晚期糖基化终末产物受体及其配体的肿瘤生物学效应

冯华国 鲁 灵 吴传新 (重庆市江津区中心医院肝胆外科，重庆 4060)

晚期糖基化终末产物受体(RAGE)作为信号传导受体介导晚期糖基化终末产物(AGE)、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、钙粒蛋白(S100)、β粉样肽(A)等配体在细胞表面结合，激活细胞内多种信号传导机制，参与了糖尿病慢性并发症、炎症反应、神经再生、Alzheimer病、透析相关性淀粉样变(DRA)、动脉粥样硬化以及肿瘤生长、浸润转移等的生物学效应〔1，2〕。但由于RAGE拥有多种配体，所以功能极为复杂。不同配体作用于RAGE后所激活的信号传导途径以及引起的效应不同〔3〕。近年有关RAGE及其配体的研究进展很多，现就RAGE及其配体(AGEs、S100、HMGB1)在肿瘤生物学方面的效应作一综述。

1 RAGE的结构

RAGE是细胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一员，在体内分布非常广泛，可表达于血管内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、Ⅱ型肺上皮细胞、肝星状细胞、肾小球细膜细胞、神经元细胞以及肿瘤细胞等。人RAGE基因位于6p21.3，含有11个外显子，其原始翻译产物含有383个氨基酸残基，其中氨基端22个氨基酸残基为信号肽。Neeper等〔4〕鉴定了RAGE的cDNA序列，人RAGE cDNA为1 406 bp，牛RAGE cDNA为1 440 bp，人、牛、大鼠、小鼠的RAGE cDNA序列皆高度同源，约90%相似，其中人和牛 RAGE cDNA的一致性达83.6%。RAGE是一完整的膜蛋白，由400多个氨基酸组成，其完整结构包括胞外域(牛332个氨基酸残基，人321个氨基酸残基)、胞膜域(19个氨基酸残基)及短的胞内域(牛43个氨基酸残基、人41个氨基酸残基)3个部分组成，分子量约为35 kD。氨基酸序列分析表明：在胞外段，为配体结合部位，有三个免疫球蛋白样结构：1个V区，2个C区，每个都含有一对保守的半胱氨酸残基，V区片段还含有两个与“N”偶联的糖基化位点，这些对于RAGE分子结构的稳定性和特异识别配体的功能具有重要意义。在胞外段之后是一个跨膜区和一条高度电荷的胞质尾巴。胞内段RAGE与B细胞激活标记CD20具有高度同源性，该段很可能在配体占领受体后结合胞质内信号传导分子，产生细胞效应。

RAGE蛋白不同于免疫球蛋白超家族其他受体成员，RAGE基因可因mRNA的选择性剪切而产生多种异形体，其中N端缺乏免疫球蛋白区域V型的异形体称为N端截短的RAGE，一般不能结合配体。缺乏C端部分序列的异形体称为C端截短的RAGE，此种异形体可由细胞分泌出来形成所谓可溶性RAGE(sRAGE)或称为内源性分泌性RAGE(esRAGE)。实验研究发现，sRAGE可与 RAGE竞争结合其配体，抑制RAGE诱导的细胞信号传导途径，对多种病理状态有保护作用。有些C端截短的RAGE仅缺乏胞内的一段，仍固着于细胞膜上，无信号传导的功能但可结合RAGE配体，因而能与全长RAGE竞争配体。这类异形体类似于显性负突变，因此也称为显性负RAGE(DN-RAGE)。

2 RAGE与肿瘤

RAGE参与多种肿瘤细胞增殖、浸润和转移。Sasahira等〔5〕用免疫组化检测RAGE在74例口腔鳞状细胞癌中的表达，其中有30例高表达，而这高表达的RAGE与浸润深度和局部复发有关，进一步证实高表达RAGE比低表达RAGE的口腔鳞状细胞癌患者的预后差，这就表明RAGE可作为诊断口腔鳞状细胞癌复发的相关指标。Kiyokazu等〔6〕用免疫组化检测了65例肝癌患者中 RAGE的表达;进一步在体外实验中，将RAGE转染入Cos7细胞系，发现在缺氧的环境下，高分化/中分化的肝癌细胞表达RAGE增加，并且比未转染RAGE的肝癌细胞成活率明显延长，这就表明在低血供环境下肝癌的早期，肝癌对低氧环境的耐受是通过诱导RAGE的表达获得的。但是Taro等〔7〕用免疫组化检测了216例食管癌患者中RAGE的表达，其阳性表达率为50%，RAGE的表达与肿瘤浸润深度及血管浸润呈反比，并且RAGE阳性表达的患者比阴性表达的患者有更好的预后;进一步用多变量分析，发现RAGE的表达是独立的预后因素，与肿瘤浸润深度和淋巴结转移有密切关系。由此可见，RAGE作为新发现的肿瘤相关基因，可能在不同肿瘤中发挥不同生物学作用。

