细胞黏附分子L1对肿瘤诊断的意义及在抗肿瘤治疗中的作用

张英为，朱 琳综述，张德平审校

0 引 言

细胞黏附分子L1(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)是一种跨膜糖蛋白，属免疫球蛋白超家族(immunoglobulin superfamily)中L1家庭中的一员。L1家庭的成员有L1CAM(CD171)、L1CAM的相近同系物(CHL1)、神经束蛋白、NgCAM相关的细胞黏附分子(NR-CAM)等。自1984年被发现以来，神经生物学研究已经证实，L1CAM在神经系统发育中具有关键性作用。近年研究表明其也参与多种恶性肿瘤的发生、发展、侵袭、转移和化疗耐药等过程，并且具有良好的预后判断价值;抗L1CAM单克隆抗体的抗肿瘤效应在体内外实验中亦有探讨，文中就其研究进展作一综述。

1 L1CAM的一般特征

L1CAM是一种跨膜糖蛋白，其编码基因由28个外显子和27个内含子组成，蛋白相对分子质量约200000～220000，其细胞外部分包括6个免疫球蛋白(Ig)样结构区和5个Ⅲ型纤连蛋白样结构区，其中1个精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)结构域位于第一个Ig样区，1个N-糖基化部位位于第一个纤连蛋白样区，此外，其细胞外区还含有2个蛋白水解裂隙(proteolytic cleavage);其跨膜区主要由25～28号外显子编码组成;其细胞内部分包含5个潜在的磷酸-丝氨酸残基，能与细胞骨架、第二信使途径及激酶等相互作用。在体内，L1CAM通过蛋白水解作用可以产生可溶性L1CAM(soluble L1CAM，sL1)。sL1是许多RGD结合整合素的配体，能够在细胞外基质中沉积。

GEO(Gene Expression Omnibus)的一项数据显示，L1CAM可在人体36种正常组织中的表达，更倾向于在大脑(brain)内神经元中表达，特别是轴突和神经胶质细胞，如雪旺细胞［1］。因此，L1CAM也被称作神经细胞黏附分子，参与中枢神经系统的发育，包括轴突导向、突触形成、神经细胞迁移、分化等重要过程。L1CAM基因突变可引起X链锁遗传性综合征。

此外，L1CAM也可在许多肿瘤组织中表达，体内外研究显示，L1CAM参与肿瘤的增殖、侵袭和转移［1］。多种肿瘤细胞可释放sL1，在卵巢癌和子宫癌患者的血清和腹水中均已检测到sL1［2］。

2 L1CAM在肿瘤组织中的表达以及其作为肿瘤发生预测因子的价值

多因素分析显示，L1CAM是患者生存的一个独立的预后标识，L1CAM的表达与肿瘤进展、不良预后相关，而且是临床提示预后不佳的一个有价值的指标。

2.1 卵巢癌与子宫癌 一项回顾性研究分析了58例卵巢癌和72例子宫腺癌患者的组织学和血清学标本，结果显示，上述肿瘤过度表达L1CAM，且其表达与短期生存密切相关、不受病理类型限制，因此认为，L1CAM可作为预测临床结果的一个新标志，并有助于鉴定子宫癌患者是否处于疾病复发的高危阶段［1］。Daponte 等［3］评估了 L1CAM 在浆液性卵巢肿瘤中的表达情况，发现L1CAM的免疫活性与疾病分期和分级显著相关，其活性随着肿瘤恶性程度的增高而增高;低表达L1CAM的患者能够长期无进展生存，对化疗反应良好。Bondong等［4］研究了232例浆液性卵巢肿瘤标本，结果提示，表达L1CAM的肿瘤侵袭性增加、沿淋巴管播散能力增强，而这些患者腹水中sL1往往提示肿瘤患者无进展生存期短和化疗耐药。

此外，L1CAM表达也可作为疾病进展的预测标志。在随访期，监测sL1水平能够在临床症状出现前提示疾病进展和复发［1］。即使是对于处在I期子宫内膜样型子宫内膜病变的患者，L1CAM检测也能够在宫颈刮片获取组织学标本以前提示高危患者［1］。

2.2 黑色素瘤 有研究对比了45例黑色素瘤、18例良性皮肤痣和7例正常皮肤的组织标本，结果显示，L1CAM可作为一种标志用于鉴别良、恶性黑色素细胞［1］。这一结果得到了GEO数据的证实，即与良性痣和正常皮肤相比，恶性黑色素瘤过表达L1CAM。免疫组化分析也支持上述结论［1］。

