FABP4与肿瘤上皮-间质转化信号通路相关性的研究进展

张 燕，夏 敏

(南京医科大学附属无锡人民医院消化内科，江苏 无锡 214023)

肿瘤是全球十大死亡原因之一，2014年估计我国恶性肿瘤新发病例数约380.4万例，中国每年的新发病例与死亡病例约占全球的21.8%和27%[1]。大部分肿瘤起病隐匿，早期并无明显的临床症状，大部分患者发现时已是中晚期或广泛转移，而早期手术患者5年后仍表现出无症状的转移和复发，所以大部分肿瘤患者并非死于肿瘤本身，而是死于肿瘤转移和复发。肿瘤的转移是一个涉及多基因、多途径的复杂过程，其中上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)在肿瘤的转移中发挥重要作用。

脂肪酸结合蛋白家族(fatty acid binding proteins，FABPs)是广泛存在多种组织的脂肪因子，其中FABP4是FABPs中最具特征性的亚型，FABP4与糖脂代谢、肥胖、心血管疾病、动脉粥样硬化等疾病有关，近年来研究发现FABP4可促进肿瘤侵袭转移，包括乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌、结直肠癌等[2-6]。其机制可能是FABP4参与脂肪细胞的转运，为肿瘤组织提供能量或参与某些靶基因的调控，促进脂肪向肿瘤细胞聚集[4]。过表达的FABP4及肿瘤EMT均会促进肿瘤细胞侵袭、迁移能力，研究显示脂肪细胞与胆管癌细胞共培养后，脂肪细胞聚集明显，FABP4高表达，EMT上皮相关蛋白上皮钙黏素、β联蛋白等下降，促进间质转化，从而发生EMT[7]。现就FABP4与EMT的关系进行综述。

1 FABP4的结构与功能

FABP4最早在脂肪细胞中被发现，所以又称为脂肪型FABP，位于人类8q21染色体区域，是一种分子量为14 600的脂质蛋白，包含4个外显子和3个内显子，3个顺向和1个反向FSE1元件、1个FES2元件、1个甘油-3-磷酸脱氢酶基因以及糖皮质激素的正性调节区、增强子蛋白结合位点和异源二聚体c-fos/c-Jun结合位点[8]。不同物种间细胞内脂质结合蛋白的氨基酸序列同源性表现为20%～70%，都有一个共同的三维结构[9]：围绕疏水核心形成一个扭曲的β折叠桶。折叠桶是由10个反向平行链组成的2个几乎垂直的片型，并以螺旋-卷曲-螺旋的结构域作为帽子覆盖在顶端，形成一个配体结合口袋[10]，其螺旋结构的末端氨基酸序列决定了非酯化脂肪酸的转移速率。这种结构能与脂肪酸分子甲基相结合，与疏水性饱和脂肪酸和花生酸结合紧密，增强非酯化脂肪酸脂溶性，帮助脂质进入线粒体或过氧化物酶体内，或转运到内质网参与信号转导。基于氨基酸序列将FABPs分为3组：①肝结合型FABP和回结肠型FABP；②心脏型FABP、脑型FABP、表皮型FABP、髓磷脂型FABP、脂肪型FABP和睾丸型FABP；③肠型-FABP。

