Versican蛋白在腫瘤微環(huán)境中的生物學(xué)作用及應(yīng)用研究進(jìn)展*

常文婧，權(quán)文強，李冬(同濟大學(xué)附屬同濟醫(yī)院檢驗科，上海 200065)

目前，惡性腫瘤是當(dāng)今世界上威脅人類健康，導(dǎo)致人類死亡常見的疾病之一。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展不僅取決于腫瘤細(xì)胞的遺傳改變，也取決于基質(zhì)、血管、浸潤炎癥細(xì)胞等腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)的改變。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)作為腫瘤微環(huán)境的重要組分，發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用。Versican蛋白是一種大分子量的硫酸軟骨素蛋白多糖，屬于外源凝集素(lectican)蛋白聚糖家族,是ECM的重要成分。研究表明，Versican蛋白通過與整合素和整合素受體以及與細(xì)胞表面相關(guān)的其他ECM成分結(jié)合，并與腫瘤微環(huán)境中的各類細(xì)胞相互作用，參與腫瘤細(xì)胞的黏附、增殖、遷移和血管生成[1]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，Versican蛋白在惡性腫瘤的轉(zhuǎn)化和進(jìn)展中也發(fā)揮重要作用，在多種惡性腫瘤中Versican蛋白的表達(dá)增加，且與癌癥復(fù)發(fā)和患者不良預(yù)后有關(guān)[2]。

1 Versican蛋白概述

Versican蛋白由位于人類基因組中的5q12-14號染色體上的VCAN基因編碼，VCAN基因包括15個外顯子，長度約為(9～10)×104bp。Versican蛋白主要由肽鏈N端的G1結(jié)構(gòu)域、C端的G3結(jié)構(gòu)域以及連接G1和G3的硫酸軟骨素(chondroitinsulfate, CS)鏈組成。G1結(jié)構(gòu)域包含了1個免疫球蛋白(Ig)樣模體以及2個可結(jié)合透明質(zhì)酸的蛋白多糖重復(fù)序列(HABR)。C3結(jié)構(gòu)域包括2個類表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)樣重復(fù)序列、1個凝集素樣碳水化合物識別區(qū)域(carbohydrate recognition domain, CRD)和1個補體結(jié)合蛋白(complement binding protein, CBP)樣模體。Versican蛋白中間區(qū)的糖胺聚糖(glycosaminoglycan, GAG)是硫酸軟骨素(CS)側(cè)鏈附著區(qū)[3]。由于編碼GAG鏈結(jié)合區(qū)域的mRNA的可變剪切，Versican至少有5種亞體，分別為：V0、V1、V2、V3和V4。這5種亞體的GAG可參與調(diào)節(jié)不同細(xì)胞類型分化、遷移、黏附、增殖、凋亡、遷移、侵襲、組織穩(wěn)定和炎癥等過程，在組織穩(wěn)態(tài)和疾病進(jìn)展的變化過程中發(fā)揮重要作用，而CS鏈則不發(fā)揮主要的生物學(xué)作用。

在不同的細(xì)胞類型和離散的微環(huán)境中，產(chǎn)生的Versican異構(gòu)體種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表明該蛋白質(zhì)的功能多樣性，且大量構(gòu)成Versican核心蛋白結(jié)構(gòu)的成分也提供了大量的配體。Versican可與透明質(zhì)酸、腓骨蛋白-1、腓骨蛋白-2、肌原纖維蛋白-1、纖維連接蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、肌糖蛋白-R、肌糖蛋白-C等細(xì)胞基質(zhì)成分結(jié)合并相互作用，此外，Versican還可與選擇素、趨化因子、CD44、整合素等的細(xì)胞表面成分相互作用。透明質(zhì)酸和透明質(zhì)酸蛋白聚糖連接蛋白(hyaluronan and proteoglycan link protein 1, HAPLN-1)可在G1結(jié)構(gòu)域的2個HABR的參與下結(jié)合形成穩(wěn)定的多聚體，或通過與透明質(zhì)酸結(jié)合激活細(xì)胞表面受體CD44，促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)程[4]。腓骨蛋白-1、腓骨蛋白-2、肌原纖維蛋白-1等ECM分子可在G3結(jié)構(gòu)域的EGF樣重復(fù)序列處結(jié)合，參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)的信號通路。肌糖蛋白-R、肌糖蛋白-C通過G3結(jié)構(gòu)域的CRD區(qū)與之結(jié)合，干擾β1整合素依賴的細(xì)胞黏附，其還可通過與纖維連接蛋白結(jié)合降低細(xì)胞黏附作用[5]。此外，G3結(jié)構(gòu)域可與纖維連接蛋白和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)形成復(fù)合物，刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖、黏附和遷移[4]。Versican還可在過硫酸化狀態(tài)下通過GAG區(qū)域與選擇素結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和遷移，并能與次級淋巴組織趨化因子(secondary lymphoid chemokine, SLC)等結(jié)合并調(diào)節(jié)上述因子功能[6]。Versican通過與上述分子的相互作用，在炎癥、腫瘤等環(huán)境中發(fā)揮生物學(xué)作用，但大部分作用機制仍未闡明，有待探究。

