肿瘤扩散的分子基础

肿瘤扩散的分子基础文章来源：中国癌症信息库2005-1-1716:37:04文字大小：【大】【中】【小】魅戏既既戏戏既 肿瘤的扩散是多种因素参与多步骤完成的，首先有原发肿瘤的组织定位，然后肿瘤细胞脱离原发部位向周围组织浸润，穿入血管或淋巴管壁，在血液循环中存活并停留于靶器官的毛细血管床，穿出血管继续生长、增殖最终导致转移瘤的形成。从分子水平可将这种转移过程人为分为三步:粘附，肿瘤细胞与胞外基质中层粘连蛋白(laminin，LN)和纤维连接蛋白(fibronectin，FN)相粘附；降解，即肿瘤细胞释放各种水解酶类，破坏其粘附部位的组织；移动，即水解酶类破坏粘附部位的组织，使肿瘤细胞得以向纵深移动远距离转移。一、细胞基质(extracellularmatrix，ECM)与肿瘤扩散ECM是由胶原蛋白(collagens)、蛋白多糖(proteoglycans)和非胶原辅助糖蛋白(non-collageousaccessoryglycoproteins)三种大分子组成的结缔组织三维网状结构，这种结构中的大分子与细胞相互粘附，影响着细胞的形态、分化、功能以及细胞内外的信息转换，ECM大部分与相应细胞的粘附是通过细胞表面的受体家族来实现的，其中以整合素家族(integrinsfamily)尤为重要。现已发现二十余种整合素亚基及其配体能促进细胞与细胞、细胞与基质之间的粘附，这对肿瘤的扩散至关重要。近年来，人们对FN和LN在肿瘤扩散过程中的研究较多，发现在肿瘤扩散过程中，基底膜常缺失或不完整，分化较差的癌组织中其基底膜薄且易断裂，但在正常组织及良性肿瘤组织中，其基底膜完整无缺。有人曾用LN处理肿瘤细胞，发现其运动能力增强，若将LN破坏并用其片段处理瘤细胞，发现可明显减弱肿瘤细胞的移动。肿瘤细胞表面的FN含量在扩散增强时减少，同时在间质中增多，FN的减少可能是由于转移性瘤细胞在脱离原发瘤时失去粘附作用，在间质中增多则为肿瘤转移提供条件。最新的观点认为FN可能作为一种保护性被膜包围在肿瘤组织周围，细胞间的粘附与失去粘附平衡，决定着细胞的静止与移动，从而

影响着肿瘤细胞的浸润和转移。肿瘤细胞与ECM分子的结合主要通过两种方式，一是二维空间结合，即肿瘤细胞通过表面ECM接触，而整个细胞的胞体暴露于ECM之外，这种结果勿需肿瘤细胞具有过强的运动能力。二是通过三维空间接触，即整个瘤细胞都浸入基质中被其包绕，此时的瘤细胞为适应新环境的需要形态发生了改变，该种接触方式需要肿瘤细胞具备较强的运动能力。瘤细胞从二维到三维与ECM底物接触反映了肿瘤细胞转移的动态过程。Dedher等在研究啮齿动物肿瘤细胞时发现，若瘤细胞表面a5p1受体（一种FN受体）增多，其移动行为减弱，同时还发现人类肿瘤Hos（化学物质诱导形成）的a6p1受体（一种FN受体）表达增加，其移动性增强，可见肿瘤细胞ECM受体表达对瘤细胞的扩散具有重要意义。一般认为肿瘤细胞对细胞外基质的浸润是由以下机制完成的:瘤细胞通过其表面的受体特异地粘附到基质成分之上，如LN在瘤细胞表面的受体和IV型胶原之间起桥联作用，介导细胞粘附。肿瘤细胞相关的蛋白溶解酶对基质的局限降解，即肿瘤细胞或宿主细胞的蛋白酶使贴近肿瘤细胞表面的有限区域内基质发生降解。肿瘤细胞移入被蛋白酶水解后的基质区，其移动方向可被趋化因子诱导。以上过程重复发生将导致肿瘤细胞持续浸润，直至达到远处转移，以下内容主要介绍肿瘤细胞产生的蛋白溶解酶在其浸润转移过程中的作用。二、尿激酶型纤溶酶原激活物（UPA）及其抑制剂（PAI-1）与肿瘤扩散具有浸润转移能力的肿瘤细胞一般产生以下几种破坏基质的蛋白酶：金属蛋白酶（明胶酶等）；胱氨酸蛋白酶（加组织蛋白酶B.D.H.L）；天冬氨酸蛋白酶（如组织蛋白酶）；丝氨酸蛋白酶（如纤溶酶原激活剂以及其激活的产物纤溶酶）。70年代发现，用RNA肿瘤病毒、DNA肿瘤病毒、化学致癌物质处理的细胞，其细胞处蛋白溶解力的增加是纤溶酶原激活剂（PA）分泌增加所致。实体瘤组织所遇到的结缔组织屏障ECM）降解是纤溶酶依赖性的。

