PAI-1 在腫瘤進(jìn)展中的功能與機(jī)制探討

王宇，劉超綜述，周旋審校

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院頜面耳鼻喉腫瘤科，國家惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300060）

纖溶酶原激活物抑制劑-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）是尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinasetype plasminogen activator，uPA）和組織型纖溶酶原激活物（tissue-type plasminogen activator，tPA）的主要抑制劑，在調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)重塑中發(fā)揮重要作用。PAI-1 是一種單鏈糖蛋白，分子量為45 kD，由379～381 個殘基組成，含有9 個α 螺旋結(jié)構(gòu)和3 個β 片狀結(jié)構(gòu)，主要包括3 個相互作用結(jié)構(gòu)域：活性中心環(huán)（reactive centreloop，RCL），此結(jié)構(gòu)域可以和纖溶酶原激活物結(jié)合；螺旋D（helix D，hD）、螺旋E（helix E，hE）、螺旋F（helix F，hF）結(jié)合位點的柔性關(guān)節(jié)區(qū)域，此結(jié)構(gòu)域可以和玻連蛋白（vitronectin）結(jié)合；hD 和hE 中與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（LRP）結(jié)合的結(jié)構(gòu)域[1]。根據(jù)RCL 的狀態(tài)，PAI-1 以3 種形式存在：活性形式，螺旋結(jié)構(gòu)的RCL 暴露在分子表面；潛在形式，完整的RCL 內(nèi)化在β 片狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，無法與uPA/tPA 相互作用；裂解形式，RCL 的P1′Met殘基暴露在外，而含有P1 殘基的RCLN 端部分仍保留在β 片狀結(jié)構(gòu)中。RCL 結(jié)構(gòu)域是與uPA/tPA 結(jié)合的主要位點，包含與這些蛋白酶相互作用的P1-P1′肽鍵。P1-P1′肽鍵斷裂后，PAI-1/PA 分子形成不可逆復(fù)合物，導(dǎo)致PA 失活，RCL 結(jié)構(gòu)域部分內(nèi)化[2]。PAI-1 具有旁分泌和自分泌效應(yīng)，可由腫瘤細(xì)胞或非腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，如內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等[3-4]。研究證明，PAI-1 在大多數(shù)腫瘤中表達(dá)異常升高，如乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、結(jié)腸癌和非小細(xì)胞肺癌，并且與患者不良預(yù)后相關(guān)。一項多中心前瞻性臨床試驗評估了8 377 例無淋巴結(jié)累及的乳腺癌患者病理組織中uPA/PAI-1 的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)高uPA/PAI-1 組患者從輔助化療中獲益更多，并且預(yù)后較好，提示PAI-1 的表達(dá)影響化療療效和患者預(yù)后[5]。因此，PAI-1 參與腫瘤進(jìn)展、影響治療療效，是一種有待進(jìn)一步研究的關(guān)鍵分子。本文將從多個角度總結(jié)并闡明PAI-1 在腫瘤中的研究進(jìn)展。

1 PAI-1 在不同腫瘤中的預(yù)后價值

1.1 乳腺癌 研究表明，PAI-1 在乳腺癌腫瘤組織中的表達(dá)明顯高于良性組織，并且腫瘤組織中PAI-1 表達(dá)升高與無復(fù)發(fā)生存率降低密切相關(guān)，腫瘤組織或血漿中PAI-1 表達(dá)水平與患者無病生存期和總生存期的相關(guān)性已被多項研究證實[6-7]。此外，乳腺癌中PAI-1 表達(dá)水平具有早期評估輔助化療療效的潛力，腫瘤組織中uPA/PAI-1 表達(dá)水平可用于設(shè)計個性化治療策略[5]。PAI-1 作為乳腺癌的一種標(biāo)志物，與傳統(tǒng)預(yù)后因素，如腫瘤大小、腫瘤分級、淋巴結(jié)狀態(tài)和類固醇受體狀態(tài)相比，是一種更為有效的獨立預(yù)后因素[8]。

