初級(jí)纖毛在常見皮膚腫瘤中的研究進(jìn)展

楊京潤 鄭力強(qiáng) 黃敏 巴偉 李承新

解放軍總醫(yī)院皮膚科，北京 100853

初級(jí)纖毛（primary cilia）是一種高度保守非擺動(dòng)型的特殊細(xì)胞器，它存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中，并長期被認(rèn)為是退化的器官［1］。但后來發(fā)現(xiàn)初級(jí)纖毛可影響細(xì)胞中心體形成紡錘體的過程，從而阻滯細(xì)胞周期，抑制細(xì)胞增殖［2］。近來研究又發(fā)現(xiàn)，初級(jí)纖毛不僅是多個(gè)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路相關(guān)的重要的結(jié)構(gòu)部位，而且還能直接與腫瘤細(xì)胞自噬共同影響腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移［3］。初級(jí)纖毛對(duì)正常胚胎發(fā)育起著重要作用，維持各器官的正常生理功能，其異常表達(dá)或功能障礙與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生與發(fā)展關(guān)系密切。

一、初級(jí)纖毛的組成與結(jié)構(gòu)

1.基本組成：初級(jí)纖毛是一種突出于細(xì)胞表面、主要由微管組成的非運(yùn)動(dòng)型“天線樣”亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)化上高度保守［4-5］。主要由基于微管結(jié)構(gòu)來源的軸絲、基體和外包纖毛膜構(gòu)成。軸絲為由9 個(gè)平行的微管雙聯(lián)體組成的“9+0”環(huán)形結(jié)構(gòu)，有別于運(yùn)動(dòng)型纖毛中央微管對(duì)所形成的“9+2”結(jié)構(gòu)。微管蛋白翻譯后可經(jīng)過多種修飾，包括乙?；?、谷氨?；透拾滨；?，這些修飾有助于調(diào)節(jié)和維持纖毛結(jié)構(gòu)。因此，針對(duì)這些修飾微管蛋白的抗體與識(shí)別中心體蛋白的抗體聯(lián)合使用，可以高度特異性鑒定初級(jí)纖毛數(shù)量和功能［6］。

2.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：由于初級(jí)纖毛來源于細(xì)胞胞體，缺乏蛋白質(zhì)合成細(xì)胞器，其形成和維持所需的相關(guān)蛋白分子必須由胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)而來。纖毛內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（IFT）復(fù)合體在該雙向運(yùn)輸過程中發(fā)揮著重要作用，該復(fù)合體由IFT-A和IFT-B兩種結(jié)構(gòu)和功能不同的復(fù)合體構(gòu)成，其中IFT-B蛋白主要參與從胞質(zhì)到初級(jí)纖毛頂端的順向運(yùn)輸，而IFT-A 主要負(fù)責(zé)從初級(jí)纖毛頂端向胞質(zhì)的逆向運(yùn)輸［7-8］。IFT復(fù)合體的雙向運(yùn)輸分別由驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）和動(dòng)力蛋白（dynein）驅(qū)動(dòng)，使其能夠沿著微管運(yùn)動(dòng)［2］（圖1）。

IFT 復(fù)合體與驅(qū)動(dòng)蛋白和動(dòng)力蛋白不僅為初級(jí)纖毛內(nèi)部蛋白運(yùn)輸提供驅(qū)動(dòng)力，而且還是維持初級(jí)纖毛結(jié)構(gòu)和功能必不可少的分子。在低等生物和小鼠中敲除或者基因突變動(dòng)力蛋白2 的組分，可導(dǎo)致初級(jí)纖毛變短或者功能不全，由于逆向運(yùn)輸障礙導(dǎo)致IFT 分子積累而使初級(jí)纖毛腫脹［7］。增強(qiáng)IFT-B 的表達(dá)能夠延長初級(jí)纖毛長度，而敲除IFT-B 復(fù)合體的某些成分可使初級(jí)纖毛長度變短或缺失［9］。

圖1 初級(jí)纖毛的基本結(jié)構(gòu)：主要由軸絲、基體和外包纖毛膜構(gòu)成，纖毛內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（IFT）-B主要參與從胞質(zhì)到初級(jí)纖毛頂端的順向運(yùn)輸，而IFT-A 主要負(fù)責(zé)從初級(jí)纖毛頂端向胞質(zhì)的逆向運(yùn)輸。IFT復(fù)合體的雙向運(yùn)輸分別由驅(qū)動(dòng)蛋白和動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)

