Periostin对肿瘤转移和浸润的影响

杨 诚， 沈 锋

Periostin是一种外分泌型高分子糖蛋白, 相对分子质量约为9×104，是昆虫细胞粘附分子——纤维束的异构体，曾被命名为成骨细胞特异性因子-2(osteoblast-specific factor 2，OSF-2)。在人体，Periostin主要由成骨细胞及其前体细胞所分泌，特异地表达于骨膜及牙周膜组织，可以促进成骨细胞增殖分化及骨膜成骨前体细胞的聚集和粘附[1-2]。

近几年的研究发现Periostin可促进肿瘤细胞的增殖和转移[3-4]。在结直肠癌、乳腺癌中，Periostin可促进癌细胞增殖、减少弹力纤维和粘着斑生成，并使癌细胞呈间质细胞样改变，迁移力增强[5-7]。在胰腺癌，Periostin参与肿瘤微环境的形成，可降低肿瘤对放化疗的敏感性，从而增强肿瘤的侵袭力[8]。但也有报道称在膀胱癌中Periostin可抑制肿瘤细胞的侵袭与转移[9-10]。

1 Periostin基因及分子特点

1.1 Periostin的基因组信息及分子构成特点 Periostin cDNA全长3 187bp，编码区为2 433bp，共编码811个氨基酸，结构分析显示，小鼠和人的Periostin氨基酸序列是高度保守的。Periostin蛋白包含1个信号肽编码序列(N端)和4个重复结构(RDS)，每个重复结构中有两段与fasciclin I(1种在昆虫神经系统表达的细胞-细胞粘附分子)同源的高度保守序列。这段序列显示为1个富含半胱氨酸的区域，包括4个特征性的重复区域和1个C末端，但缺乏跨膜区域。与fasciclin I相比，Periostin氨基酸保守序列同一性分别为41.4%和43.3%，但没有糖基磷脂酰肌醇膜蛋白锚链部位[2]。

1.2 Periostin在人体内的分布表达 Periostin最早被发现于骨骼系统，与骨组织中其他细胞外基质蛋白(如骨钙素、骨桥素和骨涎蛋白等) 有着不同的分布模式。他特异地表达于骨膜和牙周膜组织[1-2]。能发挥生理作用的Periostin主要分布于上皮细胞和间质细胞接触面之间，大多数经β转化生长因子(TGF-β)以及骨形成蛋白-2(BMP-2)信号途径诱导而产生[11]。

Periostin广泛表达于许多发育中的器官，在胚胎期的心、肾、脾、胸腺及肺均呈高表达，而脑和肝的表达较弱。在正常的成人器官中：大动脉、胃、结肠、直肠、胎盘、子宫和乳腺呈高表达，其中胃、结肠以及直肠的高表达尤为明显；心血管系统除大动脉外，其他均为低表达或不表达；中枢神经系统和泌尿系统为低表达[3]。在部分肿瘤细胞及细胞外基质中，Periostin有特异的分布与表达。

1.3 人类Periostin的基本生理作用 Periostin是骨组织中一种非胶原性细胞外基质蛋白。在牙周韧带、骨外膜、骨骼肌韧带、心脏瓣膜等富含胶原的结缔组织中，Periostin是主要的细胞外基质(ECM)蛋白[1-2,7]。ECM蛋白不仅为组织提供机械支撑作用，同时也是细胞附着和分化的底物，提供细胞附着的信号，并控制细胞生存[12]。Periostin作为ECM蛋白中重要的组成成分，可对上述作用进行调节。

1.4 Periostin激活和调节方式 Elkins等研究发现，与Periostin属同一家族的神经细胞附着蛋白fasciclin I是通过激活酪氨酸激酶信号转导途径与细胞发生作用。Periostin作为一种配体，可与不同的整合素受体结合，并激活Akt/PKB细胞生长信号途径，发挥生物学作用；其还受TGF-β和BMP-2调节，这2种蛋白均可促进Periostin的表达[3,5-7,11]。此外，其他一些细胞因子如成纤维细胞生长因子FGF-B、FGF-A以及血小板来源的生长因子PDGF-bb、PDGF-aa等也可能促进Periostin的表达[8]。

