緊密連接蛋白Claudins 與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展

邵瑞穎，石 莎，李森林

1.青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院內(nèi)科學(xué)消化系，山東 青島266071;2.山東省聊城市人民醫(yī)院消化內(nèi)科

胃癌的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)多步驟的漫長(zhǎng)過程，包括慢性胃炎、萎縮性胃炎、腸上皮化生、上皮內(nèi)瘤變等，最后發(fā)展為癌癥［1］。在這個(gè)過程中，細(xì)胞極性喪失，細(xì)胞間連接中斷頻繁發(fā)生，這在癌癥的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，上皮細(xì)胞黏附力降低可導(dǎo)致細(xì)胞間連接功能的破壞。緊密連接(tight junctions，TJS)是重要的細(xì)胞間膜連接復(fù)合體，在維持細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和生理功能中起關(guān)鍵作用［2］。TJS 不僅是細(xì)胞的物理屏障，防止溶質(zhì)和水自由通過細(xì)胞之間的間隙，在維持細(xì)胞極性和信號(hào)傳導(dǎo)中也發(fā)揮重要作用［2-3］。TJS 由緊密連接蛋白(Claudins)、Occludin、連接黏附分子等多種蛋白分子構(gòu)成，其中Claudins 是決定TJS 功能最重要的緊密連接骨架蛋白，在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移及侵襲過程中起重要作用［4］。本文就Claudins與胃癌的關(guān)系作一概述。

1 Claudins 的基本結(jié)構(gòu)及功能

Claudins 是由CLDN 基因所編碼的一組蛋白質(zhì)家族，最早于1998 年由Furuse 等［5］在雞肝細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)至少27 種家族成員，Claudins 家族是一類分子量22 ～27 kDa 的跨膜蛋白，廣泛存在于哺乳動(dòng)物的上皮及內(nèi)皮細(xì)胞中［6］。Claudins 蛋白分為兩類:具有高度序列相似性的經(jīng)典Claudins，如Claudins 1 ～10、14、15 等，和非經(jīng)典Claudins，如Claudins 11、12、13、16、18 等［7］。然而，經(jīng)典及非經(jīng)典的Claudins 其家庭成員的分子結(jié)構(gòu)都極為相似，均由2 個(gè)細(xì)胞外環(huán)形結(jié)構(gòu)組成，肽鏈4 次穿過細(xì)胞膜，組成了Claudins 蛋白分子的4 個(gè)可以相互作用的疏水跨膜區(qū)。氨基末端和羧基末端位于細(xì)胞膜內(nèi)，細(xì)胞膜外有2 個(gè)長(zhǎng)度不等的細(xì)胞外環(huán)形結(jié)構(gòu)，第1 個(gè)細(xì)胞外環(huán)內(nèi)含有1 個(gè)可以增加區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的二硫鍵，第2 個(gè)細(xì)胞外環(huán)的氨基序列則形成了一個(gè)螺旋-拐角-螺旋的特殊結(jié)構(gòu)域，通過其內(nèi)的疏水氨基酸序列，與相鄰細(xì)胞的Claudins蛋白分子中的相應(yīng)部分組成二聚體結(jié)構(gòu)［8］。Claudins蛋白的4 個(gè)跨膜區(qū)可封閉相鄰細(xì)胞間的細(xì)胞間隙，參與細(xì)胞膜選擇滲透性的調(diào)節(jié)過程［9］。其中，第1、4 跨膜區(qū)的氨基酸序列具有高度保守性，第2、3 跨膜區(qū)細(xì)胞外環(huán)結(jié)構(gòu)中的氨基酸序列存在較多差異，羥基尾部是決定了Claudins 的特異性及穩(wěn)定性［10］。羥基尾部含有1 個(gè)盤狀同源區(qū)域(PDZ 結(jié)構(gòu)域)。Claudins 蛋白通過PDZ 結(jié)構(gòu)域，與細(xì)胞骨架蛋白結(jié)合，參與構(gòu)成TJS復(fù)合體。羥基尾部末端的氨基酸磷酸化及去磷酸化，可參與Claudins 蛋白在細(xì)胞膜上的定位過程，影響其功能［11］。

