桥粒黏蛋白2在消化系统肿瘤中的功能研究进展

李彦庆，王晓霞，贾向东，任 猛，许天祥

1. 内蒙古科技大学包头医学院研究生院，包头 014000；2. 内蒙古自治区人民医院重症医学科，呼和浩特 010017；3.内蒙古自治区人民医院肿瘤中心腹部肿瘤外科，呼和浩特 010017

桥粒黏蛋白2（desmoglein-2，DSG2）是组织中表达最广泛的跨膜蛋白之一，其基因位于染色体18q12.1 上［1］。作为经典钙黏着蛋白家族的成员，DSG2 有助于调节细胞间连接，促进桥粒的组装［2］。桥粒与细胞黏附连接有关，黏附连接在肿瘤的发展中又起着重要作用，特别是在癌细胞的迁移和侵袭过程中［3］。越来越多的证据表明，DSG2 与肿瘤的发生和发展有关。例如，DSG2 是判断卵巢癌预后的重要生物标志物［4］。DSG2 通过EGFR/Src/PAK1 通路调控肺腺癌的进展，其高表达还增加了肿瘤对奥西美替尼的耐药性［5-6］；并且，DSG2基因敲除可抑制非小细胞肺癌增殖［7］。ZHOU 等［8］研究发现，DSG2 在人宫颈癌细胞中过表达，通过介导MAPK 通路的激活而影响宫颈癌细胞的恶性行为，并且敲除其基因后可以抑制宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭。本文就DSG2的生物学功能及其在消化系统肿瘤中作用的研究进展进行综述，为开发基于DSG2 异常的相关消化系统肿瘤新的分子靶向疗法提供科学依据。

1 桥粒、桥粒钙黏着蛋白的概述

快速更新的上皮组织，如肠上皮，需要精确调节细胞间的黏附和增殖，以保持屏障的完整性。这一功能是通过一系列黏附复合体实现的，包括紧密连接（tight junction，TJ）、黏附连接（adheren junction，AJ）和桥粒（desmosome），它们将单层柱状上皮内的极化肠细胞紧密连接在一起，从而封闭细胞旁间隙［9-10］。桥粒是一种黏附性细胞间连接，通过将桥粒钙黏着蛋白介导的黏附性相互作用与中间纤维细胞骨架网络偶联，将相邻细胞机械地结合在一起［11］。最初，桥粒被认为主要提供细胞间黏附的机械强度。然而，越来越多的证据表明，桥粒钙黏着蛋白除了具有黏附功能外，还能主动协调信号通路，从而介导细胞增殖、分化和凋亡。

桥粒钙黏着蛋白是一种跨膜糖蛋白，通过胞外结构域（extracellular domain，ED）以同嗜性和异嗜性的方式相互作用。 它们的尾巴与斑珠蛋白（plakoglobin，PG）、亲斑蛋白（plakophilin，PKP）和桥粒斑蛋白（desmoplakin，DP）结合，从而将桥粒复合体锚定在中间纤维细胞骨架上，这些成分构成了桥粒的黏附核［12-13］。人上皮组织表达桥粒钙黏着蛋白的7 种亚型（DSG1～4、DSC1～3），其中肠上皮仅 含 DSG2 和 桥 粒 胶 蛋 白 2 （desmocollin-2，DSC2）［11］。

