細(xì)胞間緊密連接蛋白在結(jié)腸癌中的研究進(jìn)展

覃蒙斌 張金秀 黃杰安

細(xì)胞間緊密連接(TJ)減弱導(dǎo)致細(xì)胞間粘附能力的下降是腫瘤細(xì)胞發(fā)生形變、遷移并最終形成侵襲轉(zhuǎn)移的早期事件[1]。TJ在結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生發(fā)展、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)及侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。本文就TJ在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展及侵襲轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展做一綜述。

一、TJ概述

TJ是細(xì)胞間連接的主要結(jié)構(gòu),其作用是介導(dǎo)細(xì)胞間粘附,封閉細(xì)胞間空隙并阻止溶液及其他大分子通過細(xì)胞旁途徑透過細(xì)胞層,以及作為阻止細(xì)胞遷移和運(yùn)動的屏障在細(xì)胞分化、生長增殖中發(fā)揮關(guān)鍵作用。TJ主要有兩種形式:雙細(xì)胞間緊密連接(bTJ)和三細(xì)胞間緊密連接(tTJ),其中bTJ主要由密封蛋白(Claudin)家族、閉合蛋白(occludin)和閉鎖小帶蛋白(Zos)等蛋白連接構(gòu)成,控制大分子和離子流進(jìn)出黏膜屏障;而tTJ則主要由三細(xì)胞緊密連接蛋白(tricellulin)和脂解刺激脂蛋白受體(LSR)構(gòu)成,是將多個細(xì)胞連接構(gòu)成各種立體形狀的主要方式。

二、TJ蛋白

TJ蛋白是實(shí)現(xiàn)TJ生物學(xué)功能的主要執(zhí)行者。

1.Claudins:該蛋白家族有27個,是構(gòu)成bTJ的關(guān)鍵蛋白之一,其形成的細(xì)胞旁屏障決定了細(xì)胞層通透性的孔道大小;其可選擇性地滲透小離子和中性溶質(zhì),并對陽離子或陰離子有高度選擇性[2]。此外,在腫瘤細(xì)胞的生長、分化、遷移、轉(zhuǎn)移過程中Claudins也發(fā)揮重要作用。Claudins位于正常上皮細(xì)胞頂部的緊密連接中,而當(dāng)細(xì)胞失去極性后,Claudins的磷酸化和棕櫚?；瘜?dǎo)致其呈彌漫性分布于細(xì)胞外側(cè)膜中,導(dǎo)致TJ的破壞[3]。目前僅Claudin-3在結(jié)腸癌患者的血清中能被檢測到[4]。在結(jié)腸癌細(xì)胞中,抑制Claudin 1,4和7后細(xì)胞侵襲能力明顯增加,調(diào)控Claudin-8則通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK) 信號通路促進(jìn)細(xì)胞的增殖和侵襲轉(zhuǎn)移[5]。而在結(jié)直腸癌侵襲轉(zhuǎn)移的重要步驟——EMT中,Claudin-1高度活化,其表達(dá)差異直接調(diào)控影響EMT及結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力[6-7]。敲減結(jié)腸癌細(xì)胞中Claudin-7的表達(dá)可通過調(diào)節(jié)EMT來增加腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力[8]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Claudin-1增加同時Claudin-7降低的結(jié)腸癌患者與不良預(yù)后以及難治性結(jié)直腸癌的特征明顯相關(guān)[9]。而其他Claudins在結(jié)腸癌中的作用尚待進(jìn)一步研究[10]。

2.Tricellulin:其位于tTJ核心的分子,包含了4個跨膜區(qū)域,2個胞外環(huán)及1個短胞內(nèi)環(huán)。Tricellulin主要分布于細(xì)胞膜上,通過與α-連環(huán)蛋白(catenin)的相互作用,維持多個上皮細(xì)胞間的穩(wěn)定[11]。其還可以與肌動蛋白結(jié)合,封閉多個細(xì)胞間的外側(cè)間隙,增強(qiáng)細(xì)胞屏障的穩(wěn)定性,為細(xì)胞最終構(gòu)成各種立體結(jié)構(gòu)提供支點(diǎn),是構(gòu)成和維持細(xì)胞間粘附功能的重要基礎(chǔ)。有研究顯示,tricellulin的亞細(xì)胞定位可能與腫瘤的淋巴結(jié)侵襲轉(zhuǎn)移、不良預(yù)后顯著相關(guān);其在腫瘤細(xì)胞核中的表達(dá)可能通過受細(xì)胞刺激作用激活的蛋白激酶(MAPK)及蛋白激酶C(PKC)信號通路增強(qiáng)細(xì)胞的增殖、侵襲能力[12]。本研究發(fā)現(xiàn),tricellulin在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá),并主要分布在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中,并與患者的5年生存率明顯相關(guān);調(diào)控tricellulin表達(dá)后發(fā)現(xiàn),tricellulin通過核因子(NF)-κB信號通路調(diào)控EMT,進(jìn)而影響細(xì)胞的遷移、侵襲能力[13]。