2 Versican在腫瘤微環(huán)境中的生物學(xué)作用

在腫瘤微環(huán)境中，Versican至少有以下4種來源：腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞以及腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞。目前在多種惡性腫瘤中已證實，腫瘤細(xì)胞是分泌型蛋白Versican的主要來源。Versican在包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤、肝癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胃癌、腸癌、肺癌等[7]多種惡性腫瘤中的表達(dá)增高，且在腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化及進(jìn)展的各個環(huán)節(jié)中扮演重要角色。

2.1Versican在腫瘤微環(huán)境中促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 Versican在多種增殖性腫瘤和腫瘤相關(guān)基質(zhì)組織中呈高表達(dá)。在乳腺癌中，通過Versican G3結(jié)構(gòu)域的EGF樣模體，在EGFR/Akt/GSK-3β信號通路的參與下顯著增強了乳腺癌細(xì)胞的自我更新能力，高表達(dá)G3的腫瘤細(xì)胞不僅高表達(dá)4B6、pEGFR、pAKT和GSK-3β(S9P)等與腫瘤侵襲性相關(guān)的分子，而且高表達(dá)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物如Sox2、Sca-1和ALDH1；進(jìn)一步研究證實，使用shRNA或G3UTR可降低乳腺癌細(xì)胞的復(fù)制能力[8]。Versican通過G1結(jié)構(gòu)域上的HABR與透明質(zhì)酸、HAPLN-1、CD44等分子相互作用，降低細(xì)胞黏附并促進(jìn)增殖。透明質(zhì)酸和HAPLN-1在G1結(jié)構(gòu)域的HABR處結(jié)合形成穩(wěn)定的多聚體，HAPLN-1又可促進(jìn)G1和透明質(zhì)酸的結(jié)合；此外，Versican或通過與透明質(zhì)酸結(jié)合，激活細(xì)胞表面受體CD44，調(diào)節(jié)細(xì)胞周鞘的形成，重塑ECM環(huán)境，支持腫瘤細(xì)胞增殖進(jìn)程[2]。研究表明，Versican V1蛋白在肝細(xì)胞癌中呈高表達(dá)，而Versican V1的EGF樣模體可通過激活EGFR-PI3K-AKT軸，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的Warburg效應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖[9]。綜上所述，Versican主要通過2種機制促腫瘤增殖：(1)Versican的G3結(jié)構(gòu)域上的2個EGF樣模體刺激細(xì)胞增殖；(2)通過G1結(jié)構(gòu)域與透明質(zhì)酸、CD44等分子作用，改變腫瘤基質(zhì)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤增殖，并且Versican的不同作用區(qū)域除通過與相關(guān)分子結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)外，也可在多種信號通路的調(diào)控下直接參與增殖進(jìn)程。

