上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的機制研究進展

李漢清，可 燕

(上海中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)實驗中心，上海 201203)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的機制研究進展

李漢清，可 燕

(上海中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)實驗中心，上海 201203)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為能動的間質(zhì)細(xì)胞的過程，在胚胎發(fā)育、創(chuàng)傷愈合、器官纖維化、腫瘤發(fā)生發(fā)展中均發(fā)揮著重要作用。它的發(fā)生與多種轉(zhuǎn)錄因子、蛋白分子及生長因子等相關(guān)，其中涉及到復(fù)雜的分子機制和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。該文主要對EMT的調(diào)節(jié)機制做一綜述，并簡要概括了以EMT為靶向的天然化合物的研究進展。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)錄因子；生長因子；蛋白分子；分子機制；天然化合物

上皮細(xì)胞在機體中起著分泌、支持等作用，通常情況下，細(xì)胞的極性以及細(xì)胞間的黏附連接限制了上皮細(xì)胞任意遷移的能力。但在特定的生理、病理狀況下，上皮細(xì)胞可向間質(zhì)細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致細(xì)胞極性喪失、黏附能力下降、細(xì)胞骨架發(fā)生變化，從而增強細(xì)胞遷移和運動的能力，這種變化稱為上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。EMT是哺乳動物胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)，胚胎發(fā)育早期較為常見，尤其對器官形成和神經(jīng)系統(tǒng)分化至關(guān)重要。除此之外，在機體病理狀態(tài)下，尤其是炎癥、器官纖維化和高轉(zhuǎn)移性癌癥中，EMT也扮演著重要角色。因此，研究EMT這一重要生理病理現(xiàn)象的調(diào)節(jié)機制具有重要意義。

1 EMT的調(diào)節(jié)機制

EMT是一個動態(tài)的、復(fù)雜的過程，它的發(fā)生與多種生長因子、蛋白分子、轉(zhuǎn)錄因子以及它們所調(diào)控的通路之間的相互合作密不可分。

1.1轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)EMT基因表達的變化促進了上皮細(xì)胞表型向間質(zhì)細(xì)胞表型的變化，主要包括Snail、堿性螺旋-環(huán)-螺旋蛋白(basic helix-loop-helix，bHLH)和E盒結(jié)合鋅指類蛋白(zinc finger E-box binding homeobox，ZEB)轉(zhuǎn)錄因子。這些轉(zhuǎn)錄因子通過不同的信號通路以及各通路間的相互作用共同調(diào)控EMT的產(chǎn)生和發(fā)展。

1.1.1Snail轉(zhuǎn)錄因子 Snail家族成員編碼具有鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，包括Snail1(Snail)、Snail2(Slug)、Snail3(Smuc)，其中Snail1、Snail2在胚胎發(fā)育(中胚層、原腸胚形成，神經(jīng)嵴發(fā)育)、組織纖維化和腫瘤的EMT進程中發(fā)揮重要作用。Snail可以與E盒DNA序列綁定，通過抑制上皮基因的表達[1]，促進EMT表型變化；也可通過抑制緊密連接蛋白(claudin)和閉合蛋白(occludin)的表達，破壞細(xì)胞間的相互作用，促進EMT進程。另外，受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTKs)[2]、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)[3]等在EMT相關(guān)通路中也可以通過調(diào)控Snail的表達變化影響EMT進程。

1.1.2bHLH轉(zhuǎn)錄因子 同型和異型bHLH轉(zhuǎn)錄因子在遺傳和分化方面發(fā)揮著重要作用。其家族包含的各種成員在功能上也有一定的差異。其中E12和E47、Twist1和Twist2以及分化抑制蛋白(inhibitor of differentiation proteins，ID)在EMT進程中發(fā)揮主要作用[4]。同Snail一樣，Twist可以通過抑制E-鈣黏蛋白表達，調(diào)控EMT進程[5]。 但與Snail不同的是，Twist主要以二聚體形式發(fā)揮作用，Twist1和Twist2可以形成同源二聚體，也可以與E12或E47形成異源二聚體，調(diào)節(jié)與E盒DNA的綁定。而ID蛋白可以結(jié)合Twist、E12或E47，但不能與它們相關(guān)的DNA結(jié)合，從而可以競爭性地抑制Twist的功能。因此，在EMT進程中可以通過抑制ID的表達來活化Twist (或其他bHLH蛋白)[6]。

1.1.3ZEB轉(zhuǎn)錄因子 ZEB主要包括ZEB1和ZEB2，是十分重要的細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子。ZEB發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制功能主要是在C末端結(jié)合蛋白(C-terminal binding protein，CTBP)的協(xié)助下完成。另外，ZEB的表達通常伴隨著Snail的活化，Snail1單獨或者與Twist1協(xié)同作用均能誘導(dǎo)ZEB1的表達，促進EMT進程。

