word 上皮间质转化EMT及其分子机制Word文档格式.docx

1、 表型,而周围的细胞常分散呈现问质细胞表型,这些 细胞有较强的运动能力,可浸润和转移.一旦这些 细胞转移到淋巴结则重新呈现上皮表型,即所谓上 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金（No 20050335106） 作者单位:310031杭州,浙江大学医学院病理学教研室 通讯作者:来茂德（Email:lindSUn.u.edu.CFI） ? 综述? 皮间质转化（EMT）和问质上皮转化（MET）.在临 床上可见某些肿瘤同时含有上皮和问质成分,不同 情况下分别称为”肉瘤样癌”或”癌肉瘤”.由于上 皮和问质组织多掺杂在一起,并有移行过渡区,因此 有人认为肉瘤样成分是由上皮癌组织化生而来,而 且随着免

2、疫组化和电镜技术的开展,发现在肉瘤样 组织中常见有上皮标记,电镜观察也证实肉瘤样问 质中确实存在角质颗粒,张力原纤维,桥粒和前黑色 素颗粒.很明显,上皮向间质的转化影响着肿瘤的 性质J.目前有关EMT的研究认为EMT的发生是 由微环境因子作用于细胞受体,诱导细胞通路的改 变,最终导致基因表达的改变.关于EMT的机制已 有一些研究（见图1）,本文将与EMT有关的分子机 制作一综述. 1上皮细胞表型的维持 1.1E一钙黏素的作用:E一钙黏素（Ecadherin,E cad）是维持上皮表型的重要分子,是相对分子质量 为120kDa的钙依赖性跨膜糖蛋白,属于I型钙黏 素.Ecad分子之问通过胞外的免疫

3、球蛋白结构域 相互形成链接,并通过胞浆内的,B连接素与肌动 蛋白骨架相连,从而形成稳定的细胞间接触J,因 生旦!1筮9鲞笠4期IntJGenetAug15,2006.Vo129.N0.4 此Ecad水平的下降可以导致细胞黏附力降低.染 色体丢失,基因突变或Ecad启动子的甲基化都可 以使得Ecad的水平下降l3J.在胚胎发育及癌症 中,EMT部位可以观察到Ecad的丢失.Ecad丢 失的细胞侵袭性增加,在动物模型中可以引起腺瘤 向腺癌的转化,而且Ecad的表达水平通常与肿 瘤的分级分期呈负相关l6.Ecad的等位基因发生 突变的个体罹患弥漫型胃癌的危险性增高l3. Snail是一种含有锌指结构

4、的DNA结合蛋白, 可以识别并与Ecad启动子部位的Ebox结合,抑 制Ecad基因的表达,最早在果蝇中发现它特异 表达于尚未发生EMT的中胚层细胞中,调控原肠胚 的形成,在MDCK（Madin.Darbycaninekidney）细 胞中,Snail与Ecad的表达呈负相关,缺乏Ecad 的癌细胞出现大量的Snail,将Snail转染至Ecad阳 性的细胞将诱导EMT的发生,并表达出间质标记 物.Snail基因可以通过依赖组蛋白去乙酰化酶 途径被MTA3所抑制.MTA3是转录抑制复合物 Mi一2/NuRO的成员,同时也是雌激素依赖途径的一 个重要环节,因此雌激素受体阴性的乳腺癌不表达 MTA

5、3,导致对Snail的抑制作用丧失,ECad表达下 降,并发生EMTj.SIP1（Smadinducibleprotein）也 是一种锌指蛋白,也可以抑制Ecad的表达.SIP1 与Ebox的结合序列有部分与Snail重叠.在某些 Ecad缺失的人类癌细胞系中,SIP1呈高表达.另 外,某些Ecad启动子高度甲基化的细胞系SIP1亦 呈高表达.Slug和Snail同属于一个转录因子家 族,主要作用与神经嵴细胞的发育以及几种中胚层 来源的器官,如肺,后肾的形成,表达在上皮细胞和 未分化的间质细胞中,维持未分化表型J.与Snail 在小鼠原肠胚形成过程中下调Ecad一样,在鸡原 肠胚形成过程中,S

