上皮间质转化的分子机制研究进展

冯和林 郑丽华综述 单保恩审校

上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮细胞转化为间质细胞，形成结缔组织或者形成新的上皮组织，这些细胞不会再表达上皮细胞的特性，而是具有间质细胞的形态学和转移的特性，这些特性诱使细胞转移和侵袭。EMT早在上世纪80年代在胚胎发育时发现，目前证明与癌细胞的转移、侵袭存在密切关系［1］。

1 上皮细胞与间质细胞

上皮组织和间质在每个器官中都存在，他们都有各自的特性。两者最根本的区别是:间质细胞有活动性，而上皮细胞没有。在胚胎发育过程中上皮细胞可以转化为间质细胞，间质细胞也可以转化为上皮细胞，这些在胚胎发育中都是很常见的现象。出生后上皮细胞一般不会转化为间质细胞，但是在病理状态下可以发生转化。

上皮细胞是立方形或者是柱形的，有极性，连接紧密，不能运动，排列成线形并覆盖于身体表面。而间质组织没有极性，连接疏松，在间质的间隙中迁移活动。在结缔组织中的成纤维细胞可以认为是间质细胞的前体。由于上皮细胞和间质细胞之间的不同，因此在不同环境中细胞功能发生改变时，分化的调节因子起到重要作用。实际上，在胚胎发育和形成时期两者的相互转化是很普遍且非常重要的，然而出生后两者的转化是病理性的。最近的研究表明上皮向间质细胞转化与癌的转移、侵袭具有密切联系。

上皮细胞转化为间质细胞包括一系列的形态改变:失去细胞间的连接物质，细胞形状延长，失去基本的细胞膜结构，最后进入细胞间质。总之，上皮组织丢失桥粒蛋白，层黏连结合金属物α6-β1和α6-β4，和E-钙黏蛋白，同时增加间质细胞表达的物质如α5-β1。病理结果显示虽然上皮细胞可以获得间质细胞的特性，但是转化后仍然保留一些上皮细胞的特性。肿瘤细胞侵袭、转移的过程是细胞黏着受体、胞外基质、生长因子和基质降解蛋白酶及其抑制物之间的复杂的相互作用。上皮肿瘤的侵袭需要丢失细胞间的黏着物质、降解细胞膜的基础连接以使上皮细胞从上皮组织中分离，最后肿瘤细胞可以在间质中运动。

EMT使上皮细胞失去细胞与细胞之间的联系和自身的极性，从而使细胞结构发生改变，使细胞变为长型，使不能移动的上皮细胞转化为可以移动的细胞。EMT使上皮细胞向间质细胞的形态学改变，加强转移的能力，产生凋亡抵抗［2］。

EMT发生过程中许多因子都起到非常重要的作用，我们将对最新EMT研究进展做一简要综述，这些因子对肿瘤的转移、侵袭起到重要作用。

2 影响EMT的因子

2.1 细胞间连接物质

细胞间连接紧密，以致于水或者溶质不能进入细胞间隙。最近研究表明紧密连接也参与信号传导，调节上皮细胞增殖、基因表达、分化及形态学改变。连接物质不仅是整合膜蛋白claudins，occludin和JAMs，而且有许多外周的膜蛋白质包括ZO-1，ZO-2，ZO-3，MUPP1，MAGI-1，MAGI-2，MAGI-3，细胞极性分子ASIP/PAR-3，PAR-6，PALS-1 及 ZONAB，GEF-H1， aPKC，PP2A，Rab3b，Rab13，PTEN和 7H6等。另外，Tricellulin目前被认为是上皮细胞之间连接的首要物质。Tricellulin的缺失影响细胞连接的形成以及影响正常上皮细胞的屏障功能［3］。JNK也可以调节细胞间连接，包括影响tricellulin的表达和正常上皮细胞的屏障功能。

2.1.1 E-钙黏蛋白与N-钙黏蛋白 E-钙黏蛋白是上皮细胞间的连接结构，N-钙黏蛋白是间质细胞间的连接结构。E-钙黏蛋白比N-钙黏蛋白有更强的细胞间连接力。而且，E-钙黏蛋白之间相互作用力可以预测具有N-钙黏蛋白表达的细胞是否可以通过N-钙黏蛋白连接的细胞间隙进行移动。E-钙黏蛋白的连接力是N-钙黏蛋白连接力的4倍。在E-钙黏蛋白与N-钙黏蛋白之间不存在连接力。当细胞间有E-钙黏蛋白连接时可以有效地调节细胞的生长，当转化为N-钙黏蛋白时，细胞生长失去控制，从而产生与纤维细胞或者内皮细胞作用的能力。另外，N-钙黏蛋白可以促进细胞增殖与存活［4］。有研究报道E-钙黏蛋白在乳腺癌中呈表达下调而N-钙黏蛋白表达上调［5］。

