上皮-间质转化和黏蛋白在肿瘤研究中的进展*

谭雅芹 彭志红

陆军军医大学全军消化病研究所(400038)

上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是指上皮细胞逐渐失去上皮分化特性并获得间充质表型的过程。在人体中主要通过以下途径参与生物学功能：①参与胚胎形成、器官发育，通过间质-上皮转化(MET)逆转产生新的上皮细胞；②参与组织修复，在创伤和炎症损伤后，产生成纤维细胞和其他相关细胞，促使组织恢复；③参与肿瘤的形成和转移，通过改变细胞间相互作用和细胞与基质的相互作用，促进肿瘤细胞侵袭和运动[1]。研究[2]指出，生长因子、转录因子如表皮生长因子(EGF)、Snail、Slug、Twist、E盒结合锌指蛋白(ZEB)和信号分子如转化生长因子(TGF)、Wnt、Notch以及Hedgehog信号通路介导了EMT过程。黏蛋白(mucin, MUC)家族是一组大分子糖蛋白，广泛分布于各种组织器官的上皮细胞中，如胃肠道、肺、泌尿生殖系统等。现已发现21种MUC，根据其亚细胞定位，分为膜结合型和分泌型两种，其生物学功能主要包括参与上皮细胞更新和分化，生长过程调控，细胞间接触和细胞外基质相互作用。MUC在EMT过程中起重要作用，可介导信号转导和细胞黏附、参与肿瘤细胞的浸润、转移等[3-4]。本文就EMT和MUC在肿瘤研究中的进展作一综述。

一、EMT与肿瘤的关系

目前研究较多的EMT过程中相关信号通路主要包括TGF-β信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路等，这些信号通路是肿瘤形成的重要信号网络。

1. TGF-β信号通路：TGF-β是一种促进细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭的潜在信号。在EMT发生过程中，TGF-β可通过激活特异性转录因子如Twist、Snail、Slug以及ZEB，促进EMT发生。Khan等[5]的研究表明，TGF-β1通过JNK/p38/PI3K途径导致非肌肉型肌球蛋白Ⅱ(non muscle myosin Ⅱ, NM-Ⅱ)表达下调，从而促进EMT和肺癌转移。肺纤维化是一种慢性肺病，Wang等[6]的研究显示骨髓间充质干细胞(BMSCs)可通过抑制TGF-β1/Smad3信号途径中的Smad3磷酸化，从而对人Ⅱ型肺泡上皮细胞(A549)发挥抗纤维化作用 。此外，Lustri等[7]的研究发现，TGF-β可增加胆管癌细胞的侵袭性，导致胆管癌细胞中N-钙黏蛋白(N-cadherin, N-cad)表达增加、E-钙黏蛋白(E-cadherin, E-cad)表达降低。

2. Wnt/β-catenin信号通路：Wnt基因最早发现于小鼠乳腺癌细胞中，定位于人染色体12q13上。Wnt信号通路广泛存在于各种生物体内，在胚胎发育和肿瘤侵袭转移过程中起有重要作用。β-catenin是一种原癌基因，是该信号通路的核心蛋白，Wnt与跨膜受体卷曲蛋白(Frz)结合，通过调节β-catenin水平来调控细胞的生长发育。正常情况下，E-cad和β-catenin结合通过胞质内的连接素与肌动蛋白骨架相连固定于细胞膜上。当受体受到外界刺激或该通路中某一组分表达异常，胞外信号与细胞表面特异性受体结合将信号转入胞内，从而激活信号通路使E-cad黏着度降低，β-catenin从细胞膜上脱落下来而不能被糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)降解，同时β-catenin向细胞核内移动，在细胞核与转录因子相互作用下激活下游靶基因异常表达，导致EMT产生[8]。Frz7通过激活Wnt/β-catenin信号通路来促进EMT是胃癌发生和转移的关键步骤。Frz7可能是胃癌的潜在治疗靶点[9]。β-catenin的积聚和Tcf4转录因子的过表达是激发Wnt/β-catenin信号通路的关键步骤，且β-catenin信号转导与肝癌预后不良有关[10]。因此，Wnt信号通路可通过调节不同的下游转录因子成为EMT和肿瘤转移过程中的重要激活因子。

