浅析claudin蛋白与恶性肿瘤的相关性

张学辉 沈永杰 马权 刘长波 于洪亮

·综述·

浅析claudin蛋白与恶性肿瘤的相关性

张学辉 沈永杰 马权 刘长波 于洪亮

claudin蛋白是细胞间紧密连接的骨架蛋白，在细胞中的正常表达是稳定细胞之间相互作用动态平衡的前提条件。claudin蛋白的异常表达可破坏上皮细胞及内皮细胞的结构，并导致其功能受损，从而有利于肿瘤的发生、发展。本文拟就claudin蛋白与恶性肿瘤相关性的研究进展作一综述，旨在了解claudin蛋白在肿瘤的生长、发展、浸润和转移中的作用，为探寻恶性肿瘤治疗的新策略提供帮助。

claudin蛋白；恶性肿瘤；免疫治疗

在正常机体中细胞间的黏附主要包括黏附连接和紧密连接，对维持上皮细胞和内皮细胞正常的结构、功能起着非常重要的作用。其中紧密连接(tightjunction TJ) 由跨膜细胞粘附分子构成，主要的跨膜蛋白为claudin和occludin，具有调节细胞的增殖分化、维持细胞极性及渗透性调节等功能[1]。在多种肿瘤细胞中可以发现TJ数量、形态及渗透性的改变[2]。

1 Claudin蛋白概况

1998年，Furuse等人在对鸡肝脏TJ完整的跨膜蛋白的研究中，得到了一种分子量为22 kDa的蛋白质，并命名为claudin；1999年，Swisshen首先克隆出人类claudin-1基因。迄今为止，在人体内发现有24种不同蛋白，其序列的一致性为12.5%～69.7%，分子量大约为20～27 kDa。

1.1Claudin的结构与功能 Claudin家族成员每一种claudin分子均由四个跨膜结构域组成，NH2-和COOH-端均位于细胞内部，细胞膜外具有两个长度不等的环，可以和邻近其他细胞的同种类型的环相接触，如此构成细胞间TJ，维持其特有的栅栏功能和屏障功能，保持内环境的稳定[3]。当机体的各种内外因素引起claudin蛋白结构改变时，TJ将遭到破坏，组织细胞通透性提高，屏障功能受到影响，进一步引起多种疾病的发生[4]。

1.2Claudin的分布与调节 Claudin主要表达或分布于上皮细胞相邻面的胞膜上，构成细胞间的紧密连接；还可沿基底细胞质膜和上皮细胞形成侧面分布。研究发现，在不同的组织器官中Claudin蛋白表达分布具有一定的特异性[5]，如claudin-3的mRNA在肺脏和肝脏中大量表达，而在肾脏和睾丸中表达较少。claudins蛋白家族成员也可在多个组织中同时表达，如肾脏中同时表达claudin-4、8，肝脏中同时表达claudin-1、2、3，而claudin-2、5分别在肾脏和肺脏中高表达。

TJ分子结构完整性的维持受到多种因素的调节，许多胞质信号分子聚集在TJ复合物上并参与信号级联反应以调控TJ的形成和分解[6-8]。Claudin蛋白主要通过蛋白激酶A(PKA)或蛋白激酶C(PKC)磷酸化以丝氨酸、苏氨酸等为主的氨基酸而调节细胞连接处的渗透性[9]。Claudin磷酸化后，影响TJ的形成，使其对某些物质的渗透性增加，降低屏障功能，导致肿瘤细胞生长，营养因子和其他生长因子扩散[10]。

2 Claudin在肿瘤中的表达

癌组织形成的主要特征是TJ的破坏、粘附性消失、细胞获得侵袭性和正常分化的缺失。Claudin的异常表达将破坏上皮渗透屏障，使细胞极性丧失，造成细胞间黏附力下降，导致多种肿瘤的发生、发展。

2.1乳腺癌 在多种乳腺癌细胞系和原发性乳腺癌中claudin-1和claudin-7 在mRNA和蛋白质水平均显著降低。有研究发现[11]，claudin-1表达下调能导致乳腺上皮细胞的恶性转化；反之，claudin-1本身的再表达可引起人类乳腺癌细胞系中的细胞凋亡。Morohashi等[12]证实，与原发性乳腺癌相比，复发性乳腺癌中claudin-1表达明显下降，下降的程度与淋巴结转移的多少相关。在侵袭性导管癌中，claudin-7表达均显著低于正常乳腺上皮，且在高级别浸润性导管癌中表达缺失，并常常伴有淋巴结转移的发生[13]，故claudin-7可能在肿瘤转移过程中起到重要的作用。Kominsky等[14]通过基因表达分析显示与正常乳腺上皮细胞相比，乳腺癌组织中claudin-3和claudin-4在mRNA和蛋白水平均过表达。另外，claudin-3和claudin-4 是产气荚膜杆菌外毒素(fragment of Clostridium perfringensenterotoxin，CPE) 的受体，claudin-3和claudin-4与其受体结合后，通过胞膜穿透作用能够使细胞溶解坏死。在claudin-3和claudin-4高表达的癌组织中，CPE有望成为治疗乳腺癌的一种创新性的方法。