以后有人发现肿瘤细胞本身能够产生尿激酶型纤溶酶原激活物(UPA)，在Lewis肺癌中，UPA持续出现的区域有明显的组织破坏，肿瘤浸润征象，UPA活性与肿瘤的恶性程度相关。在乳腺癌中UPA活性高者，往往其肿瘤体积大，腋下淋巴结转移数目多，病人生存期短。同时乳腺癌中UPA量也明显较良性肿瘤高。在人结肠癌中，未分化细胞癌分泌较多的UPA，而分化好的细胞则较少。免疫组化定位表明，肿瘤细胞浸润前沿，有较高的UPA表达。在骨癌、结肠癌的癌中心、癌边缘、正常组织中UPA活性逐渐减低。UPA在总PA中的百分含量以癌中心部分为最高，UPA似乎是一种恶性浸润程度的指标。UPA与肿瘤扩散的关系已得到了实验支持。用抗催化抗体抑制UPA活性，能阻断肿瘤细胞对鸡胚绒毛膜尿囊的浸润。UPA介导的肿瘤浸润转移需要酶与其受体结合才能发挥作用。已发现结肠癌细胞系中受体结合的UPA量与肿瘤细胞介导的LN降解之间有良好的相关性，若应用抑制UPA与受体结合的药物处理，那么有60%〜80%的降解被抑制。观察黑色素瘤细胞系转移发现，将分泌和不分泌UPA的细胞株接种于裸鼠皮下，都能发展为原发肿瘤，但仅表达UPA的细胞才显示出自发形成肺转移的能力，若采用静脉注射，则能形成肺转移集落，由此提示UPA在黑色素瘤转移的早期起重要作用。迄今为止，人们已经对乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、食管癌、胃癌、结肠癌、胰腺癌、肝癌、肺癌、肾癌等作了大量研究，证明表明UPA在肿瘤浸润过程中起重要作用。UPA活性也受多种物质的抑制性调节，主要是生理抑制剂PAI-1，2等，即使与受体结合的UPA也能被PAI-1，2抑制，继之被内吞降解。受体结合的纤溶酶，则不能被血清中游离的抑制剂抑制，提示这种纤溶酶介导的基质成分的降解的有效阻断途径应在UPA水平。UPA的生理性抑制剂有PAI-1，2，3，PN(proteinasenexin)。其中PAI-1是一种分子量52000的糖蛋白，是正常人血浆中UPA的主要抑制剂。初合成的具有活性的PAI-1，在