3. Notch信号通路：Notch信号通路在大部分动物中普遍存在且进化上高度保守，其生物学机制是介导相邻细胞的相互作用，调控细胞、组织以及器官的分化和发育。同时，在胚胎发育、干细胞分化、造血以及T细胞发育等过程中起重要作用。Notch信号通路也参与了肿瘤侵袭和转移，促进EMT的产生。Li等[11]的研究发现，Notch-1信号通路的激活可上调核因子-κB(NF-κB)表达，促进乳腺癌的发生。刘建中等[12]的研究表明，Notch信号通路通过调控Snail转录因子，使E-cad表达降低，导致EMT的发生，最终促进肝癌细胞迁移。

二、表皮生长因子受体ErbBs和转录因子在EMT中的作用

1. ErbBs与EMT：ErbBs家族包括ErbB1、ErbB2、ErbB3以及ErbB4。在EMT过程中，受体与相应配体如EGF结合后导致受体二聚体化，进而使胞内的氨基酸发生磷酸化，激活下游效应分子，促进EMT的发生[13-14]。Chen等[15]的研究发现脂肪酸合成酶可激活ErbBs表达，导致ErbB1、ErbB2、ErbB4二聚体化，从而启动下游转录因子，促进癌细胞的侵袭和转移能力。同时，ErbBs受体可被某些蛋白质激活，如MUC1和MUC4，其中MUC4含有EGF样结构域、可诱导Sail1、Twist表达，导致肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移[16-17]。

2. 转录因子与EMT：转录因子主要包括Snail家族、ZEB家族以及HLH家族3大类。Snail蛋白是一种转录抑制剂，在EMT发生过程中主要抑制上皮标志蛋白的表达。有研究[18]发现Smad3与Snail1启动子结合并激活其转录，从而诱导TGF-β表达，同时，Smad3通过调节细胞中TGF-β对Snail2的诱导表达，与Smad2形成心肌蛋白相关转录因子，并与Snail2启动子结合诱发EMT。在乳腺癌的研究中发现Snail1表达与EMT和肿瘤转移相关，而Snail2表达与肿瘤抑制因子BRCA2表达抑制有关[19]。ZEB家族包括ZEB1和ZEB2，两者具有相似的DNA结合特异性，能独立调控靶基因的转录。HLH家族可分为7大类，在个体发育和病理过程中起有关键作用。其中，Ⅰ类蛋白质包括E12和E47，Ⅱ类蛋白质包括Twist。E12、E47和Twist1、Twist2的异位表达可抑制E-cad表达，介导波形蛋白、纤维连接蛋白和N-cad表达，从而增强肿瘤的侵袭转移能力[20]。

三、MUC在EMT中的作用

1. MUC1：MUC1是一种高分子质量跨膜型MUC，正常情况下MUC1呈低水平表达，但在大多数肿瘤组织或细胞中MUC1呈高水平表达。MUC1能增强癌细胞与基底膜蛋白的黏附力，使癌细胞易于黏附在基底膜上，从而提高癌细胞的侵袭转移能力[21]。Das等[22]的研究发现MUC1可触发胰腺癌细胞的EMT过程，增加癌细胞的侵袭和转移。同时，Grover等[23]进一步研究发现，在人胰腺癌细胞株中，MUC1通过MUC1胞内段(MUC1-CT)激活TGF-β信号转导来促进肿瘤扩展和转移。Wang等[24]发现干扰MUC1表达可有效抑制结直肠癌细胞的增殖和迁移，降低β-catenin在细胞核中的表达。

2. MUC3：MUC3广泛存在于哺乳动物中，位于人染色体7q22上。与其他跨膜MUC相同，MUC3胞外区含有SEA组件、EGF样结构域以及半胱氨酸富集区域。Shibahara等[25]的研究发现MUC3在阑尾癌中表达异常，有望作为手术后阑尾癌患者预后的有效预测因子。Peng等[26]通过突变MUC3羧基端位点证实MUC3羧基端是无蛋白酶介导的自酶切，同时通过细胞水平和体外模型证实MUC3羧基端自酶切可增强结肠癌细胞迁移和侵袭能力，且结肠癌细胞E-cad表达水平下降，波形蛋白和N-cad表达明显升高，表明MUC3羧基端自酶切介导该分子影响细胞生物学行为是通过EMT而实现的。

