惡性腫瘤中細(xì)胞間緊密連接蛋白claudins的研究現(xiàn)狀

楊洋綜述，鄔黎青 審校

(1、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院兒童眼科，江西南昌330006；2、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院病理科，江西南昌330006)

·綜述·

惡性腫瘤中細(xì)胞間緊密連接蛋白claudins的研究現(xiàn)狀

楊洋1綜述，鄔黎青2審校

(1、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院兒童眼科，江西南昌330006；2、南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院病理科，江西南昌330006)

惡性腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移是其最重要的生物學(xué)特征，目前普遍認(rèn)為細(xì)胞間的黏附力喪失導(dǎo)致細(xì)胞連接的破壞與腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移相關(guān)。claudin蛋白是構(gòu)成細(xì)胞膜緊密連接至關(guān)重要的成分,其異常表達(dá)可以導(dǎo)致上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞和功能受損。本文就近年claudins與惡性腫瘤研究進(jìn)展作一綜述。

緊密連接蛋白；惡性腫瘤；浸潤和轉(zhuǎn)移

惡性腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移是其最重要的生物學(xué)特征，目前普遍認(rèn)為細(xì)胞間的黏附力喪失導(dǎo)致細(xì)胞連接的破壞與腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移相關(guān)。至今，已發(fā)現(xiàn)黏附結(jié)構(gòu)有四種連接形式，分別為緊密連接(tight junction，TJ)、黏附帶、縫隙連接和橋粒[1]。緊密連接具有封閉細(xì)胞間隙、維持細(xì)胞黏附性、極性和通透性及輔助信號傳遞蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化等作用。近年來一系列與緊密連接相關(guān)的膜內(nèi)蛋白質(zhì)相繼被鑒定，包括咬合蛋白o(hù)ccludin[1]、閉合蛋白claudins[2]和連接黏附分子[3](junction adhesion moleucules，JAMs)。claudin蛋白是構(gòu)成細(xì)胞膜緊密連接至關(guān)重要的成分,其異常表達(dá)可以導(dǎo)致上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞和功能受損。腫瘤細(xì)胞常常異常表達(dá)TJs，尤其是那些高侵襲性的腫瘤細(xì)胞通常表現(xiàn)出TJs的表達(dá)下降。近年來有研究發(fā)現(xiàn)claudins在多種上皮來源的腫瘤中表達(dá)異常，推測claudins在這些腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程中可能發(fā)揮一定的作用。本文就近年claudins與惡性腫瘤研究進(jìn)展作一綜述。

1 claudin的結(jié)構(gòu)和功能

1998年Furuse M等[4]從雞肝中得到了一種緊密連接的片段，分子量為22kDa，是定位于TJS的完整膜蛋白，命名為claudin。迄今為止，在哺乳動物體內(nèi)己克隆出26個claudin家族成員，目前己有21個被鑒定在人類存在，其序列一致性為12.5%～69.7%，分子量范圍在17至27kDa之間[5]。每個分子均由四個跨膜結(jié)構(gòu)域和兩個胞外環(huán)狀區(qū)，第一個細(xì)胞外環(huán)比第二個細(xì)胞外環(huán)長，氨基和羧基末端都在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。claudins的兩個大小不等的環(huán)狀結(jié)構(gòu)是形成TJ的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對于TJ條帶形成和離子選擇通透性具有重要作用。在不同claudin分子之間，第一和第四個跨膜片段以及細(xì)胞外環(huán)的氨基酸序列具有高度保守性。