2 DSG2的生物学功能

2.1 DSG2调控细胞增殖

DSG 调节信号通路的机制是一个新兴的研究热点。DSG 胞内碳末端没有酶活性，而信号转导需要与激酶等信号成分相互作用。在这种背景下，已经提出了几种分子机制，如DSG2 脱落的外部结构域片段，可作为酪氨酸激酶受体（receptor protein tyrosine kinase，RPTK）的配体或从脂筏中置换激酶，从而促进其活化。2种方式的共同点是均有RPTK的参与，可见2 种分子是相互调节的。在此过程中，特别重要的分子是表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）。UNGEWIß 等［14］使用原子力显微镜在活肠细胞和无细胞装置中发现DSG2 和EGFR 通过其胞外区直接相互作用，与配体结合，抑制EGFR酪氨酸激酶活性，并且EGFR 需要DSG2 才能定位到EGFR 与Src 结合的细胞边界。Src 是非受体酪氨酸Src激酶家族（Src family kinase，SFK）9个基因中具有代表性的成员，在多种信号转导途径的调控中起着关键作用［15］。进一步研究发现，在DSG2 缺陷细胞中检测到Src 介导的EGFR Y845 位磷酸化水平降低，Y845 位的EGFR 磷酸化通常由Src 催化，并通过激活多个下游事件来调节多种细胞功能［16］。在多种癌细胞中发现了Src 和EGFR 水平的升高，且增强了细胞的转化、运动性和侵袭性，而Y845 位的磷酸化介导的信号与更高的癌症恶性程度有关［17］。据报道，Src介导的EGFR Y845 位磷酸化可以增强细胞的抗凋亡和促增殖功能［18］，而DSG2 下调后EGFR Y845 位的磷酸化水平降低会抑制细胞增殖［19］。综上所述，DSG2 通过EGFR 信号调控细胞增殖。DSG2 是EGFR在细胞间连接定位和Src介导的EGFR 激活所必需的，而Src与EGFR结合是EGFR与DSG2定位于细胞与细胞间接触所必需的。

2.2 DSG2调节肠上皮屏障

肠道的内表面被单层极化的肠细胞覆盖，形成肠上皮，作为选择性屏障，在保护有机体免受管腔病原体的侵袭但允许营养物质的吸收等方面发挥着重要作用。有研究［20］发现，针对DSG2 的抗体和siRNA 介导的DSG2敲低都会导致细胞凝聚力的丧失和屏障功能的降低。可见，DSG2 对于肠细胞的细胞凝聚力和维持肠上皮屏障功能是必需的。对于这一功能，p38MAPK 的调节似乎是至关重要的，特别是对屏障恢复。UNGEWIß 等［21］研究发现，在缺乏DSG2 的肠细胞中检测到活化的p38MAPK 水平降低，这既伴随着屏障完整性的受损，也伴随着屏障重建的延迟。该结果提示，p38MAPK 依赖于DSG2 而发挥功能。应用茴香霉素（anisomycin）直接激活p38MAPK 加速了屏障的重建，可见DSG2 介导的p38MAPK 活化对屏障功能至关重要。此外，UNGEWIß 等［21］在极化的肠细胞表面发现了桥粒外的DSG2，并通过扫描电子显微镜发现DSG2 特异性抗体与细胞表面的桥粒外DSG2 结合。结合DSG2 ED 的特异性抗体破坏了肠上皮屏障特性［20］。虽然这种影响在一定程度上可能是桥粒内DSG2 结合的直接干扰所致，但也有可能是DSG2 特异性抗体与桥粒外DSG2 结合，从而诱导信号事件，导致屏障特性降低。这一点值得关注，因为桥粒外DSG分子已被提出作为信号中枢。