6、lug也可以下调E.cad的表达. 在FGF一1诱导的EMT中,上皮细胞SlugmRNA水 平短暂性上升,反义或显性负突变实验表明,Slug可 以诱导EMT的发生.最近,Weinberg实验室报 道l9J,一种在胚胎形态发生过程起重要调控作用的 因子Twist也对Ecad表达呈抑制作用.Twist调节 原肠胚中胚层的形成以及神经嵴细胞的迁移,是一 种碱性螺旋一环一螺旋蛋白.Yang等从野生型 BALB/C小鼠乳腺肿瘤中提取出4个同源肿瘤细胞 系,这些细胞在转移潜质上各具特点,将这些不同的 细胞注入小鼠乳腺中生长形成肿瘤,分析差异表达 基因,发现了上调表达最强的基因Twist.运用sir NA抑

7、制Twist的表达可以极大的减弱转移性最强 的细胞系4T1的转移特质.Yang等证明,在MDCK 细胞中,Twist的表达足以诱导EMT的发生,而且内 源性Twist的表达与许多人类上皮肿瘤细胞的转移 有关.Twist的这些作用与Snail,SIP1非常相似. 但是Twist下调Ecad的表达的机制还不明确,可能 通过直接与Ecad转录的正性调控因子结合而起抑 制作用. 1.2细胞外基质与细胞黏附:整合素（Integrin）介 导的细胞与基质之间的作用也是维持细胞稳定的一 个主要因素.整合素是一种大的跨膜蛋白,与细胞 外基质成分,如纤维连接蛋白,胶原特异性结合.在 胞内,整合素又与多种细胞骨架

8、蛋白结合,影响细胞 骨架重建和细胞收缩.抗3或B1整合素抗体可 以导致细胞与基质之间的分离.而整合素介导的肿 瘤细胞与细胞外基质成分的黏着是转移灶形成的重 要环节.黏着斑激酶FAK是一种连接分子,可以将 不同的信号蛋白聚集在黏着斑上,同时也是生长因 子受体介导磷酸化的一个靶点.整合素信号通过 FAK激活肌球蛋白轻链激酶（MLCK）使肌球蛋白轻 链磷酸化,细胞收缩迁移J.整合素连接激酶过量 表达可以下调Ecad水平,导致p一连环蛋白（pcate nin）转位至细胞核活化Bcat/LEF途径引起 EMTI . 基质金属蛋白酶（MMPs）是一族锌肽酶超家 族,具有降解细胞外基质成分的能力,是目前已知

9、的 惟一能降解胶原纤维的酶类,型胶原,层黏连蛋 白,纤维连接蛋白都是它的作用底物,其活性对细胞 黏附系统的失活有一定的作用.蛋白酶在肿瘤生 长,血管形成及肿瘤转移中发挥作用.肿瘤细胞本 身表达MMPs的同时还能直接刺激宿主成纤维细胞 大量表达MMPs,由此造成ECM物理和化学结构的 改变,影响肿瘤细胞的增殖和迁移等行为.体外乳 腺上皮细胞中溶基质素（MMPs/stmmelysin一1）可以 诱导EMT的发生. 2上皮细胞转分化的信号转导调控 研究发现,不同程度的上皮细胞表型转化过程 是由精确的细胞内信号转导机制调控,细胞外信号 通过与细胞表面特异受体结合而将信号转入细胞 内,通过胞内的Ras,

10、Src,Rho,PI3K,Wnt信号转导 途径,活化不同的核内转录因子,最终调节转导基因 的表达. 2006年815日第29卷第4期nt盟g!垫: 图1EMT分子机制 Fig.1MolecularmechanismofEMT AKT:由AKR-8小鼠胸腺瘤中分离出的鼠类逆转录病毒基因;13-cat:B链接素;E-cad:E钙黏素;FAK:局部黏附激酶;IQ? GAP:一种生长相关蛋白;MAPK:丝裂原活化蛋白激酶;PI3K:磷脂酰肌醇3激酶;PAK:P21活化激酶;RTK:受体酪氨酸激 酶;src:鲁斯肉瘤病毒基因;TGF?B:转化生长因子13;Tcf/Lef.T细胞转录因子/淋巴增强因子on

