上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的分子機制研究進展

馮和林 鄭麗華綜述 單保恩審校

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮細胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞，形成結(jié)締組織或者形成新的上皮組織，這些細胞不會再表達上皮細胞的特性，而是具有間質(zhì)細胞的形態(tài)學(xué)和轉(zhuǎn)移的特性，這些特性誘使細胞轉(zhuǎn)移和侵襲。EMT早在上世紀80年代在胚胎發(fā)育時發(fā)現(xiàn)，目前證明與癌細胞的轉(zhuǎn)移、侵襲存在密切關(guān)系［1］。

1 上皮細胞與間質(zhì)細胞

上皮組織和間質(zhì)在每個器官中都存在，他們都有各自的特性。兩者最根本的區(qū)別是:間質(zhì)細胞有活動性，而上皮細胞沒有。在胚胎發(fā)育過程中上皮細胞可以轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞，間質(zhì)細胞也可以轉(zhuǎn)化為上皮細胞，這些在胚胎發(fā)育中都是很常見的現(xiàn)象。出生后上皮細胞一般不會轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞，但是在病理狀態(tài)下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。

上皮細胞是立方形或者是柱形的，有極性，連接緊密，不能運動，排列成線形并覆蓋于身體表面。而間質(zhì)組織沒有極性，連接疏松，在間質(zhì)的間隙中遷移活動。在結(jié)締組織中的成纖維細胞可以認為是間質(zhì)細胞的前體。由于上皮細胞和間質(zhì)細胞之間的不同，因此在不同環(huán)境中細胞功能發(fā)生改變時，分化的調(diào)節(jié)因子起到重要作用。實際上，在胚胎發(fā)育和形成時期兩者的相互轉(zhuǎn)化是很普遍且非常重要的，然而出生后兩者的轉(zhuǎn)化是病理性的。最近的研究表明上皮向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化與癌的轉(zhuǎn)移、侵襲具有密切聯(lián)系。

上皮細胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞包括一系列的形態(tài)改變:失去細胞間的連接物質(zhì)，細胞形狀延長，失去基本的細胞膜結(jié)構(gòu)，最后進入細胞間質(zhì)?？傊?，上皮組織丟失橋粒蛋白，層黏連結(jié)合金屬物α6-β1和α6-β4，和E-鈣黏蛋白，同時增加間質(zhì)細胞表達的物質(zhì)如α5-β1。病理結(jié)果顯示雖然上皮細胞可以獲得間質(zhì)細胞的特性，但是轉(zhuǎn)化后仍然保留一些上皮細胞的特性。腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移的過程是細胞黏著受體、胞外基質(zhì)、生長因子和基質(zhì)降解蛋白酶及其抑制物之間的復(fù)雜的相互作用。上皮腫瘤的侵襲需要丟失細胞間的黏著物質(zhì)、降解細胞膜的基礎(chǔ)連接以使上皮細胞從上皮組織中分離，最后腫瘤細胞可以在間質(zhì)中運動。

EMT使上皮細胞失去細胞與細胞之間的聯(lián)系和自身的極性，從而使細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使細胞變?yōu)殚L型，使不能移動的上皮細胞轉(zhuǎn)化為可以移動的細胞。EMT使上皮細胞向間質(zhì)細胞的形態(tài)學(xué)改變，加強轉(zhuǎn)移的能力，產(chǎn)生凋亡抵抗［2］。

EMT發(fā)生過程中許多因子都起到非常重要的作用，我們將對最新EMT研究進展做一簡要綜述，這些因子對腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵襲起到重要作用。

2 影響EMT的因子

2.1 細胞間連接物質(zhì)

