脂筏促進腫瘤發(fā)生的分子機制研究進展

劉衛(wèi)霞，祝賀，邢艷霞(山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南500;山東農(nóng)業(yè)工程學院;山東農(nóng)業(yè)工程學院)

脂筏促進腫瘤發(fā)生的分子機制研究進展

劉衛(wèi)霞1，祝賀2，邢艷霞3
(1山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南250011;2山東農(nóng)業(yè)工程學院;3山東農(nóng)業(yè)工程學院)

摘要:脂筏是細胞膜上由膽固醇、鞘磷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂及某些蛋白質(zhì)組成的高度可變的微結(jié)構(gòu)域，直徑10～200 nm。研究發(fā)現(xiàn)，在許多惡性腫瘤細胞膜上有脂筏微結(jié)構(gòu)域的聚集，提示脂筏的存在可能與腫瘤發(fā)生有關(guān)。實驗表明脂筏中蛋白Cav-1、CD44、表皮生長因子受體、胰島素樣生長因子受體、Ras蛋白等的存在能促進腫瘤發(fā)生和發(fā)展。本文就脂筏促進腫瘤發(fā)生的分子機制研究進展做一綜述。

關(guān)鍵詞:脂筏;腫瘤; Cav-1;表皮生長因子受體;胰島素樣生長因子

真核細胞通過漿膜將細胞內(nèi)成分與細胞外環(huán)境隔離開來。1972年Singer等提出了細胞膜的液態(tài)鑲嵌模型。1997年Simons等［1］發(fā)現(xiàn)在細胞膜中存在大量由膽固醇等脂質(zhì)成分緊密結(jié)合形成的有序結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在磷脂雙分子層中可自由移動，他們將之稱為脂筏(Lipid raft)。后來發(fā)現(xiàn)脂筏在細胞膜上作為蛋白質(zhì)相互作用的平臺發(fā)揮作用。大量實驗研究發(fā)現(xiàn)脂筏與諸多腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)?，F(xiàn)就脂筏與腫瘤發(fā)生的分子機制研究進展綜述如下。

1　脂筏的來源及與腫瘤發(fā)生的關(guān)系

人們通過對細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的研究發(fā)現(xiàn)，在細胞膜上存在對非離子型去污劑相對有抵抗力的微結(jié)構(gòu)域，這一結(jié)構(gòu)富含膽固醇和鞘磷脂，直徑10～200 nm。其高度可變，能通過蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)－脂質(zhì)相互作用形成較大的結(jié)構(gòu)，從而促進細胞的信號傳導(dǎo)。人們將這一結(jié)構(gòu)叫做脂筏［2］。最近采用受激發(fā)射損耗顯微鏡(STED顯微鏡)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)、熒光偏振各向異性(FPA)等高分辨率技術(shù)，在活細胞膜上直接看到了富含膽固醇的復(fù)合體的動態(tài)變化，這些證據(jù)證實了脂筏的存在［3］。細胞膜穴樣凹陷(Caveolae)是脂筏的一種，是細胞質(zhì)膜上的燒瓶狀凹陷，以Caveolin蛋白的存在為特征。脂筏在細胞的內(nèi)吞、外排、鞘磷脂和膽固醇的分選中發(fā)揮重要作用，并且作為受體聚集和信號傳導(dǎo)的平臺發(fā)揮作用。另外其能影響肌動蛋白細胞骨架、細胞的極性和血管的新生［4］。脂筏的組成依賴于脂筏的胞質(zhì)側(cè)有多少比例的脂質(zhì)參與及細胞受到刺激后的反應(yīng)［5］。腫瘤細胞均富含鞘磷脂、膽固醇和神經(jīng)節(jié)苷脂，以使腫瘤細胞逃避機體的免疫反應(yīng)，使腫瘤細胞免于機體免疫系統(tǒng)的破壞［6］。研究［7，8］發(fā)現(xiàn)細胞膜上的膽固醇增加有助于脂筏/ Caveolae的擴增，這可能會促進細胞的致癌信號傳導(dǎo)。分析來自腫瘤細胞特定區(qū)域的細胞外膜小泡(EMVTCs)發(fā)現(xiàn)其富含脂筏成分:膽固醇、鞘磷脂、神經(jīng)酰胺，并且包含腫瘤細胞中常見的膜抗原和蛋白酶［9］。Dahiya等［10］發(fā)現(xiàn)不同的前列腺癌細胞系的脂質(zhì)組成不同，高轉(zhuǎn)移率的細胞系(DU-145和ND-1)與低轉(zhuǎn)移率的細胞系(LNCaP)相比，鞘磷脂水平明顯升高。Van Blitterswijk等［11］用熒光極化實驗發(fā)現(xiàn)小鼠白血病細胞GRSL質(zhì)膜的流動性要明顯高于正常胸腺細胞的流動性。流行病學資料亦表明血漿膽固醇水平的升高增加了前列腺癌的發(fā)病風險，而降低血中膽固醇水平在一定程度上能預(yù)防前列腺癌［12］。這些證據(jù)表明膽固醇(脂筏)的聚集在腫瘤發(fā)生中有重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，在活細胞中存在兩種類型的功能性脂筏。一種富含膽固醇—鞘磷脂—神經(jīng)節(jié)苷脂成分。Caveolin、CD44和RTK家族的成員存在于其中，叫做富含“膽固醇的脂筏”。另一種富含神經(jīng)酰胺—鞘磷脂成分。Fas、FasL、Ezrin和Fas-DISC的其他成員位于其中，叫做富含神經(jīng)酰胺的脂筏。富含膽固醇的脂筏有利于細胞的穩(wěn)態(tài)，但當正常細胞的信號傳導(dǎo)被打破時，這種脂筏促進細胞轉(zhuǎn)化、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。富含神經(jīng)酰胺的脂筏促進Fas-DISC的內(nèi)吞，導(dǎo)致凋亡，但是當調(diào)節(jié)發(fā)生紊亂時，這種脂筏有利于細胞轉(zhuǎn)化、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。小的脂筏，不論是富含膽固醇的脂筏還是富含神經(jīng)酰胺的脂筏，有時能被穩(wěn)定形成大的平臺進行信號傳導(dǎo)。膽固醇的水平升高亦能