血清中很快失活，无论血浆还是基质中的PAI-1主要与其中的Virvonectin结合，维持其稳定的S型活性构象。通过分析胃癌肠癌的癌中心、癌正常组织交界处和正常粘膜，发现癌组织中有PAI-1，以癌中心部位最高，边缘次之，正常组织中未见。在癌变的不同时期A、B、C，其PAI-1浓度也逐渐升高，提示PAI-1随肿瘤恶性程度的加大而增高，比较纤维瘤和乳腺癌中PAI-1的表达发现，乳腺癌中PAI-1明显高于纤维瘤，乳腺癌伴淋巴结转移的较无转移者高，PAI-1浓度增加与淋巴结转移浸润呈相关关系。组化定位证实，PAI-1分布在癌细胞浆中，而且PAI-1浓度与同期测定的UPA呈直线相关。目前就PAI-1的作用机制人们提出了几种假说：PAI-1在癌组织内皮细胞中表达，可能起到防止血管生成过程中ECM过分降解，参与血管生成的调节°PAI-1在癌细胞中表达，可防止癌组织自身的降解，继发癌灶局部PAI-1含量升高，UPA活性降低，可能是促使扩散瘤细胞定位的因素之一。PAI-1在局部基质中表达，起到保护瘤组织中的基质，防止组织破坏降解的作用。UPA在肿瘤扩散中的作用已取得多数人的共识，而PAI-1在肿瘤组织中的异常升高，提示肿瘤组织局部纤溶系统尚存在复杂的调节关系°PAI-1究竟在肿瘤的发生发展中起到什么作用还有待于进一步研究阐明。三、CD44变异体表达与肿瘤转移CD44是一种分布极为广泛的细胞表面跨膜糖蛋白，在淋巴细胞、成纤细胞和上皮细胞表面均有表达，它属细胞表面的粘附分子，主要参与细胞之间、细胞与介质间的特异性粘附过程。在生理条件下可表现以下几类功能：介导淋巴细胞和毛细血管后微静脉中的高内皮细胞结合，使淋巴细胞穿过血管壁回流至淋巴组织。参与淋巴细胞的激活过程。与胞外基质中的透明质酸、胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等分子结合。与细胞骨架蛋白结合，参

与细胞伪足形成，并与细胞的迁移运动有关。CD44蛋白分子量存在较大差异，主要分三大类：8X104〜9X104,1.1X105〜1.6X105和1.8X105〜2.15X105,造成这种差异的原因是：CD44基因转录时，V区外显子的变异拼接；复杂的翻译后修饰，如N-连接糖基化；0-连接的糖基化与硫酸软骨素侧链的连接。从大鼠胰腺癌BSp73细胞系中分离到了具有转移能力的BSp73ASML细胞株和无转移能力的BSp73AS细胞株，研究其CD44表达情况，首先发现两个细胞株所表达的CD44mRNA在大小上存有差异，非转移性的CD44mRNA全是标准CD44s，而在转移性BSp73ASML细胞中则能转录5.2,3.3和2.2kb等多种mRNA。进一步研究表明BSp73AS细胞只能表达标准CD44s，而BSp73ASML细胞既能表达CD44s，又能表达变异体CD44v，但是CD44v的表达水平较CD44s高10倍之多。用PCR技术研究V区外显子的拼接情况，发现BSp73ASML细胞至少表达八九种以不同方式组合的CD44v，这些转录子都含有V6外显子，用Western印迹却发现主要有1.2X105、1.5X105、1.8X105和2.0X105四种CD44v蛋白，两种小分子量的CD44v蛋白比大分子量的CD44v多50多倍，这四种蛋白都高度糖基化并含有唾液残基。体外翻译和转染实验均证明，1.5X105和1.2X105两种小分子量的CD44v蛋白分别由pMeta-1和pMeta-2两种CD44v变异体转录子所编码。PMeta-1含有V4〜V7外显子，比标准CD44s多编码162个氨基酸；pMeta-2含有V6/V7外显子，比标准CD44s多编码85个氨基酸。若把pMeta-1和pMeta-2两个CD44vcDNA转染到非转移性BSp73AS癌细胞中，结果两种CD44v变异体都能促BSp73AS细胞发生转移。研究者把肿瘤细胞接种到同源大鼠BDX足趾部位，未转染的BSp73AS细胞只在接种部位形成肿瘤，肿瘤切除后大鼠仍可长久存活；而转染的BSp73AS细胞和BSp73ASML能在接种后10天内迅速转移到附近淋巴结和肺组织中去，并形成转移灶，60天内使大鼠死亡。尽管转染的BSp73AS细胞在转移速度和转移途径方面与BSp73ASML细胞相同，但两者在肿瘤形成方面存在明显差别，如BSp73ASML在接种部位不形成肿瘤，而转染的BSp73AS细胞仍能在接种部位形成有囊膜的肿瘤；转移瘤的形态也呈现差