2.2女性生殖系统肿瘤 目前大量研究表明，多种上皮性恶性肿瘤中都存在claudin高表达状态，其机制可能与紧密连接结构和功能破坏有关。Agarwal等[15]研究发现claudin-3、4在卵巢癌细胞中的高表达可显著增加癌细胞的侵袭力和生存力，这种作用可能与基质金属蛋白酶-2 (MMP-2) 的活性增强有关。从而推测claudin-3、claudin-4高表达可能在卵巢组织癌变过程中起到促进作用。同时，有研究表明[16]，claudin-3、4在正常增生期子宫内膜进展至子宫内膜癌过程中的表达呈递增趋势，并且与肌层浸润有关，说明claudin-3、4的高表达可能会促进子宫内膜癌的发生和发展。

Seo等[17]通过动物实验发现claudin-1、5、10在正常和/或卵巢癌组织中均有表达，应用实时定量PCR分析表明claudin-1、5 mRNA在卵巢癌和正常卵巢中的表达无明显差别，而claudin-10 mRNA在卵巢癌中的表达显著高于在正常卵巢中的表达。由此说明claudin-10也有可能成为卵巢癌的标志物。

claudin蛋白在正常的子宫颈鳞状上皮的各层细胞中的表达存在不均一性，即claudin-2存在于基底层细胞，claudin-1、4、7存在于颗粒层和棘层细胞；宫颈上皮内瘤变Ⅱ至Ⅲ级时，在整个上皮层中claudin-1、2、4、7高表达；并且显著高于在原位癌或浸润性癌组织中的表达[18]。而晚期claudin低表达也可能影响癌组织的浸润和转移。

2.3消化系统肿瘤 近年来，学者研究发现claudin家族蛋白与消化系统肿瘤的关系尤为紧密，在食道癌中，无论是患者的组织还是细胞系都发现转录因子Twist1 和claudin-4 的表达呈负相关，这说明Twist1 下调了claudin-4 的表达，而低表达的claudin-4 与食道癌的低分化密切相关[19]。Claudin-2 在大肠癌中表达与Dukes 分期和分化程度有关[20]。Yoon等[21]研究发现Claudin-1 过表达可增强基质金属蛋白酶2(MMP2)的表达和活性，这是人肝细胞癌肿瘤细胞获得侵袭能力的关键因素。Jakab 等[22]在对犬低分化结直肠癌的研究中发现，Claudin-1、Claudin-4 蛋白表达于癌上皮及隐窝，呈强阳性，与肿瘤低分化浸润、分子表达可引起瘤细胞黏附分离、细胞浸润、促进转移相关。同时，Nemeth等[23]证实Claudin-1在甲状腺癌中的表达升高。

在胃腺癌研究中发现，claudin-1在低分化腺癌中的表达低于高、中分化腺癌中的表达，而在已侵及固有肌层和腹壁或淋巴转移的腺癌中表达明显高于仅侵及黏膜和黏膜下层，而无淋巴转移的腺癌[24]。此外，在胃癌中claudin-1、3、4的表达较正常组织增高，claudin-1通过增加RUNX3 的转录而抑制胃肿瘤的发生[25]。

2.4其他恶性肿瘤 Claudin蛋白除了在乳腺癌、女性生殖系统肿瘤及消化系统肿瘤中异常表达外，在前列腺癌、肾癌、膀胱癌中的表达也是下调的，而在淋巴瘤中，claudin-1、5、7均不表达。研究显示[26]，80%以上的膀胱上皮癌表达claudin-1、3、4、7，并且与肿瘤的分级相关。在肺鳞状细胞癌claudin-1呈阳性表达，而claudin-5的表达呈阴性，肺腺癌中Claudin-5的表达呈阳性，claudin-1表达阴性，并证实claudin-1对肺腺癌的转移具有抑制作用，其表达减少促进了肿瘤的转移[27]。最近一些研究发现，吸烟可改变Claudin 蛋白mRNA 的合成从而导致紧密连接通透性的变化，最终可导致肺癌的发生[28]。