Lee等［5］在研究解聚素金属蛋白酶10(A Disintegrin And Metalloprotease 10，ADAM10)在转移性黑色素瘤中上调表达时发现，ADAM10参与黑色素瘤细胞释放L1CAM。敲除L1CAM可减弱黑色素瘤细胞迁移，消除其对顺铂的耐药，但sL1对黑色素瘤细胞的迁移或生存并无影响。

2.3 结肠直肠癌 有研究回顾性分析了138例结肠直肠癌患者的手术标本，结果显示，L1CAM阳性表达与肿瘤进展、转移及复发密切相关，说明L1CAM可能是临床上提示患者预后差的一个有用标志［1］。

另有研究表明，L1CAM在结肠直肠癌的侵袭前端表达，其过表达能够增加结肠直肠癌细胞的生长和运动性、促进肝转移;这其中，核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)通路和埃兹蛋白(ezrin)是L1CAM介导结肠癌细胞转移所必需的［6］。

炎症性肠病是一组累及肠道的慢性非特异性炎症疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病［7］，长期慢性炎症性肠病是发展为结肠直肠癌的危险因素。Schäfer等［8］研究了肠壁发生慢性炎症时免疫细胞(巨噬细胞)和各种细胞因子之间的相互作用关系，结果显示，转化生长因子β1能在肠上皮细胞系NCM460中诱导Slug依赖的L1CAM表达上调，增加细胞动力和凋亡抵抗;免疫组化提示，L1CAM在慢性炎症性肠病患者的组织中表达明显，而在正常人结肠组织中并无表达。

2.4 肺部肿瘤 早在1994年，就有学者提出神经元细胞黏附分子与神经元烯醇化酶(NSE)均可作为小细胞肺癌的肿瘤标志物。近年的研究则提示，L1CAM是非小细胞肺癌患者的独立预后标志，其过表达可增加非小细胞肺癌细胞的侵袭性，下调L1CAM表达能有效抑制非小细胞肺癌的生长和转移［9-10］。

有研究分析了71例肺神经内分泌肿瘤的L1CAM免疫活性，结果显示，L1CAM表达增加与肿瘤侵袭和进展相关，提示L1CAM免疫活性可能是肿瘤诊断和预后判断的有效标识［1］。另有研究提示，在肺大细胞神经内分泌肿瘤中低表达L1CAM患者的5年生存率要显著高于高表达L1CAM患者的5年生存率(82.6%vs 43.7%，P=0.005)，L1CAM是无病生存的一个独立预测因子;与低表达L1CAM患者相比，高表达L1CAM患者更具有复发的风险［11］。

2.5 其他肿瘤 低分化神经内分泌胰腺癌预后极差，而L1CAM在该肿瘤组织中表达显著［1］。L1CAM在肾癌中有表达，而且与透明细胞癌患者化疗耐药、生存期缩短以及肿瘤转移相关［12］。

3 L1CAM参与肿瘤发生、发展的相关途径

3.1 整合素 整合素(integrin)家族是一类由α亚单位和β亚单位连接而形成的异二聚体跨膜糖蛋白。αvβ3整合素受体涉及许多类型肿瘤的黏附、迁移、侵袭、生长和血管生成。L1CAM的C末端片段能转移到核内，参与L1CAM依赖的基因调节，RGD结构域对核信号非常重要［13］，同时也是L1CAM与整合素结合的部位。以抗体阻断RGD造成突变形成，则可以观察到细胞间联系、细胞运动性、侵袭性及肿瘤生长等均受到抑制，这提示了 L1CAM的RGD结构域对于肿瘤细胞的重要作用，同时也说明，L1CAM的核信号转导依赖整合素［13］。在有血清或血小板衍化生长因子存在的前提下，L1CAM可上调αvβ3整合素，从而参与细胞外信号相关的激酶途径活化。活化细胞外信号相关的激酶途径能诱导运动性、侵袭性相关基因产物的表达，如整合素β3亚单位、小GTPases、半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶L和B等［1］，从而诱导和维持细胞的运动性和侵袭性表型。

3.2 Wnt/β-catenin 信号转导途径 Wnt/β-catenin信号转导途径是一个对细胞的分化、迁移、增殖、极性分化起重要作用的途径［14］。Wnt/β-catenin信号转导途径异常激活与多种实体肿瘤的发生和发展有关。L1CAM是Wnt/β-catenin信号通路的靶位，表达L1CAM可赋予成纤维细胞和结肠癌细胞活动性、侵袭性和肿瘤发生能力［15］。在结肠直肠肿瘤及卵巢癌中，L1CAM位于肿瘤组织侵袭前端，该部位也同时表达 β-catenin 和 ADAM10［15-16］。此外，L1CAM也可在乳腺癌MCF-7细胞系中表达，通过过表达或敲除L1CAM可证实L1CAM表达能促进黏附连接的中断，并增加β-catenin转录活性［1］。

