Claudin蛋白与肿瘤关系的研究进展

徐 冬(综述),刘 通(审校)

(南昌大学a.研究生院医学部2008级;b.第一附属医院泌尿外科,南昌330006)

正常机体上皮组织细胞间存在着紧密连接(tight junction,TJ)复合物,位于复合物最顶端的就是TJ。TJ具有细胞黏附、维持细胞极性和通透性及辅助传递调节细胞增殖、分化信号等作用,对维持上皮组织细胞正常的结构及功能极为重要。Claudin蛋白是TJ的主要成分,参与维持TJ的各种功能,其表达异常与多种肿瘤密切相关。本文就Claudin蛋白与肿瘤关系的研究进展作一综述。

1 Claudin蛋白概况

1998年,Furuse M.等[1]首次为人们揭开了Claudin蛋白的面纱,他们从鸡肝中鉴定出2个分子质量为22 kU的TJ蛋白片段,分别命名为Claudin-1和Claudin-2。

1.1 Claudin蛋白的结构、功能及分布

Claudin蛋白又称闭合蛋白,是一类分子量约为2万～2万7千的跨膜TJ蛋白,迄今为止已发现至少24个家族成员。每一个Claudin蛋白均由4个跨膜结构域和2个细胞外环组成,其羧基端和氨基端均在细胞内。Claudins的两个大小不等的环状结构是形成TJ的重要结构基础,对于TJ条带形成和离子选择通透性具有重要作用。Claudin蛋白的羧基端还含有一些磷酸化位点和PSD-95/Dlg/ZO-1(PDZ)结合序列。Claudin蛋白的磷酸化能调节其在TJ复合体中的定位,而PDZ结合序列使Claudin蛋白可与TJ膜相关蛋白的鸟苷酸激酶同工酶、闭合小环蛋白(ZO-l、ZO-2、ZO-3)及富含 PDZ结构域的蛋白1结合,并间接同肌动蛋白丝结合蛋白6和菌环蛋白作用,在信号转导中发挥重要的作用。不同的Claudin蛋白以多种组合方式参与构成TJ,使TJ的结构和功能具有多样性。

Claudin蛋白并不局限于TJ中,它们可以沿着上皮细胞侧面和基底细胞质膜分布。在神经系统、皮肤、内脏组织中均有Claudins分布,其表达模式具有一定的组织特异性,即使在同一种组织中也可有不同的表达模式。

1.2 Claudin蛋白的调节

有研究显示,Ca2+、蛋白激酶C、转录因子Snail等多种信号分子参与 TJ的表达调节。Claudins对细胞连接处选择渗透性的调节主要通过蛋白激酶途径实现。蛋白激酶A或蛋白激酶C作用于Claudin蛋白上特定氨基酸靶点,Claudins的磷酸化会使TJ功能下降。转录因子Snail直接与编码Claudin-3、4和7基因的启动子E-盒结合,进而抑制相关启动子的活性[2]。

1.3 Claudins组成的TJ的结构和功能

Claudin蛋白与咬合蛋白Occludin和连接黏附分子JAM s等共同组成TJ,其中Claudin蛋白是TJ的主要成分,构成了TJ的骨架[3]。TJ又称闭锁小带,是位于细胞侧膜最顶端的一组连续网结状的条索,它同黏附连接和桥粒共同组成了TJ复合体。TJ除了有加强细胞间连接的机械作用外,在控制细胞间离子流和维护组织内稳态上起重要作用,这就是TJ的屏障功能。TJ像栅栏一样连续地环绕细胞顶端,阻止上皮细胞顶侧膜和基底外侧膜中不同分子的相互混杂,这种功能被称为栅栏功能。若栅栏功能被破坏,将导致细胞极性丢失。此外,在信号传导上TJ也起了重要作用。

2 Claudin蛋白与肿瘤的关系

Claudin蛋白在多种肿瘤中出现异常表达,其异常表达改变了 TJ的正常结构及功能,从而使细胞极性丢失并允许营养物质及其他对肿瘤细胞存活和生长的必需因子扩散,在肿瘤细胞的转移和肿瘤细胞的营养供给方面起到重要的作用[4]。Soini Y.[5]通过免疫组化发现Claudin-2在前列腺癌、乳腺癌中表达下调,同时Claudin-3在肾癌、膀胱癌中以及Claudin-4在肾癌、肝癌中的表达也是下调的。Claudin蛋白的表达下调使得TJ结构遭到破坏,结果导致癌细胞的凝聚力降低、分化变差及侵袭性增加。