2 Periostin对肿瘤转移和浸润的促进作用

在大多数肿瘤中，细胞外基质通过为肿瘤细胞提供物理支架和有丝分裂的场所，从而影响肿瘤细胞的生存、生长、分化以及转移。ECM以前被认为是抵抗肿瘤侵袭的屏障，后有证据表明ECM可以调节肿瘤的生长，甚至可以促使肿瘤的发生。Periostin参与细胞外基质蛋白的组成，在ECM对肿瘤的作用中具有重要影响[13]。

2.1 Periostin与结肠癌 Periostin通过与整合素αvβ3受体结合，激活Akt/PKB细胞生长途径，维持癌细胞生存、促进其增殖、减少弹力纤维合成和粘着斑生成，使癌细胞呈间质细胞样改变，迁移力增强[7]。Bao等[13]研究发现，在恶劣生长条件下，如缺氧、营养缺乏等，Periostin可增强肿瘤细胞以及内皮细胞的生存能力，从而促进肿瘤的生长。结肠癌肝转移患者的癌组织中Periostin呈过度表达，而且转移灶的表达量明显高于原发灶。因此，Periostin的高表达可能与结肠癌细胞的转移有密切的关系。

2.2 Periostin与乳腺癌 Periostin的表达增强可上调血管内皮生长因子Flk-1/KDR受体的表达，并通过整合素ανβ3- FAK介导的信号通路，促进肿瘤血管的生长[14]。Periostin在正常乳腺组织不表达或在乳腺上皮细胞有极低的表达，但在大多数的乳腺癌组织高表达[6]。同时原位杂交显示Periostin蛋白在乳腺癌细胞内并无表达, 而在癌细胞周围的基质细胞中有表达。且有文献报道，血清中Periostin升高并出现骨转移灶，原发灶主要来自乳腺癌，而不是肺癌，提示Periostin的高表达可能促进乳腺肿瘤细胞粘附于骨组织的表面[4]。

2.3 Periostin与胰腺癌 Periostin主要通过与整合素α6β4受体结合，激活下游PI3K/Akt信号通道发挥生物学活性。Periostin转录主要由肿瘤细胞完成[15]。也有报道称，Periostin主要是由胰腺基质细胞分泌，但蛋白产物却只分布于肿瘤细胞周围的ECM。因此，Periostin参与肿瘤细胞与基质细胞之间的相互作用在胰腺癌发展过程中起着重要的作用。除在胰腺癌和癌旁组织中Periostin表达水平升高外，胰腺癌患者血清中Periostin表达水平较正常人有明显的升高。此外，该蛋白还增强肿瘤细胞的浸润以及抗缺氧能力[8,16]。

2.4 Periostin与非小细胞肺癌 Periostin主要高表达于肿瘤细胞外基质中，而较少表达于肿瘤细胞本身。这种分布情况与乳腺癌相似[4]。Periostin主要也是通过与整合素受体结合发挥作用。有文献报道称，Periostin的高表达与肿瘤的大小、分期、肿瘤血管生成、侵袭力以及淋巴结转移显著相关。高表达该蛋白的非小细胞肺癌患者与低表达者相比较，高表达者预后较差。非小细胞肺癌患者血清中Periostin表达水平较正常人有明显的提高。因此，有学者提出将该蛋白的血清浓度作为观察肿瘤预后的指标[17]。

2.5 Periostin与卵巢上皮细胞癌 正常的卵巢组织不表达Periostin。在卵巢上皮细胞癌中，该蛋白由肿瘤细胞分泌，可在恶性腹水中高表达，但血清中表达与对照组无统计学意义[7]。Periostin通过与整合素ανβ3和ανβ5受体结合，激活Akt/PKB细胞生长途径，在体内和体外维持癌细胞生存、促进其增殖、减少弹力纤维合成和粘着斑生成, 使癌细胞呈间质细胞样改变，迁移力增强[5，7]。