誘導(dǎo)脂筏的聚集，從而吸引CD44、EGFR、Ras等蛋白到脂筏中，這些蛋白接受刺激后被激活，發(fā)揮信號傳導(dǎo)、促進腫瘤發(fā)生的作用。當用放療和化療的方法治療腫瘤時，酸性鞘磷脂酶(ASMase)被激活，激活的ASMase轉(zhuǎn)移到細胞表面，吸引越來越多的鞘磷脂到細胞表面，鞘磷脂被ASMase水解成鞘氨醇和神經(jīng)酰胺。這些新合成的神經(jīng)酰胺迅速替代膽固醇，使富含膽固醇的脂筏轉(zhuǎn)變成富含神經(jīng)酰胺的脂筏。新形成的富含神經(jīng)酰胺的脂筏引起Fas-DISC和輔助蛋白的內(nèi)吞，導(dǎo)致細胞凋亡［8］。說明兩種類型的脂筏可相互轉(zhuǎn)化。

2　脂筏促進腫瘤發(fā)生的分子機制

研究發(fā)現(xiàn)多種位于脂筏中的蛋白質(zhì)與脂筏促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，主要包括Cav-1、CD44、E-鈣黏著蛋白(E-Cadherin)、表皮生長因子受體(EGFR)、胰島素樣生長因子-1受體(IGF-1R)等。

2.1細胞表面黏附分子Cav-1的調(diào)節(jié)Cav-1的作用是將整合素α-亞單位與Fyn酪蛋白激酶連結(jié)起來。Fyn與整合素結(jié)合后被激活，與SHC結(jié)合，SHC 的Y317被磷酸化，然后與GRB2結(jié)合，最后激活Ras-ERK途徑，促進細胞周期進展［13］。細胞培養(yǎng)和生化實驗發(fā)現(xiàn)Cav-1是一個抑癌基因，是細胞膜穴樣凹陷(Caveolae)結(jié)構(gòu)中v-src、H-ras、PKA、PKC等的負調(diào)節(jié)蛋白。雜合性缺失分析表明染色體7q31.1(Cav-1基因位于一個可能的抑癌基因位點D7S522)在多種腫瘤的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，包括乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和結(jié)腸直腸癌等［14］。在乳腺癌細胞系MTLn3細胞中表達Cav-1可抑制表皮生長因子刺激的片足延伸和細胞遷移，阻斷細胞的生長［15］。

另一方面，Cav-1能作為腫瘤遷移的促進分子發(fā)揮作用。如在肺腺癌細胞中高表達Cav-1可誘導(dǎo)絲狀偽足形成，促進腫瘤的遷移。Cav-1誘導(dǎo)絲狀偽足形成的作用只有在肺腺癌細胞的脂質(zhì)成分保持穩(wěn)定時才能完成，用試劑將細胞表面的脂質(zhì)/膽固醇去除會抑制絲狀偽足的形成［16］。Cav-1的水平升高與肺癌、乳腺癌、前列腺癌的發(fā)生和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，這說明Cav-1可能是癌基因［16］。實驗表明Cav-1可作為固醇類激素作用的直接調(diào)節(jié)蛋白發(fā)揮作用，通過PI3K-PKB進行信號傳導(dǎo)，在腫瘤的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。Akt/PKB是一個絲氨酸/蘇氨酸激酶，激活的Akt促進凋亡蛋白的磷酸化，從而使這些蛋白失去活性。Akt也能使抗凋亡基因如Bcl-XL和FLIP蛋白的表達升高，促進細胞增殖。最近的研究提示脂筏在Akt激活過程中發(fā)揮作用［8］。在腫瘤發(fā)生的初期，多個細胞表面黏附分子基因包括Cav-1、E-cad和CD44的啟動子CpG島均被高甲基化而失活，在腫瘤的生長過程中CpG島亦保持高甲基化狀態(tài)。然而在轉(zhuǎn)移的腫瘤和轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)中這些基因又被重新表達［16］。