2.1 Claudin蛋白与脑膜瘤的关系

Hahn H.P.等[6]发现,Claudin-1在脑膜瘤中呈阳性表达。而其他脑部肿瘤,如前庭神经鞘瘤、血管外皮细胞瘤则无表达。因此,他们认为 Claudin-1可作为脑膜瘤的一个特定指标,若能结合其他标记物同时检测,其效果可能会更好。

2.2 Claudin蛋白与乳腺癌的关系

在不同类型的乳腺癌中,Claudin蛋白的表达水平各不相同。与正常的乳腺上皮细胞比较,Claudin-3、4在原发性乳腺癌中均有不同程度的表达升高[7]。相反,Tokés A.M.等[8]发现,乳腺癌中Claudin-1、7的表达是下调或者缺失的。Claudin-l的低表达与乳腺癌临床分期和淋巴结转移有关。Claudin-7在高等级浸润性导管癌和高等级原位导管癌中表达缺失,而且Claudin-7表达缺失与肿瘤的分级、肿瘤的复发和转移密切相关。

2.3 Claudin蛋白与肺癌的关系

有研究发现,肺鳞状细胞癌有Claudin-1的阳性表达和Claudin-5的阴性表达,而肺腺癌有Claudin-5的阳性表达和Claudin-1的阴性表达。因此,Claudin-1、5的表达情况对鉴别肺鳞状细胞癌和肺腺癌有帮助[9]。另外,Chao Y.C.等[10]还发现Claudin-1在肺腺癌中具有转移抑制作用,其表达减少,促进了肿瘤的转移。

2.4 Claudin蛋白与消化系统肿瘤的关系

1) Claudin蛋白与食管癌的关系。大部分食管鳞状细胞癌表达Claudin-1。Claudin-3、5在食管腺癌中的表达要高于食管鳞状细胞癌,Claudin-3的表达缺失与肿瘤远处转移密切相关[11]。此外,Lioni M.等[12]应用RNAi技术敲除Claudin-7,结果导致E-钙黏蛋白表达减少,从而促进细胞生长及浸润,提示Claudin-7的表达与肿瘤进展密切相关。

2) Claudin蛋白与胃癌的关系。Claudin-1、3、4、5在胃腺癌中均有表达。在胃腺癌研究中发现,Claudin-1在低分化腺癌中的表达低于高、中分化腺癌中的表达,而在已侵及固有肌层和腹壁或淋巴转移的腺癌中表达明显高于仅侵及黏膜和黏膜下层,而无淋巴转移的腺癌[13]。与肠型胃癌相比,Claudin-3、4的蛋白水平在胃弥散型腺癌中减少[14]。因此检测Claudin-3、4的表达有助于胃癌的早期诊断。

3) Claudin蛋白与胰腺癌的关系。有研究显示,92%的胰腺导管癌表达Claudin-4,58%表达Claudin-1。Claudin-1的表达与肿瘤组织学等级呈负相关。在增生性病灶和腺瘤中表达较多,而在浸润性癌中表达最少[15]。另外,Claudin-18高度表达于浸润性胰腺癌中,且多见于高分化腺癌,在正常或反应性导管中仅弱表达[16]。

4) Claudin蛋白与肝细胞癌的关系。肝细胞癌中Claudin-7的过度表达有大、小依赖性,在＜2 mm的肿瘤中表达,而在中等大小的肿瘤(5mm)和较大的肿瘤中(≥10 mm)表达缺失[17]。Claudin-10也在原发性肝细胞癌中表达,并与肝细胞癌的复发相关[18]。

5) Claudin蛋白与结肠癌的关系。de Oliveira S.S.等[19]证实 ,在大肠癌中 C laudin-1、3、4 的表达较正常组织增高。Claudin-1表达增高与结肠癌的转移密切相关。有研究显示,在结肠癌细胞中通过抑制Claudin-1的表达,可使癌细胞的侵袭力减弱[20]。Nakayama F.等[21]发现,在大多数结肠癌患者中Claudin-7表达下调,其中 20%低表达患者Claudin-7启动子区超甲基化。

