皮层肌动蛋白在肿瘤侵袭转移过程中机制的研究进展*

张 磊 靳卫国

(1.泰山医学院，山东 泰安 271016； 2. 泰山医学院附属聊城医院妇产科,山东 聊城 252000)

皮层肌动蛋白(Cortactin)具有多种不同的功能，涉及到细胞骨架重排，而且与细胞运动关系密切，参与肿瘤细胞的侵袭性转移。肿瘤细胞发生侵润与转移，需要借助细胞本身的变化，包括伪足的形成、细胞膜流动性能及细胞极性的变化，其中细胞的运动是癌细胞侵袭转移的过程中最基础的特点。近几年Cortactin成为肿瘤发生侵袭和转移关系密切的基因。对Cortactin进行深层次的研究将为肿瘤的早期诊断和治疗提供理论依据和实验室基础。

1 Cortactin 的结构和功能

1.1 Cortactin 编码基因及分子结构特点

皮层肌动蛋白是Thomas Parson实验室于1993年发现的，是由CTTN基因编码，并且可以在具有高侵袭性和转移潜能的细胞中频繁扩增。皮层肌动蛋白位于细胞的表面或两极[1]，进行SDS 聚丙烯酰氨凝胶电泳实验，结果中可以发现2 个分离的电泳条带， 分子量分别为80 kDa 和85 kDa。85 kDa分子量大小的条带与肿瘤的形成关系密切。

Cortactin氨基段可见NTA区域，羧基端富含脯氨酸的区域，除此之外， 还有ABR和 SH3 的结构区域。 N 末端酸性区域(NTA)含一 21～22 个氨基酸残基，其具有高度序列相似性。与Arp2/3 复合体结合的 NTA 区域以及和肌动蛋白结合的重复区域(ABR 区域)，参与 Arp2/3 复合体介导的分支肌动蛋白的装配。当以上两个区域同时和 Arp2/3复合体结合时，便可以促进分支肌动蛋白的装配[2]。同时Clark ES等[3]研究证明抑制肿瘤细胞内Cortactin促细胞运动的能力，条件之一就是导入 Cortactin某个功能结构域。

1.2 Cortactin的功能

Cortactin在细胞足突和板状伪足的形成，膜胞输送，细胞内吞噬和肿瘤的形成及侵袭等方面有着极其重要的作用[4]。Cortactin通过细胞运动、黏附、极化、收缩等调节actin细胞骨架。Cortactin过表达诱导了细胞运动和转移，抑制了细胞与细胞之间的黏附，加速了肿瘤扩散，与食管、头颈部鳞状细胞癌相关[5-6]。同时Cortactin也是一种Src络氨酸激酶的底物[7]。

生化领域研究表明Cortactin蛋白通过磷酸化反应调节细胞运动并促进细胞迁移[8]，肿瘤学研究证明, Cortactin参与了细胞突触发生的过程，涉及到肿瘤细胞侵袭及转移。曾有研究显示反义皮层肌动蛋白基因抑制肝癌细胞穿膜游走。

2 肿瘤侵袭和转移

2.1 肿瘤侵袭、转移的分子机制

恶性肿瘤最显著的特点是增生和转移[9]。恶性肿瘤的发展是肿瘤细胞与细胞微环境之间的一个多因素、多步骤的复杂过程[10]。尽管多种肿瘤的基因型、表型等有很大差异，但是肿瘤进行性发展过程却有共同的分子机制[11]，这其中最基本的条件是肿瘤细胞的迁移，肿瘤细胞自身的运动能力又决定了肿瘤细胞的迁移速率。

肿瘤细胞浸润和转移的三步骤假说，分别为：①肿瘤细胞与细胞微环境中的基质或间质之间的黏附，同时伴随着肿瘤细胞之间的解黏附；②细胞外基质(extracellular material，ECM)的降解：在蛋白水解酶的作用下，肿瘤细胞周围的细胞外基质发生降解；③运动：肿瘤细胞在生长因子及趋化因子的诱导下，向纵深运动。肿瘤的侵袭与转移的一系列复杂过程，受到了多条信号转导通路的调控。