2.3 DSG2 作为胱天蛋白酶3 介导的凋亡机制的靶点

凋亡是一种受基因调控的程序性细胞自杀过程。功能失调的凋亡系统可导致细胞过度清除或延长存活时间。因此，凋亡机制的异常可导致癌症等疾病的发生，促进自身免疫反应，并诱发组织特异性疾病。凋亡细胞具有许多形态学标准的特征，包括细胞收缩、核形态的改变、膜完整性的维持和凋亡小体的形成。在这种形式的细胞死亡过程中，观察到的生物化学特征依赖于胱天蛋白酶对细胞内特定蛋白或“死亡”底物的活化和裂解。其中，许多是桥粒蛋白，包括DSG1、DSG3、DSC3、DPⅠ、DP Ⅱ、PKP-1 和PG［22］。这意味着凋亡的细胞必须通过触发细胞黏附结构的有序分解来破坏细胞间的接触。CIRILLO等［23］通过药理学的方法，发现星形孢子素（staurosporine，STS）诱导角质形成细胞（HaCaT）和肠上皮细胞（HT-29） 凋亡均为胱天蛋白酶3（caspase3）依赖型，并且细胞裂解物中DSG2 逐渐耗竭。全长DSG2 的蛋白水解导致一个相对分子质量为70 000 的片段被释放到细胞质中，而PG 也经历了裂解并从DSG2 分离。凋亡的变化与细胞间黏附力的逐渐丧失平行，几乎所有这些生物化学、形态和功能的变化都受caspase3 的调控。但令人惊讶的是，NAVA等［24］研究发现胱天蛋白酶对DSG2 的切割并不会降低DSG2 的总蛋白水平，免疫蛋白印迹分析结果显示，DSG2 蛋白水平在细胞凋亡开始时呈升高趋势，这可能与凋亡时诱导DSG2重组有关。

随着研究的深入，发现凋亡可以独立于胱天蛋白酶活性而发生，特别是当细胞凋亡是由化学物质如顺铂诱导时［25］。许多生理和病理刺激，包括缺乏营养、激活细胞表面死亡受体、化学物质作用、电离辐射和直接身体损伤，都可以激活凋亡程序［26-27］。这些刺激触发不同的细胞内信号，通常涉及死亡受体和线粒体途径，从而激活胱天蛋白酶，导致细胞凋亡。凋亡存在不同的路径，这些路径的总和导致细胞有序解体。

3 DSG2在消化系统恶性肿瘤中的作用

3.1 DSG2在胃癌中的作用

根据修订版Lauren 分型，胃癌分为4 种类型：肠型、弥漫型、实性型、混合型［28］。弥漫型胃癌表现为细胞间黏附减少。DSG2 作为维持细胞间黏附的关键蛋白，可能与弥漫型胃癌的发生和发展有一定的关系。在对猕猴胃肠道细胞（猕猴胃肠道上皮细胞和人类细胞表达相同的黏附分子和黏蛋白）的研究［29］中发现，DSG2在肿瘤细胞中呈低表达状态。YASHIRO等［30］应用抗DSG2 单克隆抗体对112 例胃癌原发灶进行染色，也得到了类似的结果，即DSG2 在肿瘤细胞的胞膜和弥漫性胞质中呈低表达。通过进一步的研究发现，DSG2 杂合性缺失在弥漫型胃癌中很常见，由启动子超甲基化引起的表观遗传失活常导致DSG2蛋白表达减少。尽管未发现DSG2 可作为独立的预后因素，且DSG2 对于胃癌发生和发展的作用尚不清晰，但DSG2 低表达的胃癌患者预后较差。DSG2 表达降低导致的细胞间黏附丧失可能具有较高的转移潜能，增加癌细胞的浸润能力，导致腹膜转移，最终引起预后不良。因此，DSG2 的表达可作为判断弥漫型胃癌预后的指标，而DSG2 在弥漫性胃癌中的作用机制有待深入研究。

3.2 DSG2在肝癌中的作用

正常肝细胞和良性肝细胞（包括可能的癌前病变）中黏附连接和桥粒的分布仅局限于质膜的外侧区域，恶性肝细胞病变则表现为全质膜、弥漫性胞质，甚 至 胞 核 分 布［31］。 肝 细 胞 癌 （hepatocellular carcinoma，HCC）中，由于黏附分子的异质性表达和位置异常，常导致其组织结构表现为非极性排列和降低肝细胞与邻近细胞的黏附，这些病理生理功能可导致或促进肿瘤细胞的侵袭性生长。HAN等［32］研究发现，DSG2 在肝癌组织及肝癌细胞株中高表达，且与肝癌患者的肿瘤分期、甲胎蛋白以及肿瘤大小有关，并且DSG2 高表达的肝癌患者的总生存期明显短于DSG2 低表达者。沉默DSG2基因可抑制肝癌细胞增殖，并抑制肝癌细胞克隆形成，对凋亡无明显影响。DSG2 可能通过调控Wnt/β-catenin 信号进而调节肝癌细胞增殖。综上所述，DSG2的高表达与HCC的肿瘤进展有关，并可能成为HCC 预后不良的生物标志物。

