腫瘤擴散的分子基礎(chǔ)

腫瘤擴散的分子基礎(chǔ)文章來源：中國癌癥信息庫2005-1-1716:37:04文字大?。骸敬蟆俊局小俊拘　亏葢蚣燃葢驊蚣?腫瘤的擴散是多種因素參與多步驟完成的，首先有原發(fā)腫瘤的組織定位，然后腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)部位向周圍組織浸潤，穿入血管或淋巴管壁，在血液循環(huán)中存活并停留于靶器官的毛細(xì)血管床，穿出血管繼續(xù)生長、增殖最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)移瘤的形成。從分子水平可將這種轉(zhuǎn)移過程人為分為三步:粘附，腫瘤細(xì)胞與胞外基質(zhì)中層粘連蛋白(laminin，LN)和纖維連接蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)相粘附；降解，即腫瘤細(xì)胞釋放各種水解酶類，破壞其粘附部位的組織；移動，即水解酶類破壞粘附部位的組織，使腫瘤細(xì)胞得以向縱深移動遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移。一、細(xì)胞基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)與腫瘤擴散ECM是由膠原蛋白(collagens)、蛋白多糖(proteoglycans)和非膠原輔助糖蛋白(non-collageousaccessoryglycoproteins)三種大分子組成的結(jié)締組織三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中的大分子與細(xì)胞相互粘附，影響著細(xì)胞的形態(tài)、分化、功能以及細(xì)胞內(nèi)外的信息轉(zhuǎn)換，ECM大部分與相應(yīng)細(xì)胞的粘附是通過細(xì)胞表面的受體家族來實現(xiàn)的，其中以整合素家族(integrinsfamily)尤為重要?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)二十余種整合素亞基及其配體能促進細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的粘附，這對腫瘤的擴散至關(guān)重要。近年來，人們對FN和LN在腫瘤擴散過程中的研究較多，發(fā)現(xiàn)在腫瘤擴散過程中，基底膜常缺失或不完整，分化較差的癌組織中其基底膜薄且易斷裂，但在正常組織及良性腫瘤組織中，其基底膜完整無缺。有人曾用LN處理腫瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其運動能力增強，若將LN破壞并用其片段處理瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)可明顯減弱腫瘤細(xì)胞的移動。腫瘤細(xì)胞表面的FN含量在擴散增強時減少，同時在間質(zhì)中增多，F(xiàn)N的減少可能是由于轉(zhuǎn)移性瘤細(xì)胞在脫離原發(fā)瘤時失去粘附作用，在間質(zhì)中增多則為腫瘤轉(zhuǎn)移提供條件。最新的觀點認(rèn)為FN可能作為一種保護性被膜包圍在腫瘤組織周圍，細(xì)胞間的粘附與失去粘附平衡，決定著細(xì)胞的靜止與移動，從而

影響著腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移。腫瘤細(xì)胞與ECM分子的結(jié)合主要通過兩種方式，一是二維空間結(jié)合，即腫瘤細(xì)胞通過表面ECM接觸，而整個細(xì)胞的胞體暴露于ECM之外，這種結(jié)果勿需腫瘤細(xì)胞具有過強的運動能力。二是通過三維空間接觸，即整個瘤細(xì)胞都浸入基質(zhì)中被其包繞，此時的瘤細(xì)胞為適應(yīng)新環(huán)境的需要形態(tài)發(fā)生了改變，該種接觸方式需要腫瘤細(xì)胞具備較強的運動能力。瘤細(xì)胞從二維到三維與ECM底物接觸反映了腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的動態(tài)過程。