上皮間質轉化與腫瘤微環(huán)境對腫瘤細胞轉移機制的研究進展

曾志華,魯雄兵

(南昌大學第二附屬醫(yī)院泌尿外科,江西南昌 330006)

上皮間質轉化(epitheliai-mesenchyma transition,EMT)是由眾多調節(jié)因子經過各種調節(jié)通路導致上皮細胞特性消失而表達間充質細胞特性的細胞轉化過程。EMT的典型特征是上皮細胞標記物下調，如E-鈣黏蛋白(E-cadherin)、緊密連接(ZO1)、橋粒(desmoplakin)、細胞角蛋白(cytokeratins)、層黏連蛋白(laminin)，同時伴隨間質標記物表達的升高，如N-鈣黏蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(vimentin)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、細胞骨架重組，特別是E-鈣黏蛋白的下調及N-鈣黏蛋白的上調是EMT的標志性特征[1]。EMT是一個動態(tài)的連續(xù)的過程，由于EMT過程導致E-鈣黏蛋白、細胞角蛋白、橋粒等下調及N-鈣黏蛋白、波形蛋白等的表達上調而造成細胞間的緊密連接、縫隙連接破壞，引起上皮細胞間結構松散，同時引起圓形或方形的上皮細胞重塑成梭形間質細胞形態(tài)，獲得運動能力，具備侵襲性。

EMT可分成3型：Ⅰ型與胚胎生長發(fā)育密切相關，在早期胚胎發(fā)育時中胚層形成、神經嵴發(fā)育、心臟瓣膜發(fā)育、次生腭的形成以及男性苗勒管退化，胚胎細胞經過反復的EMT及間質上皮轉化(mesenchyma-epitheliai transition,MET)過程完成器官組織生長發(fā)育；Ⅱ型與組織創(chuàng)傷的修復愈合纖維化密切相關，在組織的創(chuàng)傷及創(chuàng)傷后炎癥期都能夠引發(fā)上皮細胞EMT過程促使組織修復或纖維化[2]；Ⅲ型EMT與腫瘤的生長、侵襲、轉移、耐藥、腫瘤干細胞形成等相關，EMT主要是通過改變轉錄因子調控的基因表達，而進一步改變細胞表型。EMT誘導轉錄因子一般含有：Snail家族(Snail1、Snail2)、ZEB家族(ZEB1、ZEB2)、螺旋-環(huán)-螺旋家族(TWIST1、TWIST2、TCF3)，此外還有PRRX1、YAP1/TAZ、SOX4、miRNAs等[3]。誘導EMT過程與腫瘤細胞所處的微環(huán)境密切相關，而且是腫瘤細胞與非腫瘤細胞共同作用的結果，細胞外多種因素刺激相應信號通路，產生相應的誘導轉錄因子，進而產生相關的基因表型。

1 EMT與腫瘤生長微環(huán)境

近年來EMT的研究為腫瘤的研究開辟了新的途徑，使得對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有了新的認識。下面將從EMT與腫瘤生長微環(huán)境之間的相互關系進行闡述。