Colegio[6]等的研究發(fā)現(xiàn)改變claudins的不同外環(huán)后，TJs的跨膜電阻(Transepithelial electrical resistance，TER)隨之改變，認(rèn)為claudins外環(huán)決定TER。繼而通過測定兩個外環(huán)離子的滲透性發(fā)現(xiàn)第一個外環(huán)是疏水性的且決定離子的選擇性。通過改換細(xì)胞外環(huán)后TJs的結(jié)構(gòu)變化不大，故認(rèn)為claudins跨膜或胞漿部分決定TJs的構(gòu)成，而與細(xì)胞外區(qū)蛋白分子無關(guān)。

claudins的確切功能至今仍不清楚，但可以確定的是它們是形成緊密連接骨架的主要膜內(nèi)蛋白質(zhì)[7]，claudins家族的成員之間可以形成同型二聚體或者異型二聚體，這些二聚體在相鄰的細(xì)胞之間形成成對存在的絲條，細(xì)胞間連接的緊縮感取決于這些絲條的質(zhì)量和數(shù)量，即細(xì)胞間連接最終取決于細(xì)胞側(cè)面claudins的成對數(shù)量。不同上皮組織細(xì)胞側(cè)面claudins的成對數(shù)量是不一樣的，從而決定不同的上皮組織有不同的滲透性[8]。

2 claudins在正常組織中的表達(dá)

claudins家族成員在正常組織中主要分布于皮膚、內(nèi)臟、腦組織和神經(jīng)系統(tǒng)，它們不僅存在于緊密連接中，還存在于上皮細(xì)胞側(cè)面基底細(xì)胞膜。clandins蛋白家族成員還具有組織特異性，最初用Northern blot分析方法發(fā)現(xiàn)claudin-l在心、腦、脾、肺、肝、骨骼肌、腎臟以及睪丸組織中均有表達(dá)，而claudin-2主要在腎臟和肝臟組織中表達(dá)[9]。大部分組織表達(dá)兩種以上claudins。claudin-4、claudin-7

和claudin-8主要表達(dá)于肺臟和腎臟；claudin-1、claudin-2和claudin-3可在肝臟組織中檢測到；claudin-3的mRNA在肺臟和肝臟中大量表達(dá)，而在腎臟和睪丸中表達(dá)較少[2]。claudin-5和claudin-2[10]幾乎表達(dá)于所有被檢測的組織中，兩者分別在肺臟和腎臟中高表達(dá)。

3 claudins在腫瘤組織中的表達(dá)

claudin蛋白及其他緊密連接蛋白的表達(dá)下調(diào)或缺失已被認(rèn)為是細(xì)胞間黏附性喪失的機(jī)制和腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移的重要步驟，而這些步驟又可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凝聚力降低、分化變差及侵襲性增加。

Hahn HP等研究發(fā)現(xiàn)，claudin-1在腦膜瘤中呈陽性表達(dá)，可以作為腦膜瘤特異標(biāo)記物。Chao YC等發(fā)現(xiàn)claudin-1、claudin-5可以作為鑒別肺鱗狀細(xì)胞癌和肺腺癌的標(biāo)記物[9]。

claudins在消化系統(tǒng)腫瘤的表達(dá)不盡相同：claudin-1在大部分食管鱗狀細(xì)胞癌表達(dá)，而claudin-3、claudin-5在食管腺癌中的表達(dá)要高于食管鱗狀細(xì)胞癌。claudin-1在低分化或僅侵及黏膜和黏膜下層的胃腺癌中表達(dá)低；檢測claudin-3和claudin-4蛋白表達(dá)情況可以幫助早期診斷胃癌。92%的胰腺導(dǎo)管癌表達(dá)claudin-4，58%表達(dá)claudin-1。claudin-1可能作為肝癌播散的一個潛在的生物標(biāo)記，并可能為肝細(xì)胞癌的治療干預(yù)提供一個重要靶點。另外，claudin-1還在大腸癌中表達(dá)增高，并與結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

claudins在泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤中表達(dá)上調(diào)：Fritzsche等發(fā)現(xiàn)claudin-1可作為腎惡性腫瘤預(yù)后指標(biāo)。研究還發(fā)現(xiàn)，claudin-7可以作為鑒別腎嫌色細(xì)胞癌和腎嗜酸粒細(xì)胞腺瘤的指標(biāo)。膀胱上皮癌有claudin-1、claudin-3、claudin-4和claudin-7蛋白表達(dá)。在前列腺癌中claudin-l、claudin-3、claudin-4和claudin-7蛋白的表達(dá)水平明顯增高。有研究[10]表明在卵巢癌細(xì)胞中claudin-3和claudin -4的過多表達(dá)與細(xì)胞表型改變相關(guān)。

