E-钙粘蛋白及其复合体与肿瘤的侵袭转移

发育生物学综述E-钙粘蛋白及其复合体与肿瘤的侵袭转移姓名：学号：专业：E-钙粘蛋白及其复合体与肿瘤的侵袭转移摘要：侵袭与转移是恶性肿瘤最基本的生物学特征，也是导致肿瘤治疗失败及患者死亡的主要原因。这一过程与肿瘤细胞间黏附功能的降低密切相关，由E-钙粘蛋白及其复合体是细胞间粘附分子的重要组成部分，在抑制肿瘤细胞侵袭转移过程中发挥及其重要的作用。关键词：E-钙粘蛋白；复合体；肿瘤；侵袭转移前言肿瘤的转移是一个复杂的多个步骤的癌细胞与宿主细胞相互作用的连续过程，其分子机制主要包括以下几方面：①肿瘤细胞黏附特性的改变。此过程主要通过一些相关细胞间黏附分子（ICAM）的异常表达或缺失，引起肿瘤脱离原发灶，并发生过转移1；②肿瘤微环境的调整以及细胞外基质的水解。肿瘤微环境是指肿瘤发生发展过程中所处的内环境，包括纤维、基质、组织液和淋巴液等，基质主要是各种胶原成分，近年来的研究发现微环境不仅促进肿瘤增殖侵袭生存和耐药，而且还促进肿瘤转移2。另外，肿瘤细胞降解基质蛋白质是局部侵袭和转移的必需步骤，同时降解的蛋白质对肿瘤细胞的增长生殖有促进作用；③肿瘤细胞的迁移和运动。肿瘤细胞还存在一种不依赖蛋白水解的单个细胞水平的变形运动3。E-钙粘蛋白是一类介导同源细胞间粘附的钙离子依赖性跨膜糖蛋白。它是哺乳动物发育过程中第一个表达的钙粘蛋白，影响胚胎发育中细胞的分化，参与组织器官的形成。E-钙粘蛋白主要存在于人和动物上皮细胞，对于维持上皮细胞形态和组织完整性发挥重要作用，也抑制肿瘤的侵袭转移，影响原发肿瘤的早期生长和诱发肿瘤的增殖生长4。当其表达下调或功能障碍时，将使同种细胞失去粘附，对于上皮源性肿瘤而言，则意味着肿瘤具备侵袭生长的特点，并易从原发病灶脱落分离，向局部淋巴结转移或远处转移5。1E-钙粘蛋白及其复合体概述1.1E-钙粘蛋白结构及生物学特征人类的E-钙粘蛋白编码基因定位于16号染色体q22．1附近，cDNA全长4．8kb，由16个外显子及15个内含子组成。E-钙粘蛋白由723—748个氨基酸组成，分子质量为80～124ku，分子中存在一个疏水基团，位于跨膜区，氨基末端位于细胞膜外，是钙离子的结合位点，对Ca2+有高度敏感性，其氨基末端位于细胞浆内，与激动蛋白相连。胞内区通过α、β、γ连接蛋白与微丝、中间丝、肌动蛋白相连接，形成复合体，使E钙粘蛋白被锚定于细胞骨架上，与相邻细胞形成稳定连接（如附图所示）6。1.2E-钙粘蛋白复合物相关蛋白E-钙粘蛋白表达降低的肿瘤易发生侵袭和转移，但近来发现一些E-钙粘蛋白表达较强的肿瘤其转移性仍较强，研究证实原因是连环蛋白表达减少。连环蛋白是一组与E-钙粘蛋白胞内区相互作用的蛋白质，它参与调节E-钙粘蛋白的黏附功能。连环蛋白功能障碍可使E-钙粘蛋白介导的同种细胞黏附失去稳定性。连环蛋白不表达则E-钙粘蛋白无法发挥功能。连环蛋白目前已发现4种7，包括α-连环蛋白、β-连环蛋白、γ-连环蛋白及p120蛋白(p120)，其中β和γ-连环蛋白直接与E-钙粘蛋白的胞浆区相连，而α-连环蛋白则将β或γ-连环蛋白与肌动蛋白微丝网相连。P120是酪氨酸激酶的底物，直接与E-钙粘蛋白的膜旁区结合，不和α-连环蛋白发生作用。1.3E-钙粘蛋白的功能E-钙粘蛋白是一种重要的细胞一细胞间黏附分子，其依据有：(1)不表达E—cad的细胞之间不能相互聚集或黏附。(2)E-钙粘蛋白主要分布于细胞交界区特别是细胞黏附区。(3)在表达E-钙粘蛋白的细胞，用抗体中和E-c钙粘蛋白以及E-钙粘蛋白编码基因的缺失均能导致细胞间相互解离。(4)E-钙粘蛋白突变和低钙环境可导致细胞解离。(5)给不表达E-钙粘蛋白的细胞转染E-钙粘蛋白cDNA可使其相互黏附。目前E--cad作为癌细胞转移抑制分子已得到确认8。2E-钙粘蛋白复合体在肿瘤细胞表侵袭转移中的调节机制2.1基因突变基因突变是引起蛋白表达水平改变和功能障碍的主要机制之一，能障碍的主要机制之一，在多种恶性肿瘤的研究中发现，E-钙粘蛋白基因的点突变、缺失可导致E-钙粘蛋白表达水平的下调和功能结合区域的改变，从而引起细胞-细胞之间连接疏松。