CAV-1抑制乳腺腫瘤上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的機制

李明花 遇紅梅

(1吉林大學第一醫(yī)院,吉林 長春 130061;2吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院)

乳腺癌是世界范圍內(nèi)女性最常見的惡性腫瘤之一。近年來,癌癥的發(fā)病率顯著上升,并呈現(xiàn)低齡化趨勢,不僅對女性健康和生活質(zhì)量造成嚴重危害,還嚴重增加了由此產(chǎn)生的社會和經(jīng)濟負擔。目前,盡管在靶向治療、激素治療、手術(shù)、化療和放療方面取得了顯著進展,但乳腺癌仍然是女性癌癥死亡的主要原因。小窩蛋白(CAV)-1表達與乳腺癌預后關(guān)系緊密。CAV-1是細胞膜Ω狀內(nèi)陷寬10～100 nm 小窩的結(jié)構(gòu)和功能蛋白,影響癌癥細胞增殖、凋亡、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移。CAV-1 在乳腺癌患者中異常表達可伴乳腺干細胞、表皮生長因子受體(EGFR)、細胞周期蛋白 (Cyclin)D1及雌激素受體(ER)等表達異常,在腫瘤間質(zhì)和實質(zhì)中均可發(fā)現(xiàn)異常表達的 CAV-1。研究發(fā)現(xiàn),通過誘導乳腺癌細胞中CAV-1過表達可激活 NKG2D 的配體,從而誘導機體自身自然殺傷(NK)細胞殺傷腫瘤細胞。本文將對Cav-1在乳腺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)與乳腺癌發(fā)生之間的關(guān)系進行綜述。

1 CAV-1

細胞質(zhì)膜微囊(Caveolae)參與細胞膜的信號傳導、細胞內(nèi)吞等生物功能〔1〕。Caveolae 基因家族中CAV-1是重要的一員〔2,3〕。CAV-1是Caveolae的主要蛋白質(zhì),它在細胞膜上呈燒瓶狀內(nèi)陷。CAV-1作為一種整合膜蛋白,其組成包含178個氨基酸殘疾,分子量22 kD,編碼基因定位于7q31.1 區(qū)域。CAV-1參與各種細胞功能,例如囊泡運輸,膽固醇穩(wěn)態(tài),腫瘤進展,尤其是各種信號轉(zhuǎn)導途徑的調(diào)節(jié)〔4〕。CAV-1被認為可以調(diào)節(jié)蛋白的活性,例如非受體酪氨酸激酶(Src)家族激酶、大鼠肉瘤原癌基因(H-Ras)、蛋白激酶C、表皮生長因子酪氨酸激酶,細胞外信號調(diào)節(jié)激酶及參與致癌信號通路的內(nèi)皮型一氧化氮合酶〔5〕。Src與質(zhì)膜的相互作用是決定其活性的重要因素。例如,Src的固有激酶活性使CAV-1磷酸化。隨后,活化的Src與磷酸酪氨酰化的CAV-1結(jié)合,從而調(diào)節(jié)其與膜的結(jié)合〔6〕。最初被鑒定為病毒非受體酪氨酸激酶基因(v-Src)的底物,CAV-1在磷酸化細胞質(zhì)膜微囊蛋白-1(Tyr14)上被正常細胞非受體酪氨酸激酶基因(c-Src)磷酸化,間接證據(jù)表明磷酸化的CAV-1也調(diào)節(jié)其細胞定位和功能?？偟膩碚f,CAV-1調(diào)節(jié)了在乳腺癌、膠質(zhì)母細胞瘤、肺癌和其他癌癥類型中涉及的各種信號通路〔7,8〕。

CAV-1在癌癥的發(fā)展和進程中的作用是有爭議的,因為它被建議發(fā)揮腫瘤抑制和致癌作用。在最近的研究中,CAV-1介導的信號傳導與維持干性相關(guān),以增強各種癌癥干細胞(CSC)的擴增〔9〕。但是,CAV-1在影響CSC中的確切功能,特別是與Src的磷酸化有關(guān),尚不清楚。Src介導的磷酸化和隨后的CAV-1不穩(wěn)定有助于維持乳腺CSC及其特征的表現(xiàn)。有證據(jù)表明,CAV-1可能起干細胞自我更新信號通路的調(diào)節(jié)作用〔10〕。在各種癌癥類型中,CAV-1水平在腫瘤進展過程中會有所不同。據(jù)推測,CAV-1既可以作為腫瘤抑制因子,也可以作為癌基因,這取決于腫瘤轉(zhuǎn)化的階段和腫瘤進展的程度。CAV-1在早期被下調(diào),以促進致癌性轉(zhuǎn)化,而CAV-1在后期的恢復可能促進侵襲性和耐藥性的發(fā)展〔11〕。然而,在癌癥進展中,CAV-1對獲得干細胞樣特性的精確功能尚不清楚。