1.2 胃癌 大量研究表明，胃癌中PAI-1 表達(dá)與腫瘤侵襲性、預(yù)后不良相關(guān)。Kaneko 等[9]通過DNA 微陣列、RT-PCR 和組織微陣列技術(shù)，證實胃癌中PAI-1表達(dá)水平與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和血管浸潤有顯著相關(guān)性。Nishioka 等[10]報道PAI-1 抑制劑在體內(nèi)可以抑制胃癌轉(zhuǎn)移。雖然胃癌患者血漿中PAI-1 表達(dá)水平較高，但在胃癌的診斷或預(yù)后預(yù)測中尚無法替代腫瘤組織病理學(xué)。因此，PAI-1 可能成為影響胃癌預(yù)后的重要因素。

1.3 頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC） 通過對HNSCC微陣列進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在1 260 個基因中PAI-1 mRNA 表達(dá)水平在正常組織和原發(fā)腫瘤組織中的差異最為顯著，并且可作為HNSCC 患者無進(jìn)展生存期和總生存期的獨立預(yù)后因素[11]。同樣，Miguel 等[12]觀察到PAI-1 在腫瘤中的蛋白和mRNA 表達(dá)水平均高于正常組織，PAI-1 的高表達(dá)與HNSCC 患者較高轉(zhuǎn)移率和較差臨床預(yù)后相關(guān)。PAI-1 在HNSCC腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程中可能發(fā)揮作用，具有重要的預(yù)后價值。

1.4 其他類型腫瘤 與健康對照組相比，惡性黑色素瘤患者血液中PAI-1 活性明顯升高，說明血漿中PAI-1 活性可能與較差預(yù)后以及更高轉(zhuǎn)移風(fēng)險相關(guān)[13]。在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者中，血漿PAI-1 水平顯著升高，并與漿膜浸潤、Duke 分期和淋巴轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)[14]。因此，腫瘤組織或血漿中的PAI-1 高表達(dá)有望成為預(yù)防腫瘤局部侵襲以及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的潛在分子標(biāo)志物，具有一定的轉(zhuǎn)化意義。

2 PAI-1 在腫瘤進(jìn)展中的作用

2.1 腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移 PAI-1 作為uPA 的抑制劑，理論上抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移，而大部分研究表明，PAI-1 具有促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的潛在能力[15]。PAI-1 通過促進(jìn)細(xì)胞脫離某些細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白和防止細(xì)胞周圍ECM 過度降解來促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲[16]。一方面，PAI-1 通過阻止腫瘤細(xì)胞黏附于玻連蛋白，從而刺激腫瘤細(xì)胞向纖維連接蛋白（fibronectin）等ECM 底物遷移。另一方面，PAI-1 通過抑制尿激酶型纖溶酶原激活物受體（uPAR）結(jié)合的uPA，可以防止細(xì)胞黏附和遷移所必需的ECM 蛋白過度降解。在乳腺癌中，PAI-1 可通過激活磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）通路，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重塑，其異常表達(dá)可能增加腫瘤局部侵襲與惡性浸潤的風(fēng)險[17]。

作為一種重要的促凝血因子，PAI-1 可以誘導(dǎo)纖維蛋白在腫瘤周圍沉積，形成暫時性ECM，為細(xì)胞遷移提供支架，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[18]。PAI-1 高表達(dá)與骨肉瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，并且通過促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-13 的表達(dá)和分泌，促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移[19]。PAI-1 不僅作為EMC 成分，還是上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）標(biāo)志物，是多種腫瘤細(xì)胞（如A549、HepG2、RKO 等）中轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）誘導(dǎo)EMT 關(guān)鍵下游的重要效應(yīng)因子[20]。在非小細(xì)胞肺癌中，PAI-1 通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT）3信號通路，增強EMT 介導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移[21]。在乳腺導(dǎo)管腺癌中，內(nèi)皮細(xì)胞通過PAI-1 和CCL5 信號增強EMT 誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[22]。