3.3 DSG2在胆囊癌中的作用

LEE 等［33］通过对胆囊癌（gallbladder carcinoma，GBC）患者的临床病理分析以及GBC 细胞的体外分子和体内肿瘤分析，发现DSG2 的表达降低与较高的T 分期、较多的神经侵袭和淋巴浸润密切相关。DSG2缺失的GBC细胞在体外表现出显著的增殖、迁移和侵袭能力，在体内通过Src 介导的信号激活显著促进肿瘤的生长和转移。随着研究的深入，发现DSG2 的高表达抑制了Src 的激活，其丢失激活了Src介导的EGFR 质膜清除和胞质定位，这与获得性EGFR 靶向治疗抵抗和总存活率降低有关。广泛表达的Src 是一种非受体酪氨酸激酶，是第一个发现的对肿瘤发生和转移起关键调节作用的原癌基因［15］。虽然Src 的突变激活在癌症中很少见，但Src 的过度激活可能会使患者对化学治疗药物如5-氟尿嘧啶、阿霉素和顺铂产生耐药性［34-36］。进一步研究发现，DSG2通过其DSG2-IL 结构域与Src-SH2 结构域结合来调节Src 激酶活性，是Src 激酶激活的负调控因子。而DSG2 的支架蛋白作用，通过维持Src 激酶的失活形式来抑制肿瘤进展，其在GBC 细胞中的表达缺失经调节Src的活性来诱导EGFR内化。DSG2表达的丧失与EGFR 从细胞膜上的清除密切相关，但这种清除可以通过抑制Src 的激活和表达而被显著阻断。因此，GBC 细胞中DSG2 的丢失显著增加了Src 的激活，并促进了EGFR 从质膜上的清除，导致了肿瘤对EGFR靶向治疗产生耐药性。对于DSG2 水平较低的GBC患者，靶向抑制Src 活性是一种很有前途的治疗策略，在克服当前治疗的耐药性方面具有潜在的作用。

3.4 DSG2在胰腺癌中的作用

研究［37］发现，DSG2 的表达降低导致细胞凝聚力丧失，促进胰腺癌细胞的迁移和侵袭。该研究通过磷酸化激酶谱阵列研究，检测到DSG2缺陷细胞中细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular regulating kinase，ERK） 和生长因子受体的活性显著增强。DSG2的缺失以ERK 依赖的方式导致桥粒适配蛋白和PG 水平降低，而其他桥粒分子没有改变。PG 的过表达挽救了DSG2沉默引起的迁移增强。DSG2沉默引起的ERK 信号失控与细胞增殖改变无关。这可能是因为胰腺癌细胞增殖相关的其他信号转导途径如PI3K/PDK1/AKT 在DSG2沉 默 后 存 在 差 异 调 节［38］，从而抵消了ERK 信号增强对细胞增殖的影响。ERK信号影响PG 的表达，PG 是唯一受DSG2沉默影响的桥粒蛋白。PG 在结构上与β-连环蛋白（β-catenin）高度相似，两者都是公认的细胞信号调节因子［39］。PG 可以移位到细胞核，并通过与Tcf/Lef 蛋白结合来调节转录［40］。PG 的过度表达可以取代黏附连接上的β-catenin，后者反过来又越来越多地移位到细胞核，从而激活Wnt靶基因［41］。此外，PG 的丢失导致不依赖于Wnt/β-catenin 信号的迁移表型增加。综上所述，DSG2的缺失通过MAPK 信号转导途径降低PG 水平。DSG2 通过抑制ERK 活性使胰腺癌细胞保持在黏附、静止状态。DSG2 或PG 在肿瘤细胞中的表达下调通过增强肿瘤细胞的迁移能力而增强转移潜能。加强DSG2 黏附可能是降低胰腺癌和其他上皮性癌恶性程度的新途径。