2.2Versican在腫瘤微環(huán)境中促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲 Versican在多種機制的調(diào)節(jié)下，在腫瘤微環(huán)境中參與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲進(jìn)程。例如在卵巢癌中，作為腫瘤微環(huán)境的重要成分，腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblast, CAF)中Versican的表達(dá)上調(diào)受TGF-β受體Ⅱ和SMAD信號通路的調(diào)控，Versican可通過激活NF-κB信號，上調(diào)透明質(zhì)酸受體CD44和細(xì)胞游走受體(receptor of HA mediated motility, RHAMM)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metallopeptidase 9, MMP9)，增強腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[10]。Versican的G1與G3結(jié)構(gòu)域均可參與腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲過程：G1結(jié)構(gòu)域通過與透明質(zhì)酸和HAPLN-1結(jié)合這一經(jīng)典途徑，增強腫瘤細(xì)胞的運動、抑制黏附；G3結(jié)構(gòu)域則在腫瘤的局部和系統(tǒng)侵襲中發(fā)揮重要作用，可促進(jìn)腫瘤生長及細(xì)胞轉(zhuǎn)移。研究表明，G3結(jié)構(gòu)域的EGF樣模體可通過與EGFR結(jié)合，激活EGFR-PI3K-AKT軸以增強腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[9]。因此，Versican作為腫瘤微環(huán)境中重要的促腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲分子，其G1和G3結(jié)構(gòu)域在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞運動性方面具有不同的特性。

2.3腫瘤微環(huán)境中Versican的促血管生成作用 Versican是腫瘤微環(huán)境中相關(guān)血管網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵角色。Dos等[11]通過構(gòu)建Lewis肺癌小鼠模型證實，基質(zhì)來源的Versican及其裂解產(chǎn)物在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮了重要作用，除可促進(jìn)血管生成及腫瘤生長外，腫瘤微環(huán)境還可影響腫瘤細(xì)胞中Versican的表達(dá)。此外，有學(xué)者證實在惡性膠質(zhì)瘤中，Versican G3高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞中富含纖連蛋白和VEGF，在體內(nèi)和體外均具有促血管再生的功能[12]。Dos等[11]還研究發(fā)現(xiàn)，Versican高表達(dá)或與血管和血管周彈性結(jié)構(gòu)中的高透明質(zhì)酸水平相關(guān)，其通過促進(jìn)募集宿主間質(zhì)細(xì)胞，參與透明質(zhì)酸介導(dǎo)的血管生成過程。綜上所述，在惡性腫瘤中，Versican在腫瘤微環(huán)境中主要通過與纖維連接蛋白、VEGF、透明質(zhì)酸等分子相互作用,從而發(fā)揮促血管生成的作用效應(yīng)，但其具體的作用機制及信號通路有待進(jìn)一步研究。

2.4Versican參與腫瘤細(xì)胞凋亡 Versican在腫瘤微環(huán)境中通過增強細(xì)胞-基質(zhì)相互作用、增加細(xì)胞黏附以及β1整合素和纖維連接蛋白的表達(dá)，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的死亡，從而發(fā)揮抗凋亡作用。Versican促進(jìn)巨噬細(xì)胞遷移和M2極化，保護(hù)間皮瘤細(xì)胞免受巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的吞噬和凋亡。值得注意的是，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Versican V1過表達(dá)與腫瘤細(xì)胞選擇性凋亡抵抗和選擇性凋亡敏感性均相關(guān)，這種選擇性凋亡抗性和敏感性的矛盾組合常見于腫瘤細(xì)胞[13]。Versican V1轉(zhuǎn)染的細(xì)胞維持高水平的抑癌基因p53靜息狀態(tài)，MDM2(murine double minute 2)作為p53負(fù)調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)水平上調(diào)，這賦予了腫瘤細(xì)胞凋亡敏感性。然而，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Versican V1可下調(diào)FasmRNA和蛋白質(zhì)水平，不但能促進(jìn)細(xì)胞增殖，而且能調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，避免其凋亡[14]。Sheng等[15]研究表明，Versican V1下調(diào)了促凋亡蛋白Bad的表達(dá)后；siRNA干擾Versican V1的表達(dá)后，可以抑制Versican V1的促增殖作用、減少細(xì)胞凋亡，也證實了上述結(jié)果。此外，在乳腺癌細(xì)胞中，用siRNA干擾Versican G3結(jié)構(gòu)域的表達(dá)可抑制其介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[16]，證實了Versican具有促凋亡作用。Versican在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活和凋亡方面的作用略有不同，這突出了凋亡調(diào)控在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的復(fù)雜性。