Dedher等在研究嚙齒動物腫瘤細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)，若瘤細(xì)胞表面a5p1受體（一種FN受體）增多，其移動行為減弱，同時還發(fā)現(xiàn)人類腫瘤Hos（化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)形成）的a6p1受體（一種FN受體）表達(dá)增加，其移動性增強，可見腫瘤細(xì)胞ECM受體表達(dá)對瘤細(xì)胞的擴散具有重要意義。一般認(rèn)為腫瘤細(xì)胞對細(xì)胞外基質(zhì)的浸潤是由以下機制完成的:瘤細(xì)胞通過其表面的受體特異地粘附到基質(zhì)成分之上，如LN在瘤細(xì)胞表面的受體和IV型膠原之間起橋聯(lián)作用，介導(dǎo)細(xì)胞粘附。腫瘤細(xì)胞相關(guān)的蛋白溶解酶對基質(zhì)的局限降解，即腫瘤細(xì)胞或宿主細(xì)胞的蛋白酶使貼近腫瘤細(xì)胞表面的有限區(qū)域內(nèi)基質(zhì)發(fā)生降解。腫瘤細(xì)胞移入被蛋白酶水解后的基質(zhì)區(qū)，其移動方向可被趨化因子誘導(dǎo)。以上過程重復(fù)發(fā)生將導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞持續(xù)浸潤，直至達(dá)到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，以下內(nèi)容主要介紹腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白溶解酶在其浸潤轉(zhuǎn)移過程中的作用。二、尿激酶型纖溶酶原激活物（UPA）及其抑制劑（PAI-1）與腫瘤擴散具有浸潤轉(zhuǎn)移能力的腫瘤細(xì)胞一般產(chǎn)生以下幾種破壞基質(zhì)的蛋白酶：金屬蛋白酶（明膠酶等）；胱氨酸蛋白酶（加組織蛋白酶B.D.H.L）；天冬氨酸蛋白酶（如組織蛋白酶）；絲氨酸蛋白酶（如纖溶酶原激活劑以及其激活的產(chǎn)物纖溶酶）。70年代發(fā)現(xiàn)，用RNA腫瘤病毒、DNA腫瘤病毒、化學(xué)致癌物質(zhì)處理的細(xì)胞，其細(xì)胞處蛋白溶解力的增加是纖溶酶原激活劑（PA）分泌增加所致。實體瘤組織所遇到的結(jié)締組織屏障ECM）降解是纖溶酶依賴性的。

以后有人發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞本身能夠產(chǎn)生尿激酶型纖溶酶原激活物(UPA)，在Lewis肺癌中，UPA持續(xù)出現(xiàn)的區(qū)域有明顯的組織破壞，腫瘤浸潤征象，UPA活性與腫瘤的惡性程度相關(guān)。在乳腺癌中UPA活性高者，往往其腫瘤體積大，腋下淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)目多，病人生存期短。同時乳腺癌中UPA量也明顯較良性腫瘤高。在人結(jié)腸癌中，未分化細(xì)胞癌分泌較多的UPA，而分化好的細(xì)胞則較少。免疫組化定位表明，腫瘤細(xì)胞浸潤前沿，有較高的UPA表達(dá)。在骨癌、結(jié)腸癌的癌中心、癌邊緣、正常組織中UPA活性逐漸減低。UPA在總PA中的百分含量以癌中心部分為最高，UPA似乎是一種惡性浸潤程度的指標(biāo)。UPA與腫瘤擴散的關(guān)系已得到了實驗支持。用抗催化抗體抑制UPA活性，能阻斷腫瘤細(xì)胞對雞胚絨毛膜尿囊的浸潤。UPA介導(dǎo)的腫瘤浸潤轉(zhuǎn)移需要酶與其受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。已發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌細(xì)胞系中受體結(jié)合的UPA量與腫瘤細(xì)胞介導(dǎo)的LN降解之間有良好的相關(guān)性，若應(yīng)用抑制UPA與受體結(jié)合的藥物處理，那么有60%?80%的降解被抑制。觀察黑色素瘤細(xì)胞系轉(zhuǎn)移發(fā)現(xiàn)，將分泌和不分泌UPA的細(xì)胞株接種于裸鼠皮下，都能發(fā)展為原發(fā)腫瘤，但僅表達(dá)UPA的細(xì)胞才顯示出自發(fā)形成肺轉(zhuǎn)移的能力，若采用靜脈注射，則能形成肺轉(zhuǎn)移集落，由此提示UPA在黑色素瘤轉(zhuǎn)移的早期起重要作用。迄今為止，人們已經(jīng)對乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、食管癌、胃癌、結(jié)腸癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、腎癌等作了大量研究，證明表明UPA在腫瘤浸潤過程中起重要作用。