1.1 EMT與炎性腫瘤微環(huán)境大多數人類實體腫瘤起源于全身各處上皮細胞。腫瘤與長期慢性炎癥刺激密切相關，并且炎性腫瘤微環(huán)境有助于腫瘤向惡性改變。腫瘤細胞EMT的發(fā)生依賴于微環(huán)境細胞因子及趨化因子參與，在突變最頻繁的腫瘤細胞中發(fā)現RAS基因蛋白，可誘導腫瘤細胞高表達細胞因子及趨化因子，而這種炎性微環(huán)境可誘導激活多種途徑促進腫瘤發(fā)展，包括EMT過程[4-5]。還有研究發(fā)現白介素(interleukiu,IL)-10、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)、IL-1β等細胞因子也可以促進EMT，這些炎癥因子主要是通過核轉錄因子(nuclear factor,NF)-κB信號通路激活EMT[6-7]。近期的一項研究表明EMT過程可以引起IL-6的高表達，而IL-6具有協同促進EMT整個過程的作用[8]。IL-6的高表達給多類致癌因素創(chuàng)造合適的環(huán)境，從而促進腫瘤細胞的發(fā)生、存活、增殖，在多發(fā)性骨髓瘤、非小細胞肺癌、結直腸癌、腎細胞癌、前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌腫瘤微環(huán)境中證實IL-6顯著升高[9]。此外腫瘤微環(huán)境中的炎癥相關細胞(巨噬細胞、嗜中性粒細胞和髓源性抑制細胞)同樣參與腫瘤進展。有研究證實在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌中腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages,TAMs)與腫瘤預后呈負相關，其機制主要是通過轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號途徑激活腫瘤細胞EMT過程，并且TAMs還可以維持腫瘤細胞的間質細胞特性[10-11]。EMT過程有利細胞分泌炎癥因子，同時炎癥因子誘導腫瘤細胞EMT，從而抑制腫瘤細胞凋亡、縮短細胞分裂周期、增強侵襲性。

1.2 EMT與酸性腫瘤微環(huán)境有研究表明腫瘤微環(huán)境的顯著特征就是細胞外酸中毒，酸性微環(huán)境有利于腫瘤的生長、轉移[12]。由于腫瘤代謝中三羧酸循環(huán)被抑制，糖酵解代謝被激活，乳酸產生增多，另一方面腫瘤細胞清除酸的水平較低，這些因素共同造成了實體腫瘤的酸性微環(huán)境[13]。越來越多的證據表明，酸性微環(huán)境促使腫瘤細胞發(fā)生EMT過程，進而增強腫瘤細胞的生長優(yōu)勢和轉移優(yōu)勢。酸性微環(huán)境抑制miR-652轉錄，造成轉錄因子ZEB1的高表達，從而誘導胰腺癌細胞EMT[14]。在一項有關于鼻咽癌體外實驗的研究中發(fā)現，實體腫瘤的酸性微環(huán)境可誘導鼻咽癌5-8F細胞發(fā)生EMT，使腫瘤細胞對紫杉醇更加耐受[15]。在另外一項實驗中發(fā)現得出相似的結論，可明顯觀察到BRAFV600E黑色素瘤細胞在酸性環(huán)境中腫瘤細胞增生活躍、抗凋亡能力增強、對BRAF抑制劑威羅菲尼更加耐受[16]。乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDHA)是糖酵解過程中將丙酮酸轉化為乳酸的最后一個酶，LDHA活性增強促使實體腫瘤內乳酸堆積，使細胞外基質發(fā)生轉化和重構，為腫瘤細胞的生存與轉移創(chuàng)造了一個有利的環(huán)境[17]。此外，酸性環(huán)境可以引起基因突變、染色體異常、基因組不穩(wěn)定性，與腫瘤細胞耐藥也密切相關[18]。在酸性腫瘤微環(huán)境中，各種誘導因子誘導腫瘤細胞發(fā)生EMT過程，可能并不是簡單的經過調整基因的表達而改變代謝途徑，而是通過EMT過程改變基因重新編程，克服當前環(huán)境的局限，為遠處轉移以獲取更多能源做好準備。由EMT誘導的腫瘤細胞代謝途徑的改變，針對性地在新生代謝途徑中的代謝酶設計抑制物，在腫瘤發(fā)生轉移的早期就能抑制腫瘤的生長，為腫瘤的治療提供了一個思路。