1.1.4其它轉(zhuǎn)錄因子 除了上文提到的機制研究比較明確的幾種轉(zhuǎn)錄因子外，其他一些轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控EMT方面也有重要的作用。例如具有翼狀螺旋結(jié)構(gòu)的叉頭框轉(zhuǎn)錄因子(forkhead box，F(xiàn)OX)以及具有鋅指類結(jié)構(gòu)的GATA轉(zhuǎn)錄因子，可改變上皮細(xì)胞的極性和連接功能。SOX(SRY box)轉(zhuǎn)錄因子可以協(xié)同Snail1或Snail2共同促進細(xì)胞的轉(zhuǎn)移侵襲[7]。這些轉(zhuǎn)錄因子均已被證明會對EMT進程產(chǎn)生影響，但其機制還不完全明確。

1.2RNA水平的EMT調(diào)控除了EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子對基因表達的直接作用外，miRNA調(diào)控、RNA剪接也可以對EMT相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響。

1.2.1可變剪接調(diào)控EMT 可變剪接是基因表達調(diào)控的一種重要機制，通過RNA的選擇性剪接使EMT相關(guān)蛋白具有廣泛的同型變化，使有限的基因編碼出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自身數(shù)量的蛋白，從而廣泛參與EMT進程[8]。

1.2.2miRNA調(diào)控EMT 非編碼miRNA可選擇性的與mRNA綁定，通過抑制其轉(zhuǎn)錄或促進其降解，從而對上皮表型和EMT進程產(chǎn)生影響。例如，miRNA不僅可以調(diào)控EMT關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達[9-10]，也可以直接作用于一些黏附連接蛋白和極性復(fù)合蛋白[11-12]，通過相互作用、相互調(diào)節(jié)形成復(fù)雜的EMT調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

1.3生長因子調(diào)控EMT

1.3.1TGFβ調(diào)控EMT 轉(zhuǎn)化生長因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β) 是調(diào)節(jié)EMT進程的重要細(xì)胞因子。TGF-β超家族由33個成員組成，包括3個TGF-β亞型、兩類激活素(activins)、骨生成蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)等。其在胚胎發(fā)育、創(chuàng)傷修復(fù)、組織纖維化和惡性腫瘤發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1.3.1.1TGFβ通過Smad通路調(diào)控EMT TGF-β家族成員與絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結(jié)合，可以使TGF-βⅡ型受體(TβRⅡ，亦稱TGFR2)磷酸化，繼而激活TGF-βⅠ型受體(TβRⅠ，亦稱TGFR1)。之后TβRⅠ磷酸化下游R-Smads (Smad2和Smad3)，R-Smads 與Smad4結(jié)合，形成三聚體復(fù)合體發(fā)揮作用。在BMP信號中，Smad1和Smad5與Smad4協(xié)同發(fā)揮作用，通過與轉(zhuǎn)錄輔激活物或轉(zhuǎn)錄輔抑制物相互作用，活化或抑制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[13]。除此之外，Smads還可以直接激活一些間質(zhì)細(xì)胞相關(guān)基因如波形蛋白、纖連蛋白和膠原蛋白的表達[14-15]，調(diào)控EMT進程。

1.3.1.2TGFβ通過非Smad通路調(diào)控EMT 在非SMAD通路中，TGF-β主要通過小G蛋白中的Rho家族、PI3K-Akt和MAPK通路調(diào)控EMT進程。激活Rho、Rac等GTP酶可誘導(dǎo)肌動蛋白的重組及板狀偽足和絲狀偽足的形成[16-17]，抑制Akt可抑制Snail1的表達水平，升高E-鈣黏蛋白的表達，從而調(diào)控EMT進程[18]。除此之外，TGF-β還可以激活ERK、p38、JNK MAPK通路，例如TAK1是p38 MAPK和JNK通路的上游激酶，當(dāng)受到TGF-β刺激時可激活TAK1，從而活化p38 MAPK和JNK通路[19]；c-Jun是激活蛋白1(activator protein 1，AP1)復(fù)合體的組成部分，JNK可以激活c-Jun，并與Smad3-Smad4協(xié)同作用，調(diào)控TGF-β誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄[20]。

1.3.2其它生長因子調(diào)控EMT 除去TGF-β家族之外，其它生長因子在EMT進程中也發(fā)揮著重要作用。主要包括成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)、胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1，IGF1)、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、血小板生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等，均可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞表型向間質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。