2.2 EGFR的激活Cohen(1962)第一次發(fā)現(xiàn)一種生長因子，對培養(yǎng)的外胚層和中胚層來源的細胞有促進分裂的作用，后來將這種生長因子叫做表皮生長因子(EGF)或尿抑胃素(URG)。EGFR是一個170 kD的位于脂筏中的糖蛋白，由1 186個氨基酸組成，包含三個結(jié)構(gòu)域。Yamabhai等［17］發(fā)現(xiàn)EGFR的第二個富含胱氨酸的區(qū)域與它和脂筏結(jié)合有關(guān)。Puri等［18］發(fā)現(xiàn)EGFR被激活后會導(dǎo)致多個內(nèi)吞蛋白有效地與細胞膜上的脂筏結(jié)合。EGFR的過表達與腫瘤細胞的惡性表型有關(guān)，即與腫瘤的侵襲性增強有關(guān)［7］。Bonavia等［19］報道EGFR的一種常見突變可通過增強人膠質(zhì)瘤細胞的增殖減少凋亡，從而導(dǎo)致膠質(zhì)瘤細胞的致癌性增加。Bhola等［20］報道G蛋白耦聯(lián)受體(GPCR)和EGFR之間的交通有利于頭頸部鱗狀細胞癌的生長和侵襲。聯(lián)合阻斷EGFR 和GPCR可能是治療腫瘤的一條有效途徑。這些證據(jù)表明EGFR的激活與腫瘤的發(fā)生和惡性表型有關(guān)。

2.3胰島素樣生長因子(IGF)的激活I(lǐng)GF與其相關(guān)的蛋白及其受體是一個重要的生長因子系統(tǒng)，在細胞功能的維持中發(fā)揮重要作用。Cao等［21］發(fā)現(xiàn)胰島素刺激Caveolin蛋白的酪氨酸磷酸化。IGF與IGF-1R的結(jié)合導(dǎo)致受體的自我磷酸化和下游蛋白的磷酸化，這導(dǎo)致部分信號傳導(dǎo)通路的激活，包括PI3K/Akt通路和Ras/MAP激酶通路，這兩個通路的蛋白均位于脂筏中。IGF通過誘導(dǎo)特異基因的表達和DNA復(fù)制導(dǎo)致細胞的增殖。因此通過改變脂筏的組成從而阻斷IGF信號傳導(dǎo)通路是預(yù)防和治療腫瘤的一條有效途徑［22～24］。

另外脂筏在MAP激酶、Ras蛋白、AP1、核因子Kappa B信號傳導(dǎo)中及在整聯(lián)蛋白和點狀黏附激酶FAK等信號傳導(dǎo)中均發(fā)揮重要作用，這些信號傳導(dǎo)通路均有促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用。

綜上所述，腫瘤的發(fā)生和惡性程度的增高與脂筏的聚集密切相關(guān)，其具體的作用機理與多種蛋白在脂筏的聚集從而被激活有關(guān)，這些蛋白包括Cav-1、CD44、E-Cad、EGFR、IGF-1R、Ras等。脂筏和與之相關(guān)的蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展中有重要作用，有望成為腫瘤預(yù)防和治療的靶點。

參考文獻:

［1］Simons K，Ikonen E.Functional rafts in cellmembranes［J］，Nature，1997，387(6633): 569-572.

［2］Sezgin E，Levental I，Grzybekm，et al.Partioning，diffusion，and ligand binding of raft lipid analogs inmodel and cellular plasmamembranes［J］.Biochim Biophys Acta，2012，1818(7): 1777-1784.

［3］Eggeling C，Ringemann C，Medda R，et al.Direct observation of the nanoscaledy namics ofmembrane lipids in a living cell［J］.Nature，2009，457(7233): 1159-1162.

［4］Lin CJ，Lai CK，KaomC，et al.Impact of cholesterol ondisease progression［J］.Biomedicine(Taipei)，2015，5(2): 7.