肿瘤的转移包括肿瘤细胞的直接侵袭、淋巴管转移、血行播散、溢出和种植转移等[12]。

2.2 肿瘤侵袭、转移和细胞运动、Cortactin的关系

有研究者发现，从遗传学角度来讲，不稳定的癌细胞适应了组织的微环境，包括纤维细胞、免疫细胞、内皮细胞和细胞外基质的变化，那么原发肿瘤变化发生远处转移，在肿瘤发生转移的最初阶段期，组织内微环境发生了变化，从而引起了组织内多种细胞因子的变化，进而肿瘤发生侵润性转移[13]。细胞运动能力是由细胞本身骨架结构的特性决定的。

癌细胞发生侵袭转移，需要借助于细胞膜的伪足样伸展及细胞极性的变化等，其中的一个显著特点是癌细胞膜表面形成具有侵袭作用的突触[14-15]，癌细胞利用侵袭性伪足的形成，来侵入细胞基质内，从而传导多种信号通路的内外源性信号。有研究显示，Cortactin可以改变细胞骨架结构，促进侵袭性伪足的形成，从而促进肿瘤细胞的侵袭和转移，根据以上观点，国外有学者通过构建小干扰RNA抑制Cortactin的表达，结果发现Cortactin低表达可以抑制癌细胞侵袭性伪足的形成，从而减弱了肿瘤细胞的侵袭和转移能力。

朱建伟等[16]研究证实，利用小干扰 RNA 技术沉默Cortactin 的表达后， 结肠癌细胞迁移、内吞、 贴壁伸展能力都明显降低。

Algorithms等[17]研究发现，Cortactin的表达上调可能在HCC的转移中通过影响细胞活性发挥作用,并且Cortactin可以作为肝癌发生肝内转移的敏感标记。王常刚等[18]通过构建含CTTN基因和绿色荧光蛋白的慢病毒表达载体，用其转染293T细胞，并去病毒上清液转染结肠癌细胞株SW1116细胞，以此成功构建Cortactin过表达的SW1116细胞。利用蛋白印记实验检测了Cortactin的表达情况，结果发现Cortactin的表达上调能明显促进结肠癌细胞的侵袭迁移能力,提示Cortactin在结肠癌的转移过程中发挥重要作用。

3 皮层肌动蛋白与肿瘤

3.1 皮动蛋白在细胞内的磷酸化状态

Hofman P等用176 例头颈部鳞状细胞癌组织采用了微阵列免疫组化的方法进行实验，得出结论：44%头颈部鳞状细胞癌组织中存在皮动蛋白过表达，其表达量与 TNM 分期和组织学分化呈正相关关系，皮动蛋白表达量增多，局部复发率增加， 5 年生存率降低[19]，Martin 等测定皮动蛋白磷酸化位点，发现了17个残基位点，分别为12 个丝氨酸、4 个苏氨酸和 1 个酪氨酸残基位点。 而富含脯氨酸区还受丝氨酸/苏氨酸激酶作用， 主要是 MEKs-ErK 激酶通路， 但是在对凝血酶诱导的血小板的片状伪足的伸展中，Rac-PAK 激酶通路也调节皮动蛋白的丝/苏氨酸磷酸化[20]。 Wu 等[21]首先发现皮层肌动蛋白在 v-Src 转化细胞内的酪氨酸磷酸化作用。 Src可以使皮层肌动蛋白在 3 个酪氨酸残基上发生磷酸化[22]。 Cortactin通过与 Arp2/3 复合物、微丝肌动蛋白结合，从而直接激活 Arp2/3 复合物肌动蛋白核化作用活性,调节invadopodia 的形成以及与细胞周期蛋白 D1和 CD44 等分子之间的相互作用[23]。Huang 等[24]通过研究小鼠黑色素瘤中Fyn 的激活与皮动蛋白的络氨酸磷酸化后形成的复合体的变化，发现皮层蛋白是一种特定的底物和通过与Fyn的合作效应可以在整合素介导的信号传导过程中调节转移潜能。