2 CAV-1與乳腺癌

由于腫瘤微環(huán)境中干細胞樣癌細胞的存在,盡管乳腺癌有多種治療選擇,但患者還常發(fā)生化學/放射敏感性降低和疾病復發(fā)〔12〕。CSC被定義為以自我更新和分化特性為特征的癌細胞的子集,特性驅(qū)動腫瘤發(fā)生和腫瘤異質(zhì)性〔13〕。有證據(jù)表明,上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和干細胞樣性狀是相互交織的過程,以促進轉(zhuǎn)移性腫瘤的微環(huán)境。作為腫瘤細胞遷移的第一步,EMT可以誘導癌細胞分化為CSC樣狀態(tài)〔14〕。在這種情況下,CSCs可能通過獲得間充質(zhì)特征而成為局部和遠處轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ),這將極大地促進從原發(fā)腫瘤到轉(zhuǎn)移性腫瘤的全身擴散〔15〕。許多信號分子包括Wnt/β-連環(huán)蛋白(catenin)、跨膜受體蛋白(Notch)、刺猬因子(Hedgehog)、信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3和轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β都參與CSC的生成和維持〔16〕。

在乳腺各類型細胞(如平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維細胞及乳腺上皮細胞等)均發(fā)現(xiàn)存在CAV-1表達〔17～19〕。Sagara等〔20〕發(fā)現(xiàn),CAV-1表達與孕酮受體關(guān)系緊密,并且可調(diào)節(jié)乳腺上皮ER分布。CAV-1可抑制乳腺癌作用,并且作為乳腺癌的抑制基因存在。通過對CAV-1基因位點的查尋發(fā)現(xiàn):CAV-1基因位點處于乳腺癌的抑制基因的聚集點上〔21～23〕。研究報道顯示,一些小鼠或人類轉(zhuǎn)化上皮細胞種系、轉(zhuǎn)基因鼠的乳腺癌細胞模型及人原發(fā)性乳腺癌組織表中發(fā)現(xiàn)存在CAV-1蛋白和mRNA表達水平下降或者存在缺失〔24～27〕。同時,研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌細胞中CAV-1過表達,其可抑制侵襲性〔28～30〕。

2.1CAV-1與腫瘤球形成 腫瘤圈培養(yǎng)系統(tǒng)已被廣泛用于從癌細胞系或原發(fā)性腫瘤中鑒定和富集分選特定的CSC〔31〕。與貼壁細胞相比,源自乳腺癌細胞的腫瘤球表現(xiàn)出低得多的CAV-1水平。用siRNA沉默CAV-1可誘導干性,這可通過增加白細胞分化抗原44高表達/熱穩(wěn)定抗原低表達(CD44high/CD24low)細胞數(shù)量、乙醛脫氫酶(ALDH)活性、干性相關(guān)基因的表達和腫瘤球形成來證明。最近,CD44high/CD24low和ALDH+表型不常用于鑒定CSC,因為即使在相同分子的乳腺癌亞型中,它們的表達也不一致。對它們的功能進行系統(tǒng)的比較仍然不夠〔32〕。盡管如此,它們的表達仍用于鑒定乳腺CSC。另一種常用的干細胞標記是八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(Oct)4。根據(jù)Patel等〔33〕提出的乳腺癌細胞等級,有一個成熟度最低的細胞子集表達高水平的Oct4。Oct4高表達乳腺癌細胞中最不成熟的子集表現(xiàn)出化學抗性、休眠和干細胞特性,例如自我更新、連續(xù)傳代能力、循環(huán)靜止、加倍時間長、不對稱分裂、高轉(zhuǎn)移和侵襲能力。

有研究強調(diào)了鈣黏著蛋白和整聯(lián)蛋白的作用,不僅在EMT的調(diào)節(jié)中,而且在維持CSC中也發(fā)揮了作用〔34〕。與這些發(fā)現(xiàn)一致,黏附分子整合素(α5β1)整聯(lián)蛋白的表達在腫瘤球中增加。此外,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)CAV-1表達與α5β1整聯(lián)蛋白顯著相關(guān)〔35〕。研究結(jié)果表明,CAV-1基因敲低導致EMT,使乳腺癌細胞具有干樣特征,在其他癌細胞系中也觀察到了CAV-1對干細胞的類似作用,進一步證實了CAV-1在癌癥進展中起作用〔36〕。