3. MUC4：MUC4又称为唾液黏蛋白复合体(sialomucin complex, SMC)，位于人染色体3q29，其结构由O-糖基化MUC亚单位的膜外结构和N-糖基化跨膜亚单位的跨膜结构组成。MUC4分布于正常细胞表面，而在去极化的肿瘤细胞中，MUC4在整个细胞表面均有分布。在去极化的肿瘤细胞中，EGF样结构域能与EGFR家族蛋白特异性结合并介导酪氨酸残基磷酸化，促进下游转录因子的表达，从而促进细胞增殖[27]。Ponnusamy等[17]的研究发现，MUC4过表达可导致细胞形态改变、E-cad和细胞角蛋白-18(CK-18)表达降低、N-cad和波形蛋白表达增加，从而引起EMT的发生。此外，转录因子Twist1、Twist2和Snail在过表达MUC4的癌细胞中上调，导致FAK、MKK7、JNK1/2等信号途径激活，最终诱导EMT发生。细胞外信号调节激酶(ERK)激活是肾脏疾病发病机制的核心通路，MUC4是上皮细胞中ERK信号通路的激活剂。Sun 等[28]的研究发现，MUC4沉默可使ERK信号通路失活，从而抑制肾小管上皮细胞中的氧化反应和草酸钙晶体形成，最终抑制肾脏疾病的发生。上述研究表明在多种肿瘤细胞中MUC4对EMT的发生均起有重要作用。

4. MUC16：MUC16是MUC家族中最大的糖蛋白，属于跨膜型MUC。MUC16定位于人染色体19p13.2上，由氨基端、串联重复段、羧基端3部分结构域组成。其中羧基端包括胞外区域、跨膜区域以及胞质尾端区域。串联重复段结构域的重复序列间含有SEA结构域，该结构域在糖蛋白识别和信号传递中发挥重要作用[3,29]。Das等[30]发现在胰腺癌细胞中可产生MUC16，其促进Janus蛋白酪氨酸激酶2核转位，导致组蛋白-3上调的特异性基因LMO2和NANOG磷酸化，从而增强癌细胞的转移能力。Comamala等[31]的研究显示，MUC16可激活EGFR和AKT信号通路，从而促进卵巢癌细胞的迁移和侵袭。Lakshmanan等[32]的研究发现，在肺癌细胞的发生和转移中，MUC16通过JAK2/STAT3/GR途径调节抑癌基因TSPYL5的表达，从而抑制EMT的发生。因此，MUC16可作为一种肿瘤标志物和癌症的靶向治疗物广泛运用于肿瘤研究。

四、肿瘤微环境在EMT中的作用

在EMT发生过程中，肿瘤微环境通过免疫细胞、非免疫细胞、无氧环境以及细胞外基质等因素共同调控肿瘤细胞的生长。肿瘤微环境中细胞外基质变化导致上皮细胞转化，转化的细胞进而通过自分泌或旁分泌的方式激活，引起细胞外基质重建，参与肿瘤的生长、侵袭和转移[33]。间充质干细胞(MSCs)具有损伤组织迁移能力和肿瘤靶向趋向性，在高浓度的细胞生长因子诱导下向肿瘤组织转移，参与肿瘤微环境的构建。在此过程中，MSCs主要通过分泌炎性因子如白细胞介素(IL)-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α等促进肿瘤细胞迁移[34]。IL-6是一种炎性细胞因子，在乳腺癌细胞中可诱导EMT，TNF-α主要由巨噬细胞和其他细胞类型如成纤维细胞、平滑肌细胞和肿瘤细胞产生，可增加转录抑制因子如Slug、ZEB1的表达，从而促进肿瘤细胞的生长和转移[35]。因此，肿瘤微环境中的大部分细胞、胞外基质与肿瘤细胞相互作用，最终导致EMT相关的分子和形态发生变化。

五、结语

EMT是一种复杂的转化过程，在癌细胞的侵袭过程中发挥重要作用。癌细胞形态变化伴随多种改变过程，如细胞间黏附改变、细胞基质、降解、上皮标志物、间充质标志物改变等。EMT过程中涉及多种信号通路和肿瘤微环境的共同作用。MUC作为诱导剂激活各种信号通路，从而促使EMT的发生。探讨MUC1、MUC3、MUC4以及MUC16在EMT中的作用，可为靶向治疗癌症提供理论依据，探讨肿瘤微环境的不同组分介导EMT的机制可进一步为癌症的治疗提供思路。深入研究MUC在EMT信号通路中的作用，有利于寻找治疗肿瘤的新方法。然而，EMT是一种动态变化的过程，亟需新的技术手段和方法进行研究，从而更深入了解EMT在肿瘤发生中的作用机制，为肿瘤治疗提供新方案。