黏附型G蛋白偶聯(lián)受體與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

孫家唯 潘霞

G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）在哺乳動物中有5個主要家族，其中黏附型G蛋白偶聯(lián)受體（adhesion GPCR,aGPCR）家族為第2大家族，有33個成員。aGPCR由胞內(nèi)域、七次跨膜域（7 transmembrane,7TM）和胞外域（extracellular domain,ECD）組成[1]。aGPCR在細(xì)胞膜附近的GPCR自溶誘導(dǎo)（GPCR autoproteolysis inducing,GAIN）結(jié)構(gòu)域中的GPCR蛋白水解位點（GPCR proteolysis site,GPS）水解產(chǎn)生一個N-末端片段（N-terminal fragment,NTF）和一個C-末端片段（C-terminal fragment,CTF），兩個受體片段通常不分離，而是以非共價復(fù)合物的形式存在，而GAIN結(jié)構(gòu)域確保了NTF和CTF以非共價鍵的形式形成異源二聚體[1]。aGPCR主要調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏附、遷移、極性和導(dǎo)向，而這與腫瘤發(fā)生所需的細(xì)胞生物學(xué)行為密切相關(guān)[2]。

在過去的20年里，關(guān)于與腫瘤發(fā)生過程相關(guān)的aGPCR的研究數(shù)量有限。CD97是首個被發(fā)現(xiàn)與癌癥相關(guān)的aGPCR，CD97在正常甲狀腺細(xì)胞和高分化乳頭狀癌及部分濾泡性甲狀腺癌中不表達(dá)，但在間變性癌中表達(dá)增高。隨后，其他的aGPCR如GPR56亦被發(fā)現(xiàn)與癌癥相關(guān)[3]。而借助基因芯片、蛋白質(zhì)組分析，越來越多在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用的aGPCR被發(fā)現(xiàn)。本文就aGPCR在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的表達(dá)、調(diào)節(jié)和作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1aGPCR的分類

通過對aGPCR的7TM進(jìn)行分類，人類基因組可分為9個不同的亞家族，共33個同源基因（表1）。每個亞家族都有一個獨特的N端域組合，其N端長度差異較大。

表1 aGPCR家族成員

aGPCR在GPS處自動裂解或者在ECD內(nèi)的蛋白水解后會獲得NTF甚至更小的片段，這些可溶性片段從aGPCR中釋放至體液中。因此，可溶性NTF可以在大范圍內(nèi)與互作配體結(jié)合，從而調(diào)控腫瘤發(fā)生過程中的腫瘤-基質(zhì)相互作用。據(jù)報道，存在循環(huán)可溶性NTF的aGPCR 有 GPR124、BAI1、BAI2、CD97、GPR116、GPR126和 LPHN1。不同的aGPCR雖然 NTF結(jié)構(gòu)相同，但功能可能截然相反，體外和體內(nèi)實驗均證明CD97的NTF會與α5β3、αvβ2結(jié)合從而刺激腫瘤血管生成，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移[4]。GPR124的NTF可以刺激內(nèi)皮細(xì)胞的生成，BAI1的NTF則具有抗血管生成和抗腫瘤生成活性[5]。在炎癥區(qū)域可檢測到從CD97陽性免疫細(xì)胞釋放的可溶性CD97，但患有CD97陽性腫瘤的患者的體液中檢測不到CD97的存在[6]。以上研究均表明，NTF蛋白的釋放與其功能密切相關(guān)，且有組織特異性。

2 aGPCR對腫瘤生物學(xué)行為的影響

2.1 細(xì)胞增殖、凋亡和周期 aGPCR通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞分裂、凋亡從而影響腫瘤細(xì)胞增殖，但它們在信號傳導(dǎo)中的作用尚不清楚。既往一項研究表明在結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116和宮頸癌細(xì)胞HeLa敲低GPR56后可觀察到短暫的細(xì)胞凋亡，且細(xì)胞生長被抑制，這表明GPR56具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生的功能[7]。在體外白血病細(xì)胞系中也有研究報道了類似的觀察結(jié)果，提示GPR56的敲除誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡[8]。但另一項研究結(jié)果表明，GPR56可促進(jìn)小鼠黑素瘤細(xì)胞A375P和MC-1的皮下種植瘤生長，而在體外實驗中，對腫瘤細(xì)胞增殖無促進(jìn)作用，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GPR56主要通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)體內(nèi)腫瘤生長[9]。GPR56的NTF可與組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transgluteminase 2,TG2）和膠原蛋白Ⅲ結(jié)合[9]。TG2是細(xì)胞外基質(zhì)中的一種交聯(lián)酶，免疫缺陷型TG2-/-小鼠的黑色素瘤生長受抑，而TG2+/+小鼠黑色素瘤生長明顯加快，但TG2促癌作用可以被GPR56過表達(dá)從而介導(dǎo)的TG2內(nèi)化和降解所拮抗[9]，GPR56和膠原蛋白Ⅲ在癌癥進(jìn)展中的相互作用尚鮮見報道。GPR56對腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡的影響在不同研究結(jié)果間相互矛盾，反映了GPR56的功能實現(xiàn)可能有組織特異性。