Claudins 主要分布于上皮細(xì)胞側(cè)面及基底細(xì)胞質(zhì)膜上，參與黏附連接，并不局限于TJS 中。不同的Claudins 蛋白分子在不同的組織細(xì)胞中具有各自特異性的表達(dá)，有些組織細(xì)胞不表達(dá)或只表達(dá)一種Claudin分子，而大多數(shù)組織細(xì)胞表達(dá)兩個(gè)或兩個(gè)以上Claudins［12］，如在肝臟細(xì)胞同時(shí)表達(dá)Claudin-1、Claudin-2和Claudin-3 三種蛋白，胃腸細(xì)胞、腎臟細(xì)胞同時(shí)表達(dá)Claudin-21 及Claudins-24 ～27［13］。Claudin-4、Claudin-7、Claudin-8 則主要表達(dá)于肺臟和腎臟。Claudin-18 高表達(dá)于胃黏膜細(xì)胞內(nèi)，但在其他組織細(xì)胞內(nèi)極少表達(dá)或不表達(dá)［14］;Claudin-5 不僅在各種上皮組織細(xì)胞內(nèi)都表達(dá)，在血管內(nèi)皮細(xì)胞中也有較高水平的表達(dá)。

TJS 至少具有三種重要的生物學(xué)功能:(1)屏障功能;(2)維持細(xì)胞極性;(3)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和信號(hào)傳導(dǎo)功能，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖和分化［7］。Claudins 蛋白是構(gòu)成TJS 最主要的功能分子，主要在細(xì)胞旁擴(kuò)散過程中起選擇性離子通過作用，調(diào)控細(xì)胞滲透性、通過離子的分子大小及類型等，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞間小分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，在信號(hào)傳導(dǎo)及維持細(xì)胞極性等過程中也發(fā)揮重要作用［15］。Claudins 基因的表達(dá)異常(上調(diào)或下調(diào))導(dǎo)致TJS 的結(jié)構(gòu)和功能的破壞，使得細(xì)胞失去黏附、易于浸潤(rùn)和去分化，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生成、浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移。近十年的研究顯示，在多種腫瘤組織中，Cluadins 表達(dá)異常。如Claudin-3、Claudin-4 在卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌腫瘤中呈高表達(dá)［16-19］;Claudin-7 在胸部、頭部及頸部癌癥中呈低表達(dá)，而在胃癌中Claudin-7 基因表達(dá)上調(diào)［20］。

2 Claudins 與胃癌

胃癌是最常見及最致命的惡性腫瘤之一，是全球癌癥死亡的第二大原因［21］。由于缺少特異性的早期癥狀及有效的早期篩查指標(biāo)，胃癌仍是發(fā)展中國(guó)家癌癥死亡的主要原因，有超過70%的新病例和死亡發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家，尤其是在亞洲東部，其總體5 年生存率低于20%［22］。我國(guó)胃癌發(fā)病率居惡性腫瘤第2 位，且發(fā)病率和死亡率隨年齡增長(zhǎng)而上升。目前對(duì)于Claudins 與胃癌的關(guān)系做了諸多研究，有越來(lái)越多的證據(jù)表明，Claudins 可能在胃癌發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，但其在胃癌中的表達(dá)模式與胃癌細(xì)胞增殖、浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移及預(yù)后等的關(guān)系仍存在爭(zhēng)議。

