PAI-1 在肿瘤进展中的功能与机制探讨

王宇，刘超综述，周旋审校

（天津医科大学肿瘤医院颌面耳鼻喉肿瘤科，国家恶性肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室，天津市恶性肿瘤临床医学研究中心，天津 300060）

纤溶酶原激活物抑制剂-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）是尿激酶型纤溶酶原激活物（urokinasetype plasminogen activator，uPA）和组织型纤溶酶原激活物（tissue-type plasminogen activator，tPA）的主要抑制剂，在调节细胞外基质重塑中发挥重要作用。PAI-1 是一种单链糖蛋白，分子量为45 kD，由379～381 个残基组成，含有9 个α 螺旋结构和3 个β 片状结构，主要包括3 个相互作用结构域：活性中心环（reactive centreloop，RCL），此结构域可以和纤溶酶原激活物结合；螺旋D（helix D，hD）、螺旋E（helix E，hE）、螺旋F（helix F，hF）结合位点的柔性关节区域，此结构域可以和玻连蛋白（vitronectin）结合；hD 和hE 中与低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）结合的结构域[1]。根据RCL 的状态，PAI-1 以3 种形式存在：活性形式，螺旋结构的RCL 暴露在分子表面；潜在形式，完整的RCL 内化在β 片状结构内，无法与uPA/tPA 相互作用；裂解形式，RCL 的P1′Met残基暴露在外，而含有P1 残基的RCLN 端部分仍保留在β 片状结构中。RCL 结构域是与uPA/tPA 结合的主要位点，包含与这些蛋白酶相互作用的P1-P1′肽键。P1-P1′肽键断裂后，PAI-1/PA 分子形成不可逆复合物，导致PA 失活，RCL 结构域部分内化[2]。PAI-1 具有旁分泌和自分泌效应，可由肿瘤细胞或非肿瘤细胞产生，如内皮细胞、巨噬细胞和脂肪细胞等[3-4]。研究证明，PAI-1 在大多数肿瘤中表达异常升高，如乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、结肠癌和非小细胞肺癌，并且与患者不良预后相关。一项多中心前瞻性临床试验评估了8 377 例无淋巴结累及的乳腺癌患者病理组织中uPA/PAI-1 的表达水平，发现高uPA/PAI-1 组患者从辅助化疗中获益更多，并且预后较好，提示PAI-1 的表达影响化疗疗效和患者预后[5]。因此，PAI-1 参与肿瘤进展、影响治疗疗效，是一种有待进一步研究的关键分子。本文将从多个角度总结并阐明PAI-1 在肿瘤中的研究进展。

1 PAI-1 在不同肿瘤中的预后价值

1.1 乳腺癌 研究表明，PAI-1 在乳腺癌肿瘤组织中的表达明显高于良性组织，并且肿瘤组织中PAI-1 表达升高与无复发生存率降低密切相关，肿瘤组织或血浆中PAI-1 表达水平与患者无病生存期和总生存期的相关性已被多项研究证实[6-7]。此外，乳腺癌中PAI-1 表达水平具有早期评估辅助化疗疗效的潜力，肿瘤组织中uPA/PAI-1 表达水平可用于设计个性化治疗策略[5]。PAI-1 作为乳腺癌的一种标志物，与传统预后因素，如肿瘤大小、肿瘤分级、淋巴结状态和类固醇受体状态相比，是一种更为有效的独立预后因素[8]。

1.2 胃癌 大量研究表明，胃癌中PAI-1 表达与肿瘤侵袭性、预后不良相关。Kaneko 等[9]通过DNA 微阵列、RT-PCR 和组织微阵列技术，证实胃癌中PAI-1表达水平与肿瘤大小、淋巴结转移和血管浸润有显著相关性。Nishioka 等[10]报道PAI-1 抑制剂在体内可以抑制胃癌转移。虽然胃癌患者血浆中PAI-1 表达水平较高，但在胃癌的诊断或预后预测中尚无法替代肿瘤组织病理学。因此，PAI-1 可能成为影响胃癌预后的重要因素。

1.3 头颈部鳞状细胞癌（HNSCC） 通过对HNSCC微阵列进行分析发现，在1 260 个基因中PAI-1 mRNA 表达水平在正常组织和原发肿瘤组织中的差异最为显著，并且可作为HNSCC 患者无进展生存期和总生存期的独立预后因素[11]。同样，Miguel 等[12]观察到PAI-1 在肿瘤中的蛋白和mRNA 表达水平均高于正常组织，PAI-1 的高表达与HNSCC 患者较高转移率和较差临床预后相关。PAI-1 在HNSCC肿瘤侵袭和转移过程中可能发挥作用，具有重要的预后价值。