2.6 Periostin与黑色素瘤 Periostin来源于肿瘤细胞和基质细胞。该蛋白的高表达可以促进肿瘤细胞的增殖和转移[18]。有趣的是在裸鼠体内该蛋白可抑制黑色素瘤肺转移，但其具体机制尚未明确[9]。

2.7 Periostin与其他肿瘤 在胃癌、口腔鳞状细胞癌、头颈鳞状细胞癌、胸腺瘤、成神经细胞瘤，Periostin均高表达于肿瘤细胞或外基质中，其作用与促进肿瘤细胞的生长、侵袭、血管生成及转移有关[19-23]。

3 Periostin对肿瘤转移和浸润的抑制作用

Periostin在大多数肿瘤组织中高表达，起着促进肿瘤生长发育，但在膀胱癌中却可抑制肿瘤的生长发育的作用。

在膀胱癌中，癌组织中Periostin的表达水平与肿瘤分期呈负相关。低分化膀胱癌组织中其表达下调，水平低于早期高分化癌,提示其下调发生在肿瘤晚期。该蛋白水平较高的患者相对于水平低者有更好的预后。这可能与肿瘤细胞分型以及Periostin C末端区域的功能有关。根据不同的膀胱癌细胞类型，Periostin有不同的生物学功能。该蛋白主要在第三期的鳞状细胞癌中过表达，且该癌预后一般较好。在实验研究中，发现该蛋白不影响体外培养膀胱癌细胞的增殖，但可减弱其侵袭力。此外，C末端缺失的Periostin可以抑制肿瘤细胞的浸润与转移。但具体机制尚未清楚[10]。

4 问题与探索

肿瘤细胞在生长发育过程中需要多种生长因子、转导信号以及粘附分子等的参与，因此肿瘤微环境对肿瘤细胞的增殖、生存、浸润、转移以及血管生成都至关重要。肿瘤细胞本身可以通过分泌特殊的外基质蛋白来调节肿瘤微环境，使之适应自身的生长需要。

正常情况下，Periostin作为一种粘附蛋白，除高表达于胚胎组织外，主要表达于少数的正常成年组织，而且大部分分布于骨骼系统。当骨骼系统受损时，该蛋白的表达水平将明显升高，可能与其促进组织修复有关[24]。目前大量的研究报道主要集中在关于Periostin对肿瘤的作用，并且发现该蛋白可以通过作用于ECM调节肿瘤的生长发育，尤其表现为促进作用。因此，Periostin被认为是一种新型基质蛋白，在某些肿瘤中，通过提高该蛋白的表达水平，可以促进肿瘤细胞的转移和浸润。但肿瘤细胞如何协调利用该蛋白和其它外基质蛋白共同促进自身生长发育，尤其在体内环境中，具体机制尚未清楚。而且目前有部分常见肿瘤，例如肝癌，检测出其组织中Periostin表达水平异常，但未有进一步研究的相关报道。

虽然Periostin在胚胎发育以及肿瘤细胞产生的作用机制尚未完全清楚，但在多种肿瘤患者的血清中检测出该蛋白水平的异常升高，并且与预后存在相关性，如胰腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌等。因此，随着检测技术的进步，Periostin可能作为一种新的肿瘤标记物应用于临床诊断，为临床治疗以及预后判断提供可靠的依据。Periostin作为一种分泌蛋白，高表达于某些肿瘤组织，随着靶向药物研究发展，将来可能作为肿瘤治疗的潜在靶点之一。

[1] Horiuchi K, Amizuka N, Takeshita S, et al.Identification and characterization of a novel protein,periostin,with restricted expression to periosteum and periodontal ligament and increased expression by transforming growth factor beta[J].J Bone Miner Res,1999,14(7):1239-1249.

[2] Takeshita S, Kikuno R, Tezuka K, et al .Osteoblast-specific factor 2 : cloning of a putative bone adhesion protein with homology with the insect fasciclin I[J]. Biochem J,1993,294 (Pt1):271-278.

[3] Gillan L, Matei D, Fishman DA.et al.Periostin secreted by epithelial ovarian carcinoma is a ligand forαvβ3 andαvβ5 integrins and promotes cell motility[J]. Cancer Res,2002,62(18)：5358-5364.

[4] Sasaki H, Yu CY, Dai M, et al.Elevated serum periostin levels in patients with bone metastases from breast but not lung cancer[J].Breast Cancer Res Treat,2003,77(3): 245-252.

[5] Tai IT, Dai M, Chen LB.Periostin induction in tumor cell line explants and inhibition of in vitro cell growth by anti-periostin antibodies[J]. Carcinogenesis,2005,26:908-915.