UPA活性也受多種物質(zhì)的抑制性調(diào)節(jié)，主要是生理抑制劑PAI-1，2等，即使與受體結(jié)合的UPA也能被PAI-1，2抑制，繼之被內(nèi)吞降解。受體結(jié)合的纖溶酶，則不能被血清中游離的抑制劑抑制，提示這種纖溶酶介導(dǎo)的基質(zhì)成分的降解的有效阻斷途徑應(yīng)在UPA水平。UPA的生理性抑制劑有PAI-1，2，3，PN(proteinasenexin)。其中PAI-1是一種分子量52000的糖蛋白，是正常人血漿中UPA的主要抑制劑。初合成的具有活性的PAI-1，在

血清中很快失活，無論血漿還是基質(zhì)中的PAI-1主要與其中的Virvonectin結(jié)合，維持其穩(wěn)定的S型活性構(gòu)象。通過分析胃癌腸癌的癌中心、癌正常組織交界處和正常粘膜，發(fā)現(xiàn)癌組織中有PAI-1，以癌中心部位最高，邊緣次之，正常組織中未見。在癌變的不同時期A、B、C，其PAI-1濃度也逐漸升高，提示PAI-1隨腫瘤惡性程度的加大而增高，比較纖維瘤和乳腺癌中PAI-1的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，乳腺癌中PAI-1明顯高于纖維瘤，乳腺癌伴淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的較無轉(zhuǎn)移者高，PAI-1濃度增加與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移浸潤呈相關(guān)關(guān)系。組化定位證實，PAI-1分布在癌細(xì)胞漿中，而且PAI-1濃度與同期測定的UPA呈直線相關(guān)。目前就PAI-1的作用機制人們提出了幾種假說：PAI-1在癌組織內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，可能起到防止血管生成過程中ECM過分降解，參與血管生成的調(diào)節(jié)°PAI-1在癌細(xì)胞中表達(dá)，可防止癌組織自身的降解，繼發(fā)癌灶局部PAI-1含量升高，UPA活性降低，可能是促使擴散瘤細(xì)胞定位的因素之一。PAI-1在局部基質(zhì)中表達(dá)，起到保護瘤組織中的基質(zhì)，防止組織破壞降解的作用。UPA在腫瘤擴散中的作用已取得多數(shù)人的共識，而PAI-1在腫瘤組織中的異常升高，提示腫瘤組織局部纖溶系統(tǒng)尚存在復(fù)雜的調(diào)節(jié)關(guān)系°PAI-1究竟在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到什么作用還有待于進一步研究闡明。三、CD44變異體表達(dá)與腫瘤轉(zhuǎn)移CD44是一種分布極為廣泛的細(xì)胞表面跨膜糖蛋白，在淋巴細(xì)胞、成纖細(xì)胞和上皮細(xì)胞表面均有表達(dá)，它屬細(xì)胞表面的粘附分子，主要參與細(xì)胞之間、細(xì)胞與介質(zhì)間的特異性粘附過程。在生理條件下可表現(xiàn)以下幾類功能：介導(dǎo)淋巴細(xì)胞和毛細(xì)血管后微靜脈中的高內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合，使淋巴細(xì)胞穿過血管壁回流至淋巴組織。參與淋巴細(xì)胞的激活過程。與胞外基質(zhì)中的透明質(zhì)酸、膠原蛋白、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等分子結(jié)合。與細(xì)胞骨架蛋白結(jié)合，參

與細(xì)胞偽足形成，并與細(xì)胞的遷移運動有關(guān)。CD44蛋白分子量存在較大差異，主要分三大類：8X104?9X104,1.1X105?1.6X105和1.8X105?2.15X105,造成這種差異的原因是：CD44基因轉(zhuǎn)錄時，V區(qū)外顯子的變異拼接；復(fù)雜的翻譯后修飾，如N-連接糖基化；0-連接的糖基化與硫酸軟骨素側(cè)鏈的連接。