腫瘤細(xì)胞擠出分子機(jī)制的研究進(jìn)展

李慶

(石家莊市中醫(yī)院，石家莊050051)

惡性腫瘤已成為人類第一死因，而腫瘤轉(zhuǎn)移是患者的主要死因。因此探討腫瘤細(xì)胞遷移的機(jī)制對制訂有針對性的治療措施有重要意義。腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的第一步是從上皮細(xì)胞層侵入周圍組織，迄今為止尚不清楚腫瘤細(xì)胞如何從原發(fā)上皮組織逃逸并散播到人體的其他組織。目前的研究手段很難直接追蹤腫瘤細(xì)胞從上皮組織侵入的過程，因此對驅(qū)動這個過程的機(jī)制也知之甚少。有研究推測腫瘤細(xì)胞離開上皮細(xì)胞層是通過擠出的方式完成的。極化上皮細(xì)胞作為人體的第一道屏障，防御外來病原體及毒素的傷害。由于細(xì)胞不斷分化，上皮細(xì)胞層變得擁擠，為了平衡細(xì)胞數(shù)量，一些細(xì)胞通過周圍細(xì)胞的協(xié)調(diào)收縮，無縫隙地從細(xì)胞層的頂端被擠出而進(jìn)入體腔。由于體腔缺乏基質(zhì)和生存信號的支持，細(xì)胞將失巢凋亡(脫離錨定后的程序化死亡)[1]。正常上皮細(xì)胞層通過擠出方式得以更新，并抑制腫瘤發(fā)生。突變的腫瘤細(xì)胞可通過上調(diào)自身生存信號或遷移信號，不遵循正常的頂端擠出方式，而從基底端擠出，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，侵入基底膜，轉(zhuǎn)移到其他位置。本文闡述正常上皮細(xì)胞擠出的分子機(jī)制，對比分析腫瘤細(xì)胞從上皮細(xì)胞層異常擠出而侵入的機(jī)制。

1 上皮細(xì)胞擠出的機(jī)制

目前對上皮細(xì)胞擠出的機(jī)制了解的很少。當(dāng)正常上皮細(xì)胞層擁擠程度超過正常的1.6～1.8倍時，細(xì)胞分泌1-磷酸神經(jīng)鞘氨醇(S1P)，與周圍細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體2(S1P2)結(jié)合后[2]，在其周圍(與周圍鄰近細(xì)胞的交界面)可刺激肌動蛋白-肌球蛋白環(huán)的形成[3]，環(huán)收縮，擠壓細(xì)胞移出上皮細(xì)胞層，留下的潛在縫隙同時閉合。推測S1P的激活與機(jī)械敏感性離子通道1觸發(fā)的鈣離子電流有關(guān)[1]。其他原因如藥物[4]、毒素、病原體等的刺激導(dǎo)致上皮細(xì)胞凋亡，上皮細(xì)胞也通過S1P信號通路被擠出，推測此路徑與半胱天冬酶有關(guān)[5]。

正常狀態(tài)下，上皮細(xì)胞從頂端擠出，某些情況下也從基底端擠出。擠出的方向取決于周圍細(xì)胞肌動蛋白-肌球蛋白環(huán)收縮的位置[6]。周圍細(xì)胞肌動蛋白-肌球蛋白環(huán)在基底部收縮，上皮細(xì)胞從頂端擠出；周圍細(xì)胞肌動蛋白-肌球蛋白環(huán)在基底端收縮，上皮細(xì)胞則從基底端擠出。部分腫瘤細(xì)胞從頂端擠出，到體腔后可排出體外，未排出者雖有致癌性，但并不具有侵入性。部分正常細(xì)胞也可從基底端擠出后留于組織內(nèi)，如在神經(jīng)發(fā)育過程中，成神經(jīng)細(xì)胞可通過從基底端擠出，從上皮層去分化后，進(jìn)而分化為新的細(xì)胞類型[7]。

