的蛋白質(zhì)溶解酶如基質(zhì)金屬蛋白酶-2和膜型-1-基質(zhì)金屬蛋白酶均增加，致瘤實(shí)驗(yàn)顯示腹膜下注射耐藥細(xì)胞株的小鼠形成腹膜播散轉(zhuǎn)移較紫杉醇敏感組小鼠多。此后的研究還發(fā)現(xiàn)阿霉素體外可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT，EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Twist表達(dá)增多，且只有發(fā)生EMT的細(xì)胞才表現(xiàn)出侵襲轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)和多藥耐藥 （multidrug resistance, MDR）現(xiàn)象[13]。更多的研究在耐他莫昔芬的乳腺癌細(xì)胞株[14]、耐吉西他濱的胰腺癌細(xì)胞株[15,16]、耐順鉑的胰腺癌細(xì)胞株[16]以及耐5-Fu的乳腺癌、結(jié)腸癌、胰腺癌細(xì)胞株中均觀察到了EMT現(xiàn)象[17,18]。

分子靶向藥物的耐藥也與EMT關(guān)系密切。目前認(rèn)為表皮生長因子絡(luò)氨酸激酶抑制劑（epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors, EGFR-TKIs）獲得性耐藥的機(jī)制主要包括T790M二次突變和酪氨酸激酶受體家族基因MET擴(kuò)增等，然而，臨床研究發(fā)現(xiàn)既沒有二次突變也沒有MET基因擴(kuò)增的EGFR-TKIs耐藥患者腫瘤組織細(xì)胞呈現(xiàn)間質(zhì)特征[19]。厄洛替尼耐藥的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株H460和Calu6上皮細(xì)胞標(biāo)志蛋白E-cadherin表達(dá)降低，而厄洛替尼敏感細(xì)胞株H292的E-cadherin則呈現(xiàn)高表達(dá)[20,21]。吉非替尼耐藥的肺癌細(xì)胞株H157、H1730、A549、H520上皮細(xì)胞標(biāo)志蛋白E-cadherin、上皮細(xì)胞粘附分子EpCAM、緊密連接體蛋白claudin4和caludin7的表達(dá)普遍較低，而吉非替尼敏感細(xì)胞株H322、H358、H1648這些蛋白表達(dá)則增高[22-25]。相反，吉非替尼耐藥細(xì)胞株間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志蛋白Vimentin增高，而敏感細(xì)胞株中這種蛋白的表達(dá)則降低[22-25]。

4 EMT在抗腫瘤藥物耐藥中的作用機(jī)制

越來越多的研究表明，EMT與腫瘤細(xì)胞耐藥存在共同的信號調(diào)控途徑，EMT相關(guān)信號傳導(dǎo)通路的激活和失調(diào)在腫瘤細(xì)胞間質(zhì)化過程以及抗腫瘤藥物耐藥的過程中起協(xié)同的調(diào)控作用?，F(xiàn)有研究[26-31]表明，調(diào)控腫瘤細(xì)胞間質(zhì)化狀態(tài)的信號途徑包括PI3K/Akt/GSK-3β/Snail、NF-κB/Snail/YY1/RKIP/PTEN環(huán)路、PI3K/Akt/HIF-1α、Notch-2、JNK/線粒體、MAPK/線粒體相關(guān)通路都已被證明可通過EMT在順鉑、吉西他濱、吉非替尼等抗腫瘤藥物耐藥過程中起關(guān)鍵性作用。

在EMT相關(guān)信號通路的調(diào)控作用下，EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（Zeb1、Slug）在抗腫瘤藥物耐藥中起關(guān)鍵調(diào)控作用，抑制EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子活性，阻止其調(diào)控下游因子的能力，可以逆轉(zhuǎn)耐藥細(xì)胞間質(zhì)化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)對抗腫瘤治療的敏感性。研究發(fā)現(xiàn)，EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Zeb1可以通過恢復(fù)組蛋白去乙?；淖饔靡种艵-cadherin表達(dá)促使細(xì)胞間質(zhì)化，組蛋白去乙酰抑制劑MS-275則能抑制這種作用而增加E-cadherin表達(dá)，使間質(zhì)化的耐藥細(xì)胞恢復(fù)上皮細(xì)胞特征，從而逆轉(zhuǎn)耐藥細(xì)胞EMT狀態(tài)，該作用已在逆轉(zhuǎn)吉非替尼、吉西他濱耐藥的I期臨床試驗(yàn)中得到證實(shí)[23]。此外，EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Slug在吉非替尼獲得性耐藥的過程中也起到關(guān)鍵作用，靶向敲除Slug表達(dá)能逆轉(zhuǎn)耐藥細(xì)胞株的間質(zhì)化特征，恢復(fù)耐藥細(xì)胞株對吉非替尼的敏感性[32]。

腫瘤細(xì)胞MDR過程中也伴隨著EMT的發(fā)生，高表達(dá)P-gp的多藥耐藥腫瘤細(xì)胞常表現(xiàn)出較強(qiáng)的侵襲、轉(zhuǎn)移能力[33]。研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt、MAPK等信號通路的激活能上調(diào)P-gp的表達(dá)，從而導(dǎo)致腫瘤MDR的發(fā)生[34]，而PI3K/Akt、MAPK等信號通路是EMT過程中重要的調(diào)控途徑[35-37]。這說明EMT和MDR的發(fā)生過程中共同的信號通路在兩者的發(fā)生機(jī)制中可能起到某種作用。此外，研究表明P-gp蛋白以及在MDR過程中起重要作用的ATP結(jié)合級聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白均受EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Snail、Twist的調(diào)控，這些都進(jìn)一步說明了EMT與MDR之間可能存在共同的調(diào)控機(jī)制[38-40]。

5 問題與展望

綜上所述，EMT在腫瘤細(xì)胞耐藥中的作用為解決抗腫瘤藥物耐藥的難題提供了可能，但仍存在許多爭議之處和亟待解決的問題。例如惡性腫瘤組織標(biāo)本中EMT檢測新方法的探索、腫瘤細(xì)胞EMT調(diào)控耐藥的多種機(jī)制和信號通路信息網(wǎng)絡(luò)的完善、以EMT信號通路作為靶點(diǎn)逆轉(zhuǎn)耐藥應(yīng)用于臨床能否能達(dá)到預(yù)期的治療效果等。因此，以EMT為切入點(diǎn)研究惡性腫瘤的耐藥還存在廣闊的研究空間和應(yīng)用前景。