1.4 其他类型肿瘤 与健康对照组相比，恶性黑色素瘤患者血液中PAI-1 活性明显升高，说明血浆中PAI-1 活性可能与较差预后以及更高转移风险相关[13]。在结直肠癌肝转移患者中，血浆PAI-1 水平显著升高，并与浆膜浸润、Duke 分期和淋巴转移呈正相关[14]。因此，肿瘤组织或血浆中的PAI-1 高表达有望成为预防肿瘤局部侵袭以及远处转移的潜在分子标志物，具有一定的转化意义。

2 PAI-1 在肿瘤进展中的作用

2.1 肿瘤侵袭与转移 PAI-1 作为uPA 的抑制剂，理论上抑制肿瘤侵袭和转移，而大部分研究表明，PAI-1 具有促进肿瘤侵袭和转移的潜在能力[15]。PAI-1 通过促进细胞脱离某些细胞外基质（ECM）蛋白和防止细胞周围ECM 过度降解来促进细胞迁移和侵袭[16]。一方面，PAI-1 通过阻止肿瘤细胞黏附于玻连蛋白，从而刺激肿瘤细胞向纤维连接蛋白（fibronectin）等ECM 底物迁移。另一方面，PAI-1 通过抑制尿激酶型纤溶酶原激活物受体（uPAR）结合的uPA，可以防止细胞黏附和迁移所必需的ECM 蛋白过度降解。在乳腺癌中，PAI-1 可通过激活磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）通路，促进细胞外基质重塑，其异常表达可能增加肿瘤局部侵袭与恶性浸润的风险[17]。

作为一种重要的促凝血因子，PAI-1 可以诱导纤维蛋白在肿瘤周围沉积，形成暂时性ECM，为细胞迁移提供支架，促进肿瘤转移[18]。PAI-1 高表达与骨肉瘤远处转移密切相关，并且通过促进基质金属蛋白酶（MMP）-13 的表达和分泌，促进肿瘤侵袭和转移[19]。PAI-1 不仅作为EMC 成分，还是上皮间充质转化（EMT）标志物，是多种肿瘤细胞（如A549、HepG2、RKO 等）中转化生长因子-β（TGF-β）诱导EMT 关键下游的重要效应因子[20]。在非小细胞肺癌中，PAI-1 通过信号转导与转录激活因子（STAT）3信号通路，增强EMT 介导的肿瘤转移[21]。在乳腺导管腺癌中，内皮细胞通过PAI-1 和CCL5 信号增强EMT 诱导的肿瘤细胞转移[22]。

2.2 肿瘤微血管生成 PAI-1 可以通过促进内皮细胞迁移、存活和增殖来促进血管生成。这种促血管生成活性源于其蛋白酶抑制和玻璃凝集素结合的功能。作为纤溶酶原激活的抑制剂，PAI-1 保护内皮细胞免受FasL 依赖的细胞凋亡，并且通过与玻连蛋白结合，干扰内皮细胞与玻连蛋白的结合，促进内皮细胞从玻连蛋白分离，向富含纤维连接蛋白但血管化较少的肿瘤间质迁移；PAI-1 通过抗纤溶活性，增加纤维蛋白沉积，促进内皮组织形成以及血管生成蛋白的释放[16]。在大多数肿瘤中，PAI-1 在血管生成中发挥重要作用。在膀胱癌动物模型中，PAI-1 小分子抑制剂Tiplaxtinin 可有效抑制肿瘤血管生成[23]。在恶性胸膜间皮瘤中，无论有无血管生成刺激，抑制PAI-1 表达水平均可限制肿瘤的微血管化[24]。在肝细胞肝癌中，低氧诱导因子（HIF）-2α 依赖的PAI-1 通过降低活性纤溶酶的浓度，进而刺激血管生成[25]。

2.3 肿瘤细胞增殖与凋亡 研究表明，PAI-1 可以通过上调Cyclin D3/CDK4/6，加速G1 期到S 期细胞周期的进展，促进肿瘤细胞增殖[26]。PAI-1 还可通过其抗纤溶活性、细胞黏附活性和纤溶酶原激活物活性，抑制纤维蛋白溶解，维持凝血酶的活性，凝血酶与肿瘤细胞中蛋白酶激活受体相互作用，间接调节肿瘤细胞生长，促进肿瘤细胞增殖[27]。