研究顯示，細(xì)胞從頂端擠出可能由兩個信號通路主導(dǎo)。S1P-S1P2通路及微管動力運(yùn)輸系統(tǒng)。S1P與S1P2結(jié)合后，可激活三磷酸鳥苷結(jié)合蛋白(Rho)，后者可調(diào)節(jié)肌動蛋白-肌球蛋白的收縮。在頂端擠出過程中，運(yùn)輸鳥苷酸釋放因子1(可活化的Rho)的微管重新調(diào)整，集中分布于擠出細(xì)胞與周圍毗鄰細(xì)胞交界面的基底外側(cè)部。擠出細(xì)胞內(nèi)的重整微管可抑制毗鄰細(xì)胞基底外側(cè)部S1P的活性，同時毗鄰細(xì)胞內(nèi)的重整微管可增強(qiáng)擠出細(xì)胞基底外側(cè)部Rho介導(dǎo)的肌動蛋白-肌球蛋白的收縮力，于是擠出細(xì)胞基底部的收縮力不斷加強(qiáng)，驅(qū)動細(xì)胞從頂端擠出[6]。有研究顯示，微管重整分布于基底外側(cè)部僅發(fā)生在擠出細(xì)胞內(nèi)[8]。當(dāng)腫瘤細(xì)胞有結(jié)腸腺瘤樣息肉蛋白基因(APC)突變時，微管動力功能崩潰，擠出細(xì)胞及毗鄰細(xì)胞的肌動蛋白-肌球蛋白收縮活動變?yōu)樽灾魇湛s，細(xì)胞與細(xì)胞間交界面的頂端收縮會先于基底端收縮[5]，驅(qū)動細(xì)胞從基底端擠出。目前對控制頂端收縮的機(jī)制研究較少，是否有其他分子通路介導(dǎo)尚不清楚。

2 腫瘤細(xì)胞擠出的機(jī)制

80%的結(jié)直腸癌及部分乳腺癌、前列腺癌患者存在APC基因突變[9]。正常APC蛋白有微管及F-肌動蛋白結(jié)合區(qū)，可調(diào)節(jié)微管-肌動蛋白偶聯(lián)的收縮，驅(qū)動細(xì)胞從頂端擠出[10]。當(dāng)APC基因有截短突變時，表達(dá)的蛋白為截短蛋白，缺乏羧基末端，不能與微管及F-肌動蛋白結(jié)合，頂端擠出的收縮受阻，細(xì)胞改從基底端擠出[11]。另外，突變的APC還可通過上調(diào)分泌蛋白信號通路[12]，促進(jìn)細(xì)胞增殖，進(jìn)一步侵入基底膜和其他組織。部分侵襲性強(qiáng)的腫瘤，(胰腺癌、直腸癌、肺癌等)均有KRAS基因突變[13]。KRAS激活后，可降解S1P，并下調(diào)S1P2的表達(dá)，從而抑制S1P-S1P2通路，細(xì)胞頂端擠出受阻，轉(zhuǎn)為從基底端擠出。S1P的降解來自細(xì)胞內(nèi)自噬[14]。激活的KRAS導(dǎo)致細(xì)胞持續(xù)增殖，增殖過程中激活自噬通路用來保護(hù)線粒體的功能，或通過蛋白質(zhì)降解，補(bǔ)充腫瘤細(xì)胞代謝過程中所需的代謝底物[15]。有研究顯示，用自噬抑制劑氯喹治療胰腺癌小鼠，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞從頂端擠出，并防止腫瘤細(xì)胞侵入。除APC、KRAS通路，還有其他通路與細(xì)胞擠出有關(guān)[16]?；淄鈧?cè)盤狀蛋白(Scribble)同源體[17]、幼蟲巨大致死蛋白同源體、成蟲幼蟲巨大盤蛋白同源體，三者構(gòu)成Scribble復(fù)合體蛋白同源體及分離缺陷蛋白6與α蛋白激酶C的復(fù)合體均為上皮細(xì)胞極性蛋白，其基因突變與腫瘤細(xì)胞侵入與轉(zhuǎn)移有關(guān)。推測細(xì)胞極化崩潰可導(dǎo)致細(xì)胞從任意方向擠出，向基底端擠出的概率也將增加。研究顯示，當(dāng)細(xì)胞頂端擠出受限而無其他分子通路再促進(jìn)頂端擠出時，細(xì)胞通過自主收縮可從基底端擠出[18]。推測原因可能為Rho蛋白的超活化[19]。由于絕大多數(shù)肌動蛋白及肌球蛋白Ⅱ分布于上皮細(xì)胞與細(xì)胞間連接處的頂端，僅僅激活Rho蛋白就可驅(qū)動細(xì)胞從頂端收縮，從基底端擠出。另外，細(xì)胞變軟以及細(xì)胞與細(xì)胞間(或細(xì)胞與基質(zhì)間)黏附變?nèi)跻泊龠M(jìn)細(xì)胞被擠出。有研究顯示，當(dāng)乳腺腫瘤細(xì)胞比其周圍腫瘤細(xì)胞或正常組織較軟時，其遷移性增強(qiáng)，易被擠出[20]。另有研究顯示，鈣黏附蛋白E(E-cadherin)低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞，與周圍其他細(xì)胞間的黏附降低，也易被擠出[21]。雖然以上并不能確定細(xì)胞從哪個方向擠出，但一旦經(jīng)典的擠出通路缺失，腫瘤細(xì)胞更易從基底端擠出[22]。