3.3 NF-κB NF-κB 是具有基因转录多向调控作用的转录因子，NF-κB信号通路激活在肝癌、结肠癌、前列腺癌等的发生、发展中起着重要的作用。NF-κB活化后可以调控多种基因的表达，包括血管内皮生长因子、细胞间黏附分子等，促进肿瘤细胞增殖、迁移［16-17］。Gavert等［6］研究发现，NF-κB 信号通路对于L1CAM所介导的肿瘤转移非常重要，因为阻断该通路能够抑制L1CAM相关性转移的发生;此外，他们还发现L1CAM表达能够活化NF-κB信号通路、促进核移位，且L1CAM、ezrin和磷酸化的p65(NF-κB的一个亚型)在人结肠直肠癌前端共表达，这提示由ezrin参与的、L1CAM介导的NF-κB信号通路的活化是结肠直肠癌进展的重要途径。总之，L1CAM能够辅助活化NF-κB信号通路，而活化的NF-κB信号通路则进一步促进L1CAM参与肿瘤转移。

3.4 神经纤毛蛋白-1(neuropilin-1，NP-1)NP-1曾被认为是信号素(semaphorins)和血管内皮生长因子的跨膜受体，现在的研究则显示其为L1CAM在神经系统和肿瘤细胞上的配体。目前许多证据提示卵巢癌细胞上表达的L1CAM与间皮细胞上表达的NP-1相互作用，可以介导细胞间黏附，有助于卵巢癌生长，并最终导致双向性信号的转导［1］。另有观察提示，在内皮肿瘤细胞中L1CAM与NP-1相互作用在肿瘤进展过程中也有利于跨内皮转移和血管生成［18］。

3.5 肿瘤细胞凋亡 基因筛查显示，L1CAM与细胞表面靶位IGF2R和SCL31A1被鉴定为可保护肿瘤细胞(如结肠癌细胞HCT 116)凋亡的生存因子［1］;这些发现通过针对 L1CAM 的 RNAi可诱导HCT116细胞凋亡得到了进一步的证实。目前，以多种肿瘤细胞系所进行的研究均已证实，高表达L1CAM能赋予肿瘤细胞抗凋亡保护和化疗药物耐药产生，而干扰L1CAM表达则可诱导敏感细胞凋亡［1，19］。Sebens Müerköster 等［20］的研究揭示了80%胰腺癌患者过度表达L1CAM，L1CAM有利于胰腺癌细胞对化疗产生耐药，并且推测这种耐药可能是L1CAM与α5整合素相互作用的结果。

4 抗L1CAM单克隆抗体在肿瘤治疗中的作用

L1-11A和chCE7是目前常用的2种针对人L1CAM细胞外结构域的抗L1CAM单克隆抗体，其中，chCE7与抗原具有较高的亲和性。有学者将chCE7重链297位(糖基化部位)上天门冬氨酸残基替换为谷氨酸而得到 chCE7agl。Chopra［21］研究表明，chCE7agl能够改善单克隆抗体的药代动力学、生物学分布及疗效。

根据L1CAM在肿瘤增殖、侵袭、转移中的作用，我们不难推测其单抗对肿瘤发生、发展的遏制作用。现有的实验结果也确实证实了这一推测［1］。以L1-11A和chCE7分别处理表达L1CAM的6种不同来源的人肿瘤细胞系(包括人卵巢癌细胞系SKOV3ip)，细胞增殖均显著抑制，而不表达L1的前列腺癌细胞系PC3则增殖不受影响［1］。以L1-11A处理卵巢癌荷瘤鼠能够使肿瘤负荷显著下降(达63.5%)、腹水形成显著减少(75%)，并呈剂量依赖性。此外，在成神经细胞瘤、肾癌中应用抗L1CAM抗体的研究亦有报道［1］。

通过上述文献复习我们可以看出，L1CAM单克隆抗体抑制肿瘤细胞增殖的作用并没有免疫效应细胞参与。那么，确实是并无免疫细胞参与，抑或是前期研究并未涉及免疫细胞值得探讨。另外，一些分子细节，包括单抗的抗肿瘤效力与L1CAM在细胞表面密度的相关性、对抗原-抗体复合物活性的依赖性、种系之间的交叉反应以及扩展到更广的肿瘤细胞系谱等，均需要深入的研究、探讨。

［1］Weidle UH，Eggle D，Klostermann S.L1-CAM as a target for treatment of cancer with monoclonal antibodies［J］.Anticancer Res，2009，29(12):4919-4931.