11、cogeneidentifiedintheAkt-8murineretrovirusisolationfromallAKR?8mousethymoma;B-cat:13-catenin;E? cadherin:focaladhesionkinase;IQGAP:aGAPprotein;mitogenactivatedproteinkinases;phosphatidyli nositol-3kinases;P21一activatedkinases;receptortyrosinekinases;Src:sarcomainducinggeneinRoussarcomavi? rus;transf

12、orminggrowthfactorp;Tcf/Lef:Tcelltranscriptionfactor/lymphoidenhancerfactor. 2.1生长因子对EMT的诱导:上皮细胞转分化的EMT过:程中,TGFI3诱导Slug产生,后者是EMT 诱导因素来源于细胞外界刺激,如多种细胞因子和的关键转录因子.然而,TGFI3的作用是双重的,当 生长因子,缺血缺氧等,其中生长因子在诱导肿瘤细细胞获得了对TGFI3生长抑制效应的抵抗力后, 胞EMT中的作用受到关注,研究表明,EMT受到很TGFI3则参与到肿瘤的演进过程中.能够自分泌 多生长因子信号的诱导,如SF/HGF,FGF,TGFB,

13、TGFI3的乳腺上皮NMuMG细胞具有很强的侵袭和 IGF,VEGF等.事实上,这些信号分子并非功能特转移fil;D.缺乏TGI3R1I型受体的结肠癌患者较 异的,他们可以诱导EMT发生,也可以引起细胞的受体阳性的病例预后要好得多.Smad4是TGFI3I 增殖,这取决于局部微环境与信号分子之间的作信号通路中重要的胞质信号传导递质,在TGFI3转. 用_7J.扩散因子SF（scatterfactor）是1985年由导通路中作为一种转录因子而发挥作用.VEGF是 Stocker和Perryman命名的,他们在诱导MDCK细胞Smad4蛋白的下游底物,是一种缺氧调节生长因子, 发生EMT时发现,若

14、将纤维母细胞培养液的上清注参与血管生成并在肿瘤生长和转移中发挥作用. 人MDCK细胞培养液中,则MDCK细胞这种原先具Smad4的缺失改变了VEGF正常表型,促进VEGF 有极性的上皮细胞逐渐转变为具有迁移性的,多凸异常高表达,对肿瘤细胞的进一步生长转移提供了 起的纤维母细胞,因此将这种因子命名为扩散因子,重要条件.小鼠膀胱癌细胞系NBT.1I细胞在加入 后经证实为肝细胞生长因子HGF_3.HGF参与细FGF1,FGF7,FGF10几小时内便转变为迁移性的纤 胞的增殖,迁移,分化及维持细胞的存活,通过活化维母细胞样细胞.通过同源重组使得FGFR1失活 其受体c.met发挥作用,这种作用可能是通

15、过刺激将导致小鼠的发育停滞在原肠胚形成阶段.当 细胞流动性和一些蛋白酶（如PI3K,PKC）过度表达NBT.1I细胞转染FGFR.2的相应受体后,FGF.2可 而参与EMT的调节.以起到扩散因子的作用,而当NBT.1I细胞受到 TGFI3信号是胚胎心脏,房室管EMT过程的诱FGF.1的刺激后则无法进入细胞周期,并发生 导因子.TGFI3和TGFR1I结合,同时与TGFRIEMT 形成同源二聚物而启动信号转导12.在鸡心脏2.2受体酪氨酸激酶Ras.MAPK通路:受体酪氨 年旦15第29卷第4期lntJGenetAug15.2006.V0129.N04 酸激酶是一类小GTP结合蛋白超家族,共包括

16、6个 成员:Ras,Rab,ARF,Ran,Rho和Rad/Gem/Kir （RGK）,它是一类具有酪氨酸激酶活性的膜受体, 激活后通过一系列蛋白使G蛋白Ras或MEKKs等 激酶活化,由此将细胞外信号转入核内,通过级联反 应引起MAPK途径的激活.MAPK参与到很多生物 反应的调节中,包括细胞增值,整合素介导的细胞黏 附,细胞分泌作用,神经元分化,卵母细胞成熟,B,T 细胞的分化,以及HGF/SF诱导的细胞扩散.在 Ras效应物当中,丝氨酸/苏氨酸酶Raf信号反作用 于TGF.B的生长抑制和诱导凋亡的作用,强化TGF. B的致侵袭效应从而诱导MDCK细胞发生EMT,提 示Ras.Raf-MA