3.初級(jí)纖毛是多個(gè)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的重要結(jié)構(gòu)：大量研究證實(shí)，初級(jí)纖毛不僅是機(jī)械感覺器和化學(xué)傳感器，還是一個(gè)整合多種細(xì)胞生長和發(fā)育信號(hào)的傳導(dǎo)通路，參與和調(diào)控多個(gè)信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括 Hedgehog（Hh）、Wnt、PDGFR、Notch和轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）等相關(guān)信號(hào)通路，與腫瘤的的發(fā)生發(fā)展、增殖和侵襲等過程密切相關(guān)［10］。例如，Hedgehog 信號(hào)通路的活化很大程度上取決于纖毛功能。在缺乏Hh 配體時(shí)，patched1 受體定位于纖毛基底部，阻止smoothened（SMO）分子進(jìn)入纖毛，位于纖毛基底部的動(dòng)力蛋白Kif7 與Gli 轉(zhuǎn)錄因子及Hh 通路中其他成分，如信號(hào)通路的抑制因子suppressor of fused 形成復(fù)合體，與轉(zhuǎn)錄因子Gli1、Gli2 和Gli3 在纖毛內(nèi)相互作用，產(chǎn)生抑制型的轉(zhuǎn)錄因子GliR，抑制核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄。當(dāng)Hh 結(jié)合配體patched1后，釋放smoothened 并使其轉(zhuǎn)位至纖毛，解除suppressor of fused（Sufu）蛋白對(duì)信號(hào)通路的抑制，促進(jìn)Gli在纖毛頂端積聚，產(chǎn)生活化型轉(zhuǎn)錄因子GliA（Gli activator），隨后GliA通過動(dòng)力蛋白和IFT 從纖毛進(jìn)入胞質(zhì)，再入核激活Hedgehog 信號(hào)通路［10］。在Hh依賴的基底細(xì)胞癌小鼠模型中，選擇性敲除小鼠中KIF3a 或IFT88 這兩個(gè)促進(jìn)纖毛生成所必需的蛋白，可明顯抑制腫瘤的生成［11］。

二、初級(jí)纖毛可調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲

1.初級(jí)纖毛與腫瘤細(xì)胞增殖：研究發(fā)現(xiàn)，初級(jí)纖毛能夠阻滯細(xì)胞周期，抑制細(xì)胞增殖。眾多研究發(fā)現(xiàn)，初級(jí)纖毛的形成始于基體，成熟中心體轉(zhuǎn)化為基體，然后自基體組裝軸絲。這一組裝過程與細(xì)胞周期密切相關(guān)。在大多數(shù)細(xì)胞中初級(jí)纖毛的組裝開始于細(xì)胞周期的靜止期（G0期），解聚則始于S 或M 期［12］。在初級(jí)纖毛組裝前，中心體可作為S/G2期中的復(fù)制模板，并在有絲分裂時(shí)形成紡錘體的兩極。由于中心體相對(duì)固定在纖毛膜頂端的下方，在細(xì)胞有絲分裂前初級(jí)纖毛必須解聚以釋放捕獲的中心體，促進(jìn)紡錘體的形成，以使細(xì)胞進(jìn)入S或M期。因此，纖毛的存在可延長G0期細(xì)胞進(jìn)入S 期的時(shí)間，阻滯細(xì)胞于G0/G1 期，從而抑制細(xì)胞增殖［12］。

在乳腺癌［13］、黑素瘤［14］、卵巢癌［15］、腎癌［16］、前列腺癌［17］等多種腫瘤細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)初級(jí)纖毛形成減少，特別是在膽管癌中［18］，HDAC6（histone deacetylase 6）過度表達(dá)可使纖毛生成減少，促進(jìn)細(xì)胞增殖。相反，強(qiáng)制性促進(jìn)初級(jí)纖毛的生成則導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯［19］，抑制細(xì)胞增殖［20］。shRNA 敲低或藥物抑制HDAC6 表達(dá)能促進(jìn)纖毛表達(dá)，抑制細(xì)胞增殖［18］。