总之，连接其细胞外部信号并引起骨架变化的关键所在便是皮层蛋白磷酸化过程，其在肿瘤的侵袭转移过程中也发挥了重要作用。

3.2 皮动蛋白与FASCIN-1的关系

众所周知，皮动蛋白与FASCIN-1、EGFR被认为是肿瘤进展中重要的因素，通过前期研究我们发现皮动蛋白与FASCIN-1、EGFR和四种常见的卵巢上皮性肿瘤：卵巢浆液性癌、卵巢粘液性癌、子宫内膜样癌和透明细胞癌的临床病理参数之间有关联[25]。FASCIN是一种涉及细胞骨架重排并且能促进细胞运动。FASCIN与actin的相互作用被细胞外的基质、缩氨酸因素和其他的肌动蛋白相关蛋白所调控。在人体内，基因编码FASCIN家族的三种子类型，包括：FASCIN1，FASCIN2，FASCIN3。在正常上皮细胞中，FASCIN的表达出现缺失或者是低表达，然而在乳腺癌、皮肤癌、肺癌、结肠癌、脑部肿瘤、卵巢肿瘤、膀胱癌和胃癌等几种不同的肿瘤中明显的高表达。Chin-Kung Lin等[25]研究发现，FASCIN-1与cortactin呈正相关，在卵巢肿瘤侵袭与转移中发挥了重要作用。尽管肿瘤进展的具体机制还不明朗，但是我们可以肯定的说，在粘液性肿瘤中FASCIN-1可以作为预测临床预后的指标。

3.3 皮动蛋白与EMT在肿瘤侵袭转移发展过程中的关系

这几年来，肿瘤细胞发生EMT成为研究的热点，上皮-间质转化(EMT，Epithelial mesenchymal transition) 对上皮源性的肿瘤细胞的侵袭转移有重要意义。在某种情况下上皮细胞失去了其自身的特点，转变为间充质细胞的形态和特征，且运动迁移能力得到增强。这种表型的转化即上皮细胞向间充质细胞的转变，也就是EMT。

最新研究表明,经过 EMT 转变的癌细胞能够获得干细胞特性。有研究者推测在肿瘤侵袭和转移过程中CTTN是关键基因，CTTN高表达的肿瘤细胞株转移能力强。细胞迁移能力增强是细胞具有高侵袭性和高转移性的重要特征。这些基因及其产物有可能成为抗肿瘤转移的靶点或观察肿瘤患者预后的因素， Cortactin与EMT之间的关联性，两者在促进肿瘤细胞侵袭转移方面是否有协同作用，目前还没有相关研究，进行两者相关性的研究将为癌症的治疗提供新的思路和方法。

癌细胞发生侵袭转移最重要的条件之一是侵袭性伪足(invadopodia)的形成[27]。这种特殊伪足的形成依赖于肌动蛋白由蛋白单体(G-actin)形式聚合成肌动蛋白丝(F-actin)多聚体[28]。

Cortactin是一种调控细胞运动和黏附连接组装F-actin结合蛋白，目前它在EMT中的作用尚不清楚。研究发现RNA干扰沉默cortactin的表达引起胞间连接蛋白E-cadherin和ZO-1的蛋白水平明显降低，并且诱导间充质细胞标记蛋白纤维连接蛋白(fibronectin)的增加。除此之外，沉默cortactin的表达能促进TGF-β1诱导的EMT特征性的形态学变化和标志性蛋白(vimentin)的变化，并且增强了TGF-β1诱导的细胞迁移。