17、PK途径介导EMT过程.另外, MAPK家族中的JNK和P38磷酸化也影响细胞的 表型转化.在体内,Ras转导细胞逐渐获得了纤维 母细胞样表型,并且与TGF.B信号从旁分泌到自分 泌的转变呈一致性J. 2.3Src激酶:Src属于酪氨酸激酶家族,主要调节 与形态发生有关的许多生物功能,包括上皮细胞极 性,细胞间黏附以及恶性表型的形成.除此以外, Src家族还与EGF,集落刺激因子诱导的有丝分裂 过程有关.Src家族包括9种成员,每种都含有一个 SH:（Src.homology2）和一个SH3结构域.SH:域在 信号转导中扮演重要角色,而SH域在细胞骨架的 重建方面有重要的意义.在这一家族中,S

18、rc,Fyn, Yes广泛表达于多种组织I2J.Src激酶的催化活性 可以破坏钙黏素依赖的细胞间接触作用.小鼠胚胎 敲除实验表明,Src和Yes可以通过信号途径中重要 底物的磷酸化影响细胞扩散.Src可能与胃癌和结 肠癌出现短暂的间质表型有关.有报道指出,高活 力的c.Src蛋白能激活许多肿瘤相关基因的转录表 达,例如,在结肠癌细胞系中c.Src蛋白能诱导尿激 酶受体（u.PAR）基因的表达,细胞外基质的降解增 强.关于Src激酶的功能有3种猜测:Src使细 胞骨架以及黏附结构的成分发生磷酸化,从而改变 细胞结构引起细胞移动;Src可以通过某种未知 途径诱导Myc,从而影响细胞进入s期;Src

19、可以 与其他信号途径相互作用,例如,Src可以结合Shc, 从而活化Ras途径. 2.4Rho家族激酶:Rho家族是诱导张力纤维形 成,调控细胞骨架蛋白,细胞黏附和细胞能动性的主 要分子.目前已从哺乳动物细胞中分离出16种 不同的RhoGTPases,众多研究集中在其中的Cdc42, Rac1和RhoA.Cdc42促进成纤维细胞丝状伪足的 形成,Racl则能调节层状伪足的生成及膜皱缩, RhoA可以促进张力纤维的装配.Rho激酶含有几 个特异的结构域,可以为膜内CD44,CD43,ICAM与 骨架成分之间的连接提供支持,通过参与骨架.胞膜 的锚定及细胞黏附作用的修饰调控细胞表型.IQ. GAP

20、是Rho家族的效应物之一J,它直接与13.cat 及E.cad的胞浆部分相互作用,将其连接在肌动蛋 白骨架上.IQGAP的B.cat结合区域有部分与仅.cat 结合区域相重叠,因此可以导致B.cat从cad.cat复 合物上分离下来,引起与肌动蛋白骨架链接的断裂, 细胞黏附力下降,运动能力增强.ERM是Rho 家族的效应物之一,当通过反义寡核苷酸处理而下 调表达后,ERM缺陷型细胞表现出EMT样的细胞 黏附力下降的状态【.有报道指出,RhoGTPases直 接参与癌的进展,如在成纤维细胞中表达Cdc42, Rac1和RhoG活化的突变体可导致这些细胞接触抑 制功能降低.Cdc42,Rac1可以

21、阻断上皮细胞的正 常极化并经PI3K活化途径促进细胞的迁移和侵 入. 2.5PI3K/AKT途径:PI3K与AKT是促进抗细胞 凋亡作用的重要调节因子,其过量产生可以导致细 胞的凋亡.PI3K是一类磷脂酰肌醇依赖激酶家族, 它们的主要作用是使得磷脂酰肌醇肌醇环上的3 一 OH发生磷酸化,产生第二信使PI（3,4,5）P3和 PI（3,4）P2,以胞浆PKB/AKT为底物,吸引包括 AKT在内的信号蛋白汇集于细胞膜,AKT一旦被激 活便可以介导很多靶基因的活化或抑制,从而影响 细胞的生存,生长,增值,细胞骨架的构成等.Ras 激酶可以活化PI3K,活化的PI3K可以激活Rac,继 而刺激P21（