［5］OwendM，Magenau A，Williamsond，et al.The lipid raft hypothesis revisited--new insights on raft composition and function from super-resolution fluorescencemicroscopy［J］.Bioessays，2012，34(9): 739-747.

［6］Janich P，Corbeild.GM(1)and GM(3)gangliosides highlightdistinct lipidmicrodomains within the apicaldomain of epithelial cells［J］.FEBS Lett，2007，581(9): 1783-1787.

［7］Patra SK，Bettuzzi S.EpigeneticdNAmethylation regulation of genes coding for lipid raft-associated components: a role for raft proteins in cell transformation and cancer progression［J］.Oncol Rep，2007，17(6): 1279-1290.

［8］Patra SK.Dissecting lipid raft facilitated cell signaling pathways in cancer［J］.Biochim Biophys Acta，2008，1785(2): 182-206.

［9］Kim CW，Lee HM，Lee TH，et al.Extracellularmembrane vesicles from tumour cells promote angiogenesis via sphingomyelin［J］.Cancer Res，2002，62(21): 6312-6317.

［10］Dahiya R，Boyle B，Goldberg BC，et al.Metastasis associated alteration in phospholipids and fatty acids of human prostatic adenocarcinoma cell lines［J］.Biochem Cell Biol，1992，70(7): 548-554.

［11］van Blitterswijk WJ，de Veer G，Krol JH，et al.Comparative analysis of purified plasmamembranes and shed extracellularmembrane vesicles from normalmurine thymocytes and leukemic GRSL cells ［J］.Biochim Biophys Acta，1982，688(2): 495-504.

［12］Pelton K，F(xiàn)reemanmR，Solomon KR.Cholesterol and prostate cancer［J］.Curr Opin Pharmacol，2012，12(6): 751-759.

［13］Wary KK，Mariotti A，Zurzolo C，et al.A requirement for caveolin-1 and associated kinase Fyn in integrin signaling and anchoragedependent cell growth［J］.Cell，1998，94(5): 625-634.

［14］Galbiati F，Razani B，LisantimP.Emerging themes in lipid rafts and caveolae［J］.Cell，2001，106(4): 403-411.

［15］Zhang W，Razani B，Altschuler Y，et al.Caveolin-1 inhibits epidermal growth factor stimulated lamellipod extension and cellmigration inmetastaticmammary adenocarcinoma cells(MTLn3): transformation suppressor effects of adenovirus-mediated genedelivery of caveolin-1［J］.J Biol Chem，2000，275(27): 20717-20725.

［16］Ho CC，Huang PH，Huang HY，et al.Upregulated caveolin-1 accentuates themetastasis capability of lung adenocarcinoma by inducing filopodia formation［J］.Am J Pathol，2002，161(5): 1647-1656.

［17］Yamabhaim，Anderson RG.Second cysteine-rich region of epidermal growth factor receptor contains targeting information for caveolae/rafts［J］.J Biol Chem，2002，277(28): 24843-24846.

［18］Puri C，Tosonid，Comai R，et al.Relationships between EGFR-signaling-competent and endocytosis-competentmembranemicrodomains［J］.Mol Biol Cell，2005，16(6): 2704-2718.

［19］Bonavia R，IndamM，Vandenberg S，EGFRvIII promotes glioma angiogenesis and growth through the NF-κB，interleukin-8 pathway ［J］.Oncogene，2012，31(36): 4054-4066.

［20］Bhola NE，Thomas SM，F(xiàn)reilinom，et al.Targeting GPCR-mediated p70S6K activitymay improve head and neck cancer response to cetuximab［J］.Clin Cancer Res，2011，17(15): 4996-5004.

［21］Cao H，Sanguinetti AR，Mastick CC.Oxidative stress activates both Src-kinases and their negative regulator Csk and induces phosphorylation of two targeting proteins for Csk: caveolin-1 and paxillin［J］.Exp Cell Res，2004，294(1): 159-171.

［22］Denduluri SK，Idowu O，Wang Z，et al.Insulin-like growth factor(IGF)signaling in turmorigenesis and thedevelopment of cancerdrug resistance［J］.Genesdis，2015，2(1): 13-25.

［23］Romanelli RJ，Mahajan KR，F(xiàn)ulmer CG，et al.Insulin-like growth factor-I-stimulated Akt phosphorylation and oligodendrocyte progenitor cell survival require cholesterol-enrichedmembranes［J］.J Neurosci Res，2009，87(15): 3369-3377.

［24］Reis-Sobreirom，Roue G，Moros A，et al.Lipid raft-mediated Akt signaling as a therapeutic target inmantle cell lymphoma［J］.Blood Cancer J，2013，3(5): e118.

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收稿日期:( 2015-04-28)

文章編號:1002-266X(2015)33-0103-03

文獻標志碼:A

中圖分類號:R730.21

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.33.041