膠原蛋白Ⅳ在腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展

楊程顯，李 戈綜述，張立穎審校

（1．南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，廣州510515；2．南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院護(hù)理部，廣州510515）

膠原蛋白Ⅳ（typeⅣcollagen，Ⅳ－C）屬于膠原蛋白家族成員，是細(xì)胞基底膜（basement membranes，BMs）的主要成分。Ⅳ－C為獨(dú)特的異源三聚體螺旋鏈結(jié)構(gòu)，由六型α－肽鏈組成。每條肽鏈主要由N端的7S結(jié)構(gòu)、中部富含重復(fù)Gly－Xaa－Yaa氨基酸基序的膠原域及C端的非成膠結(jié)構(gòu)域3部分構(gòu)成。迄今已發(fā)現(xiàn)3種不同類型的Ⅳ－C異源三聚體，其表達(dá)具有組織特異性。在腫瘤不同階段，腫瘤組織上的Ⅳ－C組成和分布會(huì)發(fā)生明顯改變，這一生物學(xué)特點(diǎn)對(duì)腫瘤診斷、分期具有重要意義。惡性腫瘤的主要生物學(xué)行為是癌細(xì)胞可以突破BMs，向鄰近或遠(yuǎn)隔部位侵襲和轉(zhuǎn)移。作為BMs的主要成分，Ⅳ－C在惡性腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移機(jī)制和臨床診療等方面的研究中具有重要意義。本文就Ⅳ－C在腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Ⅳ－C的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

Ⅳ－C為獨(dú)特的異源三聚體螺旋鏈結(jié)構(gòu)，由α1、α2、α3、α4、α5、α6六型α－肽鏈組成。編碼Ⅳ－C各型肽鏈的基因兩兩配對(duì)，“頭對(duì)頭”地分布于3條染色體上。合成α1、α2肽鏈的基因COL4A1和COL4A2成對(duì)存在人類13號(hào)染色體上?；駽OL4A3和COL4A4合成α3、α4肽鏈，成對(duì)存在人類2號(hào)染色體上。合成α5、α6肽鏈的基因COL4A5和COL4A6成對(duì)存在人類 X染色體上［1］。

每條α－肽鏈包含N端的7S結(jié)構(gòu)、中間的膠原域及夾雜其中的二十多個(gè)非膠原域和C端的非成膠結(jié)構(gòu)域（noncollagenous domain C1，NC1）。α－肽鏈N端7S結(jié)構(gòu)大約由23個(gè)氨基酸殘基組成。肽鏈中部由膠原域和非膠原構(gòu)成。肽鏈中部的膠原域含有大約1 400個(gè)氨基酸殘基，主要由重復(fù)的Gly－Xaa－Yaa膠原序列構(gòu)成，Xaa通常為脯氨酸或賴氨酸，Yaa通常為羥脯氨酸或羥賴氨酸。在這些重復(fù)序列中，有21～26個(gè)非膠原序列夾雜其中。每條α－肽鏈中還包含了Arg－Gly－Asp（RGD）短肽基序、CB3片段等能與整合素結(jié)合的位點(diǎn)［1］。α－肽鏈C端結(jié)構(gòu)大約由230個(gè)氨基酸殘基組成。

3條特定的α－肽鏈相互纏繞，形成具有獨(dú)特異源三聚體結(jié)構(gòu)的原體。迄今已發(fā)現(xiàn)α1α1α2、α3α4α5、α5α5α6 3種不同類型的Ⅳ－C異源三聚體。兩個(gè)Ⅳ－C原體C端和C端“頭對(duì)頭”相接，形成二聚體。此外，原體通過7S結(jié)構(gòu)，N端對(duì)N端反向平行排列，形成四聚體。四聚體最后形成薄層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即BMs的基本骨架［2］。