3 RAGE/配体与肿瘤

3.1 RAGE/AGEs与肿瘤 AGE是蛋白质及脂类的氨基与糖的醛基之间非酶性糖化氧化反应的终产物。AGEs的主要分子结构类型有：吡咯醛、苯妥西定、羧甲基丝氨酸、咪唑酮以及一些交联产物。现已证明，在机体的不同组织中，都有AGEs存在。体内各种蛋白，如血红蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可发生糖基化反应，导致复杂的功能变化。这些不同的蛋白质以多种形式形成糖基化产物，通过与特殊的AGEs受体(RAGE)作用，进而介导多种病理反应。

RAGE/AGEs在糖尿病并发症、肾病、神经系统等疾病的研究较多，而在肿瘤中的研究表明：RAGE/AGEs的结合在肿瘤的发生、发展、浸润转移方面发挥重要作用。RAGE/AGEs的结合会促进细胞因子和一些生长因子的产生，同时细胞迁移增加以及 NF-κB 激活等。Diamanti-Kandarakis等〔8〕用免疫组化检测12例多囊卵巢综合征患者，发现RAGE、AGEs在多囊卵巢综合征患者组织中比相对的正常组织明显增高，同时发现NF-κB p65仅出现于多囊卵巢综合征患者组织的细胞核内，这就表明：多囊卵巢综合征患者内RAGE、AGEs的结合，能激活NF-κB，从而引起一系列的信号传导，在多囊卵巢综合征疾病中发挥重要作用。RAGE/AGEs的结合除了在癌前病变中发挥重要作用外，在恶性肿瘤中也处于重要地位。Uetz-von Allmen等〔9〕用腺癌独立高浸润性前列腺癌与腺癌依赖非浸润性前列腺癌与RAGE结合，从而发现细胞系与RAGE的V区结合能促进前列腺癌的浸润;进一步的研究发现，用S100B、整合素抗体以及HMGB1抗体不能阻断其RAGE与前列腺癌细胞系的结合，而用抗AGEs抗体或RAGE抗体能阻断其结合;这就表明：AGEs与RAGE的V区结合，能促进前列腺癌的浸润。

3.2 RAGE/S100与肿瘤 S100蛋白，最初由Moore发现，是一种酸性的钙离子结合蛋白。S100蛋白是一个至少由20种具有钙粘连能力的蛋白组成的大家族。它们是由两种不同的亚基(A和B)构成的同源或异源二聚体。S100蛋白的mRNA共有1 135个碱基。由这段基因编码的蛋白是S100家族成员之一。S100家族的蛋白基序均包含有两个EF手。在多数细胞中，S100蛋白定位在胞质和(或)胞核，对于细胞的生长起了重要的调节作用。在不同的肿瘤中，S100蛋白家族的基因在染色体上的重组方式不同。

并非所有 S100蛋白都能与 RAGE结合，如 S100A2、A3、A5、A10、A14、G、Z等。现已研究表明多数 S100蛋白在多种肿瘤中高表达：肾癌(S100A1、S100A11)、前列腺癌(S100A2、S100A11、S100P)、肺癌(S100A2、S100A4)、乳腺癌(S100A2、S100A4、S100A6、S100A7、S100A8/9、S100A11)、黑 色 素 瘤(S100A2、S100A4、S100B)、结 直 肠 癌 (S100A4、S100A6、S100A8/9、S100A11)、膀胱癌(S100A4、S100A7、S100A11)、胃癌(S100A8/9、S100A11、S100P)、胰腺癌(S100G)等。Yammani等〔10〕研究表明，S100A4与RAGE结合可以上调 MMP-13，从而造成组织重塑。Omori等〔11〕研究显示，RAGE与S100A6结合可以激活JNK通路，活化Caspase3/7，从而造成细胞凋亡。Donato等〔12〕研究认为，分泌性的S100A12与RAGE结合能促进细胞黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)以及 NF-κB活化。Maren等〔13〕用免疫组化、RT-PCR、Western印迹检测结肠癌中RAGE、S100P的表达发现，RAGE、S100P均在肿瘤组织表达增加，进一步研究发现S100P与RAGE结合能刺激SW480结肠癌细胞增生、浸润转移、MAPK磷酸化以及 NF-κB活化。同样 S100P，Arumugam等〔14〕研究发现S100P通过激活RAGE，从而促进胰腺癌细胞浸润转移。Hermani等〔15〕用免疫组化检测75例前列腺癌患者中S100A8，S100A9以及RAGE表达，同时用原位杂交检测S100A8与S100A9，结果发现，S100A8，S100A9以及RAGE在肿瘤组织中高表达于良性及正常组织，这就表明在前列腺癌发中S100A8，S100A9以及RAGE发挥了重要作用，能促进肿瘤的发生、发展、浸润转移。但是虽然S100蛋白结构相似，但可能与RAGE结合后发挥不同的作用。Leclerc等〔16〕等研究发现，尽管S100B与S100A6结构相似，但他们能与RAGE的不同区域结合，从而发挥不同的作用。S100B与RAGE的V区和C1区结合，而S100A6与RAGE DE C1区和C2区结合，在低浓度，S100B与RAGE结合能促进细胞增生;在相同浓度，S100A6与RAGE DE C1区和C2区结合能促进细胞凋亡。