從大鼠胰腺癌BSp73細(xì)胞系中分離到了具有轉(zhuǎn)移能力的BSp73ASML細(xì)胞株和無轉(zhuǎn)移能力的BSp73AS細(xì)胞株，研究其CD44表達(dá)情況，首先發(fā)現(xiàn)兩個細(xì)胞株所表達(dá)的CD44mRNA在大小上存有差異，非轉(zhuǎn)移性的CD44mRNA全是標(biāo)準(zhǔn)CD44s，而在轉(zhuǎn)移性BSp73ASML細(xì)胞中則能轉(zhuǎn)錄5.2,3.3和2.2kb等多種mRNA。進一步研究表明BSp73AS細(xì)胞只能表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)CD44s，而BSp73ASML細(xì)胞既能表達(dá)CD44s，又能表達(dá)變異體CD44v，但是CD44v的表達(dá)水平較CD44s高10倍之多。用PCR技術(shù)研究V區(qū)外顯子的拼接情況，發(fā)現(xiàn)BSp73ASML細(xì)胞至少表達(dá)八九種以不同方式組合的CD44v，這些轉(zhuǎn)錄子都含有V6外顯子，用Western印跡卻發(fā)現(xiàn)主要有1.2X105、1.5X105、1.8X105和2.0X105四種CD44v蛋白，兩種小分子量的CD44v蛋白比大分子量的CD44v多50多倍，這四種蛋白都高度糖基化并含有唾液殘基。體外翻譯和轉(zhuǎn)染實驗均證明，1.5X105和1.2X105兩種小分子量的CD44v蛋白分別由pMeta-1和pMeta-2兩種CD44v變異體轉(zhuǎn)錄子所編碼。PMeta-1含有V4?V7外顯子，比標(biāo)準(zhǔn)CD44s多編碼162個氨基酸；pMeta-2含有V6/V7外顯子，比標(biāo)準(zhǔn)CD44s多編碼85個氨基酸。若把pMeta-1和pMeta-2兩個CD44vcDNA轉(zhuǎn)染到非轉(zhuǎn)移性BSp73AS癌細(xì)胞中，結(jié)果兩種CD44v變異體都能促BSp73AS細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移。研究者把腫瘤細(xì)胞接種到同源大鼠BDX足趾部位，未轉(zhuǎn)染的BSp73AS細(xì)胞只在接種部位形成腫瘤，腫瘤切除后大鼠仍可長久存活；而轉(zhuǎn)染的BSp73AS細(xì)胞和BSp73ASML能在接種后10天內(nèi)迅速轉(zhuǎn)移到附近淋巴結(jié)和肺組織中去，并形成轉(zhuǎn)移灶，60天內(nèi)使大鼠死亡。盡管轉(zhuǎn)染的BSp73AS細(xì)胞在轉(zhuǎn)移速度和轉(zhuǎn)移途徑方面與BSp73ASML細(xì)胞相同，但兩者在腫瘤形成方面存在明顯差別，如BSp73ASML在接種部位不形成腫瘤，而轉(zhuǎn)染的BSp73AS細(xì)胞仍能在接種部位形成有囊膜的腫瘤；轉(zhuǎn)移瘤的形態(tài)也呈現(xiàn)差

異，BSp73ASML細(xì)胞轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)合以彌漫形式生長，在轉(zhuǎn)移過程中會引起淋巴結(jié)腫大，在肺部形成無數(shù)米粒大小的腫瘤團塊。而轉(zhuǎn)染的BSp73AS細(xì)胞在淋巴結(jié)和肺組織中通常只形成大的腫瘤團塊，很少會引起淋巴結(jié)腫大。進一步研究表明，CD44v的表達(dá)在癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移早期是必須的，尤其是對癌細(xì)胞在淋巴結(jié)中的植入定居及突發(fā)性快速生長過程中，CD44v蛋白起決定性作用。CD44v不僅能在BSp73ASML細(xì)胞中表達(dá)，也能在大鼠乳腺癌13762NF細(xì)胞系中表達(dá)。淋巴結(jié)和肺轉(zhuǎn)移的幾個13762NF細(xì)胞株能表達(dá)多種CD44v，而非轉(zhuǎn)移的乳腺癌細(xì)胞則主要表達(dá)CD44s。以后發(fā)現(xiàn)許多腫瘤細(xì)胞能表達(dá)CD44v，但是在不同的細(xì)胞中，V區(qū)外顯子的轉(zhuǎn)錄拼接模式不盡相同。根據(jù)V區(qū)外顯子cDNA探針Northern雜交結(jié)果，可將CD44的表達(dá)類型分為以下幾種：完全不表達(dá)；只表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)CD44s；表達(dá)含V3?V10外顯子的CD44v；只表達(dá)含V8?V10的CD44v；表達(dá)一種以上的CD44v。