2.2 腫瘤微血管生成 PAI-1 可以通過促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、存活和增殖來促進(jìn)血管生成。這種促血管生成活性源于其蛋白酶抑制和玻璃凝集素結(jié)合的功能。作為纖溶酶原激活的抑制劑，PAI-1 保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受FasL 依賴的細(xì)胞凋亡，并且通過與玻連蛋白結(jié)合，干擾內(nèi)皮細(xì)胞與玻連蛋白的結(jié)合，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞從玻連蛋白分離，向富含纖維連接蛋白但血管化較少的腫瘤間質(zhì)遷移；PAI-1 通過抗纖溶活性，增加纖維蛋白沉積，促進(jìn)內(nèi)皮組織形成以及血管生成蛋白的釋放[16]。在大多數(shù)腫瘤中，PAI-1 在血管生成中發(fā)揮重要作用。在膀胱癌動物模型中，PAI-1 小分子抑制劑Tiplaxtinin 可有效抑制腫瘤血管生成[23]。在惡性胸膜間皮瘤中，無論有無血管生成刺激，抑制PAI-1 表達(dá)水平均可限制腫瘤的微血管化[24]。在肝細(xì)胞肝癌中，低氧誘導(dǎo)因子（HIF）-2α 依賴的PAI-1 通過降低活性纖溶酶的濃度，進(jìn)而刺激血管生成[25]。

2.3 腫瘤細(xì)胞增殖與凋亡 研究表明，PAI-1 可以通過上調(diào)Cyclin D3/CDK4/6，加速G1 期到S 期細(xì)胞周期的進(jìn)展，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[26]。PAI-1 還可通過其抗纖溶活性、細(xì)胞黏附活性和纖溶酶原激活物活性，抑制纖維蛋白溶解，維持凝血酶的活性，凝血酶與腫瘤細(xì)胞中蛋白酶激活受體相互作用，間接調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生長，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[27]。

PAI-1 的抗凋亡活性已被廣泛報道。PAI-1 通過抑制腫瘤細(xì)胞對玻連蛋白的黏附，促進(jìn)細(xì)胞分離并遷移到其他ECM 蛋白，發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用[16]。作為一種絲氨酸蛋白酶抑制劑，PAI-1 可以抑制Caspase-3 活性，從而抑制化療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[28]。PAI-1 通過與LRP-1 相互作用，激活c-Jun/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號通路，促進(jìn)Bcl-2 抗凋亡蛋白的產(chǎn)生。PAI-1 還可以抑制腫瘤細(xì)胞表面纖溶酶對FasL 的切割，保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受FasL 介導(dǎo)和化療誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[29]。

PAI-1 缺失可有效抑制膀胱癌和腎癌動物模型中腫瘤生長，而過表達(dá)PAI-1 可增加宮頸癌動物模型中的腫瘤細(xì)胞增殖能力。且抑制PAI-1 可以抑制膀胱癌腫瘤中血管生成，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤生長[30]。在卵巢癌中，敲除PAI-1 以及PAI-1小分子抑制劑TM5275 治療后，可顯著誘導(dǎo)G2/M細(xì)胞周期阻滯，抑制腫瘤細(xì)胞增殖[31]。

2.4 免疫抑制與免疫逃逸 PAI-1 可參與免疫抑制微環(huán)境形成，導(dǎo)致腫瘤快速進(jìn)展[32]。近年來研究表明，TGF-β 可通過SMAD3 磷酸化增強非小細(xì)胞肺癌中PAI-1 的分泌，激活核因子（NF）-κB /白細(xì)胞介素（IL）-6/STAT3 通路，促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞中TGF-β 分泌，從而形成免疫抑制微環(huán)境。PAI-1 可以作為炎癥相關(guān)因子，參與腫瘤炎癥反應(yīng)。PAI-1 可增加肺泡上皮細(xì)胞中IL-8 和白三烯B4 的產(chǎn)生，促進(jìn)炎癥細(xì)胞的遷移，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的募集和T 淋巴細(xì)胞的存活[33]。PAI-1 還通過激活巨噬細(xì)胞中p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、NF-κB 和IL-6 的轉(zhuǎn)錄上調(diào)，影響單核/巨噬細(xì)胞向M2 極化，同時IL-6 激活單核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄激活因子，導(dǎo)致精氨酸酶、IL-10和CD163 的表達(dá)增加[34]。