22、cdc42/Rac）活化激酶Pakl,诱导肌凝 蛋白的磷酸化促进细胞运动.在诱导乳腺上皮细胞 发生EMT的实验中,TGF.B正是通过PI3K途径诱 导EMT的发生. 2.6Wnt信号转导途径:Wnt途径是一条重要的 信号转导通路,由Wnt蛋白,卷曲蛋白（frizzled, Fz）,散乱蛋白（dishevelled,Dsh）,APC复合物（包括 APC蛋白,糖原合成酶激酶GSK313和Axin蛋白）, B.连接素,Tcf/Lef（Tcelltranscriptionfactor/lymph? oidenhancerfactor）转录因子家族组成.其中APC 和B.catenin具有较为重要的作用

23、.正常情况下, 2006年8月15日第29卷第4期IntJGenetAug1512006vVol29No.4 Wnt蛋白与胞膜上的Fz受体相互作用,将信号转至 细胞内.Wnt与Fz结合后,Dsh被磷酸化激活,并 与Axin发生直接作用,APC复合物解体,GSK313无 法磷酸化降解13-catenin,当13-catenin积聚到一定水 平时,直接进入细胞核,与核内Tcf/Lef家族转录活 化因子协同作用,激活靶基因的转录,如基质金属蛋 白酶metfilysin,CIM4,uPAs,cmyc,cyclinD1,PPAR5 等.多数情况下13-catenin与Ecadherin结合,再与 肌动蛋

24、白骨架相连,介导细胞间黏附.3-catenin 654位酪氨酸的磷酸化可以破坏Ecadcat复合物 的结构,导致细胞黏附力下降,浸润转移能力增强. 异常活化的Wnt信号也导致13-cat水平上调,上调 的13-catenin将进入细胞核与TCF/LEF信号通路发 生作用,激活下游众多的靶基因过度表达,与EMT 的发生有直接关联 2.7转录因子的作用:近年来的研究表明一些核 转录因子在癌细胞转移中起到重要作用,除去前述 的Snail,SIP1,Slug对Ecad的转录活性的影响外, 还有一些转录因子成为研究的热点.在后肾形成过 程中,一种与Wilms肿瘤有关的锌指蛋白Wtl可以 与Ecad启动子

25、区域的CAAT序列结合,可以在转 录水平上加强ECad的表达.Kais0是一种泛素化 转录因子,它可以从核内转移到膜下,与p120一cate nin相互作用,从而成为黏附连接信号通路的效应 物.原癌基因Ets一1是一种组织特异性转录因 子J,Ets家族成员通过调控uPA（urokinasetype plasminogenactivator）的活性介入EMT,而PA这种 蛋白酶家族成员主要通过降解ECM成分促进细胞 转移.乳腺上皮细胞获活化物蛋白1转录家族成员 cJun可以引起上皮细胞失去极性,而cFos则使得 细胞黏附力下降,侵袭性增强,同时伴有13-cat的核 内转位.JunD活性的丧失以及

26、相应MMPsstromely sin的上调表达与皮肤癌的EMT和转移有关.另外 种转录因子NFAT是ot6134整合素信号转导的靶 分子,参与癌细胞的侵袭过程J. 综上所述,EMT的发生涉及很多因素的协调合 作,目前我们对活体内EMT的分子机制研究的还不 够,体外实验虽然已经建立起了一些比较成功的动 物模型,但是体内体外的环境差别很大,而且有些分 子事件仅在短时间内发生,不容易跟踪观察,因此进 步探寻目前所知的众多影响因子在体内的协同作 用将有助于更好地理解EMT与肿瘤演进的机制. 参考文献 1GreenburgG,HayED.Epitheliasuspendedincollagengelscanlose polarityandexpresscharacteristicsofmigratingmesenchymalcells.J CellBiol,1982,95:333339. 2B0yerB,VallesAM,EdmeN.Inductionandregulationofepithelial- mesenchymaltransitions.BiochemPharmacol,2000.60:1091一 】099. 3Thiery