體外實驗中，miRNA-139-5p可通過下調(diào)ELTD1抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞增殖[10]。在血清饑餓和星形孢菌素誘導(dǎo)的條件下，CD97抑制纖維肉瘤細(xì)胞HT1080和宮頸癌細(xì)胞HeLa的固有凋亡[11]。腫瘤浸潤性免疫細(xì)胞等基質(zhì)細(xì)胞中aGPCR的表達(dá)改變也可能影響腫瘤進(jìn)展。已有研究發(fā)現(xiàn)BAI1可作為巨噬細(xì)胞上的吞噬受體發(fā)揮作用，其可以通過將暴露于膜的磷脂酰絲氨酸基團(tuán)結(jié)合到BAI1的細(xì)胞外血小板反應(yīng)素重復(fù)序列來識別凋亡細(xì)胞。巨噬細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞中的BAI1可能通過清除死亡腫瘤細(xì)胞發(fā)揮作用[12]。

2.2 細(xì)胞黏附 細(xì)胞黏附是惡性腫瘤轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵步驟。既往研究發(fā)現(xiàn)一些aGPCR可影響腫瘤細(xì)胞黏附，但潛在調(diào)控機(jī)制尚未得到深入研究[8，13-14]。GPR64的促癌作用是由胎盤生長因子和基質(zhì)金屬蛋白酶1所介導(dǎo)的。在乳腺癌細(xì)胞系Hs578T和MDA-MB-231中沉默GPR64可致細(xì)胞黏附和遷移減少[13]。當(dāng)急性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞敲低GPR56后，與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附則減少[8]。GPR56在細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附中起促進(jìn)作用，但是否不同腫瘤細(xì)胞都有同樣的現(xiàn)象，以及這是否是GPR56在癌癥進(jìn)展中的主要發(fā)揮的功能仍有待研究。在乳腺癌細(xì)胞系Hs578T和MDA-MB-231中沉默GPR64可導(dǎo)致細(xì)胞黏附和遷移的減少[13]。其他aGPCR如EMR2和GPR126也可與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用[14]，但對腫瘤的影響尚不清楚。

2.3 細(xì)胞遷移和侵襲 在所有的aGPCR中，關(guān)于CD97在細(xì)胞遷移和侵襲中作用的研究最多。CD97對腫瘤侵襲的促進(jìn)作用在體外和體內(nèi)實驗?zāi)Ｐ椭芯训玫阶C實，對15種不同的結(jié)直腸癌細(xì)胞系的Transwell實驗證明了CD97可促進(jìn)細(xì)胞遷移[8]，并促進(jìn)急性髓系白血病細(xì)胞MV4-1向FBS和溶血磷脂酸的趨化遷移[15]。但目前已經(jīng)發(fā)表的關(guān)于CD97對腫瘤的遷移的影響的研究結(jié)果常常相互矛盾。一項研究結(jié)果提示CD97過表達(dá)可以增加結(jié)腸癌細(xì)胞遷移并誘導(dǎo)腫瘤早期生長[6]；在小鼠胃癌模型中，亦提示CD97可促進(jìn)局部腫瘤生長和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散[16]；而另一項研究得出了相反的結(jié)論：CD97可通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶-2活性來抑制人纖維肉瘤細(xì)胞的遷移[17]。體外細(xì)胞實驗結(jié)果表明CD97可促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的遷移侵襲，CD97 siRNA靶向干擾后兩種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的遷移和侵襲受到抑制，但增殖未受影響，蛋白質(zhì)質(zhì)譜組學(xué)分析顯示CD97在高侵襲性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的侵襲性偽足處富集[18]。

GPR56在白血病細(xì)胞系中可抑制細(xì)胞向基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1的遷移[8]。在黑色素瘤轉(zhuǎn)移模型中，GPR56表達(dá)與轉(zhuǎn)移情況負(fù)相關(guān)，且GPR56的過表達(dá)抑制黑色素瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移[19]。GPR116可通過Gαq-p63RhoGEF-RhoA/Rac1途徑促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231中細(xì)胞趨向血清的遷移和侵襲[20]。