总之，S100/RAGE在肿瘤的发生、发展、浸润转移过程中发挥重要作用，虽然许多学者在S100/RAGE促进肿瘤或是抑制肿瘤方面存在争议，但是均有研究发现，S100、RAG蛋白在肿瘤患者中过度表达，S100/RAGE在肿瘤方面的具体信号传导通路需要更进一步研究。

3.3 RAGE/HMGB1与肿瘤 HMGB1的分泌机制尚未完全明了，目前已知HMGB1释放到细胞外有两种方式：一种是活化的单核巨噬细胞主动“分泌”;一种是坏死细胞的被动“释放”。

近年发现染色质蛋白HMG于肿瘤生长、浸润转移有密切的关系，在多种肿瘤和未成熟细胞中表达丰富。Fiuza等〔17，18〕发现，重组人HMGB1(r-HMGB1)与微血管内皮细胞共同孵育，HMGB1能够以时间剂量依赖方式增加ICAM-1、VCAM-1以及RAGE的表达，并能促使 IL-8、TNF、PAI-1和 t-PA的分泌，使P38MAPK、ERK、JNK磷酸化并使核转录因子 NF-κB和Sp1发生核移位。这就可以提示HMGB1能够影响血管内皮细胞的正常功能，通过细胞间黏附分子的作用可以促进肿瘤的浸润转移。Taguchi等〔19〕发现，HMGB1通过与晚期 RAGE结合，激活MAPK、P38、JNK、及 P42/P44等信号通路，继而引起 MMP-2和MMP-9的激活，后两者是纤维蛋白溶酶激活级联的下游目标，能使细胞外基质降解，从而促进肿瘤的浸润和转移。Sasahira等〔20〕用免疫组化和原位杂交检测了96例结直肠癌中RAGE、HMGB1的表达，发现，RAGE和HMGB1的表达明显高于对照组，进一步研究发现RAGE与HMGB1的共同表达也高于对照组，这就表明，RAGE/HMGB1在结直肠癌肿发挥重要作用。Harada等〔21〕用免疫组化检测了50例trophinin和HMGB1的表达，并将 trophinin转染入 SW480细胞，发现 trophinin阳性SW480细胞的HMGB1和RAGE表达明显高于trophinin阴性的SW480细胞，并且trophinin阳性SW480细胞浸润性明显高于对照组，表明trophinin通过RAGE/HMGB1能促进肿瘤浸润。RAGE/HMGB1在肿瘤的各个方面都发挥肿瘤作用，但RAGE/HMGB1在肿瘤中的具体机制还需要进一步研究。

4 以RAGE及其配体轴为靶点的抗肿瘤治疗

以上研究均显示，RAGE与肿瘤各个相关环节都密切相关。因此，以RAGE为靶点来治疗肿瘤可能是个理想的靶点。Abe等〔22〕研究发现，用抗RAGE抗体可以明显抑制原发性黑色素瘤小鼠的自发性肺转移，并能延长小鼠的生存期。Kuniyasu等〔23〕研究发现，RAGE反义寡核苷酸可明显抑制 Colo320和OWIDR大肠腺癌细胞的侵袭和转移能力。Van Beijnum等〔24〕研究发现，HMGB1能有助于肿瘤的新生血管形成，体外实验表明，抗HMGB1抗体可抑制内皮细胞出芽和血管形成。丙酮酸乙脂(EP)是一个糖代谢的中间产物，一个有效的氧化反应清道夫，可以抑制TNF的产物，并通过抑制由NF-κB和P38MAPA介导的信号通路而影响巨噬细胞的活性，通过浓度抑制的负反馈方式抑制巨噬细胞释放HMGB1，从而降低循环中HMGB1的水平。Lim等〔25〕研究报道，EP可以通过抑制HMGB1的表达而抑制A549肺癌细胞的生长。这也表明EP可能成为抑制RAGE/HMGB1肿瘤的信号通路。但是以RAGE及其配体的抗肿瘤治疗机制还不清楚，有待进一步研究。

5 应用前景

恶性肿瘤已经成为人类死亡的首要病因，早期诊断，有效治疗，能降低癌症患者的死亡率。已有的研究均表明RAGE及其配体在不同人类肿瘤中高表达，RAGE及其配体与肿瘤关系密切。综上所述，RAGE-配体的研究可以建立一种全新的肿瘤生物模式，在肿瘤各个方面都密切相关。RAGE与不同配体在不同肿瘤的信号通路调控机制仍需进一步研究，相信随着这些问题的解决，RAGE/配体轴可能成为肿瘤疾病诊断，治疗和预防提供新的方向，因此具有重要意义。

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