Ⅳ－C主要存在于BMs。α1α1α2異源三聚體為Ⅳ－C主要的結(jié)構(gòu)形式，廣泛表達(dá)于各種組織 BMs，而α3α4α5和α5α5α6異源三聚體的表達(dá)則具有組織特異性。在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，同一組織上的Ⅳ－C組成和分布也存在差異。Ⅳ－C構(gòu)成BMs的基本骨架，作為上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等生長(zhǎng)的依附和支架。Ⅳ－C能與細(xì)胞表面的特異受體相互識(shí)別和作用，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細(xì)胞黏附、遷移、生長(zhǎng)、增殖和分化等重要的生理過程?，F(xiàn)已有報(bào)道稱，Ⅳ－C與細(xì)胞相互作用參與血小板的遷移與聚集、免疫細(xì)胞和肝細(xì)胞等的遷移及腎臟胚胎發(fā)育［1，3］。還有研究發(fā)現(xiàn)，Ⅳ－C能與癌細(xì)胞的整合素結(jié)合，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及遷移和抑制癌細(xì)胞的凋亡［4］。異源三聚體還可以聚合形成分子篩，濾過大分子物質(zhì)，如α3α4α5異源三聚體是腎小球?yàn)V過膜的主要成分［5］。研究還發(fā)現(xiàn)Ⅳ－C在血管形成中起重要作用。Ⅳ－C不僅有促進(jìn)血管生成的作用，還可以抑制血管生成［6］。

2 Ⅳ－C與惡性腫瘤

惡性腫瘤的異常生長(zhǎng)、局部的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移等都與Ⅳ－C關(guān)系密切。當(dāng)上皮組織發(fā)生癌變，癌細(xì)胞分泌 MMP－2、MMP－9、組織蛋白酶等酶類增多，分解BMs主要成分Ⅳ－C的作用增強(qiáng)，BMs網(wǎng)架被破壞，癌細(xì)胞突破作為腫瘤天然屏障的BMs，不斷生長(zhǎng)、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。當(dāng)細(xì)胞組織發(fā)生癌變，Ⅳ－C合成與降解的平衡也會(huì)被打破［4］。在癌組織的BMs中，Ⅳ－C的類型和分布會(huì)發(fā)生改變，這種變化與其侵襲機(jī)制相關(guān)，但具體機(jī)制尚不完全清楚［7］。Ⅳ－C的合成可增多，分泌增加的Ⅳ－C沉積于包繞腫瘤的基質(zhì)中，以支持癌組織的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，致密的腫瘤外周基質(zhì)會(huì)影響抗癌藥物的滲透，影響藥效的發(fā)揮［4］。在Ⅳ－C上 Arg－Gly－Asp（RGD）短肽基序、CB3片段等位點(diǎn)，能與癌細(xì)胞的整合素結(jié)合，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及遷移和抑制癌細(xì)胞的凋亡［1，4］。Ⅳ－C還能促進(jìn)癌組織的新血管生成，為癌細(xì)胞生長(zhǎng)提高充足的養(yǎng)分。腫瘤新生血管生成過程中，Ⅳ－C合成和分泌增加。Ⅳ－C在血管的延伸、增殖和穩(wěn)定中起到重要作用［8］。但同時(shí)也有文獻(xiàn)報(bào)道，α1、α2、α3、α4和α6－肽鏈 NC1的多肽片段，如endostatin、arrestin、canstatin、tumstatin等，通過與內(nèi)皮細(xì)胞表面整合素結(jié)合抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，從而抑制血管生成［9］。由此推斷，Ⅳ－C在腫瘤血管形成中具有雙重調(diào)節(jié)作用。在下文中，作者將對(duì)各系統(tǒng)腫瘤與Ⅳ－C關(guān)系進(jìn)行總結(jié)。

