肿瘤细胞挤出分子机制的研究进展

李庆

(石家庄市中医院，石家庄050051)

恶性肿瘤已成为人类第一死因，而肿瘤转移是患者的主要死因。因此探讨肿瘤细胞迁移的机制对制订有针对性的治疗措施有重要意义。肿瘤细胞转移的第一步是从上皮细胞层侵入周围组织，迄今为止尚不清楚肿瘤细胞如何从原发上皮组织逃逸并散播到人体的其他组织。目前的研究手段很难直接追踪肿瘤细胞从上皮组织侵入的过程，因此对驱动这个过程的机制也知之甚少。有研究推测肿瘤细胞离开上皮细胞层是通过挤出的方式完成的。极化上皮细胞作为人体的第一道屏障，防御外来病原体及毒素的伤害。由于细胞不断分化，上皮细胞层变得拥挤，为了平衡细胞数量，一些细胞通过周围细胞的协调收缩，无缝隙地从细胞层的顶端被挤出而进入体腔。由于体腔缺乏基质和生存信号的支持，细胞将失巢凋亡(脱离锚定后的程序化死亡)[1]。正常上皮细胞层通过挤出方式得以更新，并抑制肿瘤发生。突变的肿瘤细胞可通过上调自身生存信号或迁移信号，不遵循正常的顶端挤出方式，而从基底端挤出，进而抑制细胞凋亡，侵入基底膜，转移到其他位置。本文阐述正常上皮细胞挤出的分子机制，对比分析肿瘤细胞从上皮细胞层异常挤出而侵入的机制。

1 上皮细胞挤出的机制

目前对上皮细胞挤出的机制了解的很少。当正常上皮细胞层拥挤程度超过正常的1.6～1.8倍时，细胞分泌1-磷酸神经鞘氨醇(S1P)，与周围细胞表面的G蛋白偶联受体2(S1P2)结合后[2]，在其周围(与周围邻近细胞的交界面)可刺激肌动蛋白-肌球蛋白环的形成[3]，环收缩，挤压细胞移出上皮细胞层，留下的潜在缝隙同时闭合。推测S1P的激活与机械敏感性离子通道1触发的钙离子电流有关[1]。其他原因如药物[4]、毒素、病原体等的刺激导致上皮细胞凋亡，上皮细胞也通过S1P信号通路被挤出，推测此路径与半胱天冬酶有关[5]。

正常状态下，上皮细胞从顶端挤出，某些情况下也从基底端挤出。挤出的方向取决于周围细胞肌动蛋白-肌球蛋白环收缩的位置[6]。周围细胞肌动蛋白-肌球蛋白环在基底部收缩，上皮细胞从顶端挤出；周围细胞肌动蛋白-肌球蛋白环在基底端收缩，上皮细胞则从基底端挤出。部分肿瘤细胞从顶端挤出，到体腔后可排出体外，未排出者虽有致癌性，但并不具有侵入性。部分正常细胞也可从基底端挤出后留于组织内，如在神经发育过程中，成神经细胞可通过从基底端挤出，从上皮层去分化后，进而分化为新的细胞类型[7]。

研究显示，细胞从顶端挤出可能由两个信号通路主导。S1P-S1P2通路及微管动力运输系统。S1P与S1P2结合后，可激活三磷酸鸟苷结合蛋白(Rho)，后者可调节肌动蛋白-肌球蛋白的收缩。在顶端挤出过程中，运输鸟苷酸释放因子1(可活化的Rho)的微管重新调整，集中分布于挤出细胞与周围毗邻细胞交界面的基底外侧部。挤出细胞内的重整微管可抑制毗邻细胞基底外侧部S1P的活性，同时毗邻细胞内的重整微管可增强挤出细胞基底外侧部Rho介导的肌动蛋白-肌球蛋白的收缩力，于是挤出细胞基底部的收缩力不断加强，驱动细胞从顶端挤出[6]。有研究显示，微管重整分布于基底外侧部仅发生在挤出细胞内[8]。当肿瘤细胞有结肠腺瘤样息肉蛋白基因(APC)突变时，微管动力功能崩溃，挤出细胞及毗邻细胞的肌动蛋白-肌球蛋白收缩活动变为自主收缩，细胞与细胞间交界面的顶端收缩会先于基底端收缩[5]，驱动细胞从基底端挤出。目前对控制顶端收缩的机制研究较少，是否有其他分子通路介导尚不清楚。