［2］Friedli A，Fischer E，Novak-Hofer I，et al.The soluble form of the cancer-associated L1 cell adhesion molecule is a pro-angiogenic factor［J］.Int J Biochem Cell Biol，2009，41(7):1572-1580.

［3］Daponte A，Kostopoulou E，Kollia P，et al.L1(CAM)(CD171)in ovarian serous neoplasms［J］.Eur J Gynaecol Oncol，2008，29(1):26-30.

［4］Bondong S，Kiefel H，Hielscher T，et al.Prognostic significance of L1CAM in ovarian cancer and its role in constitutive NF-κB activation［J］.Ann Oncol，2012，23(7):1795-1802.

［5］Lee SB，Schramme A，Doberstein K，et al.ADAM10 is upregulated in melanoma metastasis compared with primary melanoma［J］.J Invest Dermatol，2010，130(3):763-773.

［6］Gavert N，Ben-Shmuel A，Lemmon V，et al.Nuclear factor-kappaB signaling and ezrin are essential for L1-mediated metastasis of colon cancer cells［J］.J Cell Sci，2010，123(Pt 12):2135-2143.

［7］谢 睿，李全朋，缪 林.炎症性肠病免疫发病机制研究进展［J］.医学研究生学报，2013，26(2):206-210.

［8］Schäfer H，Struck B，Feldmann EM，et al.TGF-β1-dependent L1CAM expression has an essential role in macrophage-induced apoptosis resistance and cell migration of human intestinal epithelial cells［J］.Oncogene，2013，32(2):180-189.

［9］Hai J，Zhu CQ，Bandarchi B，et al.L1 cell adhesion molecule promotes tumorigenicity and metastatic potential in non-small cell lung cancer［J］.Clin Cancer Res，2012，18(7):1914-1924.

［10］Tischler V，Pfeifer M，Hausladen S，et al.L1CAM protein expression is associated with poor prognosis in non-small cell lung cancer［J］.Mol Cancer，2011，10:127-138.

［11］Kim HS，Yi SY，Jun HJ，et al.L1 cell adhesion molecule as a predictor for recurrence in pulmonary carcinoids and large-cell neuroendocrine tumors［J］.APMIS，2009，117(2):140-146.

［12］Doberstein K，Wieland A，Lee SB，et al.L1-CAM expression in ccRCC correlates with shorter patients'survival times and confers chemoresistance in renal cell carcinoma cells［J］.Carcinogenesis，2011，32(3):262-270.

［13］Gast D，Riedle S，Kiefel H，et al.The RGD integrin binding site in human L1-CAM is important for nuclear signaling［J］.Exp Cell Res，2008，314(13):2411-2418.

［14］戴颖青，王安明，刘 琦.Wnt信号通路异常激活在卵巢上皮性癌中的作用［J］.医学研究生学报，2012，25(3):312-315.

［15］Gavert N，Ben-Shmuel A，Raveh S，et al.L1-CAM in cancerous tissues［J］.Expert Opin Biol Ther，2008，8(11):1749-1757.

［16］Demchenko YN，Kuehl WM.A critical role for the NF-κB pathway in multiple myeloma［J］.Oncotarget，2010，1(1):59-68.

［17］Bi S，Liu JR，Li Y，et al.Gamma-Tocotrienol modulates the paracrine secretion of VEGF induced by cobalt(Ⅱ)chloride via ERK signaling pathway in gastric adenocarcinoma SGC-7901 cell line［J］.Toxicology，2010，274(1-3):27-33.

［18］Schäfer MK，Altevogt P.L1CAM malfunction in the nervous system and human carcinomas［J］.Cell Mol Life Sci，2010，67(14):2425-2437.

［19］Held-Feindt J，Schmelz S，Hattermann K，et al.The neural adhesion molecule L1CAM confers chemoresistance in human glioblastomas［J］.Neurochem Int，2012，61(7):1183-1191.

［20］Sebens Müerköster S，Kötteritzsch J，Geismann C，et al.alpha5-integrin is crucial for L1CAM-mediated chemoresistance in pancreatic adenocarcinoma［J］.Int J Oncol，2009，34(19):243-253.

［21］Chopra A.177Lu-Labeled aglycosylated anti-L1-CAM monoclonal antibody chCE7［Z］.Molecular Imaging and Contrast Agent Database(MICAD)［Internet］.Bethesda(MD):National Center for Biotechnology Information(US)，2012，26:2004-2013.