2.5 Claudin蛋白与泌尿系肿瘤的关系

1) Claudin蛋白与肾癌的关系。Fritzsche F.R.等[22]认为,Claudin-1的差异表达与肾恶性肿瘤的进展相关,可作为判断肾细胞癌预后的一个指标。此外,Claudin-7在肾嫌色细胞癌中普遍表达,而在肾透明细胞癌和肾嗜酸粒细胞腺瘤中不表达。Claudin-7的差异表达有望应用在区分肾嫌色细胞癌与肾嗜酸粒细胞腺瘤[23]。

2) Claudin蛋白与膀胱癌的关系。有研究显示,80%以上的膀胱上皮癌表达Claudin-1、3、4、7,Claudin蛋白的表达与肿瘤的等级相关[24]。

3) Claudin蛋白与前列腺癌的关系。与正常前列腺上皮细胞组织相比,前列腺癌中,Claudin-3蛋白的表达水平明显升高,免疫组化同样也证实了Claudin-1、4、7蛋白在前列腺癌组织中有强表达[25]。

2.6 Claudin蛋白与女性生殖系统肿瘤的关系

1) Claudin蛋白与卵巢癌的关系。Santin A.D.等[26]发现,在卵巢癌中 Claudin-3和 Claudin-4表达升高。Claudin-3、4的表达升高增强了卵巢癌的侵袭性,同时与基质金属蛋白酶 2的活性增加有关[27]。在卵巢浆液性癌中,Claudin-3和Claudin-4的表达增加除了与肿瘤的侵袭性增加有关外,还与肿瘤的预后密切相关[28]。与原发癌和实体癌相比,卵巢癌流出物中也有Claudin蛋白的高表达,并且与较低的总存活数有关[29]。

2) Claudin蛋白与子宫内膜癌的关系。与正常或者与增生的组织内膜相比,Claudin-3和Cluadin-4的m RNA、蛋白的表达水平在非典型子宫内膜增生和子宫内膜癌内升高。并且有研究证实在子宫内膜癌中Claudin-3、4的过表达与肿瘤侵袭性增加相关[30-31]。

3) Claudin蛋白与子宫颈肿瘤的关系。Lee J.W.等[32]报道,在子宫颈正常上皮细胞中未见Claudin-1表达,在低级鳞状上皮内瘤变(LSIL)中表达升高(53%),在高级鳞状上皮内瘤变(HSIL)和侵袭性鳞状细胞癌(ISCC)中呈高水平表达(分别为90%和100%),提示Claudin-1的持续表达可能是LSIL向HSIL进展的重要基因改变,LSIL中出现Claudin-1预示着病变有向高度恶变进展的倾向。

2.7 Claudin蛋白与其他恶性肿瘤的关系

Claudin-1在良性痣、混合性痣和大多数恶性黑色素瘤中均有表达,但大多数转移性黑色素瘤中Claudin-1蛋白表达缺失,且Claudin-1表达下降将促进黑色素瘤细胞的侵袭和转移[33]。

3 结语

由于Claudin蛋白在肿瘤中的高度特异性表达,使Claudin蛋白可能成为多种不同肿瘤的分子标记物。另外,某种特定的Claudin蛋白可被当作预测患者预后的标记物。C laudin蛋白的表达缺失在多种癌症中也有报道。在某些情况下,Claudin蛋白的表达缺失还与肿瘤的转移相关。在不同的癌症中区分Claudin蛋白的表达情况,在诊断、鉴别上和对患者的预后判断方面具有重要作用。在肿瘤治疗方面,Claudin蛋白也有重要价值。如Claudin-3和Claudin-4都是产气荚膜杆菌肠毒素(CPE)的受体,当把CPE局部注入乳腺癌组织内后,过度表达Claudin-3、4的癌细胞表现出明显的细胞溶解作用[7]。虽然Claudin蛋白在肿瘤发生、发展过程中所起到的具体作用还不清楚,但有理由相信检测Claudin蛋白将很快在肿瘤的诊断方面发挥重要的作用。

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