此外，組織或腫瘤微環(huán)境也可以誘導(dǎo)EMT產(chǎn)生和發(fā)展。在腫瘤中低氧可促進缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表達，從而激活Twist促進EMT進程，增強細(xì)胞侵襲能力[21]。免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤相關(guān)的纖維母細(xì)胞釋放的炎性因子也可以促進EMT進程。

2 天然植物提取物與EMT

目前，以EMT為靶向的研究主要集中在腫瘤轉(zhuǎn)移方面。西藥帕尼單抗、吉非替尼、尼羅替尼等均有報道可靶向抑制EMT進程，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。但上述藥物毒副作用較大，患者依從性差，從而導(dǎo)致治療效果不佳。而天然產(chǎn)物具有來源廣、類型多、不良反應(yīng)小等優(yōu)點，我國作為傳統(tǒng)中藥大國，具有幾千年的中草藥的使用經(jīng)驗，對發(fā)展植物來源的抗EMT藥物具有無可比擬的優(yōu)勢。例如筋骨草與茯苓配伍使用可抑制p-ERK1/2、p-p38、p-JNK等MAPK通路靶蛋白的含量變化，從而調(diào)控乳腺癌細(xì)胞的EMT進程[22]；胃腸安可通過抑制Twist、Snail的表達，抑制胃癌細(xì)胞的EMT進程[23]。諸如此類的藥物，如植物多糖、復(fù)方制劑或中藥提取物在現(xiàn)代研究中越來越多，如何利用我國豐富的藥物資源和用藥經(jīng)驗尋找靶向抑制EMT的藥物，越來越受到研究人員的關(guān)注。

3 結(jié)語

細(xì)胞與細(xì)胞之間的連接物質(zhì)和連接方式是其維持自身特性的必要條件，多種信號調(diào)控的通路使細(xì)胞的連接物質(zhì)丟失，細(xì)胞特性喪失是EMT發(fā)生的基礎(chǔ)條件。另外，隨著EMT研究的不斷深入，新的作用機制和新的調(diào)節(jié)子不斷被發(fā)現(xiàn)，也為EMT相關(guān)疾病的治療提供了新的思路和方法，為相關(guān)疾病的靶向治療提供依據(jù)。

[1] Brzozowa M, Michalski M, Wyrobiec G, et al. The role of Snail1 transcription factor in colorectal cancer progression and metastasis[J].ContempOncol(Pozn), 2015,19(4):265-70.

[2] Wang Y, Shi J, Chai K, et al. The role of Snail in EMT and tumorigenesis[J].CurrCancerDrugTargets, 2013,13(9):963-72.

[3] Namba T, Kodama R, Moritomo S, et al. Zidovudine, an anti-viral drug, resensitizes gemcitabine-resistant pancreatic cancer cells to gemcitabine by inhibition of the Akt-GSK3beta-Snail pathway[J].CellDeathDis, 2015,6(6):e1795.

[4] De Craene B, Berx G. Regulatory networks defining EMT during cancer initiation and progression[J].NatRevCancer, 2013,13(2):97-110.

[5] Ren H, Du P, Ge Z, et al. TWIST1 and BMI1 in cancer metastasis and chemoresistance[J].JCancer, 2016,7(9):1074-80.

[6] Kang Y, Chen C R, Massagué A J. A self-enabling TGFβ response coupled to stress signaling[J].MolCell, 2003,11(4):915-26.

[7] Guo W, Keckesova Z, Donaher J L, et al. Slug and Sox9 cooperatively determine the mammary stem cell state [J].Cell, 2012,148(5): 1015-28.

[8] Ishii H, Saitoh M, Sakamoto K, et al. Epithelial splicing regulatory proteins 1 (ESRP1) and 2 (ESRP2) suppress cancer cell motility via different mechanisms.[J].JBiolChem, 2014,289(40):27386-99.

[9] Ru P, Steele R, Newhall P, et al. miRNA-29b suppresses prostate cancer metastasis by regulating epithelial-mesenchymal transition signaling.[J].MolCancerTher, 2012,11(5):1166-73.

[10] Qi J, Rice S J, Salzberg A C, et al. MiR-365 regulates lung cancer and developmental gene TTF-1.[J].CellCycle， 2012,11(1):177-86.

[11] Zhou B, Xu H, Xia M, et al. Overexpressed miR-9 promotes tumor metastasis via targeting E-cadherin in serous ovarian cancer[J].FrontMed, 2017,11(2):214-22.

[12] Zhou Q, Fan J, Ding X, et al. TGF-{beta-induced MiR-491-5p expression promotes Par-3 degradation in rat proximal tubular epithelial cells.[J].JBiolChem, 2010,285(51):40019-27.