1.3 EMT缺氧腫瘤微環(huán)境腫瘤細胞通過無限制的細胞快速分裂實現快速生長，但也造成實體腫瘤內缺氧的微環(huán)境，瘤體內缺氧是實體腫瘤的另一大特征。腫瘤的缺氧微環(huán)境同樣可以促進腫瘤細胞發(fā)生EMT，通過改變原有的能量代謝途徑、調整基因表型、促進腫瘤血管形成等方式適應及改善缺氧環(huán)境。在缺氧的環(huán)境下，瘤體內的缺氧誘導因子1(hypoxia inducible factor-1，HIF1)是誘導腫瘤細胞發(fā)生EMT的重要機制，HIF1誘導激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，以及誘導琥珀酸脫氫酶和延胡索酸水合酶等腫瘤抑制蛋白突變，進而改變原有的代謝途徑[19-20]。腫瘤間質成分促進EMT過程，同時也可以促進腫瘤血管形成，以增加供氧。HIF1激活NF-κB、Nocth等信號通路，刺激血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)生成增加，從而促進血管內皮細胞出芽、伸長、塑形等過程，促進血管形成[21]。TAM等[22]闡述缺氧、低pH、低糖等腫瘤微環(huán)境誘導EMT過程促使腫瘤細胞產生不同的表型。在1999年，MANIOTIS等[23]在研究人眼葡萄膜惡性黑色素瘤時發(fā)現了一種脈管結構，后證實這是具有高侵襲性腫瘤細胞及間質共同構成的一種不同于血管的脈管結構，成為實體腫瘤內功能性循環(huán)的重要組成部分，并將該組織命名為血管生成擬態(tài)，后研究表明血管生成擬態(tài)參與腫瘤細胞轉移、腫瘤耐藥等過程。在缺氧環(huán)境中，HIFs、Twist、CD133、表皮生長因子、泛素特異性蛋白酶等細胞因子通過誘導激活Wnt/β-catenin、VE-cadherin/EphA2/PI3K/MMPs/Laminin-5γ2等信號通路，刺激腫瘤細胞EMT過程進行間質轉化，促進腫瘤細胞重塑成血管內皮細胞形態(tài)，構成功能性脈管結構，促進血管生成擬態(tài)形成[24-25]。

2 EMT與腫瘤轉移

腫瘤細胞轉移一直被認為是惡性腫瘤的特征，并提示預后不良。腫瘤轉移是指惡性腫瘤細胞逃離原發(fā)癌，經血管、淋巴管、體腔定植到其他部位的過程，并且具有重新自我增殖、形成新腫瘤的能力。

在目前，EMT-CTCS-MET轉移模型是被普遍接受的轉移學說，原發(fā)腫瘤細胞經過間質改變導致細胞間連接松散，細胞極性消失，細胞形態(tài)變成梭形細胞，且該細胞具有侵襲性，腫瘤細胞經阿米巴運動方式，侵入血管、淋巴管，到達目的器官后，經過MET過程，重新恢復到原腫瘤細胞形態(tài)，進行自我增殖[26]。腫瘤的缺氧、酸性、炎性微環(huán)境都可以誘導腫瘤細胞發(fā)生EMT并促進轉移。TGF-β通過調控EMT促進腫瘤轉移過程中發(fā)揮重要作用，TGF-β主要是通過Smad與非Smad通路調控EMT過程。TGF-β與絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結合使TGFR2磷酸化，進而激活TGFR1，TGFR1將下游的R-Smads磷酸化，從而形成復合物，誘導EMT過程，導致E-鈣黏蛋白的下調[27]。在非Smad通路中，TGF-β主要是通過Rho家族、PI3K-Akt、MAPK通路調節(jié)EMT，激活Rho等酶后，可誘導肌動蛋白重組及板狀偽足及絲狀偽足的形成[28]，將Akt抑制、E-鈣黏蛋白表達上調，可以逆轉EMT過程[29]。EMT還通過其他途徑誘導腫瘤細胞轉移，MYC基因與Jum結構域結合蛋白-6結合后可促進腫瘤細胞轉移[30]；轉錄因子FOXM1使屬于叉頭轉錄因子家族成員，通過下調金屬蛋白酶家族MMP2和MMP9的活性，促進多種腫瘤侵襲性和轉移特性[31]；另外FOXM1還通過改變腫瘤細胞的代謝途徑間接促進腫瘤細胞的轉移[32]；miRNA在腫瘤的轉移中也扮演重要角色，miR-200f、miR-205、miR-34f等下調可促進鋅指蛋白(ZEB1/ZEB2)高表達，進而誘導腫瘤細胞間質轉換，促進腫瘤轉移[33]。