2.初級(jí)纖毛可通過調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)部分腫瘤細(xì)胞侵襲：初級(jí)纖毛在不同腫瘤中所發(fā)揮的作用是不同的，在有的腫瘤中初級(jí)纖毛的數(shù)量與腫瘤的惡性程度呈負(fù)相關(guān)（如黑素瘤）。但在另一些腫瘤中，初級(jí)纖毛可顯著促進(jìn)部分腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移。如，在胰腺、肺、結(jié)腸的腫瘤和淋巴瘤中，與正常組織相比，初級(jí)纖毛陽性表達(dá)率增加，而且存在結(jié)構(gòu)異常，表現(xiàn)為軸絲的伸長，出現(xiàn)多個(gè)基體和軸絲的分支［6］。在宮頸癌HeLa 細(xì)胞、人MG63 骨肉瘤細(xì)胞、小鼠NIH3T3 成纖維細(xì)胞和MC3T3-E1 前成骨細(xì)胞系中，經(jīng)饑餓處理后初級(jí)纖毛形成明顯增加［21］。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，初級(jí)纖毛與腫瘤侵襲相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子ZEB1 表達(dá)均升高［22］。另外，Hh 通路抑制劑-4可通過干擾人軟骨肉瘤中Hh通路調(diào)控初級(jí)纖毛生成，抑制初級(jí)纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白IFT88的表達(dá)，顯著降低人軟骨肉瘤細(xì)胞的侵襲和遷移能力［23］。不僅如此，Gencer等［24］研究表明，TGF-β 與其受體結(jié)合后，在初級(jí)纖毛內(nèi)聚集，促進(jìn)腫瘤遷移相關(guān)蛋白的表達(dá)，而神經(jīng)酰胺通過與TGF-β 受體的抑制因子 Smad7 結(jié)合，阻止 TGF-β 受體在初級(jí)纖毛聚集，阻止細(xì)胞遷移。在轉(zhuǎn)移性頭頸鱗狀細(xì)胞癌和腎細(xì)胞癌等腫瘤組織中神經(jīng)酰胺水平顯著下降，容易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，可見初級(jí)纖毛是神經(jīng)酰胺抑制腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的核心。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，初級(jí)纖毛可調(diào)控PDGFRa和EG-VEGF信號(hào)，分別促進(jìn)成纖維細(xì)胞的遷移［25］及子宮內(nèi)膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲［26］。

與之相反的是，在黑素瘤中，侵襲性的黑素瘤與轉(zhuǎn)移性的黑素瘤中初級(jí)纖毛表達(dá)幾乎消失。且在結(jié)構(gòu)不良痣組織中，惡性結(jié)構(gòu)不良痣與良性結(jié)構(gòu)不良痣相比，初級(jí)纖毛的表達(dá)量顯著降低，也就是說初級(jí)纖毛與結(jié)構(gòu)不良痣的惡性程度負(fù)相關(guān)。

3.自噬在初級(jí)纖毛促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲中的作用：自噬作為細(xì)胞內(nèi)降解的途徑，通過與溶酶體的融合，清除異常的蛋白質(zhì)及衰老受損的細(xì)胞器，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。已有大量研究證實(shí)，自噬在腫瘤的發(fā)生發(fā)展和侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，而初級(jí)纖毛又與自噬有著密切的聯(lián)系［27］。

不同條件的自噬對(duì)初級(jí)纖毛的影響不同。營養(yǎng)充足情況下發(fā)生的基礎(chǔ)自噬可降解IFT20，阻止初級(jí)纖毛持續(xù)生長［9］。而饑餓誘導(dǎo)的自噬則選擇性降解纖毛生成抑制因子OFD1，從而明顯促進(jìn)初級(jí)纖毛生長［27-28］。上調(diào)自噬通路負(fù)調(diào)控因子mTOR 的活性抑制自噬，可明顯降低初級(jí)纖毛的長度［3］。同時(shí)，饑餓誘導(dǎo)自噬小體的形成也依賴于初級(jí)纖毛的存在。Pampliega 等［27］發(fā)現(xiàn)，饑餓條件下，敲除或下調(diào)IFT88或IFT20的表達(dá)不僅使初級(jí)纖毛形成障礙，同時(shí)也抑制了饑餓誘導(dǎo)的自噬。

三、在皮膚腫瘤中的研究進(jìn)展

1.初級(jí)纖毛與黑素瘤：Kim等［14］于2014年提出，初級(jí)纖毛可以作為黑素瘤的組織生物標(biāo)記物，他們發(fā)現(xiàn)，在惡性黑素瘤細(xì)胞中初級(jí)纖毛的表達(dá)量較良性痣細(xì)胞明顯下降。Lang 等［29］近期研究發(fā)現(xiàn)，在侵襲性黑素瘤與轉(zhuǎn)移性黑素瘤中初級(jí)纖毛表達(dá)幾乎消失，更重要的是，在19 例結(jié)構(gòu)不良痣（dysplastic nevi）組織中，惡性結(jié)構(gòu)不良痣與良性結(jié)構(gòu)不良痣相比，初級(jí)纖毛的表達(dá)量顯著降低，表明初級(jí)纖毛與結(jié)構(gòu)不良痣惡性程度呈負(fù)相關(guān)，初級(jí)纖毛的結(jié)構(gòu)與功能改變?cè)诤谒亓霭l(fā)生和發(fā)展的過程起重要作用。