2．1 Ⅳ－C與細(xì)支氣管肺泡癌 Nakano等［10］用免疫組化的方法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在正常的肺組織中，Ⅳ－C的α1α1α2異源三聚體和α3α4α5異源三聚體在肺泡BMs上呈連續(xù)的直線型分布。在侵襲性較弱的癌組織中，無論肺泡是否塌陷，α1α1α2異源三聚體均保持連續(xù)線性分布，而α3α4α5異源三聚體表達(dá)缺失。在侵襲性較強(qiáng)的組織中，α1α1α2異源三聚體在癌巢附近呈非連續(xù)性表達(dá)，同樣伴α3α4α5異源三聚體表達(dá)缺失。BMs的這種改變與癌組織的侵襲機(jī)制相關(guān)，但具體機(jī)制尚不明確。同時(shí)，Ⅳ－C類型和分布的改變會(huì)造成肺泡生物學(xué)穩(wěn)定性和功能的下降。Goto等［11］通過免疫組化的方法檢測(cè)細(xì)支氣管肺泡癌患者癌組織BMs的Ⅳ－C和層粘連蛋白，以此評(píng)價(jià)BMs是否完整，并聯(lián)系其臨床病理特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)BMs破壞的癌組織較早出現(xiàn)侵襲和轉(zhuǎn)移，患者術(shù)后5年生存率較低，而癌組織BMs完整的患者術(shù)后5年生存率為100%。此項(xiàng)研究提示Ⅳ－C對(duì)肺癌臨床分期和預(yù)后判斷具有重要意義。

2．2 Ⅳ－C與肝外膽管癌 α1、α2、α5、α6－肽鏈在正常膽管表面柱狀上皮、肌層固有層的平滑肌細(xì)胞及大血管的BMs中呈連續(xù)的直線型分布。而α3、α4－肽鏈在免疫組化中未見染色。在肝外膽管癌組織的BMs中，隨著癌癥的侵襲性的提高，α6－肽鏈的表達(dá)隨之下調(diào)。α6－肽鏈的表達(dá)與TNM分級(jí)相關(guān)。而α2－肽鏈的表達(dá)與α6－肽鏈的表達(dá)密切相關(guān)。在侵襲力強(qiáng)的癌巢前緣，α1、α2、α5和α6－肽鏈表達(dá)缺失［12］。在肝外膽管癌組織BMs以外，Ⅳ－C還特征性分布于腫瘤基質(zhì)中，尤其是在鄰近BMs的致密膠原蛋白束周圍，被稱為間質(zhì)Ⅳ－C。癌變組織纖維基質(zhì)重構(gòu)十分活躍。間質(zhì)Ⅳ－C不僅合成增多，還同時(shí)伴隨大量降解，提示間質(zhì)Ⅳ－C可能促進(jìn)腫瘤基質(zhì)的形成［13］。

2．3 Ⅳ－C與胃癌 Ⅳ－C的α1α1α2異源三聚體和α5α5α6異源三聚體在正常胃黏膜上皮的BMs中呈連續(xù)的直線型分布，用免疫組化的方法未能檢測(cè)到α3、α4－肽鏈的表達(dá)。α5α5α6異源三聚體在胃壁承受壓力和拉力中起重要作用。

在胃黏膜癌變組織中，α1α1α2異源三聚體呈線性或非線性表達(dá)，α5α5α6異源三聚體表達(dá)完全缺失。BMs中α5α5α6異源三聚體的表達(dá)缺失不但使腫瘤浸潤(rùn)和侵襲的發(fā)生更容易，而且會(huì)使BMs穩(wěn)定性和功能下降，胃壁抗壓能力下降。Ki67標(biāo)記指數(shù)已被報(bào)道與胃癌的核心分級(jí)、癌細(xì)胞的活力和侵襲能力密切相關(guān)。而α5α5α6異源三聚體的缺失程度與Ki67標(biāo)記指數(shù)有顯著的相關(guān)關(guān)系，提示其有很大的潛在診斷價(jià)值［7］。Kinoshita等［14］研究發(fā)現(xiàn)血清Ⅳ－C水平可以作為胃癌腹膜轉(zhuǎn)移的生物學(xué)標(biāo)志，對(duì)判斷胃癌的預(yù)后具有重要意義。Ruan等［15］研究了胃液Ⅳ－C水平與胃癌及癌前病變的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)胃癌及癌前病變時(shí)胃液中Ⅳ－C水平顯著升高，未來可作為胃癌早期診斷及判斷有無轉(zhuǎn)移的生物學(xué)標(biāo)志，并且效果優(yōu)于血清Ⅳ－C水平。