2.1 Claudin-1 在人體內(nèi)，Claudin-1 基因定位于3q28/3q29，參與多種信號(hào)傳導(dǎo)通路及TJS 的調(diào)節(jié)，如Rho 因子、PKC、異三聚體G 蛋白等［23］。Claudin-1 通常表達(dá)于胃體及胃竇黏膜。Chao 等［24］研究表明Claudin-1 基因型改變所引起的表達(dá)異常，可影響細(xì)胞膜信號(hào)通路及細(xì)胞分化、生長(zhǎng)等，如細(xì)胞膜受體交互作用、離子通路、凝血連鎖、凋亡過程和肌動(dòng)蛋白骨架的調(diào)節(jié)。Claudin-1 的某些基因型還具備GTP 酶、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等功能。有學(xué)者認(rèn)為，Claudin-1可能與c-Abl-Ras-Raf-1/ERK1/2 和c-Abl-PKC 等信號(hào)通路有關(guān)，可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)［25］。一項(xiàng)對(duì)20 例胃癌患者的研究發(fā)現(xiàn)［26］，Claudin-1 在胃癌細(xì)胞中明顯呈高表達(dá)，是不良預(yù)后的獨(dú)立和顯著危險(xiǎn)因素，提示Claudin-1 可能是評(píng)估胃癌預(yù)后的重要指標(biāo)之一。在胃黏膜上皮細(xì)胞感染幽門螺桿菌并最終發(fā)展成為胃癌的過程中，Claudin-1 可能是影響其基因變化的中心環(huán)節(jié)。Wu 等［27］研究也發(fā)現(xiàn)，Claudin-1 在胃癌黏膜中表達(dá)上調(diào)，與分化程度呈負(fù)相關(guān)，與腫瘤浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，但在腫瘤浸潤(rùn)前緣，Claudin-1 表達(dá)水平與胃癌分化程度、侵襲及轉(zhuǎn)移均呈正相關(guān)，胃癌的浸潤(rùn)性越強(qiáng)，Claudin-1 陽(yáng)性率也就越高。在漿膜層中的表達(dá)率明顯高于肌層及早期胃癌細(xì)胞，伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的高于不伴有的，這提示Claudin-1 表達(dá)上調(diào)在胃癌細(xì)胞生物學(xué)行為的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮重要作用。Jung 等［28］的實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)Claudin-1 在胃癌中表達(dá)上調(diào)，且在Lauren分型腸型胃癌中的表達(dá)顯著高于彌漫浸潤(rùn)型胃癌。但Chang 等［29］的 研 究 結(jié) 果 卻 顯 示Claudin-1 可 能 是RUNX3 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，具有抑癌作用，Claudin-1 表達(dá)下降可促進(jìn)胃癌增殖。以上研究說明，Claudin-1 在胃癌中表達(dá)異常，但目前尚無(wú)定論且其作用機(jī)理仍不清楚。

2.2 Claudin-3 在人體中，Claudin-3 基因定位于7q11.23，在Claudins 中，Claudin-3 和Claudin-4 較為特殊，二者均為產(chǎn)氣莢膜桿菌外毒素(clostridium perfringens enterotoxin，CPE)的受體。CPE 與其受體結(jié)合后，可以形成一種獨(dú)特的、具有十二烷基硫酸鈉抵抗性的細(xì)胞膜復(fù)合物。這種復(fù)合物可改變細(xì)胞膜通透性，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞溶解壞死。有研究［30］表明，DNA 甲基化、組蛋白H3 乙?；蚐p1 轉(zhuǎn)錄因子等可刺激Claudin-3活化，并通過β-catenin-TCF 等信號(hào)通路參與腫瘤生成及發(fā)展。Okugawa 等［31］的研究認(rèn)為，Claudin-3 在胃癌及胃黏膜腸上皮化生細(xì)胞中的表達(dá)明顯高于正常胃黏膜細(xì)胞，且Claudin-3 和Ki-67 的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。研究還顯示從胃癌中心到侵襲前沿再至淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶，Claudin-3 的表達(dá)率逐漸降低，這提示Claudin-3 下調(diào)與胃癌細(xì)胞的增殖潛能密切相關(guān)，Claudin-3 可能在胃癌進(jìn)展過程中起關(guān)鍵作用。Jung 等［28］研究也顯示，腫瘤細(xì)胞Claudin-3 低表達(dá)者，多為淋巴管癌栓陽(yáng)性或胃癌T3、T4 期患者，這一結(jié)果提示Claudin-3 表達(dá)率或可作為評(píng)價(jià)胃癌患者預(yù)后的指標(biāo)之一。綜上，Claudin-3 在胃癌中表達(dá)上調(diào)，且與預(yù)后關(guān)系密切，但作用機(jī)理不明。