細胞間連接緊密，以致于水或者溶質(zhì)不能進入細胞間隙。最近研究表明緊密連接也參與信號傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)上皮細胞增殖、基因表達、分化及形態(tài)學(xué)改變。連接物質(zhì)不僅是整合膜蛋白claudins，occludin和JAMs，而且有許多外周的膜蛋白質(zhì)包括ZO-1，ZO-2，ZO-3，MUPP1，MAGI-1，MAGI-2，MAGI-3，細胞極性分子ASIP/PAR-3，PAR-6，PALS-1 及 ZONAB，GEF-H1， aPKC，PP2A，Rab3b，Rab13，PTEN和 7H6等。另外，Tricellulin目前被認為是上皮細胞之間連接的首要物質(zhì)。Tricellulin的缺失影響細胞連接的形成以及影響正常上皮細胞的屏障功能［3］。JNK也可以調(diào)節(jié)細胞間連接，包括影響tricellulin的表達和正常上皮細胞的屏障功能。

2.1.1 E-鈣黏蛋白與N-鈣黏蛋白 E-鈣黏蛋白是上皮細胞間的連接結(jié)構(gòu)，N-鈣黏蛋白是間質(zhì)細胞間的連接結(jié)構(gòu)。E-鈣黏蛋白比N-鈣黏蛋白有更強的細胞間連接力。而且，E-鈣黏蛋白之間相互作用力可以預(yù)測具有N-鈣黏蛋白表達的細胞是否可以通過N-鈣黏蛋白連接的細胞間隙進行移動。E-鈣黏蛋白的連接力是N-鈣黏蛋白連接力的4倍。在E-鈣黏蛋白與N-鈣黏蛋白之間不存在連接力。當細胞間有E-鈣黏蛋白連接時可以有效地調(diào)節(jié)細胞的生長，當轉(zhuǎn)化為N-鈣黏蛋白時，細胞生長失去控制，從而產(chǎn)生與纖維細胞或者內(nèi)皮細胞作用的能力。另外，N-鈣黏蛋白可以促進細胞增殖與存活［4］。有研究報道E-鈣黏蛋白在乳腺癌中呈表達下調(diào)而N-鈣黏蛋白表達上調(diào)［5］。

2.1.2 EGFR 表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)通過下調(diào)E-鈣黏蛋白，導(dǎo)致細胞間連接松解，不僅能夠加強細胞的轉(zhuǎn)移，而且能夠增加EGFR的有絲分裂，這個過程是由于E-鈣黏蛋白同類分子間結(jié)合能夠抑制EGFR介導(dǎo)的生長信號傳導(dǎo)［6］。另外EGFR能夠增加Snail的水平。

2.1.3 Snail 轉(zhuǎn)錄因子Snail在腫瘤發(fā)生和進展過程中起到重要作用。它可以通過調(diào)節(jié)細胞間的連接物質(zhì)如E-鈣黏蛋白、claudins和occludin來降低細胞間的連接力。研究表明Snail下調(diào)claudin-1蛋白及mRNA水平，條帶移位分析表明Snail結(jié)合到E-鈣黏蛋白和claudins的啟動子上。最新研究表明Snail可以通過tricellulin誘導(dǎo)EMT。

2.1.4 TWIST TWIST是最基本的轉(zhuǎn)錄因子，是EMT的強力誘導(dǎo)物質(zhì)，是癌癥患者降低生存率的主要因素，在乳腺癌、前列腺癌、肝癌、非小細胞肺癌中均表達增加［7］。研究表明TWIST2能通過下調(diào)E-鈣黏蛋白促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化［8］。

2.2 PDPN

Podoplanin(PDPN)是膜黏蛋白類1糖蛋白，在多種細胞如上皮細胞中表達［9］。它在多種腫瘤中表達增加，可以促進腫瘤的移動、侵襲及轉(zhuǎn)移［10］。

2.3 Akt1

致癌基因Akt1在通過P13K調(diào)節(jié)的生理反應(yīng)中起重要作用，如增殖、存活、移動、分化和轉(zhuǎn)移。Akt1是絲氨酸-蘇氨酸激酶，在P13K的傳導(dǎo)中激活。大量研究表明Akt1抑制TGF-β是通過與Smad3的直接作用，而Smad3能夠特異的結(jié)合SIP1［11］，另外Akt1能夠激活PI3K/Akt和STAT3通路，從而調(diào)節(jié)IL-6，IL-6能夠抑制TGF-β的表達。研究表明Akt1在正常上皮細胞中抑制TGF-β表達，而在EMT中，Akt1表達受到抑制［12］。