2.初級(jí)纖毛與基底細(xì)胞癌（BCC）：BCC 的發(fā)生與表皮角質(zhì)形成細(xì)胞中Hedgehog（Hh）途徑的失調(diào)密切相關(guān)［30］。突變初級(jí)纖毛形成必須基因Kif3A 或Ift88 后會(huì)明顯抑制Smoothened 通路所轉(zhuǎn)錄的 BCC，促進(jìn) Gli2 通路的激活［11］。Inturned（INTU）是一種纖毛和平面極性效應(yīng)器（CPLANE），在皮膚組織纖毛形態(tài)與功能形成過程中發(fā)揮重要功能。Yang 等［31］發(fā)現(xiàn)，INTU 基因的表達(dá)在人類BCC 中異常升高，這與初級(jí)纖毛的增加和Hedgehog（Hh）信號(hào)通路的活化是一致的。在致癌突變Smo（SmoM2）驅(qū)動(dòng)的BCC 小鼠模型中，敲低INTU 可以通過抑制初級(jí)纖毛形成和Hh 信號(hào)傳導(dǎo)來阻止 BCC 的形成，表明 INTU 對(duì) BCC 形成有促進(jìn)作用［31］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，INTU 是纖毛運(yùn)輸?shù)鞍讖?fù)合體IFT-A 的必備組合因子之一，并且INTU可以直接激活Gil2上游從而促進(jìn)BCC發(fā)展。但過表達(dá)INTU并不促進(jìn)初級(jí)纖毛與Hh信號(hào)通路傳導(dǎo)［31］。以上結(jié)果提示，INTU可能通過調(diào)控初級(jí)纖毛的形成從而影響B(tài)CC的進(jìn)展。

3.初級(jí)纖毛與鱗狀細(xì)胞癌（鱗癌）：以往研究顯示，皮膚鱗癌與 Rab 家族成員小 GTP 酶之一的 Rab23 關(guān)系密切［32］。有報(bào)道顯示，Rab23 能夠引起鱗癌細(xì)胞Sa3細(xì)胞G1期阻滯，顯著抑制Sa3細(xì)胞的增殖［33］。不僅如此，Rab23還可以通過調(diào)控Rac1 促進(jìn)鱗癌侵襲［34］。眾所周知，Rab23 主要功能是參與調(diào)控細(xì)胞膜及重要生物活性物質(zhì)的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)，近期研究發(fā)現(xiàn)，Rab23-GTP形式的表達(dá)可增加細(xì)胞初級(jí)纖毛長度，而Rab23-GDP形式則抑制初級(jí)纖毛生成和長度［35-36］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Rab23 調(diào)控初級(jí)纖毛形成與轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力蛋白KIF17密切相關(guān)。免疫共沉淀表明，Rab23與KIF17、核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白β2（importinβ2，一種 KIF17 纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)載體）以復(fù)合體形式存在，敲除Rab23 后初級(jí)纖毛中則無KIF17，表明KIF17 需要與Rab23 等結(jié)合共同促進(jìn)初級(jí)纖毛的生成［36］。這些結(jié)果高度提示，初級(jí)纖毛極有可能在Rab23 調(diào)控鱗癌細(xì)胞的增殖與侵襲中扮演重要角色。

四、結(jié)語

皮膚腫瘤的發(fā)生是一種極復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象與很多因素有關(guān)，包括多條信號(hào)通路的共同作用以及細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的改變。皮膚信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生平臺(tái)的異?？稍斐杉?xì)胞異常增殖?，F(xiàn)如今，初級(jí)纖毛結(jié)構(gòu)功能的異常與多種皮膚腫瘤之間的關(guān)聯(lián)得到廣泛認(rèn)同。隨著人們對(duì)初級(jí)纖毛的深入了解，科學(xué)家們對(duì)于初級(jí)纖毛的結(jié)構(gòu)及其功能，與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及腫瘤發(fā)育發(fā)展的關(guān)系又有了新的認(rèn)識(shí)。這些新的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)對(duì)推動(dòng)初級(jí)纖毛與皮膚腫瘤關(guān)系的進(jìn)一步研究具有積極意義，并將為皮膚腫瘤的干預(yù)和治療提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突