2 肿瘤细胞挤出的机制

80%的结直肠癌及部分乳腺癌、前列腺癌患者存在APC基因突变[9]。正常APC蛋白有微管及F-肌动蛋白结合区，可调节微管-肌动蛋白偶联的收缩，驱动细胞从顶端挤出[10]。当APC基因有截短突变时，表达的蛋白为截短蛋白，缺乏羧基末端，不能与微管及F-肌动蛋白结合，顶端挤出的收缩受阻，细胞改从基底端挤出[11]。另外，突变的APC还可通过上调分泌蛋白信号通路[12]，促进细胞增殖，进一步侵入基底膜和其他组织。部分侵袭性强的肿瘤，(胰腺癌、直肠癌、肺癌等)均有KRAS基因突变[13]。KRAS激活后，可降解S1P，并下调S1P2的表达，从而抑制S1P-S1P2通路，细胞顶端挤出受阻，转为从基底端挤出。S1P的降解来自细胞内自噬[14]。激活的KRAS导致细胞持续增殖，增殖过程中激活自噬通路用来保护线粒体的功能，或通过蛋白质降解，补充肿瘤细胞代谢过程中所需的代谢底物[15]。有研究显示，用自噬抑制剂氯喹治疗胰腺癌小鼠，可促进肿瘤细胞从顶端挤出，并防止肿瘤细胞侵入。除APC、KRAS通路，还有其他通路与细胞挤出有关[16]。基底外侧盘状蛋白(Scribble)同源体[17]、幼虫巨大致死蛋白同源体、成虫幼虫巨大盘蛋白同源体，三者构成Scribble复合体蛋白同源体及分离缺陷蛋白6与α蛋白激酶C的复合体均为上皮细胞极性蛋白，其基因突变与肿瘤细胞侵入与转移有关。推测细胞极化崩溃可导致细胞从任意方向挤出，向基底端挤出的概率也将增加。研究显示，当细胞顶端挤出受限而无其他分子通路再促进顶端挤出时，细胞通过自主收缩可从基底端挤出[18]。推测原因可能为Rho蛋白的超活化[19]。由于绝大多数肌动蛋白及肌球蛋白Ⅱ分布于上皮细胞与细胞间连接处的顶端，仅仅激活Rho蛋白就可驱动细胞从顶端收缩，从基底端挤出。另外，细胞变软以及细胞与细胞间(或细胞与基质间)黏附变弱也促进细胞被挤出。有研究显示，当乳腺肿瘤细胞比其周围肿瘤细胞或正常组织较软时，其迁移性增强，易被挤出[20]。另有研究显示，钙黏附蛋白E(E-cadherin)低表达的肿瘤细胞，与周围其他细胞间的黏附降低，也易被挤出[21]。虽然以上并不能确定细胞从哪个方向挤出，但一旦经典的挤出通路缺失，肿瘤细胞更易从基底端挤出[22]。

肿瘤细胞从基底端挤出后，通过基底膜，侵入基质层。目前研究认为肿瘤细胞以两种方式侵入基质。第一种方式为单细胞侵入，在此过程中肿瘤细胞由上皮细胞表型向间质细胞表型转换(EMT)[23]。上皮源性的肿瘤细胞通过降低E-cadherin表达和增加金属蛋白酶降解基质表达[24]，转换为间质细胞类型，以此增强其在机体其他组织中的生存及不断繁殖能力。EMT可刺激肿瘤细胞去分化而有干细胞特征，使其转为上皮细胞表型，方便生长转移。研究显示，部分恶性程度较高的肿瘤细胞高表达锌指转录因子蛋白同源体1、2及螺旋-环-螺旋转录因子、锌指E-盒结合同源异形盒蛋白1、2可诱导EMT形成[25]，并下调E-cadherin的表达[26]，促进肿瘤细胞侵入。第二种方式为多细胞集体侵入[27]。在此过程中肿瘤细胞仍然表达E-cadherin，多个细胞黏附成堆迁移入侵。集体迁移过程中肿瘤细胞保持高分化，很少去分化，仍具有上皮细胞特征，不具有间质细胞表型。入侵过程中肿瘤细胞也高表达蛋白酶降解基质。研究发现，绝大多数肿瘤细胞以第二种方式入侵，常有HRAS及KRAS基因突变[28]。肿瘤以哪种方式入侵或与其面对的基质或组织类型有关[29]。

有研究显示，常有肿瘤(胰腺癌、肺癌、直肠癌)细胞从远离原发肿瘤细胞群的位置被挤出，这类肿瘤细胞恶性程度高[30]，侵蚀力强。推测原因可能为肿瘤细胞不断生长，自身已失去上皮细胞的功能，周围细胞也丧失对其的压缩力所致。肿瘤细胞侵入基底膜后，将进入循环系统，随后从循环系统溢出，不断生长并在远离原发位置的各个组织建立微转移，此时有效形成全身转移。可以看出，在肿瘤细胞进入循环系统前，分析其挤出的方式及侵入基底膜的机制，对探讨肿瘤转移有重要意义。

目前，对肿瘤细胞挤出机制的了解较少。正常上皮细胞从顶端挤出由S1P-S1P2通路及微管动力运输系统两个信号通路主导;当肿瘤细胞有KRAS基因突变或APC基因突变或时，S1P-S1P2通路受抑制，微管动力功能崩溃，其从顶端挤出受阻，转为从基底端挤出，进而通过基底膜，通过EMT转换侵入基质层，转入其他远隔位置。未来的研究方向应确定是否其他通路(如诱导EMT形成的锌指转录因子蛋白同源体1、2及锌指E-盒结合同源异形盒蛋白1、2)也介导了肿瘤细胞从基底端的挤出。