[13] Bosukonda A, Carlson W D. Harnessing the BMP signaling pathway to control the formation of cancer stem cells by effects on epithelial-to-mesenchymal transition.[J].BiochemSocTrans, 2017,45(1):223-8.

[14] Heldin C H, Moustakas A. Role of Smads in TGFbeta signaling [J].CellTissueRes, 2011,347(1): 21-36.

[15] Shin J A, Hong O K, Lee H J, et al. Transforming growth factor-β induces epithelial to mesenchymal transition and suppresses the proliferation and transdifferentiation of cultured human pancreatic duct cells[J].JCellBiochem, 2011,112(1):179-88.

[16] Zago G, Biondini M, Camonis J, Parrini M C. A family affair: A Ral-exocyst-centered network links Ras, Rac, Rho signaling to control cell migration[J].SmallGTPases, 2017,12:1-8.

[17] 周雅君, 時 菁, 田 耕,等. 甲基蓮心堿體外抑制人肝癌細(xì)胞增殖和侵襲的作用機制研究 [J]. 中國藥理學(xué)通報, 2016,32(11): 1539-42.

[17] Zhou Y J, Shi J, Tian G, et al. Effect of neferine on proliferation and invasion of human hepatocellular carcinoma cell line Hep G2 and Bel-7402[J].ChinPharmacolBull, 2016,32(11): 1539-42.

[18] Wang X, Shi W, Shi H, et al. TRIM11 overexpression promotes proliferation, migration and invasion of lung cancer cells[J].JExpClinCancerRes, 2016,35(1):100-9.

[19] Chen I, Hsu P H, Hsu W C, et al. Polyubiquitination of transforming growth factor β-activated kinase 1 (TAK1) at Lysine 562 residue regulates TLR4-mediated JNK and p38 MAPK activation[J].SciRep, 2015,5:12300-9.

[20] Yi E Y, Park S Y, Jung S Y, et al. Mitochondrial dysfunction induces EMT through the TGF-β/Smad/Snail signaling pathway in Hep3B hepatocellular carcinoma cells.[J].IntJOncol, 2015,47(5):1845-53.

[21] Yao-Borengasser A, Monzavi-Karbassi B, Hedges R A, et al. Adipocyte hypoxia promotes epithelial-mesenchymal transition-related gene expression and estrogen receptor-negative phenotype in breast cancer cells [J].OncolRep, 2015,33(6): 2689-94.

[22] 王晶晶, 彭 博, 賀 蓉,等. 筋骨草和茯苓配伍合用抑制乳腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移作用及初步機制研究 [J]. 中國藥理學(xué)通報, 2017,33(4):581-8.

[22] Wang J J, Peng B, He R, et al. Preliminary research on effect of combination of Ajuga decumbens and Poria cocos on invasion and metastasis of breast cancer [J].ChinPharmacolBull, 2017,33(4):581-8.

[23] 沈克平, 王海永, 胡 兵,等. 胃腸安對人胃癌SGC-7901細(xì)胞TGF-β1誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化作用 [J]. 中國實驗方劑學(xué)雜志, 2011,17(23): 132-5.

[23] Shen K P,Wang H Y,Hu B, et al.Effects of Weichangan decoction on TGF-β1 induced epithelial mesenchymal transition in gastric carcinoma SGC-7901 cells[J].ChinJExpTraditMedForm, 2011,17(23): 132-5.

Mechanismofepithelial-mesenchymaltransition

LI Han-qing, KE yan

(ExperimentalCenterforTeachingandLearning,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a process by which the epithelial cells change to a mesenchymal phenotype. The highly conserved and fundamental process is integral in development, wound healing and contributes pathologically to fibrosis and cancer progression. The process can be activated by many transcription factors, growth factors or protein molecules, which involves complex molecular mechanism and signal transduction pathways. This paper reviews the development of molecular mechanisms of epithelial-mesenchymal transition and briefly summarizes the research progress of natural compounds targeting the EMT.

epithelial-mesenchymal transition; transcription factor; growth factor; protein molecule; molecular mechanism; natural compound

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.10.003

A

：1001-1978(2017)10-1342-03

R-05；R284.1；R329.24；R394

時間：2017-9-5 9:25 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170905.0925.006.html

2017-05-20,

2017-08-22

上海市衛(wèi)生局課題(No 20144Y0152)；上海市教委預(yù)算內(nèi)課題(No 2015YSN25)

李漢清(1990-)，男，碩士生，研究方向：中藥活性成分篩選，E-mail:13127516810@163.com； 可 燕(1969-)，女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：中藥活性成分篩選，通訊作者，Tel：021-51322539，E-mail: keyantcm@163.com