CAV-1在腫瘤球中蛋白表達的降低并非歸因于其mRNA轉(zhuǎn)錄物表達的降低,而是歸因于蛋白穩(wěn)定性的降低。據(jù)報道,Tyr14通過促進泛素化和蛋白酶體降解而降低了CAV-1蛋白的穩(wěn)定性〔37〕。CAV-1主要被Src激酶在Tyr14上磷酸化〔38〕。在許多情況下,Src在Tyr14上的磷酸化與CAV-1功能明顯相關(guān),例如表皮生長因子(EGF)誘導的小窩形成〔39〕,整聯(lián)蛋白調(diào)節(jié)的膜微域內(nèi)化及與膜Ⅰ型基質(zhì)的結(jié)合金屬蛋白酶。我們的發(fā)現(xiàn)表明,CAV-1位置14處的酪氨酸殘基是調(diào)節(jié)其球體形成,獲得EMT和莖樣性狀所必需的,通過用苯丙氨酸替代Tyr14的CAV-1突變顯著削弱了源自人類乳腺癌細胞的腫瘤球的致瘤能力〔40〕。

總之,在乳腺CSC樣細胞中檢測到CAV-1的下調(diào),這與B細胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒整合位點(Bmi)-1和EMT標志物的上調(diào)相關(guān)。CAV-1負調(diào)節(jié)CSC標記,包括CD133、Oct3/4和垂體腺瘤組織中區(qū)Y框蛋白(Sox)2及腫瘤球體的形成,這是CSC的關(guān)鍵特征。CAV-1的下調(diào)歸因于其在Tyr14處通過Src介導的磷酸化作用而失穩(wěn),并隨后通過蛋白-蛋白酶體途徑降解。CAV-1不穩(wěn)定的細胞具有莖樣特征,可促進腫瘤球的形成并增強致瘤性,這對于理解癌細胞的攻擊行為及確定CSC治療的潛在靶標可能至關(guān)重要〔41〕。

2.2CAV-1與癌癥遷移和轉(zhuǎn)移 CAV-1是質(zhì)膜蛋白的組成部分,在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。證據(jù)表明,CAV-1可以促進癌細胞遷移和轉(zhuǎn)移,因此靶向CAV-1可能代表了一種預防轉(zhuǎn)移的新策略〔42〕。關(guān)于乳腺癌,發(fā)現(xiàn)CAV-1上調(diào)與基底樣亞型之間有很強的相關(guān)性〔43〕。同時,在炎癥性乳腺癌細胞和組織中,CAV-1表達也被顯著上調(diào)〔44〕。在前列腺癌中,較高水平的CAV-1通常顯示出疾病治療后復發(fā)的間隔時間縮短,并且在病理學上通常與較高的Gleason評分相關(guān)〔45〕。CAV-1除了充當位于小窩中的膜蛋白外,還以非小泡、細胞或細胞外形式存在,并且可以分泌到前列腺癌患者的血清中。臨床研究表明,循環(huán)的CAV-1是晚期前列腺癌的潛在生物標志物〔46〕。因此,CAV-1+被公認為是前列腺癌治療的潛在靶標。在前列腺癌模型小鼠中,通過多克隆抗體阻斷分泌的CAV-1成功抑制了腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移〔47〕。

2.3CAV-1與CyclinD1 CyclinD1過表達會導致分裂元的依賴性下降,細胞G1期縮短,從而促進細胞增殖。而CAV-1可通過抑制CyclinD1的表達對細胞增殖進行負性調(diào)節(jié)。研究表明,多種腫瘤發(fā)生、進展及轉(zhuǎn)移均與CyclinD1的過表達和擴增關(guān)系緊密〔48～51〕。研究發(fā)現(xiàn),在小鼠乳腺中靶向應(yīng)用CyclinD1會造成小鼠乳腺癌,而抗CyclinD1可消除酪氨酸激酶受體(ErbB)2誘導的乳腺癌〔52〕。CyclinD1與CAV-1異常表達密切相關(guān)。CAV-1可對細胞周期進程進行調(diào)節(jié),并且阻礙細胞于G0/G1期〔53〕。研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌在雌激素相關(guān)受體(ER)α(+)組織標本中,發(fā)現(xiàn)CAV-1 突變樣本CyclinD1過表達〔54〕。由此可見,CyclinD1在乳腺癌中的過表達或者擴增由CAV-1 的突變所誘導。