3 Claudin在肿瘤方面的应用

3.1肿瘤的鉴别及诊断方面 不同肿瘤组织中claudin表达不同，因此推测claudin可以作为许多肿瘤的分子标记物，有望用于肿瘤的早期诊断及鉴别。如claudin-3和claudin-4在乳腺癌、卵巢癌、大肠癌、肠型胃癌等癌组织中表达较高，可用与早期诊断，而这两种分子较少在弥漫型胃癌中表达的特点则有利于弥漫型胃癌的早期鉴别[29]。claudin-5由于只在血管肉瘤及良性脉管肿瘤中表达，所以也可作为这两种癌症的标记物。另外，Tan等[30]利用具有明显不同的生长方式和侵袭转移能力的胰腺癌细胞PC-1.0和PC-1细胞进行cDNA微阵列分析，结果表明claudin-23是一种与胰腺癌侵袭转移密切相关的因子之一；从而认为claudin-23可作为判断胰腺癌转移的标记物。Rendon-Huerta 等[31]发现claudin-7 主要在弥漫型胃癌中表达，claudin-9 主要在肠型胃癌中表达。Claudin-5 主要在血管内皮细胞中有高表达，因此可在血管肉瘤及良性脉管肿瘤中用作肿瘤表达分子标记，还可以作为抗血管生成治疗的新靶点。因此，在区分claudin蛋白在不同的癌症中的表达情况，对于肿瘤的诊断和鉴别方面具有重要意义。

3.2肿瘤的治疗及预后方面 在肿瘤治疗等临床应用方面，claudin蛋白家族也具有广泛的前景。claudin-3、claudin-4是产气荚膜梭菌(CPE)的受体，CPE与这两种受体特异性结合后，可通过细胞膜，诱导细胞发生溶解坏死。如在前列腺癌细胞系中claudin-4 围绕整个细胞膜分布，但在正常前列腺细胞系中claudin-4 却只分布在紧密连接处，使用CPE 破坏了前列腺癌细胞，但正常前列腺细胞却不会受到损害[32]。Saeki等[33]尝试用CPE治疗一种claudin-4高表达的肿瘤，结果发现经CPE治疗后，瘤细胞发生特异性广泛性的坏死，且呈剂量依赖性。另外，由于claudin蛋白都是跨膜蛋白，针对其存在的两个特异的胞外环设计cluadin抗体，应用这一抗体来识别claudins分子的胞外环，从而发挥降低claudin的表达，继而达到治疗肿瘤的目的，如人类免疫球蛋白G1(IgG1)抗体已开始用于乳腺癌、鸡单克隆抗体用于claudin-1、3、4高表达肿瘤的治疗研究等。

此外，Claudins对判断肿瘤预后亦具有参考价值，在多种上皮性恶性肿瘤中claudin表达程度与瘤细胞分化程度和侵袭力有关。如在口腔鳞癌中Claudin-7的表达减少与临床级别和术后复发相关，这种差异性可作为判断口腔鳞癌预后的一个重要指标[34]。Matsuda 等[35]在胃型大肠癌的免疫组化分析时指出，Claudin-18 与结肠癌患者低生存率相关，并与胃型肠癌有关。Song 等[36]分析claudin-4 在食管鳞癌中的表达，发现其表达下调与肿瘤分化程度、浸润深度、淋巴转移有关，可作为提示食管鳞癌预后的重要生物指标。Kim等试验发现，与正常卵巢组织相比，卵巢上皮肿瘤组织中claudin-7 表达明显上调，并且原发肿瘤中高表达claudin-7 则提示患者生存几率较小和对以铂为基础的化疗敏感性较小[37]；表明claudin-7 在卵巢上皮肿瘤的发生发展中发挥了重要作用，并可做为卵巢上皮肿瘤预后的独立评价因素。

4 展望

肿瘤的发生是多因素多步骤的过程，综上可知，claudin蛋白家族与肿瘤关系密切，其异常表达可引起上皮细胞、内皮细胞等细胞结构破坏、功能受损，细胞膜紧密连接受损，从而导致癌细胞的凝聚力降低、分化变差及侵袭性增加。因此，claudin蛋白已成为当前肿瘤发病机制、诊断和治疗研究中的热点。然而，claudin蛋白家族中不同成员的结构、功能的特异性及其与细胞内、外其他物质之间的相互作用关系、调节机制等尚未完全明了，claudin在肿瘤的发生发展过程中所起的具体作用仍存在分歧，确切的发病机制也有待进一步研究。

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163000 大庆油田总院肛肠科(张学辉 沈永杰),呼吸科(马权 刘长波),普外科(于洪亮)

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