骨膜蛋白在非小細胞肺癌中作用的研究進展

沈其曉，于化鵬

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣州510280)

·綜述·

骨膜蛋白在非小細胞肺癌中作用的研究進展

沈其曉，于化鵬

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣州510280)

骨膜蛋白是一種細胞外基質(zhì)蛋白，在組織器官發(fā)育和修復(fù)過程中起重要作用。在非小細胞肺癌(NSCLC)組織中，骨膜蛋白是由鄰近癌細胞的基質(zhì)細胞所產(chǎn)生。骨膜蛋白在NSCLC中的作用機制可能是與整合素相互作用，通過激活PI3-K/AKt、AKt/PKB、FAK信號通路來促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成、腫瘤浸潤及轉(zhuǎn)移，并誘導(dǎo)癌細胞對鉑類化療藥物產(chǎn)生耐藥性。骨膜蛋白可作為NSCLC預(yù)后的生物標志物，骨膜蛋白抑制劑或其表達調(diào)控序列可能成為NSCLC預(yù)防和治療的研究方向之一。

骨膜蛋白；非小細胞肺癌；整合素；上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；細胞凋亡

非小細胞肺癌(NSCLC)是最常見的肺癌類型，腫瘤微環(huán)境在其發(fā)生發(fā)展中起重要作用。腫瘤微環(huán)境主要由細胞外基質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)(如細胞因子、蛋白酶等)及細胞成分(腫瘤細胞、成纖維細胞、炎癥細胞、血管及淋巴管內(nèi)皮細胞等)組成。骨膜蛋白是一種細胞外基質(zhì)蛋白，可促進腫瘤浸潤及轉(zhuǎn)移，是NSCLC預(yù)后判斷的指標之一?，F(xiàn)就骨膜蛋白在NSCLC中的作用及臨床應(yīng)用綜述如下。

1 骨膜蛋白的結(jié)構(gòu)

骨膜蛋白最早是從成骨細胞系MC3TC-E1Cdna文庫中克隆出一種骨黏附分子。骨膜蛋白由三部分組成，其N端是界面蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，中間是4個串聯(lián)的成束蛋白1結(jié)構(gòu)域，C端是拼接的結(jié)構(gòu)域。EMI結(jié)構(gòu)域(富含半胱氨酸的N端)能夠結(jié)合膠原蛋白1和纖維連接蛋白；成束蛋白1結(jié)構(gòu)域能夠結(jié)合韌黏素C和骨形態(tài)發(fā)生蛋白1；C端可進行選擇性剪切，形成5種不同的骨膜蛋白異構(gòu)體，均具有細胞黏附的功能。

骨膜蛋白是一種獨特的、高度保守的細胞外基質(zhì)蛋白，其與昆蟲軸突導(dǎo)向蛋白成束蛋白1(FAS1)具有高度同源性[1]，與βigH3、MBP-70及骨膜素樣因子(PLF)等蛋白分子同屬于成束蛋白家族，在細胞黏附和轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用。研究表明，腫瘤微環(huán)境中的骨膜蛋白在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞與細胞之間黏附及轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用[2]。它通過與不同的細胞表面受體尤其是整合素結(jié)合，通過各種信號通路促進癌細胞生存、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、浸潤、誘導(dǎo)血管生成及腫瘤轉(zhuǎn)移[3]。

2 骨膜蛋白在NSCLC組織中的表達

近年研究報道，骨膜蛋白在不同類型的腫瘤組織中過度表達，如NSCLC、結(jié)腸癌、乳腺癌、卵巢癌、頭頸部腫瘤及胰腺癌。NSCLC中骨膜蛋白mRNA相對于正常肺組織表達上調(diào)，并且與腺細胞亞群和較高的腫瘤分級有關(guān)[4]。Sasaki等[5]報道，NSCLC患者血清骨膜蛋白水平(化學(xué)熒光法測定)與正常對照組無統(tǒng)計學(xué)差異，但NSCLC患者術(shù)后血清骨膜蛋白水平較術(shù)前明顯下降；通過原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白基因在鄰近肺鱗癌細胞周圍的基質(zhì)細胞中高度表達，而在腫瘤細胞中無表達，表明骨膜蛋白是由鄰近癌細胞的基質(zhì)細胞產(chǎn)生而并非腫瘤細胞本身產(chǎn)生的。Morra等[4]發(fā)現(xiàn)，間質(zhì)細胞離腫瘤細胞越近，其骨膜蛋白表達越高，提示骨膜蛋白參與了腫瘤的浸潤過程。