2.4 新生血管生成 新生血管的生成對腫瘤持續(xù)生長至關(guān)重要，研究發(fā)現(xiàn)aGPCR部分成員參與調(diào)節(jié)腫瘤血管生成，其中最受關(guān)注的是BAI1。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是惡性程度最高的原發(fā)性顱內(nèi)腦腫瘤，治愈率較低，已有研究均表明BAI1可抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤血管生成[5]，此外在結(jié)腸癌、乳腺癌、胃癌和腎細(xì)胞癌中也發(fā)現(xiàn)BAI1具有抑制新生血管生成的作用[21]。BAI1可在GPS處被切割，釋放出一種名為血管生長抑制素120的可溶NTF，通過阻斷αvβ5整合素抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，減少微血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，并抑制體內(nèi)血管生成和神經(jīng)膠質(zhì)瘤生長[5]。近期有研究在BAI1中新發(fā)現(xiàn)了在末端也可進(jìn)行蛋白水解，然后可切割形成一個包含精氨酸甘氨酸天冬氨酸鹽的NTF，該片段在體外和體內(nèi)均能夠抑制血管生成[22]。BAI1的ECD包含促甲狀腺素受體，而既往研究表明促甲狀腺素受體可負(fù)調(diào)節(jié)血管生成[23]。GPR56過表達(dá)可通過抑制蛋白激酶Cα的活化致黑色素瘤細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長因子受到抑制，從而抑制血管生成[9]。與全長受體的功能相反，GPR56中CTF片段的缺失會促進(jìn)磷脂肌醇-α信號通路活化、增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長因子分泌和血管生成。GPR56及其CTF的這些相反功能表明GPR56可能存在不同的激活狀態(tài)。

許多aGPCR可刺激腫瘤中的新血管形成。GPR124為腫瘤內(nèi)皮標(biāo)志物，在人內(nèi)皮細(xì)胞中敲除GPR124會抑制小鼠移植瘤的血管生成和腫瘤生長。一項體外實驗結(jié)果提示GPR124可促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的腫瘤血管的生成[24]。ELTD1是腫瘤血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在小鼠高級別膠質(zhì)瘤模型中，ELTD1抗體可以有效的阻斷血管生成[25]。CD97的NTF可通過結(jié)合整合素α5β1和αvβ3來促進(jìn)血管生成，并在內(nèi)皮細(xì)胞中引發(fā)趨化反應(yīng)，使之募集到腫瘤處[4]。體外的雞胚尿囊膜實驗和內(nèi)皮細(xì)胞管腔形成實驗結(jié)果均提示CD97的過表達(dá)能夠促進(jìn)纖維肉瘤細(xì)胞HT1080的管腔形成[26]。

3 aGPCR的臨床意義

越來越多的研究表明腫瘤中aGPCR表達(dá)發(fā)生改變且與疾病的臨床特征具有相關(guān)性，提示aGPCR可作為潛在的腫瘤診斷、預(yù)后預(yù)測的標(biāo)志物和治療靶點。

3.1 ADGRE CD97是唯一一個不僅可在免疫細(xì)胞表達(dá)的ADGRE家族成員，還可以在上皮和間充質(zhì)來源的細(xì)胞中表達(dá)[27]。CD97幾乎在所有腫瘤細(xì)胞中呈陽性，且其高表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤浸潤深度、腫瘤分期及患者不良預(yù)后相關(guān)。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中CD97水平較低，在小細(xì)胞肺癌中CD97呈陰性，而在非小細(xì)胞肺癌中CD97呈強(qiáng)陽性，這提示檢測CD97水平有助于肺癌的鑒別分類[27]。在正常人腸上皮細(xì)胞中，CD97低水平表達(dá)，而在結(jié)直腸癌中，CD97表達(dá)增加且在細(xì)胞中的表達(dá)位置改變[6]。CD97在低分化胰腺導(dǎo)管腺癌的腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，但在正常胰腺上皮細(xì)胞中不表達(dá)[28]。一項納入了37例胰腺癌患者的研究結(jié)果顯示，CD97與胰腺癌侵襲性、預(yù)后相關(guān)[29]。在分別納入了187和539例膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的兩項獨立隊列研究中，CD97在Ⅳ期膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá)上調(diào)，且與預(yù)后相關(guān)[30]。此外，CD97表達(dá)水平對白血病的評估非常關(guān)鍵，通過對白血病細(xì)胞表面蛋白質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，CD97可作為急性淋巴細(xì)胞白血病微小殘留病灶的有效標(biāo)志物，且CD97也是急性髓系白血病中的白血病干細(xì)胞標(biāo)志物[31]。糖基化模式改變是腫瘤的常見特征，CD97在正常平滑肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞中核心蛋白未修飾，而在對應(yīng)腫瘤細(xì)胞即平滑肌肉瘤和橫紋肌肉瘤細(xì)胞中，CD97被N-糖基化[29]；且與互作配體CD55結(jié)合過程中，CD97的N-糖基化是必需的，這與CD97和CD55經(jīng)常在腫瘤中共表達(dá)的現(xiàn)象一致[29]。