3.4 皮层肌动蛋白与细胞运动

Cortactin的表达促进了细胞运动。皮层肌动蛋白细胞骨架发生动态变化，可以引起细胞的多种重要的生理活动,比如细胞发生形状的改变、细胞与细胞或间质间的黏附等。微丝肌动蛋白结合蛋白Cortactin是一种特异定位于细胞皮层的肌动蛋白交联蛋白，随着人们对细胞运动分子机制的研究深入, Cortactin在细胞皮层微丝肌动蛋白动态组装、调控细胞信号转导、细胞迁移及形变等方面的重要作用得到关注。

Cortactin mRNA水平与细胞运动的相关性鼓励着我们来探究是否沉默Cortactin的过表达涉及到人类肝癌细胞的运动性。肿瘤转移是一种多步骤的过程，这其中涉及到细胞从原发性肿瘤分离；进入血管或淋巴系统，通过循环系统分散，在靶器官中通过一系列的渗出物来增殖，很多研究显示了侵袭的重要的机制，它就是转移。由E-cadherin下调引起的细胞与细胞之间联系的丧失现已成为这一过程中最重要的阶段。我们之前的研究决定了c-Src激活物在肿瘤转移中非常重要。因此，我们在39种基因中选择c-Src，来探究Cortactin的过表达是否设计到细胞运动和肝癌细胞的肝内转移。Makoto Chuma等[17]研究发现在非转移性肝细胞癌细胞系中Cortactin的过表达促进细胞的运动，相反在转移性肝细胞癌细胞系中沉默Cortactin减少了不伴随肿瘤生长变化的细胞运动，在某种程度上向非转移性肝细胞癌细胞系中转染wt-cortactin引起了转移。总之，Cortactin的过表达通过影响细胞的运动在肿瘤转移中发挥重要的作用。

4 结论与展望

Cortactin与微丝肌动蛋白结合的生物学作用目前研究较为广泛，继而对Cortactin被多种激酶磷酸化后所发挥的作用研究也较多。近年的研究主要集中在上述两个特性上，目前仍然缺乏直接的证据来证明Cortactin过表达与肿瘤进展和转移相关性及其可能的机制。此外，Cortactin 在细胞内信号系统中的作用机制不甚明朗。近年来，对分子生物学标记物进行分析，进而推断其与肿瘤临床病理特征及预后的关系，并将此实验结果用来指导临床诊疗实践的方法已经被广泛采用。深入研究Cortactin与肿瘤侵袭转移的关系及Cortactin在此过程中的机制具有重要意义。这将为临床预测肿瘤的早期转移以及为癌症的侵入性转移的早期干预提供理论基础。综上所述，Cortactin 有望作为临床肿瘤的早期发现以及肿瘤转移预测的一个候选指标和潜在治疗靶点。

[1] Somogyi K,Rorth P.Cortactin modulates cell migration and ring canal morphogenesis during Drosophila oogenesis[J]. Mech Dev, 2004,121(1):57-64.

[2] Webb BA, Jia L, Eves R, et al.Dissecting the functional domain requirements of cortactin in invadopodia formation[J]. Eur J Cell Biol, 2007,86(4):189-206.

[3] Clark ES,Weaver AM.A new role for cortactin in invadopodia: regulation of protease secretion[J]. Eur J Cell Biol, 2008,87(8-9):581-590.

[4] Ayala I, Baldassarre M, Giacchetti G, et al.Multiple regulatory inputs converge on cortactin to control invadopodia biogenesis and extracellular matrix degradation[J]. J Cell Sci, 2008,121(Pt 3):369-378.

[5] Luo ML, Shen XM, Zhang Y, et al.Amplification and overexpression of CTTN (EMS1) contribute to the metastasis of esophageal squamous cell carcinoma by promoting cell migration and anoikis resistance[J]. Cancer Res, 2006,66(24):11690-11699.

[6] Rothschild BL, Shim AH, Ammer AG, et al.Cortactin overexpression regulates actin-related protein 2/3 complex activity, motility, and invasion in carcinomas with chromosome 11q13 amplification[J]. Cancer Res, 2006,66(16):8017-8025.