[6] Shao R, Bao S, Bai X, et al.Acquired expression of periostin by human breast cancers promotes tumor angiogenesis through up-regulation of vascular endothelial growth factor receptor 2 expression[J].Molecular and Cellular Biology,2004,24:3992-4003.

[7] Kikuchi Y, Kashima TG, Nishiyama T，et al.Periostin is expressed in pericryptal fibroblasts and cancer-associated fibroblasts in the colon[J].J Histochem Cytochem，2008,56(8):753-764.

[8] Erkan M, Kleeff J, Gorbachevski A, et al. Periostin creates a tumor-supportive microenvironment in the pancreas by sustaining fibrogenic stellate cell activity[J].Gastroenterology,2007,132(4):1447-1464.

[9] Yoshioka N ,Fuji S, Shimakage M, et al . Suppression of anchorage-independent growth of human cancer cell lines by the TRIF52/periostin/OSF-2 gene[J]. Exp Cell Res,2002,279(1):91-99.

[10] Kim CJ,Yoshioka N,Tambe Y,et al.Periostin is down-regulated in high grade human bladder cancers and suppresses in vitro cell invasiveness and in vivo metastasis of cancer cells[J].Int J Cancer,2005,117(1):51-58.

[11] Inai K, Norris RA, Hoffman S, et al. BMP-2 induces cell migration and periostin expression during atrioventricular valvulogenesis[J]. Dev Biol，2008，315(2):383-396.

[12] Alexandrova AY. Evolution of cell interactions with extracellular matrix during carcinogenesis[J].Biochemistry(Mosc)，2008，73(7):733-741.

[13] Bao S, Ouyang G, Bai X,et al.Periostin potently promotes metastatic growth of colon cancer by augmenting cell survival via the Akt/PKB pathway[J].Cancer Cell,2004,5(4):329-339.

[14] Felding-Habermann B,O′Toole TE,Smith JW,et al.Integrin activation controls metastasis in human breast cancer[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2001, 98(4): 1853-1858.

[15] Erkan M, Kleeff J,Gorbachevski A,et al.Periostin creates a tumor-supportive microenvironment in the pancreas by sustaining fibrogenic stellate cell activity[J]. Gastroenterology,2007,132(4):1447-1464.

[16] Baril P, Gangeswaran R, Mahon PC, et al.Periostin promotes invasiveness and resistance of pancreatic cancer cells to hypoxia-induced cell death: role of the beta4 integrin and the PI3k pathway[J]. Oncogene,2007,26(14):2082-2094.

[17] Takanami I, Abiko T, Koizumi S.Expression of periostin in patients with non-small cell lung cancer: correlation with angiogenesis and lymphangiogenesis[J]. Int J Biol Markers，2008,23(3):182-186.

[18] Tilman G, Mattiussi M, Brasseur F, et al.Human periostin gene expression in normal tissues,tumors and melanoma:evidences for periostin production by both stromal and melanoma cells[J].Mol Cancer,2007,6:80.

[19] Li JS,Sun GW,Wei XY,et al. Expression of periostin and its clinicopathological relevance in gastric cancer[J]. World J Gastroenterol，2007，13(39):5261-5266.

[20] Siriwardena BS,Kudo Y,Ogawa I,et al. Periostin is frequently overexpressed and enhances invasion and angiogenesis in oral cancer[J]. Br J Cancer,2006,95(10):1396-1403.

[21] Kudo Y,Ogawa I,Kitajima S,et al.Periostin promotes invasion and anchorage-independent growth in the metastatic process of head and neck cancer[J]. Cancer Res,2006,66(14):6928-6935.

[22] Sasaki H, Dai M, Auclair D, et al. Serum level of the periostin,a homologue of an insect cell adhesion molecule,in thymoma patients[J]. Cancer Lett,2001,172(1):37-42.

[23] Sasaki H,Sato Y,Kondo S,et al. Expression of the periostin mRNA level in neuroblastoma[J].J Pediatr Surg,2002,37(9):1293-1297.

[24] Rios H, Koushik SV,Wang H,et al.Periostin null mice exhibit dwarfism,incisor enamel defects,and an early-onset periodontal disease-like phenotype[J]. Mol Cell Biol, 2005,25(24):11131-11144.