ADGRE成員EMR1-3只在白細(xì)胞中表達(dá)，因此，EMR1-3幾乎只在血液惡性腫瘤的細(xì)胞中表達(dá)[32]。EMR2在胃癌、胰腺癌、食管癌和結(jié)腸直腸癌中不表達(dá)或表達(dá)水平很低[33]。據(jù)報道EMR2蛋白在乳腺癌中高表達(dá)且浸潤性腫瘤中的EMR2表達(dá)水平明顯高于原位癌，且EMR2高表達(dá)與患者不良預(yù)后相關(guān)[33]。EMR2在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤特別是在間充質(zhì)亞型中上調(diào)，并且與總生存率較差和侵襲性表型相關(guān)[34]。

3.2 ADGRG 在ADGRG成員中，GPR56與腫瘤關(guān)系的研究是最多的。1999年Zendman等[3]就發(fā)現(xiàn)與低轉(zhuǎn)移性細(xì)胞系相比，在高轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞系中GPR56表達(dá)下調(diào)。Kausar等[35]與在黑色素瘤中的抑癌作用相反，GPR56在其他癌癥類型中較之相應(yīng)正常組織表達(dá)上調(diào)。GPR56可作為一種具有較強(qiáng)再增殖能力白血病亞群標(biāo)志物，并且GPR56高表達(dá)與高風(fēng)險基因亞組和不良預(yù)后顯著相關(guān)[36]。

3.3 ADGRB ADGRB成員BAI1-3蛋白主要在腦組織中表達(dá)。與正常組織相比，在原發(fā)性神經(jīng)膠質(zhì)瘤、肺腺癌、胃癌、結(jié)腸直腸癌以及肺腺癌腦轉(zhuǎn)移瘤中，BAI1表達(dá)水平下調(diào)，乳腺癌中BAI1的表達(dá)顯著降低，并與患者預(yù)后不良相關(guān)[37]。BAI2和BAI3基因與BAI1具有序列同一性，其中BAI1包含5個血小板反應(yīng)蛋白1型重復(fù)序列，而BAI2或BAI3每個僅包含4個，與BAI1不同，BAI2或BAI3在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中沒有被沉默的現(xiàn)象[38]。而在肺癌、乳腺癌、卵巢癌和腦癌幾種腫瘤中，BAI1會發(fā)生基因沉默或體細(xì)胞突變[39]，提示腫瘤發(fā)生的過程可能需要阻斷BAI1的功能。但迄今為止，突變是否改變了BAI1在腫瘤中的作用尚鮮見研究報道。

3.4 其他基因 CELSR在腫瘤中表達(dá)情況的相關(guān)臨床研究較少。慢性淋巴細(xì)胞白血病患者的B細(xì)胞中CELSR1上調(diào)[27]。而CELSR1和CELSR3分別在胃腸腫瘤和腦腫瘤中高表達(dá)[40]。

ELTD1可參與體外和體內(nèi)生理、病理血管生成調(diào)節(jié)，在腫瘤周圍血管中的表達(dá)上調(diào)，是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤相關(guān)的微血管系統(tǒng)95個上調(diào)基因之一。與惡性程度低的膠質(zhì)瘤相比，ELTD1在高度惡性膠質(zhì)瘤中表達(dá)水平更高[25]。

4 小結(jié)與展望

aGPCR參與腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲過程，影響腫瘤發(fā)生、發(fā)展的各個階段。aGPCR的作用機(jī)制多樣，NTF、CTF、NTF-CTF相互作用等都可能各自介導(dǎo)不同的信號傳遞，這些都為aGPCR在腫瘤中發(fā)揮作用提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。但由于許多aGPCR的配體尚未被發(fā)現(xiàn)，目前對aGPCR作用的研究仍不夠深入，未來應(yīng)廣泛開展aGPCR作用研究，在分子水平探究受體激動信號途徑和生理作用，以便臨床、藥物研發(fā)等得以開展，為腫瘤的防治提供重要的理論依據(jù)及實驗基礎(chǔ)。