3.LSR:最初被鑒定為攝取富含甘油三酯的脂蛋白受體之一,其主要作用是調(diào)控tricellulin的表達(dá),并補(bǔ)充因各種因素刺激導(dǎo)致移位的tricellulin,以維持tTJ的功能與形態(tài)[14]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),在LSR敲減的細(xì)胞中,tricellulin表達(dá)明顯減少,隨著LSR的表達(dá)恢復(fù),tricellulin的表達(dá)及定位也隨之恢復(fù)正常,LSR的調(diào)節(jié)并不依賴JNK信號通路的活化[15];抑制LSR的表達(dá)能使tricellulin從三細(xì)胞連接處移位至雙細(xì)胞連接處,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞tTJ的破壞,并通過腫瘤抑制蛋白(P53)、TEA域家族成員1/雙調(diào)蛋白(TEAD1/AREG)、基質(zhì)金屬蛋白酶家族(MMPs)、Claudins等多條信號途徑調(diào)控腫瘤細(xì)胞的侵襲遷移[16]。即使在人結(jié)腸癌細(xì)胞中,LSR也可能在不同的細(xì)胞系中作用不一。在人結(jié)腸癌Caco-2細(xì)胞中敲減LSR的表達(dá)可使細(xì)胞增殖能力增強(qiáng),tricellulin受到破壞導(dǎo)致上皮形態(tài)改變,同時在裸鼠動物模型中的腫瘤體積明顯減小;而在人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞中,上述操作卻未對細(xì)胞的增殖能力產(chǎn)生影響。

4.Occludin:是構(gòu)成bTJ的另一個關(guān)鍵蛋白,與tricellulin、MarvelD3同屬于TJ相關(guān)Marvel蛋白家族,其C末端結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合ZOs,ZOs隨后與肌動蛋白細(xì)胞骨架相互作用。通過結(jié)構(gòu)域的分析,occludin的N、C末端及第2個胞外環(huán)對腫瘤形成至關(guān)重要,其下調(diào)能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的進(jìn)展及轉(zhuǎn)移[1,3]。通過綜合宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)代謝異常能使得小鼠的腸道中occludin表達(dá)減少,并與結(jié)直腸癌發(fā)生有關(guān)[17]。腸道環(huán)境的改變可能通過影響occludin的表達(dá),導(dǎo)致結(jié)直腸癌發(fā)生[18]。Occludin的表達(dá)下降可通過Wnt/β-catenin信號通路對抗轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β刺激引起的結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT和侵襲轉(zhuǎn)移[19-20]。

5.ZOs:屬于膜相關(guān)鳥苷酸激酶(MAGUK)超家族成員,包括ZO-1、ZO-2、ZO-3,可作為骨架與其他緊密連接蛋白連接,在腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮作用。ZOs在人結(jié)直腸癌中以ZO-1表達(dá)異常為主。研究發(fā)現(xiàn),ZO-1表達(dá)增加可在體外誘導(dǎo)G0/G1期停滯,抑制細(xì)胞增殖和遷移[21]。雖然ZO-1并不是腸道屏障所必須的關(guān)鍵蛋白,卻是腸道屏障修復(fù)的核心[22];ZO-1表達(dá)的恢復(fù)有利于抑制脂多糖(LPS)/Toll樣受體4(TLR4)/NF-κB信號通路介導(dǎo)的結(jié)腸癌的發(fā)生[23]。

6.連接粘附分子(JAMs):屬于細(xì)胞免疫球蛋白超家族(IgSF)粘附受體。JAMs主要在上皮和內(nèi)皮細(xì)胞間連接處、白細(xì)胞、血小板和紅細(xì)胞的細(xì)胞表面表達(dá),由JAM-A、JAM-B、JAM-C、JAM-4和類JAM-L組成。JAM-A的缺失通過AKT/β-catenin信號通路促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖,還能與β1-integrin和Rap1相互作用,促進(jìn)細(xì)胞的侵襲。JAM-C常與JAM-B連接,通過Src羧基端激酶(SRCs)和ERK信號通路調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[24]。

7.其他:血管心外膜物質(zhì)(BVES)也是緊密連接相關(guān)蛋白之一,在結(jié)直腸癌中低表達(dá),增加miR-522-3p后,可提高BVES的表達(dá)水平,抑制細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移能力[25]。MarvelD3存在于bTJ和tTJ連接處,能通過調(diào)控TJ影響腫瘤細(xì)胞EMT[3],但其在結(jié)腸癌中的作用尚不清楚,具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

三、總結(jié)與展望

目前認(rèn)為,TJ在結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生、發(fā)展、EMT及侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。但目前的研究多集中在bTJ相關(guān)蛋白中,大多以單層腫瘤細(xì)胞的功能為主,對于tTJ相關(guān)蛋白以及立體模式下腫瘤細(xì)胞功能的探索尚不多見。因此,深入研究tTJ相關(guān)蛋白與各信號通路間的相互作用及鑒定出新的緊密連接蛋白將有助于進(jìn)一步闡明結(jié)腸癌細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展機(jī)制,為治療結(jié)腸癌提供新的理論依據(jù)。