有研究發(fā)現(xiàn)claudin-1蛋白在低級鱗狀上皮內(nèi)瘤變中表達(dá)升高(53%)，在高級鱗狀上皮內(nèi)瘤變(90%)和侵襲性鱗狀細(xì)胞癌中高水平表達(dá)(100%)，提示我們，在低級鱗狀上皮內(nèi)瘤變中，如果出現(xiàn)claudin-l表達(dá)升高，可能有向高度惡變進(jìn)展的趨勢[11]。有人也推測claudins在某些腫瘤細(xì)胞中定位改變也將失去其形成細(xì)胞間緊密連接的功能。并且這種定位的改變可能在上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過程中起一定的作用[12]。目前認(rèn)為這種claudins的差異表達(dá)或者細(xì)胞定位改變與其高度組織特異性相關(guān)，可作為腫瘤診斷的標(biāo)記物和預(yù)后觀察及腫瘤復(fù)發(fā)的獨立指標(biāo)[13]。

4 claudins在腫瘤診斷及治療中的應(yīng)用

claudins蛋白表達(dá)的組織特異性，使它們可能成為早期診斷和鑒別各種腫瘤的重要指標(biāo)。比如，claudin-1蛋白在增生的宮頸鱗狀上皮組織中的表達(dá)量下降，可以鑒別增生的宮頸鱗狀上皮和正常的宮頸鱗狀上皮；claudin-3和claudin-4在腸型胃腺癌、卵巢細(xì)胞癌、乳腺細(xì)胞癌、結(jié)直腸腺癌等惡性腫瘤組織中表達(dá)水平上調(diào)，通過檢測claudin-3和claudin-4表達(dá)水平來評估惡性腫瘤的發(fā)生；claudin-4蛋白在肝細(xì)胞癌中不表達(dá)，在膽管細(xì)胞癌中表達(dá)水平升高，可以通過檢測clandin-4蛋白的表達(dá)來幫助區(qū)別肝細(xì)胞癌與膽管細(xì)胞癌；claudin-5蛋白在血管肉瘤中表達(dá)水平明顯下降，可以協(xié)助血管肉瘤和良性血管瘤的診斷。claudin-10蛋白的表達(dá)水平與原發(fā)性肝細(xì)胞癌的復(fù)發(fā)率成正比，表達(dá)水平越高，術(shù)后復(fù)發(fā)率越高，因此，通過檢測claudin-10蛋白表達(dá)水平來評估肝細(xì)胞癌手術(shù)后發(fā)生復(fù)發(fā)的可能性。

claudin-3和claudin-4是產(chǎn)氣莢膜桿菌腸毒素(CPE)的受體，當(dāng)向claudin-3和claudin-4高表達(dá)的乳腺癌組織局部部注入CPE后，腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞溶解作用[14]，從而可延緩腫瘤生長速度。為腫瘤的局部治療開拓了新思路。

5 claudins表達(dá)的調(diào)節(jié)

TJs是一個由多種蛋白及分子組成、具有多種功能的動態(tài)變化的復(fù)合體。TJs分子結(jié)構(gòu)完整性的維持依賴精確的細(xì)胞分子通路，受到多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子和調(diào)節(jié)基因的調(diào)節(jié)，但其具體機(jī)制并不清楚。claudins在不同的組織中以及同一組織的不同病理狀態(tài)下表達(dá)均不同，這種差異表達(dá)也同樣依賴于細(xì)胞間精確的分子通路。