FABP4主要表达于脂肪细胞、巨噬细胞、树突状细胞和微血管内皮细胞[11]。FABP4功能如下。①调节脂质代谢：FABP4参与脂肪酸的摄取、转运、释放，当非酯化脂肪酸通过自由扩散或被动方式进入到脂肪细胞或巨噬细胞时，FABP4以共价键的形式特异性结合未酯化的脂肪酸，转运至各个部位，参与代谢，或进入线粒体酯化，或进入内质网参与三酰甘油的合成[12]。②参与炎症反应：研究发现选择性阻断裸鼠脂肪细胞中FABP4的表达可以减少巨噬细胞中炎症因子的释放；通过诱导巨噬细胞中FABP4的表达可促进动脉粥样硬化的发展[12]。③参与血管内皮的形成：研究发现血管内皮生成因子可促进内皮细胞FABP4的产生[13]，下调FABP4可抑制血管内皮细胞的增殖、迁移和发芽，导致脂肪细胞与癌细胞间的脂质传递显著减少，减少肿瘤血液灌注，抑制其生长及新血管生成[14]。Guaita-Esteruelas等[5]发现乳腺癌患者血清中FABP4含量较高，其水平与肿瘤的大小、浸润程度及淋巴结转移程度及其他恶性特征呈正相关；外源性FABP4可能通过与脂肪酸结合促进前列腺癌的侵袭和转移[6]。FABP4在肺癌组织中的mRNA和蛋白表达均显著高于非癌组织[15]。Nieman等[4]通过动物模型发现敲除FABP4基因会抑制小鼠卵巢转移瘤的生长，提示FABP4在肿瘤侵袭转移中起关键作用[16]；应用腺病毒感染的方法过表达FABP4，可促进胆管癌细胞的侵袭，但具体的机制尚待研究。

2 EMT

EMT是指上皮细胞在特定的生理或病理情况下转化为具有间质表型细胞的生物学过程。在发生EMT的过程中，肿瘤上皮细胞排列失去极性，细胞间黏附性下降，紧密连接松散，细胞基底被破坏，失去与基膜的连接的上皮表型，获得了较高的迁移与侵袭、抗凋亡和降解细胞外基质能力的间质表型，而这些特征就是肿瘤发生侵袭、转移的前提条件。研究表明，上皮标志物有上皮钙黏素、角丝蛋白、β联蛋白、紧密连接蛋白等，间叶性标志物有波形蛋白、神经钙黏素等[17]。

上皮钙黏素在正常组织中表达稳定，EMT的发生主要是上皮钙黏素的表达及稳定性发生改变, 肿瘤细胞获得侵袭能力的第一步是上皮钙黏素丧失黏附能力，肿瘤细胞上皮钙黏素下调，可以使非侵袭性肿瘤转变为高侵袭性肿瘤，从而促进肿瘤侵袭转移[18]。研究发现，胰腺癌组织中的上皮钙黏素因子下调可增强癌细胞的侵袭、转移能力[19-21]。肿瘤的转移就是恶性肿瘤细胞脱离了其原发的部位，再通过各种途径转运到靶器官，然后继续增殖生长后形成了同样性质肿瘤的过程，浸润区域发生去分化的非增殖细胞不仅丢失了自身特征性，同时也获得了间质细胞样表型，具有更高的侵袭性。因此，EMT在肿瘤细胞的侵袭与转移过程中发挥重要作用，可能是启动恶性肿瘤侵袭与转移的关键。

3 FABP4与EMT相关信号通路

3.1Notch信号通路 Notch信号通路在组织中具有高度保守性，在细胞发生、发育、分化、增殖和凋亡等过程中具有广泛的调控作用[22]。在哺乳动物中，Notch系统是由4个跨膜受体(Notch-1，-2，-3，-4)及5个属配体(Jagged-1，-2)和δ(DLL-1，-3，-4)家族组成。研究表明Notch-1/DLL-4通路可能在肿瘤新生血管形成中发挥重要作用[23]。血管内皮生长因子是刺激肿瘤间质和新生血管形成的关键因子。血管内皮生长因子与内皮细胞上的血管内皮生长因子受体2结合，导致细胞表面DLL-4增加，促进邻近细胞旁分泌Notch信号的激活，利用α分泌酶和γ分泌酶激活一系列酶联反应发生裂解，从而释放出Notch受体中的胞内结构域(intracellular portion of Notch，NICD)，NICD由胞质入核，通过细胞核内转录因子复合物(Foxo1)诱导NICD与FABP4基因启动子区间接结合，利用非酯化脂肪酸诱导FABP4转录表达，高表达的FABP4促进肿瘤组织中血管生成，目前已在多种肿瘤，如乳腺癌、卵巢癌、胆管癌等中描述。FABP4过表达与高脂血症相关，有研究证实，高脂血症极可能导致缺氧状态，肿瘤中缺氧微环境中缺氧诱导因子-α发挥其活性，通过调控锌指转录因子Snail、波形蛋白、上皮钙黏素、核因子κB等下游靶基因的转录，上调Snail，从而降低上皮钙黏素水平，促进肿瘤侵袭转移能力[24]，如肝癌[25-26]、胰腺癌[27]等。研究发现脂质共培养后实时荧光聚合酶链反应检测FABP4过表达，Western blotting检测EMT相关蛋白上皮钙黏素下调，Snail因子上调，促进了胆管癌细胞EMT的发生[7]。关于炎症反应的研究中通过建立FABP4基因敲除鼠模型发现Notch通路中核因子κB活性降低，核因子κB作为Notch下游核因子，静息状态下与其抑制蛋白结合，以无活性形式存在于胞质，活化后参与发生EMT现象[28]。Notch信号通路不一定独立行使其功能，转录因子也不能独立完成工作，功能协同作用才能促进EMT发生，进一步的Notch信号通路研究尚待研究。