3 骨膜蛋白在NSCLC中的作用機制

3.1 骨膜蛋白與整合素的相互作用 轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)能誘導(dǎo)骨膜蛋白表達增加。由于TGF-β能促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和腫瘤轉(zhuǎn)移，骨膜蛋白可能作為效應(yīng)器介導(dǎo)某些腫瘤細胞中TGF-β的促腫瘤轉(zhuǎn)移活性。在NSCLC的發(fā)生發(fā)展過程中，骨膜蛋白可能通過與整合素相互作用，激活一系列信號通路，從而獲得上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成、耐缺氧凋亡等腫瘤生物特性。

整合素與特定細胞外基質(zhì)蛋白相互作用刺激細胞生存，包括MAP激酶級聯(lián)中的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/2)及磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)[6]。研究證實，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3-K/AKt)是細胞生存和增殖的重要信號通路[7]。AKt作為細胞外和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主節(jié)點，是由PI3-K正調(diào)控。無論是在正常細胞還是腫瘤細胞中，AKt在細胞生長、運動及生存中都起著至關(guān)重要的作用。PI3-K/AKt通路在腫瘤發(fā)生過程中促進上皮間質(zhì)化和血管生成。人類惡性腫瘤信號通路的改變最常發(fā)生在PI3-K/AKt通路。在結(jié)直腸癌中，骨膜蛋白與整合素作用激活PI3-K/AKt通路來促進癌細胞生存，并誘導(dǎo)癌細胞對5-氟尿嘧啶(5-FU)產(chǎn)生耐藥性[8]。通過激活PI3-K/AKt通路，TGF-α和bFGF可上調(diào)骨膜蛋白表達，促進A549肺癌細胞株在缺氧環(huán)境中的生存[9]。

3.2 骨膜蛋白促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種重要的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程，不僅在胚胎發(fā)育過程中起重要作用，而且促進早期腫瘤轉(zhuǎn)化為侵襲性惡性腫瘤。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的分子機制涉及多種蛋白分子的表達、分布和(或)功能異常，包括骨膜蛋白、波形蛋白、整合素、基質(zhì)金屬蛋白及鈣黏蛋白。骨膜蛋白被認為是通過靶向串?dāng)_表皮生長因子受體(EGFR)及細胞膜上的整合素，持續(xù)激活蛋白激酶信號通路(AKt/PKB通路)和整合素信號通路(FAK通路)來促進腫瘤細胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程[10]。Hu等[11]研究認為，骨膜蛋白是前列腺癌細胞由TGF-β誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的重要介質(zhì)。整合素連接激酶(ILK)是一種絲氨酸-蘇氨酸激酶，當(dāng)骨膜蛋白激活I(lǐng)LK后，它能直接使AKt磷酸化從而激活A(yù)Kt信號通路，促進EMT過程[12, 13]。在肝細胞癌中，ILK激活A(yù)Kt信號通路，不僅促進上皮間質(zhì)化過程，還誘導(dǎo)肝癌細胞抗輻射性和耐藥性的產(chǎn)生[14]。通過沉默ILK基因表達，發(fā)現(xiàn)AKt磷酸化減少，并能抑制甲狀腺癌細胞轉(zhuǎn)移[15]。此外，骨膜蛋白也能通過激活A(yù)Kt信號通路誘導(dǎo)顱咽管瘤細胞的上皮間質(zhì)化過程[16]。因此，骨膜蛋白可以通過激活A(yù)Kt信號通路促進上皮間質(zhì)化，并增強腫瘤細胞的生物活性。

3.3 骨膜蛋白抑制NSCLC缺氧凋亡 研究表明，在缺氧環(huán)境中，低氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)直接激活一系列參與腫瘤重要生物學(xué)特征的基因[17]。TGF-β作為低氧誘導(dǎo)因子之一，可上調(diào)成骨母細胞骨膜蛋白表達。NSCLC中骨膜蛋白在低氧環(huán)境中表達上調(diào)，主要是由缺氧誘導(dǎo)基因TGF-α和bFGF通過RTK/PI3-K通路激活，并進一步作為第二輪信號引發(fā)刺激AKt/PKB通路，從而促進腫瘤生長和抑制癌細胞凋亡[9]。因此，骨膜蛋白激活的信號通路能夠抑制缺氧作用引起的細胞凋亡。