3 Vesican蛋白的檢測及應(yīng)用

Versican在腫瘤微環(huán)境中的分子特征和生物學(xué)作用表明其具有腫瘤診斷和預(yù)后判斷分子標(biāo)志物的良好潛能及應(yīng)用前景。臨床上常用的檢測方法主要有免疫組化(immunohistochemistry，IHC)、ELISA等方法。但由于Versican蛋白具有分子量大、異構(gòu)體種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等分子特征，尚未見有可用于自動化檢測的化學(xué)發(fā)光法(chemiLuminescence，CL)等檢測試劑盒上市。

3.1Versican蛋白臨床檢測研究進(jìn)展 目前相關(guān)臨床研究多采用IHC法檢測腫瘤組織中Versican蛋白表達(dá)水平[9,17]，其具有蛋白質(zhì)定位明確，染色簡便等優(yōu)勢，可進(jìn)行形態(tài)與功能相結(jié)合的研究，對臨床及病理學(xué)診斷具有重要意義。此外，腫瘤來源Versican具有分泌型蛋白的特點，可對體液來源的Versican蛋白采用ELISA法檢測，具有靈敏度高、定量分析等特點[18]。但該2種方法也存在手工操作步驟多，不易自動化，特異性欠佳等不足。近期有學(xué)者通過對人源樣品的細(xì)胞外囊泡和顆粒(extracellular vesicles and particles，EVPs)進(jìn)行全面蛋白質(zhì)組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Versican蛋白在胰腺癌和肺腺癌的腫瘤組織外植體(TEs)來源的EVPs中高度富集[19]，表明細(xì)胞外囊泡中的Versican蛋白也有可能作為腫瘤來源的組織特異性EVP標(biāo)志蛋白，為Versican的研究提供了新的探索方向。

3.2Vesican蛋白的臨床應(yīng)用研究進(jìn)展 研究發(fā)現(xiàn)，Versican在胃癌、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、膽囊癌、肝細(xì)胞癌、子宮內(nèi)膜樣腺癌、非小細(xì)胞肺癌、多發(fā)性骨髓瘤、前列腺癌、結(jié)直腸癌[1,17,20-22]等多種惡性腫瘤的診斷、預(yù)后、復(fù)發(fā)中有重要的臨床意義。Cinzia等[23]通過對胃癌組織基因組表達(dá)譜和組織芯片免疫組化結(jié)果進(jìn)行多因素分析，證實Versican與胃癌患者臨床病理特征有關(guān)，可作為無轉(zhuǎn)移胃癌患者的不利獨立預(yù)后指標(biāo)。在肝細(xì)胞癌中，Versican表達(dá)與預(yù)后不良、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage, TAM)浸潤增加、腫瘤分化不良和腫瘤分期(TNM)密切相關(guān)[24]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)， Versican與血清CA125對子宮內(nèi)膜樣腺癌的早期診斷及治療方案的選擇具有指導(dǎo)意義[25]。Versican也可作為潛在的腫瘤治療靶點，研發(fā)新方法以下調(diào)Versican表達(dá)或減少其分解代謝形成生物活性片段或抑制其功能，可在多種類型的腫瘤中減緩或預(yù)防腫瘤侵襲。由此，深入研究調(diào)節(jié)Versican表達(dá)及其活性的機制將有助于開發(fā)特定的抑制劑來治療Versican介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。

4 總結(jié)與展望

Versican定位于許多癌癥的瘤周間質(zhì)組織，多由腫瘤細(xì)胞或宿主組織的成纖維細(xì)胞分泌而來。研究證實Versican在多種腫瘤中高表達(dá)并且與患者的不良預(yù)后、組織中TAM浸潤及TNM分期有關(guān)，未來有望成為新的腫瘤診斷和預(yù)后的標(biāo)志物。此外，Versican還有望作為治療靶點，通過下調(diào)Versican的表達(dá)、干擾其分解代謝活動或抑制其功能，減緩或防止腫瘤惡性進(jìn)展。因此，深入研究Versican的生物學(xué)功能尤其是其在腫瘤微環(huán)境中的表達(dá)調(diào)控機制將有助于未來腫瘤診斷及治療方法的進(jìn)步與創(chuàng)新。