3 腫瘤中調(diào)控PAI-1 表達(dá)的機(jī)制

3.1 生長因子 在腫瘤進(jìn)展中，PAI-1 受多種生長因子調(diào)控，其中表皮生長因子（EGF）和TGF-β 被廣泛關(guān)注。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中，EGF 通過連續(xù)激活蛋白激酶（c-SRC、PKC）和鞘氨酸激酶1（SPHK1）來促進(jìn)PAI-1 的表達(dá)。在卵巢上皮細(xì)胞或乳腺癌細(xì)胞中，EGF 對PAI-1 表達(dá)的調(diào)控是通過NF-κB 或轉(zhuǎn)錄激活因子ETS 樣蛋白-1（ELK-1）等轉(zhuǎn)錄因子的激活來介導(dǎo)的[35]。此外，EGF 在皮膚鱗狀細(xì)胞癌、肝細(xì)胞癌和星形細(xì)胞瘤細(xì)胞等其他癌癥中，也有增強PAI-1 的作用，但其機(jī)制有待進(jìn)一步探討。毛蕊異黃酮通過WNT 和PI3K/Akt 信號通路上調(diào)BATF2 靶向PAI-1，抑制TGF-β 誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT 和細(xì)胞遷移[36]。TGF-β 在HepG2 肝癌細(xì)胞中誘導(dǎo)SMAD 與p53 相互作用，從而介導(dǎo)PAI-1 轉(zhuǎn)錄。同樣，在乳腺癌細(xì)胞中，TGF-β 誘導(dǎo)PAI-1 的表達(dá)也需要Smad2/3 與激活蛋白（AP）-1 組分之間的特異性相互作用。在卵巢癌細(xì)胞中，TGF-β 和地塞米松可通過激活p38MAPK、ERK1/2、SMAD2/3 通路和糖皮質(zhì)激素受體，協(xié)同增強PAI-1 的表達(dá)[37]。

3.2 細(xì)胞因子 除了生長因子外，細(xì)胞因子也參與腫瘤進(jìn)展中PAI-1 的調(diào)節(jié)。Kras 突變導(dǎo)致PAI-1 表達(dá)升高，激活胰腺星狀細(xì)胞，分泌IL-8 促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展[31]。在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，CXCL12/CXCR4 信號通路通過MAPK 介導(dǎo)的信號通路增強PAI-1 的表達(dá)，干擾素（IFN）-γ 也參與星形細(xì)胞瘤細(xì)胞中PAI-1 的調(diào)控[38]。此外，TNF-α 通過NF-κB 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)SW620 結(jié)腸癌細(xì)胞、HepG2 和HuH-7 肝癌細(xì)胞中PAI-1 的表達(dá)，IL-1 的存在也顯著增加了上述細(xì)胞系中PAI-1 的表達(dá)。雖然單獨IL-6 對PAI-1 表達(dá)的影響不大，但I(xiàn)L-1 和IL-6 的加入可協(xié)同誘導(dǎo)HepG2 和HuH-7 肝癌細(xì)胞中的PAI-1 表達(dá)[39]。

3.3 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 研究表明，PAI-1 在腫瘤中受多種miRNA 調(diào)控，影響腫瘤的發(fā)生與進(jìn)展。在胃癌組織中，miR-145 靶向PAI-1 編碼基因SERPINE1，抑制腫瘤進(jìn)展與微血管生成[40]。miR-93/106b 可調(diào)節(jié)平滑肌瘤中PAI-1 的表達(dá)，miR-486 可降低黏液樣脂肪肉瘤中PAI-1 的表達(dá)。此外，miR-34a 可作為PAI-1 的調(diào)節(jié)因子，抑制其轉(zhuǎn)錄后翻譯[41]。HIF-1α作為經(jīng)典的轉(zhuǎn)錄激活因子，也參與PAI-1 的表達(dá)調(diào)控。在非小細(xì)胞肺癌中，低氧刺激可通過穩(wěn)定HIF-1α 而轉(zhuǎn)錄調(diào)控PAI-1 蛋白表達(dá)水平[42]。