异，BSp73ASML细胞转移到淋巴结合以弥漫形式生长，在转移过程中会引起淋巴结肿大，在肺部形成无数米粒大小的肿瘤团块。而转染的BSp73AS细胞在淋巴结和肺组织中通常只形成大的肿瘤团块，很少会引起淋巴结肿大。进一步研究表明，CD44v的表达在癌细胞转移早期是必须的，尤其是对癌细胞在淋巴结中的植入定居及突发性快速生长过程中，CD44v蛋白起决定性作用。CD44v不仅能在BSp73ASML细胞中表达，也能在大鼠乳腺癌13762NF细胞系中表达。淋巴结和肺转移的几个13762NF细胞株能表达多种CD44v，而非转移的乳腺癌细胞则主要表达CD44s。以后发现许多肿瘤细胞能表达CD44v，但是在不同的细胞中，V区外显子的转录拼接模式不尽相同。根据V区外显子cDNA探针Northern杂交结果，可将CD44的表达类型分为以下几种：完全不表达；只表达标准CD44s；表达含V3〜V10外显子的CD44v；只表达含V8〜V10的CD44v；表达一种以上的CD44v。1992年英国牛津大学病理实验室的研究人员对乳腺癌和结肠癌的肿瘤标本以及正常人组织标本CD44基因表达作了研究。结果发现正常组织和肿瘤标本能检测到标准CD44s的表达。但与CD44v的表达截然不同，其差别主要表现在杂交带的数量、大小以及杂交带的信号强度等方面。所有来源于肿瘤转移患者的原发和继发肿瘤组织标本，均能检测到一条以上、信号反应很强的杂交带，这些杂交带的分子量大小不均等，但分布较均匀；而正常组织细胞偶尔能检测到一两种低水平表达的小分子量的CD44v变异体拼接转录子;来源于非转移肿瘤患者的肿瘤标本，其CD44v转录子在大小、数量及表达水平方面介于正常组织和恶性转移瘤之间。采用免疫组化技术检测结肠息肉（癌前病变）、结肠浸润癌和结肠转移癌标本，发现CD44s和CD44v的表达在所有标本中均有不同程度的增高，在癌组织中CD44v阳性细胞数达30%〜90%。CD44s在所有标本中均呈阳性；CD44v在息肉和浸润癌标本中呈阴性，而转移

癌标本均为阳性。同时还观察到结肠癌标本中CD44v的表达和P53的过度表达无相关性。提示CD44v的表达可能是在癌变早期出现的生物学指标。Non-Hodgkin淋巴瘤切片标本，在低恶性淋巴瘤中未检测到CD44v表达，而中度及高度恶性的淋巴瘤中有多半表现CD44v阳性，其中多数表达了V6外显子，而未见其它外显子表达，这一结果显示，含有V6外显子的CD44v变异体的表达，可作为恶性Non-Hodgkin淋巴瘤的诊断指标。1992年Dougherty等人曾报道含V8〜V10的CD44vcDNA在转染小鼠纤维肉瘤细胞后，能使纤维肉瘤细胞产生转移能力，推测V8〜V10也可能与肿瘤转移有关。最近Tan-abe用PCR技术研究了结肠癌中含V8〜V10外显子的CD44v表达。在结肠癌肝转移的标本均能表达CD44v(V8〜V10)，在原发性结肠癌有12/14为阳性，而在正常肠粘膜和正常肝组织中只有2/19例检测到了CD44v(V8〜V10)。CD44基因变异性表达和肿瘤转移的关系的研究刚刚起步，许多问题有待于进一步探讨，预计在不远的将来，该领域的研究将会为肿瘤转移的诊断和治疗提供理论依据。四、细胞表面的蛋白多糖对肿瘤转移的影响蛋白多糖(proteoglycans，PG)是细胞表面的重要成分之一，它对细胞的生长发育、分化、粘附、移动、识别及信息传导等方面都起着十分重要的作用。对于肿瘤细胞的不同类型，其表面PG的性质和数量存在着较大差异。有人发现，肿瘤细胞的转移能力与细胞膜表面PG中唾液酸的水平呈正相关。检测肺癌病人的胸水中肺表面活性蛋白A(surfaceproteinsA，S-PA，一种肺组织特有的磷脂相关性PG)，发现肺癌病人胸水内有较高水平的S-PA。P16黑色素瘤高转移F10亚株PG含量