3.2磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号通路 PI3K/Akt是一个经典的抗凋亡的信号通路，在肿瘤的侵袭、转移中发挥重要作用。而糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK3β)作为其下游的靶基因，是细胞内多种信号通路的关键因子，在肿瘤发生、增殖、侵袭转移中发挥重要作用。当细胞因子、生长因子和物理刺激等通过激活PI3K磷脂酰肌醇三磷酸随即产生，信号蛋白Akt与磷脂酰肌醇三磷酸结合使Akt磷酸化，Akt活化程度受FABP4调控，低表达的FABP4会促进短链脂肪酸在细胞内聚集，使Akt磷酸化程度升高，活化的Akt可磷酸化GSK3β的第9个残基，进而利于GSK3β泛素化，促进Snail核易位，阻止其参与Snail的降解，稳定Snail表达水平和转录活性，Snail通过直接结合上皮钙黏素、波形蛋白启动子，抑制上皮钙黏素表达，从而上调间叶性标志物波形蛋白的表达，导致上皮细胞极性改变，胞间粘连下降，抑制细胞凋亡，促进细胞过度增殖，诱发EMT[29]。活化的Akt激活IκBα激酶后，活化的IκBα激酶降解IκB，IκB作为核因子κB的抑制剂，IκB降解后反而促进核因子κB从细胞质释放入核，激活其靶基因，进而调节肿瘤的迁移[30]。

宫颈鳞状细胞癌的研究通过Western blotting检测发现FABP4含量高的组中磷酸化Akt蛋白、GSK3β、EMT相关转录因子Snail1、Snail2、Twist1表达水平明显高于对照组，上皮钙黏素水平明显低于对照组，研究证实FABP4的升高通过Akt-GSK3β-Snail途径促进宫颈鳞状细胞癌发生EMT[31]。

3.3转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)/促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信号通路 关于TGF-β参与肿瘤EMT的报道较多，其机制主要是Smad依赖通路和非Smad依赖通路。典型的Smad依赖通路中TGF-β与细胞膜上的TGF-βⅡ型受体结合，TGF-βⅡ激酶激活TGF-β1受体磷酸后激活下游Smad2/3，磷酸化Smad2/3与胞内Smad4结合形成三聚体，进入细胞核与DNA发生作用，促进EMT的发生[32]。研究表明，TGF-β1能够快速激活转录因子Smad2/3，活化的Smad2/3全部转入细胞核内，抑制了脂肪定向分化，同时降低了脂肪标志物FABP4表达水平[33]。研究通过Western blotting检测过表达FABP4与对照组发现TGF-β相关蛋白Smad3并未发生变化，表明此通路中FABP4与EMT是否存在关系并不明确[7]。