陈晓峰等9应用聚合酶链反应和单链构象多态性分析技术对53例非小细胞肺癌原发灶组织和5例肺部其他良、恶性病变组织中的E-钙粘蛋白基因突变情况进行检测，结果显示仅3例发生E-钙粘蛋白基因突变，E-钙粘蛋白基因的突变率在肺癌和非肺癌之间无统计学差异。目前，在肺癌组织细胞中有关E-钙粘蛋白基因突变的文献报道较少，且突变发生率亦较低，据此推测E-钙粘蛋白基因突变在肺癌的侵袭转移过程中可能不是主要事件。有研究显示β-连环蛋白基因的变异可以使细胞之间的黏附能力下降，李利亚等10应用PCR-SSCP和DNA测序的方法对36例NSCLC术后标本进行β-连环蛋白外显子3的突变分析，结果显示β-连环蛋白基因外显子3有突变，在我国其突变率较国外报道高；并且β-连环蛋白基因外显子3的突变与NSCLC的淋巴转移和肿瘤的分化程度相关，提示β-连环蛋白基因外显子3的突变可能与NSCLC转移密切相关。2.2基因启动子的甲基化DNA的甲基化使得染色体的结构发生改变，转录因子和RNA聚合酶Ⅱ难以接触DNA，从而基因表达下调。CDH1启动子5‘区CpG岛甲基化在乳腺癌、前列腺癌和肝癌等都有发现11。一般认为启动子甲基化引起的E-钙粘蛋白表达下调是动态变化的，原发肿瘤侵袭时启动子区发生高度甲基化，此时E-钙粘蛋白表达下降；当侵袭转移的肿瘤细胞到达一个合适其定居的环境后，启动子甲基化水平显著下降，E-钙粘蛋白表达水平可恢复12。冉冉13探讨了CDH1基因启动子区甲基化与子宫肌瘤发病的关系，结果表明，在子宫肌瘤患者的子宫内膜组织中，CDH1基因启动子区存在异常甲基化状态，且CDH1基因启动子区的异常甲基化可能与E-钙粘蛋白表达丢失相关。结果提示CDH1基因可能在子宫肌瘤的发病中起一定的作用。2.3CDH1基因的转录沉默CDH1基因可在转录水平受到抑制，这些具有抑制转录作用的因子包括Slug/Snail、SIPl1、E12/E47、δEF1/ZEB1，它们和CDH1基因的启动子结合，抑制E-钙粘蛋白的转录，并诱导上皮细胞向间质细胞表型的转化(EMT)。同时伴随E-钙粘蛋白向N-钙粘蛋白转化，使肿瘤细胞获得侵袭能力14。2.4E-钙粘蛋白的异常降解肿瘤组织中，E-钙粘蛋白的胞外区可以被基质金属蛋白酶降解，从而形成可溶性E-钙粘蛋白15。可溶性E-钙粘蛋白有可能成为一种新的肿瘤标志物，用于肿瘤的早期诊断、预后判断和复发监测等。3连接蛋白在肿瘤中的失活机制α-连接蛋白的编码基因是CTNNA1，在许多肿瘤中都发现了该基因的突变，比如结肠癌细胞就是由于该基因突变才具有侵袭性16。α-连接蛋白在连接细胞骨架蛋白网时，需要和许多肌动蛋白连接蛋白相互作用，这些连接蛋白对调节E-钙粘蛋白具有一定的意义，如有丢失会影响其复合体的稳定性。编码β-连接蛋白的基因称CTNNB1，该基因的突变往往导致β-连接蛋白不能被磷酸化，使其表达缺失或者功能发生障碍，进而导致β-连接蛋白在胞浆聚集，有助于β-连接蛋白如何，激活一系列有关细胞增殖、运动等方面的靶基因转录。另外，Wnt/wingless信号通路复合物的变化也会影响β-连接蛋白的降解。Wnt/wingless信号通路的异常激活在多种肿瘤都可以发现17。高浩18通过免疫组化法检测无肝转移、术时合并肝转移和术后发生肝转移的各30例结直肠癌组织以及30例癌旁正常粘膜组织(对照组)中E-钙粘蛋白和β-连接蛋白的异常表达情况，比较无肝转移、术时肝转移、术后肝转移的结直肠癌组织和癌旁正常粘膜组织中的E钙粘蛋白和β-连接蛋白异常表达水平。结果表明E钙粘蛋白和β-连接蛋白的异常表达与结直肠癌的发生、发展、肝转移相关，对结直肠癌肝转移早期诊断有一定应用价值。p120-连接蛋白是E-钙粘蛋白复合体的一个重要调节蛋白，在和E-钙粘蛋白结合时可以通过相互作用防止内吞，维持连接复合物的稳定性，并且可以调节Rho-GTP酶的活性，从而调节肌动球蛋白细胞骨架的形成。