腫瘤細(xì)胞從基底端擠出后，通過基底膜，侵入基質(zhì)層。目前研究認(rèn)為腫瘤細(xì)胞以兩種方式侵入基質(zhì)。第一種方式為單細(xì)胞侵入，在此過程中腫瘤細(xì)胞由上皮細(xì)胞表型向間質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換(EMT)[23]。上皮源性的腫瘤細(xì)胞通過降低E-cadherin表達(dá)和增加金屬蛋白酶降解基質(zhì)表達(dá)[24]，轉(zhuǎn)換為間質(zhì)細(xì)胞類型，以此增強(qiáng)其在機(jī)體其他組織中的生存及不斷繁殖能力。EMT可刺激腫瘤細(xì)胞去分化而有干細(xì)胞特征，使其轉(zhuǎn)為上皮細(xì)胞表型，方便生長轉(zhuǎn)移。研究顯示，部分惡性程度較高的腫瘤細(xì)胞高表達(dá)鋅指轉(zhuǎn)錄因子蛋白同源體1、2及螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子、鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒蛋白1、2可誘導(dǎo)EMT形成[25]，并下調(diào)E-cadherin的表達(dá)[26]，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵入。第二種方式為多細(xì)胞集體侵入[27]。在此過程中腫瘤細(xì)胞仍然表達(dá)E-cadherin，多個細(xì)胞黏附成堆遷移入侵。集體遷移過程中腫瘤細(xì)胞保持高分化，很少去分化，仍具有上皮細(xì)胞特征，不具有間質(zhì)細(xì)胞表型。入侵過程中腫瘤細(xì)胞也高表達(dá)蛋白酶降解基質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞以第二種方式入侵，常有HRAS及KRAS基因突變[28]。腫瘤以哪種方式入侵或與其面對的基質(zhì)或組織類型有關(guān)[29]。

有研究顯示，常有腫瘤(胰腺癌、肺癌、直腸癌)細(xì)胞從遠(yuǎn)離原發(fā)腫瘤細(xì)胞群的位置被擠出，這類腫瘤細(xì)胞惡性程度高[30]，侵蝕力強(qiáng)。推測原因可能為腫瘤細(xì)胞不斷生長，自身已失去上皮細(xì)胞的功能，周圍細(xì)胞也喪失對其的壓縮力所致。腫瘤細(xì)胞侵入基底膜后，將進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，隨后從循環(huán)系統(tǒng)溢出，不斷生長并在遠(yuǎn)離原發(fā)位置的各個組織建立微轉(zhuǎn)移，此時有效形成全身轉(zhuǎn)移。可以看出，在腫瘤細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)前，分析其擠出的方式及侵入基底膜的機(jī)制，對探討腫瘤轉(zhuǎn)移有重要意義。

目前，對腫瘤細(xì)胞擠出機(jī)制的了解較少。正常上皮細(xì)胞從頂端擠出由S1P-S1P2通路及微管動力運(yùn)輸系統(tǒng)兩個信號通路主導(dǎo);當(dāng)腫瘤細(xì)胞有KRAS基因突變或APC基因突變或時，S1P-S1P2通路受抑制，微管動力功能崩潰，其從頂端擠出受阻，轉(zhuǎn)為從基底端擠出，進(jìn)而通過基底膜，通過EMT轉(zhuǎn)換侵入基質(zhì)層，轉(zhuǎn)入其他遠(yuǎn)隔位置。未來的研究方向應(yīng)確定是否其他通路(如誘導(dǎo)EMT形成的鋅指轉(zhuǎn)錄因子蛋白同源體1、2及鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒蛋白1、2)也介導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞從基底端的擠出。