2．4 Ⅳ－C與結(jié)直腸癌 α1、α2－肽鏈廣泛分布在正常結(jié)直腸組織上皮的BMs中，其中毛細(xì)血管和淋巴管的內(nèi)皮BMs僅有α1和α2－肽鏈的表達(dá)。α3、α4、α5、α6－肽鏈的分布具有特異性。α3、α4－肽鏈僅分布于表面官腔上皮 BMs上。α5、α6－肽鏈主要分布于腺體上皮和動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的BMs，少量表達(dá)于黏膜下層，而在肌層固有層不表達(dá)。

在癌組織中，BMs不表達(dá)α3、α4－肽鏈，極少表達(dá)α5、α6－肽鏈。α1、α2－肽鏈的表達(dá)會(huì)發(fā)生下調(diào)甚至缺失，其下調(diào)程度與腫瘤分化程度相關(guān)。在高分化腺癌組織的BMs中，α1、α2－肽鏈呈連續(xù)的直線型分布。在中分化腺癌組織的BMs中，α1、α2－肽鏈呈不連續(xù)分布。而在低分化腺癌組織的BMs中，α1、α2－肽鏈的表達(dá)不能被檢測(cè)到。在癌細(xì)胞周圍的毛細(xì)血管和平滑肌細(xì)胞BMs的α－肽鏈的表達(dá)與正常組織差別不大［16］。Nysterom等［17］研究了腫瘤微環(huán)境中Ⅳ－C與結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移潛能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移和無肝轉(zhuǎn)移結(jié)直腸癌基質(zhì)中Ⅳ－C水平具有顯著差異。在肝轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌腫瘤基質(zhì)中，Ⅳ－C表達(dá)顯著上調(diào)。

2．5 Ⅳ－C與胰腺癌 D?hlund等［18］研究發(fā)現(xiàn)在胰腺癌患者循環(huán)系統(tǒng)中Ⅳ－C含量顯著升高。Willumsen等［19］用ELISA法對(duì)15例胰腺癌患者和33例健康人血清中的Ⅳ－C分解產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)二者具有顯著差異，Ⅳ－C分解產(chǎn)物對(duì)胰腺癌的診斷能力大于83%。因此，Ⅳ－C分解產(chǎn)物可能成為診斷胰腺癌的理想生物學(xué)標(biāo)志。D?hlund等［4］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在胰腺癌組織中，Ⅳ－C合成與分泌增多，在癌組織周圍形成與BMs相似的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，阻礙藥物的滲透和藥效的發(fā)揮。同時(shí)，癌細(xì)胞表面的整合素表達(dá)也會(huì)上調(diào)，與自分泌的Ⅳ－C結(jié)合，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及遷移并抑制癌細(xì)胞的凋亡。

2．6 Ⅳ－C與前列腺腫瘤 正常前列腺組織BMs上可檢測(cè)到α1、α2、α5、α6－肽鏈的表達(dá)，其中α6－肽鏈表達(dá)量相對(duì)較少。前列腺上皮內(nèi)瘤屬于前列腺的癌前病變。在前列腺上皮內(nèi)瘤組織中，Ⅳ－C異源三聚體的分布與正常的前列腺中相似，但是α6－肽鏈在病灶的BMs中幾乎完全缺失。前列腺癌組織中，α1、α2－肽鏈相對(duì)于正常的前列腺組織的表達(dá)量較少，而α5－肽鏈在大部分病例中缺失，α6－肽鏈則完全缺失。Varisli［20］研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌組織中COL4A6基因轉(zhuǎn)錄水平顯著下降，并且COL4A6基因表達(dá)水平與前列腺癌預(yù)后具有顯著負(fù)相關(guān)性。Assadian等［21］研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌組織中，p53可以通過多種途徑提高α1－肽鏈的水平，并促進(jìn)α1－肽鏈釋放抗血管生成因子Arresten。因此，血清Arresten含量可能成為判斷前列腺癌預(yù)后的重要指標(biāo)。