但是另一方面，研究发现该复合体仍然在存在于肿瘤细胞中19，并且可以促进细胞非贴壁依赖性生长，因此，该复合体具有两面性，一方面，维持细胞正常行为，另一方面，驱动了肿瘤的形成。有研究人员研究了叫做PLEKHA7的新蛋白，它在正常极化上皮细胞顶部与E-cadherin和p120结合。研究人员发现，PLEKHA7通过连接微处理器与E-cadherin和p120，借助一组miRNAs维持了细胞的正常状态。在这种状态下，E-cadherin和p120发挥了好的肿瘤抑制因子作用，而在PLEKHA7丧失后这一顶部粘附复合物遭到破坏，这组miRNAs发生错误调控，E-cadherin和p120切换到致癌的一面20。4.结论与展望绝大多数研究表明，E-钙粘蛋白及其复合体的表达与恶性肿瘤的分化程度、侵袭力、转移负相关与预后正相关21，E-钙粘蛋白的低表达和不稳定表达可促进转移的发生。E-钙粘蛋白表达的调控、与连接蛋白形成复合物与肿瘤侵袭转移的关系及信号转导途径值得深入研究。随着对其研究的深入，将有助于我们加深对肿瘤转移的了解,为肿瘤转移及预后的预测和临床治疗提供帮助。参考文献1崔莲仙,巴德年.肿瘤转移的分子机制和基因调控[J],国外医学免疫学分册,1999,22(3).2涂祥俊,邓述恺.肿瘤转移的分子机制,肿瘤基础与临床[J],2013.26(3).3马勇,吴新民,郭亚民.胃癌转移相关分子标记物的研究进展[J],现代肿瘤医学,2014,22(12).4田立立,王艳丽,黄韧.肿瘤转移中E-钙粘蛋白的调控[J],中国实验动物学报,2012,20(3).5方伟岗,21世纪肿瘤侵袭转移研究面临的机遇和挑战[J],中华医学杂志,2001,81(4)6石珍亮,张逊.E-cadherin黏附系统及其与肿瘤侵袭转移的关系,天津医药,2008,36(6)7SalonC,lantuejoulS,EyminB,et.al.TheE-cadherin-beta-catenincomplexanditsimplicationinlungcancerprogressionandprognosis[]],FutureOncol,2005,1(5).8黎景佳,E-cadherin在喉鳞状细胞癌中的表达及其与肿瘤侵袭转移的关系[D],中南大学博士学位论文,2010.9陈晓峰,苏晋梅,王海峰等.PCR-SSCP法检测E-cadherin基囚突变与非小细胞肺癌术后预后及淋巴结转移关系的研究[J],中国肿瘤，2008,17(5).10李利亚,唐劲天,罗杰等.β-catenin基囚突变与非小细胞肺癌临床病理特征的关系[J],癌症进展[J],2004,2(3)11工红兵,苗慧,张敬川等.肺癌E-cadherin基因启动子CpG岛甲基化的研究[J],实用癌症杂志，2007,22(4).12王洪涛,E-钙粘蛋白复合体与肺癌的侵袭转移[J],中国肺癌杂志,2010,13(3).13冉冉,E-钙粘蛋白基因启动子区异常甲基化与子宫肌瘤的关联研究[D],河北医科大学硕士学位论文,201514唐小军,周清华,张尚福等,nm23-H1、上皮型钙粘素和β-连环素在非小细胞肺癌中的表达及其与转移和预后的关系[J],癌症,2005,24(5).15李维,李晨希,于红刚.食管癌侵袭与转移过程中相关蛋白研究进展[J],疑难病杂志[J],2015,14(11).16张文,查锡良.E-钙粘蛋白复合体抑癌作用的分子机制研究进展[J],国外医学分子生物学分册,2003,25(4).17薛松,陈映霞.E-cadherin在胃癌浸润与转移中作用的研究进展[J],临床肿瘤学杂志,2015,20(6).18高浩,E钙粘蛋白和β-连接蛋白在预测结直肠癌肝转移中的价值[D],天津医科大学硕士学位论文,2007.19苏剑敏,周逸平,徐薇苓,查锡良,E-钙粘蛋白在肿瘤中的表达与分化转移的关系[J],上海医科大学学报,2000,27(1)20AntonisK