研究表明[15]轉(zhuǎn)錄因子snail可直接與clandinds啟動子區(qū)的E盒結(jié)合，抑制相關(guān)基因啟動子的活性，使緊密連接功能異常，導(dǎo)致細(xì)胞間黏附性和極性下降，在上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮作用。Theresa等[16]研究發(fā)現(xiàn)，由蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活性增加所致的claudin-3和claudin-4磷酸

化可能是宮頸癌中claudin-3和claudin-4表達(dá)異常及TJs結(jié)構(gòu)破壞的分子機(jī)制之一。Niimi等[17]的研究表明，含有轉(zhuǎn)錄因子類似區(qū)域的Nkx家族的成員T/EBP/Nkx2.1參與調(diào)節(jié)肺和甲狀腺claudin-28蛋白的表達(dá)。Yoshiki Kohno等[18]發(fā)現(xiàn)claudin-7的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄因子ELF3相關(guān)，轉(zhuǎn)錄因子ELF3誘導(dǎo)claudin-7的表達(dá)對膜骨肉瘤上皮膚細(xì)胞間緊密連接復(fù)合物的形成是必不可少的。

Honda等人[19]研究發(fā)現(xiàn)在高表達(dá)claudin-4的細(xì)胞中，claudin-4啟動子的關(guān)鍵區(qū)域展現(xiàn)出低甲基化和組蛋白高乙酞化，并且給予不表達(dá)claudin-4的細(xì)胞脫甲基化和加乙酞化的試劑可以促使該細(xì)胞表達(dá)claudin-4。吲哚美辛[20]和巴豆油脂[21]等一些藥物也可以調(diào)節(jié)claudins的表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)claudins家族的某些成員可以受到激素的調(diào)節(jié)，例如醛固酮[22]可以調(diào)節(jié)內(nèi)源性claudin-4的表達(dá)并改變其定位。醛固酮可以很快的促進(jìn)claudin-4蘇氨酸短暫的磷酸化，而不影響酪氨酸和絲氨酸。

6 結(jié)語

近年來，claudins的研究逐漸成為醫(yī)學(xué)界研究的熱點，但目前階段，對clandins成員的認(rèn)識才剛剛開始，研究成果還比較少，其家族中各個成員不同分子結(jié)構(gòu)、表達(dá)水平、功能以及調(diào)控機(jī)制還不明確，對其家族中各成員在不同惡性腫瘤組織的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮的作用及其診斷與治療價值在學(xué)術(shù)界觀點還不統(tǒng)一，彼此爭論很大，尚需要不斷研究和探索。claudins在有些腫瘤中的表達(dá)具有一定組織特異性，可以作為這些腫瘤診斷的指標(biāo)之一，在診斷、鑒別上和對患者的預(yù)后判斷方面具有重要作用。在腫瘤治療方面，隨著人們對claudins研究的逐漸深入，claudins可能成為腫瘤的調(diào)節(jié)藥物吸收靶點，由于發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中某些claudin蛋白低表達(dá)或缺失，激活此類蛋白的基因恢復(fù)細(xì)胞間正常緊密連接結(jié)構(gòu)、減弱腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移等問題成為新的基因治療熱點。claudins表達(dá)的調(diào)節(jié)已經(jīng)倍受關(guān)注。

因此，對claudins的研究將為惡性腫瘤的診斷和治療開辟一條嶄新的途徑，將會成為今后研究的熱點之一。

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R730.23

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1674-1129(2013)02-0146-03

10.3969/j.issn.1674-1129.2013.02.015

楊洋，1981.01.10出生，畢業(yè)于江西醫(yī)學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，臨床醫(yī)學(xué)，主要方向兒童眼科。

鄔黎青，主任醫(yī)師，博士，研究生導(dǎo)師，主要研究方向腫瘤分子生物學(xué)。