[7] Schuuring E, Verhoeven E, Litvinov S, et al.The product of the EMS1 gene, amplified and overexpressed in human carcinomas, is homologous to a v-src substrate and is located in cell-substratum contact sites[J]. Mol Cell Biol, 1993,13(5):2891-2898.

[8] Minta JO, Yun JJ, Kabiawu O, et al.mRNA differential display identification of vascular smooth muscle early response genes regulated by PDGF[J]. Molecular and Cellular Biochemistry, 2006,(1-2):245.

[9] Condeelis J,Segall JE.Intravital imaging of cell movement in tumours[J]. Nat Rev Cancer, 2003,3(12):921-930.

[10] Gupta GP,Massague J.Cancer metastasis: building a framework[J]. Cell, 2006,127(4):679-695.

[11] Kedrin D, van Rheenen J, Hernandez L, et al.Cell motility and cytoskeletal regulation in invasion and metastasis[J]. J Mammary Gland Biol Neoplasia, 2007,12(2-3):143-152.

[12] Duffy MJ, McGowan PM,Gallagher WM.Cancer invasion and metastasis: changing views[J]. J Pathol, 2008,214(3):283-293.

[13] Bissell MJRadisky D.Putting tumours in context[J]. Nat Rev Cancer, 2001,1(1):46-54.

[14] Tang ZY.Small hepatocellular carcinoma: current status and prospects[J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int, 2002,1(3):349-353.

[15] Pan Y, Bi F, Liu N, et al.Expression of seven main Rho family members in gastric carcinoma[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2004,315(3):686-691.

[16] 朱建伟,赵任.沉默Cortactin表达对大肠癌细胞伸展、迁移和侵袭的抑制[J]. 世界华人消化杂志, 2009,(12):1197-1201.

[17] Chuma M, Sakamoto M, Yasuda J, et al.Overexpression of cortactin is involved in motility and metastasis of hepatocellular carcinoma[J]. J Hepatol, 2004,41(4):629-636.

[18] 王常刚, 刘坤, 蔡健华, et al.Cortactin过表达对结肠癌细胞转移能力的影响[J]. 外科理论与实践, 2012,(01):32-36.

[19] Hofman P, Butori C, Havet K, et al.Prognostic significance of cortactin levels in head and neck squamous cell carcinoma: comparison with epidermal growth factor receptor status[J]. Br J Cancer, 2008,98(5):956-964.

[20] Martin KH, Jeffery ED, Grigera PR, et al.Cortactin phosphorylation sites mapped by mass spectrometry[J]. J Cell Sci, 2006,119(Pt 14):2851-2853.

[21] Wu H, Reynolds AB, Kanner SB, et al.Identification and characterization of a novel cytoskeleton-associated pp60src substrate[J]. Mol Cell Biol, 1991,11(10):5113-5124.

[22] Bryce NS, Clark ES, Leysath JL, et al.Cortactin promotes cell motility by enhancing lamellipodial persistence[J]. Curr Biol, 2005,15(14):1276-1285.

[23] Uruno T, Liu J, Zhang P, et al.Activation of Arp2/3 complex-mediated actin polymerization by cortactin[J]. Nat Cell Biol, 2001,3(3):259-266.

[24] Huang J, Asawa T, Takato T, et al.Cooperative roles of Fyn and cortactin in cell migration of metastatic murine melanoma[J]. J Biol Chem, 2003,278(48):48367-48376.

[25] Lin CK, Su HY, Tsai WC, et al.Association of cortactin, fascin-1 and epidermal growth factor receptor (EGFR) expression in ovarian carcinomas: correlation with clinicopathological parameters[J]. Dis Markers, 2008,25(1):17-26.

[26] Buccione R, Caldieri G, Ayala I.Invadopodia: specialized tumor cell structures for the focal degradation of the extracellular matrix[J]. Cancer Metastasis Rev, 2009,28(1-2):137-149.

[27] Saitou T, Rouzimaimaiti M, Koshikawa N, et al.Mathematical modeling of invadopodia formation[J]. J Theor Biol, 2012,298(1)：38-46.