在EMT-CTCs-MET轉移模式提出后，有研究者提出不同的疑問。目前研究EMT與腫瘤轉移得到的證據均來自體外實驗，在體內的EMT具體過程尚不清楚[34]。在研究腫瘤轉移過程的實驗中，一般是通過研究間接推斷腫瘤轉移，而沒有直接證據觀察到腫瘤細胞的EMT-CTCs-MET整個級聯過程，而且EMT過程難以量化、復雜的生物分子參與、具備時間及空間特異性，這些都是對目前腫瘤轉移分子模式提出的質疑[35]。在一項有關乳腺癌患者的研究中，在術前未提示轉移的乳腺癌患者手術切除1年后出現其他器官轉移病灶，臨床上具有4%～5%腫瘤患者在未發(fā)現原發(fā)腫瘤病灶而出現其他部位轉移的情況，有些研究者提出轉移可能發(fā)生在原發(fā)腫瘤形成之前[36]。另外，有研究者對EMT利于腫瘤轉移提出質疑。在一項研究肺癌轉移小鼠模型中發(fā)現，追蹤被標記已表達EMT標志物的腫瘤細胞(成纖維細胞特異性蛋白-1和波形蛋白被標記)，而在轉移瘤中并未發(fā)現存在被標記的細胞[37]；在另一項研究中發(fā)現，在胰腺導管性腺癌小鼠模型中，特異性減少誘導EMT的關鍵分子Snai1和Twist1，結果發(fā)現并沒有對腫瘤轉移產生很大影響[38]。就目前研究證據而言，轉移機制尚還需進一步研究，尚存在很多爭議。

3 EMT、腫瘤微環(huán)境及腫瘤細胞轉移之間的關系

實體腫瘤的形成受眾多因素的影響，長期不良因素的慢性刺激、基因突變、基因表型改變、腫瘤細胞免疫逃逸都可以促使腫瘤細胞的形成，此外腫瘤細胞生長的微環(huán)境對腫瘤細胞的形成及存活至關重要。細胞外的炎性、缺氧、酸性環(huán)境中的相關細胞因子可促使腫瘤細胞發(fā)生間質改變，而這種改變利于腫瘤細胞，發(fā)生EMT的細胞將更加具有侵襲性的特點，這種侵襲性是腫瘤細胞轉移的基礎。在體外實驗中，細胞劃痕實驗提示炎性環(huán)境中發(fā)生EMT的細胞可促使劃痕短時間內愈合；而在體內實驗中，上皮細胞腫瘤是不具侵襲性，缺氧及酸性環(huán)境中促使上皮腫瘤細胞發(fā)生EMT改變，這種改變可使腫瘤細胞向遠處轉移。EMT、腫瘤微環(huán)境及腫瘤細胞轉移三者相互作用、相互影響。

4 總 結

基礎生物學與轉化生物學的飛速發(fā)展使我們對腫瘤研究更加深入、更加全面，從而推進抗腫瘤藥物的研發(fā)。雖然腫瘤細胞存在不同階段、不同的形態(tài)、處在不同的環(huán)境中，但是EMT關聯腫瘤細胞的侵襲、復發(fā)、轉移、耐藥、CSCs形成、血管生成等各個過程中，則EMT分子機制的研究對腫瘤治療意義重大。在實體腫瘤中，由于腫瘤細胞的生長方式與非腫瘤細胞有明顯差異，造成腫瘤細胞不同的生長微環(huán)境，腫瘤細胞誘導EMT則是為了適應各種環(huán)境?？偟膩碚f，腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲性生長、轉移、耐藥、復發(fā)過程十分復雜，更加深入的研究必將面對很多困難，但隨著腫瘤研究的多學科發(fā)展，將會促進腫瘤治療更為經濟、高效、實用。