4 針對PAI-1 的腫瘤靶向治療前景

在目前已知的PAI-1 化學(xué)合成抑制劑中，Tiplaxtinin（PAI-039）已在多種腫瘤（纖維肉瘤、肺癌、宮頸癌、膀胱癌以及HNSCC）中被證實可以干擾細(xì)胞PAI-1 的表達(dá)或活性，在體外或體內(nèi)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抑制血管生成、抑制增殖、細(xì)胞黏附以及腫瘤細(xì)胞自我更新能力，是一種有潛力的抗腫瘤藥物[13，28，32，43]。SK-216 和SK-116 是另外兩種重要的PAI-1 抑制劑，SK-116 在肺癌和惡性胸膜間皮瘤小鼠模型中有效降低血清PAI-1 水平，表現(xiàn)出顯著的抗血管生成作用，從而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和進(jìn)展；同樣，SK-216 可通過抑制PAI-1 的表達(dá)而影響骨肉瘤143B 細(xì)胞株的侵襲能力，SK-216 處理后143B 細(xì)胞分泌的MMP-13 呈劑量依賴性減少，腹腔注射SK-216 可下調(diào)骨肉瘤原發(fā)灶中PAI-1 的表達(dá)水平，抑制腫瘤肺轉(zhuǎn)移[19]。此外，TM5441 和TM5275 不僅在體外能有效抑制細(xì)胞增殖，還能在體內(nèi)促進(jìn)細(xì)胞凋亡，并降低血管密度，從而抑制腫瘤生長[44]。在纖維肉瘤中，XR5967 使PAI-1 失活，抑制細(xì)胞遷移、侵襲和血管生成[45]。此外，一種新型PAI-1 抑制劑IMD-4482 可以通過抑制細(xì)胞對玻連蛋白的黏附作用，從而抑制卵巢癌細(xì)胞的侵襲能力；同時，IMD-4482 還可以通過抑制ERK 磷酸化來抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡；進(jìn)一步的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，IMD-4482 還可以通過抑制FAK 磷酸化和腫瘤微血管化來抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[46]。

越來越多的研究證實，PAI-1 是一個極具潛力的抗腫瘤治療靶點。雖然PAI-1 抑制劑在體內(nèi)外實驗中取得了卓越的抗腫瘤療效，然而，PAI-1 抑制劑的有效性受諸多因素的限制，如對穩(wěn)定結(jié)合玻連蛋白的PAI-1 缺乏活性、藥物半衰期不足2 h、藥代動力學(xué)不足、治療濃度在μmol/L 范圍內(nèi)等。PAI-1 小分子抑制劑作用機(jī)制和調(diào)節(jié)機(jī)制尚不完全清楚，目前尚無臨床試驗，還需要進(jìn)一步臨床前評估，包括安全性評估、用藥劑量、藥物對凝血系統(tǒng)的影響等。

5 總結(jié)與展望

PAI-1 對腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移和血管生成的影響已在多種實體腫瘤中得到廣泛研究與報道。此外，多種生長因子和細(xì)胞因子可調(diào)控PAI-1 的表達(dá)水平，激活關(guān)鍵致癌信號通路，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。以PAI-1為靶點的治療在多種腫瘤的基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化研究中同樣取得了實質(zhì)性進(jìn)展。越來越多的證據(jù)表明，PAI-1可作為潛在預(yù)測性生物標(biāo)志物和治療靶點應(yīng)用于腫瘤的臨床診療中。然而，PAI-1 在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。