2.3 Claudin-4 Claudin-4 由209 個(gè)氨基酸組成，與Claudin-3 相似，也是細(xì)胞膜上CPE 的受體，基因定位于7q11.23。Claudin-4 可能通過影響MAPK-Rho 信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性［32］，但其具體分子或通路機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。Hwang 等［33］研究證實(shí)，在胃癌組織中Claudin-4 表達(dá)上調(diào)，與腫瘤浸潤(rùn)深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，且胃癌臨床分期越高，Claudin-4 陽(yáng)性率越高。研究還發(fā)現(xiàn)，Claudin-4 的表達(dá)與MMP-2 及MMP-9 相關(guān)且可影響MMP-2 及MMP-9 的活性，這也表明Claudin-4 的表達(dá)與腫瘤的浸潤(rùn)及MMP-2 和MMP-9 在胃癌組織中的表達(dá)相關(guān)。Zhu 等［34］對(duì)胃癌、腸上皮化生、不典型增生病變及正常胃黏膜的研究顯示，Claudin-4 在胃癌組織中陽(yáng)性率明顯升高，正常胃黏膜中陽(yáng)性率僅為15.9%，而在腸上皮化生和不典型增生病變中陽(yáng)性率分別為90.5%和95.2%。Claudin-4 的表達(dá)與腫瘤組織學(xué)分化程度及生長(zhǎng)模式顯著相關(guān)，與患者的生存率無(wú)關(guān)。但研究還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)癌組織的間質(zhì)量分類，Claudin-4 與中間型胃癌患者的生存率呈相關(guān)趨勢(shì)。這一現(xiàn)象表明，Claudin-4 或許可以作為識(shí)別的中間型胃癌的基礎(chǔ)。Kwon 等［35］也認(rèn)為，Claudin-4 表達(dá)與胃癌的進(jìn)展呈正相關(guān)，是評(píng)估胃癌預(yù)后的一個(gè)獨(dú)立影響因素，且Claudin-4 可作為胃癌基因治療的靶位。但Lee 等［36］研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織中Claudin-4 表達(dá)下調(diào)，與腫瘤低分化及彌漫型胃癌相關(guān)。這說明在彌漫型或低分化胃癌中，Claudin-4 功能障礙在細(xì)胞黏附力下降過程中起促進(jìn)作用。以上研究表明，Claudin-4在胃癌中表達(dá)上調(diào)或下降，參與胃癌生成及發(fā)展過程，但作用機(jī)制尚不明確。

2.4 Claudin-18 Claudin-18 基因定位于3q22.3，其主要表達(dá)于胃及肺部上皮細(xì)胞膜上，敲除Claudin-18基因的老鼠易造成胃黏膜萎縮及氫離子通路異常［37］。一項(xiàng)關(guān)于75 例胃癌標(biāo)本的研究顯示［38］，與正常、癌旁及腸上皮化生組織相比，Claudin-18 在胃癌組織細(xì)胞中呈明顯的低表達(dá)，其表達(dá)下調(diào)與胃癌增殖、浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，提示在胃癌發(fā)生及發(fā)展過程中，Claudin-18 起重要作用。Claudin-18 在腸型胃癌中常呈低表達(dá)，提示Claudin-18 可作為早期胃癌的分子生物學(xué)標(biāo)志之一［39］。Jun 等［40］也發(fā)現(xiàn)，約51.5%胃癌組織中Claudin-18 的表達(dá)降低，表達(dá)Claudin-18 的胃癌患者生存率高于不表達(dá)者，表明Claudin-18 下調(diào)是胃癌不良預(yù)后的獨(dú)立影響因素。綜上，Claudin-18 在胃癌中異常表達(dá)，參與胃癌發(fā)生、發(fā)展過程，但具體作用機(jī)制尚不明確。

同時(shí)，有些學(xué)者也就其他Claudins 蛋白等在胃癌中的表達(dá)進(jìn)行了相關(guān)研究，如Claudin-6、7、9 的過度表達(dá)與胃腺癌增殖、轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，與ERK/MAPK 信號(hào)通路有關(guān)，并與腫瘤分期、患者預(yù)后等有一定相關(guān)性［41］。

3 臨床應(yīng)用價(jià)值

Claudins 蛋白在胃癌細(xì)胞中存在表達(dá)異常，提示Claudins 在胃癌發(fā)生、發(fā)展、評(píng)估預(yù)后等方面有一定的價(jià)值。但是目前其機(jī)制及結(jié)論尚不明確，還需要進(jìn)一步深入的研究及大量研究結(jié)果的證實(shí)。未來(lái)，Claudins蛋白有望成為胃癌診斷、鑒別診斷、預(yù)后評(píng)估等的分子生物學(xué)標(biāo)志物，用以預(yù)測(cè)胃癌的發(fā)生及復(fù)發(fā)，甚至可能作為一種診斷工具，以明確病理診斷。

在腫瘤的治療方面，Claudins 在胃癌組織中表達(dá)異常，導(dǎo)致細(xì)胞通透性改變，抗體類抗腫瘤藥物更易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi);Claudins 在細(xì)胞膜具有較為保守的2 個(gè)外環(huán)結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行放射性靶向治療或刺激自身免疫反應(yīng);Claudin-3、4 為CPE 受體，激活后可改變細(xì)胞膜通透性，促進(jìn)細(xì)胞溶解，有可能開展新的抗癌療法。

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