2.4CAV-1 與 EGFR CAV-1的表達異?；蛘咄蛔儠е翬GFR表達增加。在一些乳腺癌中發(fā)現(xiàn)EGFR存在過表達。CAV1表達異?？墒谷橄侔㎝CF-7細胞的惡性潛能增加,并且可增強EGFR信號〔55〕。Li等〔54〕研究顯示,在EGF缺失時野生型乳腺上皮細胞不能生長,反之,在CAV-1敲除小鼠的乳腺上皮細胞在EGF正常表達或缺如情況下,均會形成較大上皮樣腺泡結(jié)構(gòu)。同時,有研究報道顯示,乳腺上皮CAV-1(-/-)裸鼠,形成較大的腺泡樣上皮細胞結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出EGF的非依賴性生長的特性,并具有異常的管腔結(jié)構(gòu)和增厚的管壁〔56〕。雌激素誘導下的CAV-1腺泡生長速度再EGF缺失情況下有所增加及CyclinD1的表達升高。

3 CAV-1與ERα(+)乳腺癌

雌激素可使乳腺細胞的分裂程度增加,具有促有絲分裂作用,并且可使乳腺上皮細胞的增生程度增加〔57〕。在乳腺細胞增生時,ERα是雌激素反應(yīng)介質(zhì)〔58〕。在乳腺腫瘤形成初期ERα導管增生時則被興奮而表達〔59,60〕。ER表達會由于CAV-1基因的失活而造成其升高,并且均可見于小鼠原發(fā)性乳腺癌上皮細胞及人類乳腺癌上皮細胞〔54〕。同時,研究發(fā)現(xiàn)CAV-1下調(diào)可刺激ER表達〔61〕。由此可見,在ER(+)乳腺癌的進展中CAV-1低表達或突變是促進因素,并且會導致乳腺癌進展的危險性增加。

4 CAV-1與EMT

4.1EMT EMT與腫瘤的不良預后關(guān)系密切〔62〕。當微環(huán)境激活后,正常組織纖維細胞轉(zhuǎn)化為癌相關(guān)成纖維細胞(CAFs),CAFs分泌多種生長因子和激酶,促進細胞外基質(zhì)重構(gòu)、局部炎癥,腫瘤血管生成,導致腫瘤上皮細胞產(chǎn)生EMT。EMT在腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移中的作用也備受關(guān)注〔34〕。EMT的發(fā)生能夠使連接緊密的上皮細胞獲得遷徙能力,到達靶器官后再通過EMT形成與原發(fā)灶相同的腫瘤,成為轉(zhuǎn)移性癌〔63〕。EMT在腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及逃逸中扮演重要角色。MMP在腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及血管形成中具有重要作用〔64〕。

4.2CAV-1抑制乳腺腫瘤EMT的機制

4.2.1TGF-β信號通路 胞外信號包括干細胞生長因子、成纖維細胞生長因子、TGF、上皮細胞因子及膠原等可誘導上皮細胞發(fā)生EMT〔65〕。在腫瘤中,TGF-β不僅可抑制腫瘤細胞增殖、誘發(fā)腫瘤細胞凋亡,并且會阻滯細胞周期,從而導致凋亡加速,誘導維持EMT狀態(tài)〔66〕。

4.2.2CAV抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)活性 在鼠源性細胞中,CAV基因水平消除MMP2和9表達與分泌,而且CAV過表達顯著降低MMP分泌。機制不明,推測原因可能為CAV-1通過調(diào)節(jié)MMP的調(diào)節(jié)因子CD147/細胞外MMP誘導因子(EMMPRIN)影響癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移。CAV-1的降低誘導磷酸酯酶與張力蛋白同源物(PTEN)細胞膜相關(guān)磷酸酶和張力蛋白表達降低。PTEN的作用為抑制纖維細胞的分化和限制細胞外基質(zhì)重構(gòu),CAV缺失導致PTEN下調(diào)導致纖維細胞表型的改變。PTEN基因的沉默促進乳腺腫瘤的形成,導致大量ECM堆積和重構(gòu),導致炎癥和血管再生〔67〕。基質(zhì)細胞中CAV 的表達對腫瘤細胞有抑制作用,因為CAV的缺失可誘導致腫瘤微環(huán)境中壞死因子功能的喪失。另一方面,腫瘤內(nèi)皮細胞CAV過表達可抑制有氧糖酵解及內(nèi)皮細胞自噬。腫瘤相關(guān)纖維細胞中CAV-1的下調(diào)通過溶酶體降解和自噬有關(guān)?；|(zhì)纖維細胞CAV-1的缺失可顯著誘導氧化應(yīng)激,可激活缺氧誘導因子(HIF)-1α和核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB,啟動自噬和線粒體自噬。與MMP相關(guān)人類癌癥基質(zhì)CAV-1的缺失會導致腫瘤相關(guān)纖維細胞的代謝重新編程,導致基質(zhì)-內(nèi)皮代謝耦聯(lián)〔68〕。有趣的是這種能量轉(zhuǎn)移機制也存在的骨骼肌和腦組織中,通過神經(jīng)元神經(jīng)膠質(zhì)耦聯(lián),與MMP相關(guān)。最后腫瘤細胞引發(fā)與其相鄰纖維細胞的氧化應(yīng)激(抗氧化應(yīng)激藥物治療癌癥的作用機制)。一些細胞內(nèi)寄生蟲利用氧化應(yīng)激誘導宿主細胞的自噬從而獲取營養(yǎng)物質(zhì)得以生存。腫瘤細胞相當于細胞外寄生蟲誘導相鄰細胞氧化應(yīng)激,使腫瘤細胞偷取高能量營養(yǎng)物質(zhì),再利用這些化學物質(zhì)有效地制造新的癌細胞〔69〕。