3.5 DSG2在结肠癌中的作用

DSG2作为肠上皮细胞表达的唯一DSG 亚型，在肠上皮细胞的凋亡、调节肠上皮屏障和克罗恩病的发生和发展中起重要作用［24，42-44］。KAMEKURA 等［45］研究发现，DSG2 在人结肠腺癌组织标本中的表达增加，并且DSG2 的缺失会导致小鼠结肠上皮细胞增殖减少，并抑制移植瘤的生长。有趣的是，这种效应依赖于与DSG2 配对的另一种肠道桥粒钙黏着蛋白DSC2 的表达。进一步研究发现，DSG2 下调导致DSC2表达的代偿性增加，而DSC2的增加抑制EGFR的磷酸化和下游细胞外信号调节激酶的激活，同时抑制EGFR 受体的内化，从而抑制EGFR 信号转导和细胞增殖。综上所述，桥粒钙黏着蛋白DSG2 和DSC2通过对EGFR 信号的不同影响，在控制结肠癌细胞增殖中发挥相反的作用。尽管DSG2 和DSC2 具有互补的细胞黏附功能，但它们在调节肠上皮细胞生长方面有不同的作用。然而，YANG 等［46］采集了587 例癌组织和114 例癌旁组织，通过免疫组织化学方法发现，DSG2 在结肠癌中的表达低于癌旁组织；且生物信息学分析结果表明，DSG2 的低表达可影响蛋白活化，调控p53MAPK 相关通路，激活EGFR 通路；Kaplan-Meier 分析和Cox 比例风险模型分析显示，与DSG2 高表达相比，DSG2 低表达患者预后较差。可见，DSG2 在结肠癌中的作用仍存在争议，有待进一步探讨。

4 展望

恶性细胞的侵袭和转移与细胞间黏附的丧失有密切关系。DSG2 是维持细胞间黏附的重要蛋白，其既可以通过信号转导调节细胞增殖，也能作为酶底物调节细胞凋亡。越来越多的研究发现，DSG2 对于肿瘤，尤其是消化系统肿瘤有重要影响。如DSG2 在肝癌中高表达，而在胃癌、胰腺癌、胆囊癌中低表达，且其表达水平与患者预后密切相关，提示DSG2 在不同肿瘤的发生和发展中发挥不同作用。

随着对DSG2 与肿瘤发生的关系的不断探索，发现DSG2 通过多种转导通路在不同肿瘤中发挥着不同甚至相反的作用，揭示了生物体的复杂性。在众多机制中，EGFR 的作用至关重要。任何相关蛋白的管制解除都有可能导致肠道疾病。在炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD） 患者中，EGFR信号被证明是减弱的，而在各种类型的结直肠肿瘤中经常发现EGFR 的磷酸化水平升高［14］。这表明对EGFR 活性的精确调节，对于维持肠道屏障的完整性至关重要。了解肠道细胞EGFR 调控的分子机制，可能为今后IBD或癌症的治疗提供新的思路。肠细胞表面存在桥粒外DSG2，而DSG2调控p38MAPK信号级联反应。在这种情况下，可以推测，DSG2 作为一个传感器传递细胞外刺激，从而调控肠道屏障，内环境信号的不适当传递可能会导致严重的炎症反应以致癌前病变的发生。要证明这一推测，还需要进一步的研究。因此，我们有理由认为DSG2 是一种潜在的新型肿瘤标志物，并有望成为肿瘤治疗的新靶点。但是，DSG2 影响恶性肿瘤发生和发展的机制尚未十分清晰，DSG2 作为标志物对于肿瘤的诊断和预后判断的价值也不十分明确，甚至在同一种类型肿瘤中的作用亦存在争议，这些问题均有待深入研究。