4 骨膜蛋白對NSCLC預(yù)后的判斷價值

Takanami等[18]通過免疫組織化學(xué)法測定NSCLC中骨膜蛋白的表達，發(fā)現(xiàn)高水平骨膜蛋白患者腫瘤進展快且預(yù)后差。Sasaki等[5]通過Cox比例風(fēng)險回歸模型發(fā)現(xiàn)，腫瘤分期和血清骨膜蛋白水平是NSCLC的獨立預(yù)后因素；并發(fā)現(xiàn)NSCLC合并骨轉(zhuǎn)移患者與無骨轉(zhuǎn)移患者的骨膜蛋白表達水平無統(tǒng)計學(xué)差異，其原因在于肺癌合并骨轉(zhuǎn)移是以骨溶解為主，因此骨膜蛋白水平不受腫瘤是否骨轉(zhuǎn)移影響。Wu等[19]發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白在NSCLC中由尼古丁基因調(diào)控，通過沉默尼古丁基因抑制骨膜蛋白表達,發(fā)現(xiàn)能夠減少細胞增殖、增加對鉑類化療藥物敏感性和抑制腫瘤浸潤。Ryner等[20]研究認為，骨膜蛋白基因、賴氨酰氧化酶基因、成纖維細胞激活蛋白基因是癌周組織中3種主要的上調(diào)基因，它們與臨床中化療藥物耐藥性的產(chǎn)生有關(guān)。Hu等[21]建立對鉑類耐藥的A549細胞系模型，發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白通過激活STAT3及AKt信號通路、上調(diào)存活素來誘導(dǎo)癌細胞對鉑類化療藥物的耐藥。上述研究表明，骨膜蛋白可作為NSCLC預(yù)后的生物標志，高表達骨膜蛋白患者預(yù)后差，并且可通過一系列信號通路誘導(dǎo)癌細胞對鉑類藥物產(chǎn)生耐藥性。

5 骨膜蛋白的應(yīng)用前景

根據(jù)骨膜蛋白在NSCLC中的作用機制，骨膜蛋白抑制劑或其表達調(diào)控序列可能作為NSCLC預(yù)防和治療的研究方向之一。第一，研究一個可以阻斷骨膜蛋白和其受體整合素之間相互作用的分子：骨膜蛋白主要通過FAS1-2結(jié)構(gòu)域與整合素ανβ3、ανβ5相互作用而產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。Orecchia等[22]應(yīng)用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)針對骨膜蛋白FAS1-2結(jié)構(gòu)的單克隆抗體(OC-20)，在體內(nèi)實驗中發(fā)現(xiàn)OC-20能抑制腫瘤生長和血管生成；Michaylira等[23]在乳腺癌多瘤病毒T抗原的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白在原發(fā)腫瘤部位及肺轉(zhuǎn)移部位表達上調(diào)，無骨膜表達的實驗組與野生型對照組相比，肺轉(zhuǎn)移灶數(shù)量明顯減少，并且通過使用骨膜蛋白單克隆抗體發(fā)現(xiàn)腫瘤干細胞轉(zhuǎn)移能力下降；Zhu等[24]在有骨膜蛋白表達的卵巢癌小鼠模型中使用特定抗骨膜蛋白單克隆抗體(MZ-1)，發(fā)現(xiàn)MZ-1能夠抑制癌細胞的增殖、浸潤及轉(zhuǎn)移。第二，研究能夠下調(diào)骨膜蛋白表達的分子：Wu等[19]通過siRNA沉默A549細胞株的骨膜蛋白基因，發(fā)現(xiàn)能夠減少腫瘤細胞的增殖、轉(zhuǎn)移，并能增加鉑類化療藥物的敏感性；Sung等[25]發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白通過激活A(yù)Kt通路來增強卵巢癌細胞對鉑類化療藥物的敏感性，并使用AKt拮抗劑證實能增加多種卵巢癌細胞株的化療敏感性。迄今為止，骨膜蛋白單克隆抗體及下調(diào)骨膜蛋白的干擾RNA技術(shù)在NSCLC中的相關(guān)應(yīng)用研究較少，需要更多實驗來證明其有效性。

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