腫瘤周邊纖維基質(zhì)細胞中大量表達CAV-1后,使纖維基質(zhì)細胞處于靜息穩(wěn)定狀態(tài),從而抑制腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。臨床手術(shù)切除腫瘤后在腫瘤病灶周圍注射CAV可預防腫瘤轉(zhuǎn)移?；|(zhì)中CAV的缺失促進腫瘤的生長:乳腺上皮CAV的缺失導致導管增生,乳腺腫瘤移植入CAV缺失的乳腺脂肪墊中可存進腫瘤的生長。這些結(jié)果均揭示基質(zhì)中小窩的缺失對上皮增生和促進腫瘤形成起到重要作用。CAV-1負性調(diào)節(jié)TGF-β信號。通過結(jié)合TGF-β一型受體激酶結(jié)構(gòu)域,CAV抑制TGF調(diào)節(jié)Smad-2的磷酸化及其下游活動,起到激酶抑制劑的作用〔70〕。

5 CAV-1與CSC

CSC負責腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和復發(fā)。CAV-1是小窩蛋白的主要蛋白質(zhì),它參與各種細胞功能,例如囊泡運輸、膽固醇穩(wěn)態(tài)、腫瘤進展等。CAV-1在腫瘤球中的表達明顯低于黏附細胞。CAV-1沉默增強了MDA-MB-231細胞的干性。從機制上講,CAV-1沉默伴隨著Bmi-1的表達增強,Bmi-1是一種具有代表性的自我更新調(diào)節(jié)因子,并促進了EMT。在類似CSC的狀態(tài)下,還原的CAV-1取決于其通過蛋白-蛋白酶體降解的去穩(wěn)定作用。進一步發(fā)現(xiàn)在Tyr14殘基上Src介導的CAV-1磷酸化對于其降解至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)表明,Src引起的CAV-1不穩(wěn)定可能在乳腺癌細胞的干性表現(xiàn)和維持中起關(guān)鍵作用〔71〕。

6 CAV-1 與成人乳腺干細胞

CAV-1表達水平降低會導致乳腺干細胞總數(shù)升高〔72,73〕。成人干細胞具有雙向分化、自我更新細胞亞群的能力〔74〕。研究報道顯示ERα(+)乳腺干細胞具有自我更新能力〔75〕。在細胞增殖時,CAV-1表達水平有所上升,并且其表達與細胞增殖密切相關(guān)〔76〕。研究報道顯示,在體外胚胎干細胞分化為脈管樣內(nèi)皮結(jié)構(gòu)時CAV-1被選擇性上調(diào)〔77〕。CAV-1 缺乏的小鼠乳腺干細胞總數(shù)是升高的〔78〕。綜上所述,乳腺干細胞分化與CAV-1表達關(guān)系緊密,且其表達與乳腺癌發(fā)生發(fā)展關(guān)系緊密及證實了ERα 與CAV-1 的關(guān)系。

綜上,CAV-1在乳腺腫瘤EMT的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。故而在控制腫瘤進展及治療轉(zhuǎn)移時,可考慮CAV1對腫瘤細胞的直接影響,包括對免疫細胞和腫瘤細胞之間相互調(diào)節(jié)作用。鑒定調(diào)控EMT 發(fā)生的關(guān)鍵分子、開發(fā)靶向治療手段將有利于對惡性腫瘤的診斷、腫瘤預后的判斷和腫瘤治療及早期干預的效果,能進一步推動我國腫瘤基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化研究的發(fā)展。