2．7 Ⅳ－C與口腔鱗狀上皮癌 有研究發(fā)現(xiàn)α1、α2、α5、α6－肽鏈在正?？谇火つさ腂Ms中呈界限清晰的線性表達(dá)［22－23］，未能檢測(cè)到α3、α4－肽鏈的表達(dá)。在口腔異常增生上皮的BMs上，α1、α2－肽鏈呈減量的連續(xù)線性表達(dá)，α5、α6－肽鏈仍呈境界清晰的連續(xù)表達(dá)，表達(dá)較強(qiáng)。在原位癌中，α1、α2－肽鏈界限清晰地分布在BMs上，而α5、α6－肽鏈則呈連續(xù)的直線型強(qiáng)表達(dá)。在局部炎癥的情況下可見α1、α2、α5、α6－肽鏈被破壞，除此之外甚少見肽鏈破壞。相對(duì)于在口腔上皮異常增生組織中，炎癥細(xì)胞在原位癌組織中滲透能力更強(qiáng)。在高分化口腔鱗狀細(xì)胞癌組織中，α1、α2－肽鏈在癌組織島周圍呈不連續(xù)分布，α5、α6－肽鏈的表達(dá)明顯減少。在低分化的口腔鱗狀細(xì)胞癌組織中，癌組織島周圍僅有殘余的α1、α2－肽鏈分布，而α5、α6－肽鏈的表達(dá)完全缺失。Agarwal等［24］研究了Ⅳ－C水平與口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌組織學(xué)分型的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)BMs的Ⅳ－C含量及分布特點(diǎn)與腫瘤細(xì)胞分化程度相關(guān)，分化程度越高，Ⅳ－C含量越高，分布越呈線性、連續(xù)狀。此外，Liang等［25］研究發(fā)現(xiàn)口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌的發(fā)生與癌細(xì)胞快速黏附Ⅳ－C的能力相關(guān)。

3 總結(jié)與展望

大量基礎(chǔ)和臨床研究表明，惡性腫瘤的異常生長(zhǎng)、局部的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移等病理過程都與Ⅳ－C關(guān)系密切。當(dāng)癌細(xì)胞突破作為腫瘤天然屏障的BMs，Ⅳ－C的組成和分布會(huì)發(fā)生明顯變化，而且變化的程度與病程密切相關(guān)。研究這種變化的機(jī)制有利于認(rèn)識(shí)癌組織侵襲和轉(zhuǎn)移的生物學(xué)特性。Ⅳ－C還參與和癌細(xì)胞的相互作用，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及遷移并抑制癌細(xì)胞的凋亡，相應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)通路可能成為新的抗腫瘤藥物靶點(diǎn)。Ⅳ－C還能促進(jìn)癌組織內(nèi)新血管生成，為癌細(xì)胞提供生長(zhǎng)所需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此阻斷該過程可以抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。目前還發(fā)現(xiàn)，α1、α2、α3、α4和α6－肽鏈NC1結(jié)構(gòu)域的多肽片段，如endostatin、arrestin、canstatin、tumstatin等，通過與內(nèi)皮細(xì)胞表面整合素結(jié)合，抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，從而抑制血管生成，有望成為有效的抗癌藥物。檢測(cè)胃癌、胰腺癌等病變組織Ⅳ－C或血清Ⅳ－C代謝產(chǎn)物變化，可間接反映腫瘤發(fā)展的程度，利于腫瘤的早期診斷和預(yù)后判斷。綜上所述，Ⅳ－C在腫瘤早期診斷手段的研究、臨床治療方案的制定和抗腫瘤藥物靶點(diǎn)的篩選等領(lǐng)域具有重要研究意義。

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