PAI-1 的抗凋亡活性已被广泛报道。PAI-1 通过抑制肿瘤细胞对玻连蛋白的黏附，促进细胞分离并迁移到其他ECM 蛋白，发挥抗细胞凋亡作用[16]。作为一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，PAI-1 可以抑制Caspase-3 活性，从而抑制化疗诱导的细胞凋亡[28]。PAI-1 通过与LRP-1 相互作用，激活c-Jun/细胞外信号调节激酶（ERK）信号通路，促进Bcl-2 抗凋亡蛋白的产生。PAI-1 还可以抑制肿瘤细胞表面纤溶酶对FasL 的切割，保护肿瘤细胞免受FasL 介导和化疗诱导的细胞死亡[29]。

PAI-1 缺失可有效抑制膀胱癌和肾癌动物模型中肿瘤生长，而过表达PAI-1 可增加宫颈癌动物模型中的肿瘤细胞增殖能力。且抑制PAI-1 可以抑制膀胱癌肿瘤中血管生成，促进细胞凋亡，从而抑制肿瘤生长[30]。在卵巢癌中，敲除PAI-1 以及PAI-1小分子抑制剂TM5275 治疗后，可显著诱导G2/M细胞周期阻滞，抑制肿瘤细胞增殖[31]。

2.4 免疫抑制与免疫逃逸 PAI-1 可参与免疫抑制微环境形成，导致肿瘤快速进展[32]。近年来研究表明，TGF-β 可通过SMAD3 磷酸化增强非小细胞肺癌中PAI-1 的分泌，激活核因子（NF）-κB /白细胞介素（IL）-6/STAT3 通路，促进肿瘤相关巨噬细胞中TGF-β 分泌，从而形成免疫抑制微环境。PAI-1 可以作为炎症相关因子，参与肿瘤炎症反应。PAI-1 可增加肺泡上皮细胞中IL-8 和白三烯B4 的产生，促进炎症细胞的迁移，诱导巨噬细胞的募集和T 淋巴细胞的存活[33]。PAI-1 还通过激活巨噬细胞中p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、NF-κB 和IL-6 的转录上调，影响单核/巨噬细胞向M2 极化，同时IL-6 激活单核细胞中转录激活因子，导致精氨酸酶、IL-10和CD163 的表达增加[34]。

3 肿瘤中调控PAI-1 表达的机制

3.1 生长因子 在肿瘤进展中，PAI-1 受多种生长因子调控，其中表皮生长因子（EGF）和TGF-β 被广泛关注。在胶质母细胞瘤细胞中，EGF 通过连续激活蛋白激酶（c-SRC、PKC）和鞘氨酸激酶1（SPHK1）来促进PAI-1 的表达。在卵巢上皮细胞或乳腺癌细胞中，EGF 对PAI-1 表达的调控是通过NF-κB 或转录激活因子ETS 样蛋白-1（ELK-1）等转录因子的激活来介导的[35]。此外，EGF 在皮肤鳞状细胞癌、肝细胞癌和星形细胞瘤细胞等其他癌症中，也有增强PAI-1 的作用，但其机制有待进一步探讨。毛蕊异黄酮通过WNT 和PI3K/Akt 信号通路上调BATF2 靶向PAI-1，抑制TGF-β 诱导的结直肠癌细胞EMT 和细胞迁移[36]。TGF-β 在HepG2 肝癌细胞中诱导SMAD 与p53 相互作用，从而介导PAI-1 转录。同样，在乳腺癌细胞中，TGF-β 诱导PAI-1 的表达也需要Smad2/3 与激活蛋白（AP）-1 组分之间的特异性相互作用。在卵巢癌细胞中，TGF-β 和地塞米松可通过激活p38MAPK、ERK1/2、SMAD2/3 通路和糖皮质激素受体，协同增强PAI-1 的表达[37]。