2.4 ILK

ILK是1個細胞與基質(zhì)相互作用的細胞內(nèi)多功能效應(yīng)器，調(diào)節(jié)許多信號傳導(dǎo)，如生長、繁殖、存活、分化、移動、侵襲及血管生成［13］。ILK的表達增加能夠促進侵襲和細胞轉(zhuǎn)移［14］。ILK的過度表達能夠下調(diào)E-鈣黏蛋白和核內(nèi)的β-連環(huán)蛋白及NF-κB，從而激活間質(zhì)基因的表達［15］。ILK過度表達增加轉(zhuǎn)移是通過增加3GSKβ和AP-1介導(dǎo)的MMP-9。ILK的基因失表達會損壞腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移，降低MMP-9和MMP-2的活性。另外ILK也能增加N-鈣黏蛋白的表達，從而進一步增加MMP的活性和腫瘤轉(zhuǎn)移。研究認為ILK可能通過β1調(diào)節(jié)N-鈣黏蛋白的表達。這些說明ILK信號通路在細胞轉(zhuǎn)移方面起到重要作用，也對N-鈣黏蛋白起到誘導(dǎo)作用。

2.5 TGF-β1

轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)屬于結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白超家族。它可以調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化、細胞移動、炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)以及在胚胎發(fā)育過程中起到作用。TGF-β1可以通過2個因子促進EMT:①在TGF-β1激活EMT過程中整合素αν的轉(zhuǎn)換是肌動蛋白重組所必需的;②肌動蛋白重組首先發(fā)生和FN矩陣獨立形成，這2個過程在暴露TGF-β1后是不可逆的。

2.6 HSP70

熱休克蛋白(HSPs)是一類保守的蛋白，當細胞受到生理或者環(huán)境應(yīng)激時表達增加。HSP70能使合成的蛋白折疊，并能使折疊錯誤的蛋白重新折疊。它在腫瘤細胞中過度表達，能夠使腫瘤生成并增加腫瘤的耐受力［16］。HSP70是腫瘤分子伴侶，如p53和囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)，他們可以促進細胞增殖、分化。正常的TGF-β可以保持細胞的穩(wěn)態(tài)，抑制腫瘤的發(fā)生。TGF-β途徑的抑制會誘導(dǎo)腫瘤細胞的生成和入侵。誘發(fā)HSP70在細胞處于病理狀態(tài)時能有效地結(jié)合TGF-β誘導(dǎo)的磷酸化的Smad蛋白，導(dǎo)致Smad抵抗，從而促進腫瘤發(fā)生［17］。

2.7 Notch-1

Notch信號傳導(dǎo)在許多器官的細胞增殖和凋亡方面起到重要作用［18］。大量的研究表明Notch基因在許多人類的惡性腫瘤中表達異?；钴S［19］。當 Notch受體和配位體表達增加時Notch信號途徑會受到影響［20］。腫瘤中Notch-1和其配位體Jagged-1表達增加時，總體存活率會下降。研究表明在腫瘤進展過程中Notch-1在促進EMT上起到重要作用［21～24］。Notch-1的過度表達可以通過上調(diào)間質(zhì)細胞標志物ZEB1，ZEB2，Snail2及波斯蛋白，同時下調(diào)上皮細胞標志物E-鈣黏蛋白來獲得EMT表現(xiàn)型。抑制Notch-1信號通路會抑制EMT的表現(xiàn)型。Notch-1可以抑制微RNAs(miRNAs)，如miR-200，這些 miRNAs可以調(diào)節(jié)細胞的分化、增殖、死亡、代謝和能量穩(wěn)定［25］以及腫瘤的生成和轉(zhuǎn)移［26～28］。