1992年英國牛津大學(xué)病理實驗室的研究人員對乳腺癌和結(jié)腸癌的腫瘤標(biāo)本以及正常人組織標(biāo)本CD44基因表達(dá)作了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常組織和腫瘤標(biāo)本能檢測到標(biāo)準(zhǔn)CD44s的表達(dá)。但與CD44v的表達(dá)截然不同，其差別主要表現(xiàn)在雜交帶的數(shù)量、大小以及雜交帶的信號強度等方面。所有來源于腫瘤轉(zhuǎn)移患者的原發(fā)和繼發(fā)腫瘤組織標(biāo)本，均能檢測到一條以上、信號反應(yīng)很強的雜交帶，這些雜交帶的分子量大小不均等，但分布較均勻；而正常組織細(xì)胞偶爾能檢測到一兩種低水平表達(dá)的小分子量的CD44v變異體拼接轉(zhuǎn)錄子;來源于非轉(zhuǎn)移腫瘤患者的腫瘤標(biāo)本，其CD44v轉(zhuǎn)錄子在大小、數(shù)量及表達(dá)水平方面介于正常組織和惡性轉(zhuǎn)移瘤之間。采用免疫組化技術(shù)檢測結(jié)腸息肉（癌前病變）、結(jié)腸浸潤癌和結(jié)腸轉(zhuǎn)移癌標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)CD44s和CD44v的表達(dá)在所有標(biāo)本中均有不同程度的增高，在癌組織中CD44v陽性細(xì)胞數(shù)達(dá)30%?90%。CD44s在所有標(biāo)本中均呈陽性；CD44v在息肉和浸潤癌標(biāo)本中呈陰性，而轉(zhuǎn)移

癌標(biāo)本均為陽性。同時還觀察到結(jié)腸癌標(biāo)本中CD44v的表達(dá)和P53的過度表達(dá)無相關(guān)性。提示CD44v的表達(dá)可能是在癌變早期出現(xiàn)的生物學(xué)指標(biāo)。Non-Hodgkin淋巴瘤切片標(biāo)本，在低惡性淋巴瘤中未檢測到CD44v表達(dá)，而中度及高度惡性的淋巴瘤中有多半表現(xiàn)CD44v陽性，其中多數(shù)表達(dá)了V6外顯子，而未見其它外顯子表達(dá)，這一結(jié)果顯示，含有V6外顯子的CD44v變異體的表達(dá)，可作為惡性Non-Hodgkin淋巴瘤的診斷指標(biāo)。1992年Dougherty等人曾報道含V8?V10的CD44vcDNA在轉(zhuǎn)染小鼠纖維肉瘤細(xì)胞后，能使纖維肉瘤細(xì)胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)移能力，推測V8?V10也可能與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)。最近Tan-abe用PCR技術(shù)研究了結(jié)腸癌中含V8?V10外顯子的CD44v表達(dá)。在結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的標(biāo)本均能表達(dá)CD44v(V8?V10)，在原發(fā)性結(jié)腸癌有12/14為陽性，而在正常腸粘膜和正常肝組織中只有2/19例檢測到了CD44v(V8?V10)。CD44基因變異性表達(dá)和腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系的研究剛剛起步，許多問題有待于進一步探討，預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來，該領(lǐng)域的研究將會為腫瘤轉(zhuǎn)移的診斷和治療提供理論依據(jù)。四、細(xì)胞表面的蛋白多糖對腫瘤轉(zhuǎn)移的影響蛋白多糖(proteoglycans，PG)是細(xì)胞表面的重要成分之一，它對細(xì)胞的生長發(fā)育、分化、粘附、移動、識別及信息傳導(dǎo)等方面都起著十分重要的作用。對于腫瘤細(xì)胞的不同類型，其表面PG的性質(zhì)和數(shù)量存在著較大差異。有人發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力與細(xì)胞膜表面PG中唾液酸的水平呈正相關(guān)。檢測肺癌病人的胸水中肺表面活性蛋白A(surfaceproteinsA，S-PA，一種肺組織特有的磷脂相關(guān)性PG)，發(fā)現(xiàn)肺癌病人胸水內(nèi)有較高水平的S-PA。P16黑色素瘤高轉(zhuǎn)移F10亞株P(guān)G含量