3.2 细胞因子 除了生长因子外，细胞因子也参与肿瘤进展中PAI-1 的调节。Kras 突变导致PAI-1 表达升高，激活胰腺星状细胞，分泌IL-8 促进胰腺癌进展[31]。在胶质瘤细胞中，CXCL12/CXCR4 信号通路通过MAPK 介导的信号通路增强PAI-1 的表达，干扰素（IFN）-γ 也参与星形细胞瘤细胞中PAI-1 的调控[38]。此外，TNF-α 通过NF-κB 信号转导诱导SW620 结肠癌细胞、HepG2 和HuH-7 肝癌细胞中PAI-1 的表达，IL-1 的存在也显著增加了上述细胞系中PAI-1 的表达。虽然单独IL-6 对PAI-1 表达的影响不大，但IL-1 和IL-6 的加入可协同诱导HepG2 和HuH-7 肝癌细胞中的PAI-1 表达[39]。

3.3 转录调控 研究表明，PAI-1 在肿瘤中受多种miRNA 调控，影响肿瘤的发生与进展。在胃癌组织中，miR-145 靶向PAI-1 编码基因SERPINE1，抑制肿瘤进展与微血管生成[40]。miR-93/106b 可调节平滑肌瘤中PAI-1 的表达，miR-486 可降低黏液样脂肪肉瘤中PAI-1 的表达。此外，miR-34a 可作为PAI-1 的调节因子，抑制其转录后翻译[41]。HIF-1α作为经典的转录激活因子，也参与PAI-1 的表达调控。在非小细胞肺癌中，低氧刺激可通过稳定HIF-1α 而转录调控PAI-1 蛋白表达水平[42]。

4 针对PAI-1 的肿瘤靶向治疗前景

在目前已知的PAI-1 化学合成抑制剂中，Tiplaxtinin（PAI-039）已在多种肿瘤（纤维肉瘤、肺癌、宫颈癌、膀胱癌以及HNSCC）中被证实可以干扰细胞PAI-1 的表达或活性，在体外或体内诱导细胞凋亡、抑制血管生成、抑制增殖、细胞黏附以及肿瘤细胞自我更新能力，是一种有潜力的抗肿瘤药物[13，28，32，43]。SK-216 和SK-116 是另外两种重要的PAI-1 抑制剂，SK-116 在肺癌和恶性胸膜间皮瘤小鼠模型中有效降低血清PAI-1 水平，表现出显著的抗血管生成作用，从而抑制肿瘤转移和进展；同样，SK-216 可通过抑制PAI-1 的表达而影响骨肉瘤143B 细胞株的侵袭能力，SK-216 处理后143B 细胞分泌的MMP-13 呈剂量依赖性减少，腹腔注射SK-216 可下调骨肉瘤原发灶中PAI-1 的表达水平，抑制肿瘤肺转移[19]。此外，TM5441 和TM5275 不仅在体外能有效抑制细胞增殖，还能在体内促进细胞凋亡，并降低血管密度，从而抑制肿瘤生长[44]。在纤维肉瘤中，XR5967 使PAI-1 失活，抑制细胞迁移、侵袭和血管生成[45]。此外，一种新型PAI-1 抑制剂IMD-4482 可以通过抑制细胞对玻连蛋白的黏附作用，从而抑制卵巢癌细胞的侵袭能力；同时，IMD-4482 还可以通过抑制ERK 磷酸化来抑制细胞增殖，诱导细胞周期阻滞进而促进肿瘤细胞凋亡；进一步的体内研究发现，IMD-4482 还可以通过抑制FAK 磷酸化和肿瘤微血管化来抑制肿瘤转移[46]。

越来越多的研究证实，PAI-1 是一个极具潜力的抗肿瘤治疗靶点。虽然PAI-1 抑制剂在体内外实验中取得了卓越的抗肿瘤疗效，然而，PAI-1 抑制剂的有效性受诸多因素的限制，如对稳定结合玻连蛋白的PAI-1 缺乏活性、药物半衰期不足2 h、药代动力学不足、治疗浓度在μmol/L 范围内等。PAI-1 小分子抑制剂作用机制和调节机制尚不完全清楚，目前尚无临床试验，还需要进一步临床前评估，包括安全性评估、用药剂量、药物对凝血系统的影响等。

5 总结与展望

PAI-1 对肿瘤侵袭、转移和血管生成的影响已在多种实体肿瘤中得到广泛研究与报道。此外，多种生长因子和细胞因子可调控PAI-1 的表达水平，激活关键致癌信号通路，促进肿瘤进展。以PAI-1为靶点的治疗在多种肿瘤的基础与转化研究中同样取得了实质性进展。越来越多的证据表明，PAI-1可作为潜在预测性生物标志物和治疗靶点应用于肿瘤的临床诊疗中。然而，PAI-1 在肿瘤发生、发展中的具体机制仍有待进一步研究。