2.8 RhoE

最近的研究表明HIF-1能夠促進EMT。缺氧可以通過HIF-1誘導(dǎo)RhoE。缺氧誘導(dǎo)RhoE上調(diào)可以為EMT及腫瘤細胞侵襲提供最好的條件。RhoE可以被不同類型stimuli調(diào)節(jié)。RhoE誘導(dǎo)EMT依賴p53。這些說明RhoE可以通過2個途徑誘導(dǎo)細胞移動和侵襲，它可以是細胞形態(tài)改變依賴信號傳導(dǎo)也可以是濃度依賴性。我們發(fā)現(xiàn)2種金屬蛋白酶MMP-9、MMP-2在RhoE表達的細胞中增加［29］。

2.9 P300

P300為轉(zhuǎn)錄輔助因子，對細胞的分化、增殖及凋亡起作用。P300通過下調(diào)E-鈣黏蛋白來促進EMT。P300能夠激活低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1。HIF-1能夠促進VEGF、Twist及β連環(huán)蛋白的表達，通過這個過程介導(dǎo)EMT。也能通過與Smads相互作用來影響Snail的表達。p53作為負調(diào)節(jié)HIF-1的因子，在蛋白酶體的作用下維持低水平。在細胞應(yīng)激情況下，p300在p53的激活區(qū)將p53乙?；土姿峄Ｔ谌祟惖哪[瘤中抑制P53的基因喪失，導(dǎo)致p53蛋白大量蓄積，從而增加p300水平。p300的沉默會加強HIF-1降解，并能抑制EMT相關(guān)信號的傳導(dǎo)［30］。

2.10 AhR

芳香烴受體(AhR)是外源性物質(zhì)的受體，它的傳導(dǎo)途徑可以被外源物質(zhì)誘導(dǎo)的毒性反應(yīng)激活。最近研究表明AhR促進EMT通過誘導(dǎo)E-鈣黏蛋白抑制物、Slug及其金屬蛋白酶抑制物(MMPs)。

2.11 Oct4

轉(zhuǎn)化因子Oct4屬于POU轉(zhuǎn)錄因子家族，它包含同源結(jié)構(gòu)域。同源結(jié)構(gòu)域是高度保守性的，在胚胎發(fā)育過程中起到重要作用。Oct4在腫瘤細胞中起到增殖和凋亡的作用。研究表明Oct4下調(diào)可以誘導(dǎo)EMT，這個過程是由TGF-β介導(dǎo)的。大量的研究表明Ca2+在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移方面起到重要作用。SOCE介導(dǎo)胞外Ca2+內(nèi)流是通過Oct4的下調(diào)引起的［31］。

2.12 Tbx3

Tbx3在腫瘤細胞中表達上調(diào)能促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。目前研究表明Wnt/β-連環(huán)蛋白可以影響 Tbx3的轉(zhuǎn)錄［32］。Tbx3是基因盒轉(zhuǎn)錄因子中的1個，在胚胎發(fā)生和多器官形態(tài)形成中起到重要作用。Tbx3可以通過Snail途徑誘導(dǎo)EMT，Snail通過結(jié)合Tbx3的啟動子基因片段，抑制E-鈣黏蛋白的轉(zhuǎn)錄［33］。Tbx3和腫瘤的生長有關(guān)，可能是通過結(jié)合抑制腫瘤生長的基因如p14ARF和p19ARF。另外，最新研究表明Tbx3通過抑制E-鈣黏蛋白來促進腫瘤細胞的侵襲［34］。另外Tbx3抑制細胞凋亡。

總之，細胞之間的連接物質(zhì)及其信號傳導(dǎo)在EMT上起到重要作用。上皮細胞及間質(zhì)細胞各自的連接物質(zhì)是其維持自身特性所必需的，而連接物質(zhì)丟失，細胞特性喪失，是EMT發(fā)生的基礎(chǔ)條件。細胞間信號的傳導(dǎo)對其基因表達起到非常重要的作用，基因表達會導(dǎo)致細胞蛋白、受體的表達紊亂，從而進一步促進EMT。

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