在哺乳动物内TGF-β非Smad依赖通路是TGF-β通过激活下游蛋白MAPK途径，主要有4组[28]：①ERK1/2信号通路，与细胞增殖最为密切；②c-Jun 氨基端激酶通路，活化的c-Jun 氨基端激酶与细胞凋亡有关；③p38MAPK通路，与细胞分化、炎症、凋亡有关，与细胞分化、炎症、凋亡有关，国外有研究认为降低其活性，从某种程度上可以抑制凋亡，导致肝癌细胞无限生长；④ERK5/BMKI(大MAPK)通路[34]。其中ERK通路与EMT密切相关。ERK信号分子可被多种其他的信号分子激活，与其细胞膜上特异性受体结合，形成二聚体，同时激活自身酪氨酸激酶；受体上磷酸化的酪氨酸与位于细胞膜上的接头蛋白Grb2的SH2结构域结合，从而激活MAPK激酶激酶(Raf)，通过经典的Raf-MEK-ERK途径选择性激活ERK1和ERK2，活化后的ERK1和ERK2可以由胞质转位至核内，介导核因子κB因子活化，从而参与肿瘤转移等多种生物学反应。活化的ERK促进Twist mRNA和蛋白表达增加，进一步促进基质金属蛋白酶1的表达，抑制上皮钙黏素表达，促进EMT发生[35]。有研究通过构建FABP4真核表达载体实验证明，过表达FABP4可明显抑制脂肪细胞中c-Jun 氨基端激酶、p38MAPK和ERK的磷酸化，进而促进其下游靶点哺乳动物雷帕霉素靶蛋白磷酸化，活化的雷帕霉素靶蛋白会介导下游重要信号分子参与蛋白合成、血管生成进而影响细胞增殖、抑制细胞凋亡，早期多种恶性细胞中均发现雷帕霉素靶蛋白过表达，尤其与胃癌相关，因此过表达的FABP4与恶性肿瘤的增殖转移相关；而干扰FABP4后p38MAPK和ERK磷酸化水平显著上升，雷帕霉素靶蛋白磷酸化水平显著下降，抑制细胞凋亡、血管生成[36]。

3.4FABP4/过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR)γ信号通路 PPAR是调节目标基因表达的核内受体转录因子超家族成员，它具有多种生物学效应，可促进脂肪细胞分化、脂肪形成，调节体内糖代谢、影响肿瘤生长。主要存在3种亚型：PPARα、PPARβ、PPARγ[37]。其中PPARγ主要表达于脂肪细胞，活化的PPARγ可诱导前脂肪细胞分化，体内PPARγ可以被天然的激动剂(脂肪酸、类花生四烯酸)和合成激动剂(吡格列酮、罗格列酮等)激活，从而调节多基因表达(包括脂联素、FABP4基因等)，已证实FABP4的表达可以被PPARγ激动剂调控[38]。同时，FABP4结构中的核定位信号和出核信号可以将胞质内特异性配体递呈给核内PPARγ，增强PPARγ转录活性，促进PPARγ入核，活化的PPARγ可以通过调控下游基因，如抑癌基因[第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源物(PTEN)]、原癌基因(c-myc)、基质金属蛋白酶9来实现抑制细胞生长、促进细胞凋亡、抑制肿瘤新生血管形成等生物学效应。活化的PPARγ上调PTEN，抑制PI3K/Akt途径，使胰腺癌细胞周期静止，抑制肿瘤细胞增殖，减少EMT发生[39]。

4 小 结

恶性肿瘤一直严重威胁着人类的健康、影响生活质量，对其发生、发展、治疗及预后的研究非常重要。FABP4在部分肿瘤中表达增高，参与癌症信号转导，调控下游靶向基因，在肿瘤浸润、转移中发挥作用。过表达的FABP4可以参与Notch/DLL-4信号通路，促进肿瘤新生血管形成，上调Snail转录因子，抑制其与上皮钙黏素启动子特定DNA序列结合，从而下调上皮钙黏素，促进肿瘤EMT现象；也可以参与PIK3/Akt通路抑制Snail降解，从而稳定Snail因子，导致上皮钙黏素表达下降，促进肿瘤细胞EMT现象发生，使得肿瘤细胞获得更高的侵袭、转移能力；还可以参与TGF/MAPK/ERK、FABP4/PPARγ等信号通路，通过介导核因子κB、雷帕霉素靶蛋白转录因子的表达，在肿瘤细胞浸润、侵袭中发挥重要作用。然而FABP4通过相关信号通路促进肿瘤发生发展的具体机制仍需深入研究。