2.1.2 EGFR 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)通过下调E-钙黏蛋白，导致细胞间连接松解，不仅能够加强细胞的转移，而且能够增加EGFR的有丝分裂，这个过程是由于E-钙黏蛋白同类分子间结合能够抑制EGFR介导的生长信号传导［6］。另外EGFR能够增加Snail的水平。

2.1.3 Snail 转录因子Snail在肿瘤发生和进展过程中起到重要作用。它可以通过调节细胞间的连接物质如E-钙黏蛋白、claudins和occludin来降低细胞间的连接力。研究表明Snail下调claudin-1蛋白及mRNA水平，条带移位分析表明Snail结合到E-钙黏蛋白和claudins的启动子上。最新研究表明Snail可以通过tricellulin诱导EMT。

2.1.4 TWIST TWIST是最基本的转录因子，是EMT的强力诱导物质，是癌症患者降低生存率的主要因素，在乳腺癌、前列腺癌、肝癌、非小细胞肺癌中均表达增加［7］。研究表明TWIST2能通过下调E-钙黏蛋白促进上皮间质转化［8］。

2.2 PDPN

Podoplanin(PDPN)是膜黏蛋白类1糖蛋白，在多种细胞如上皮细胞中表达［9］。它在多种肿瘤中表达增加，可以促进肿瘤的移动、侵袭及转移［10］。

2.3 Akt1

致癌基因Akt1在通过P13K调节的生理反应中起重要作用，如增殖、存活、移动、分化和转移。Akt1是丝氨酸-苏氨酸激酶，在P13K的传导中激活。大量研究表明Akt1抑制TGF-β是通过与Smad3的直接作用，而Smad3能够特异的结合SIP1［11］，另外Akt1能够激活PI3K/Akt和STAT3通路，从而调节IL-6，IL-6能够抑制TGF-β的表达。研究表明Akt1在正常上皮细胞中抑制TGF-β表达，而在EMT中，Akt1表达受到抑制［12］。

2.4 ILK

ILK是1个细胞与基质相互作用的细胞内多功能效应器，调节许多信号传导，如生长、繁殖、存活、分化、移动、侵袭及血管生成［13］。ILK的表达增加能够促进侵袭和细胞转移［14］。ILK的过度表达能够下调E-钙黏蛋白和核内的β-连环蛋白及NF-κB，从而激活间质基因的表达［15］。ILK过度表达增加转移是通过增加3GSKβ和AP-1介导的MMP-9。ILK的基因失表达会损坏肿瘤细胞的转移，降低MMP-9和MMP-2的活性。另外ILK也能增加N-钙黏蛋白的表达，从而进一步增加MMP的活性和肿瘤转移。研究认为ILK可能通过β1调节N-钙黏蛋白的表达。这些说明ILK信号通路在细胞转移方面起到重要作用，也对N-钙黏蛋白起到诱导作用。

2.5 TGF-β1

转化生长因子β1(TGF-β1)属于结构调节蛋白超家族。它可以调节细胞的增殖、分化、细胞移动、炎症反应、免疫反应以及在胚胎发育过程中起到作用。TGF-β1可以通过2个因子促进EMT:①在TGF-β1激活EMT过程中整合素αν的转换是肌动蛋白重组所必需的;②肌动蛋白重组首先发生和FN矩阵独立形成，这2个过程在暴露TGF-β1后是不可逆的。

2.6 HSP70

热休克蛋白(HSPs)是一类保守的蛋白，当细胞受到生理或者环境应激时表达增加。HSP70能使合成的蛋白折叠，并能使折叠错误的蛋白重新折叠。它在肿瘤细胞中过度表达，能够使肿瘤生成并增加肿瘤的耐受力［16］。HSP70是肿瘤分子伴侣，如p53和囊性纤维化跨膜转导调节因子(CFTR)，他们可以促进细胞增殖、分化。正常的TGF-β可以保持细胞的稳态，抑制肿瘤的发生。TGF-β途径的抑制会诱导肿瘤细胞的生成和入侵。诱发HSP70在细胞处于病理状态时能有效地结合TGF-β诱导的磷酸化的Smad蛋白，导致Smad抵抗，从而促进肿瘤发生［17］。

2.7 Notch-1

Notch信号传导在许多器官的细胞增殖和凋亡方面起到重要作用［18］。大量的研究表明Notch基因在许多人类的恶性肿瘤中表达异常活跃［19］。当 Notch受体和配位体表达增加时Notch信号途径会受到影响［20］。肿瘤中Notch-1和其配位体Jagged-1表达增加时，总体存活率会下降。研究表明在肿瘤进展过程中Notch-1在促进EMT上起到重要作用［21～24］。Notch-1的过度表达可以通过上调间质细胞标志物ZEB1，ZEB2，Snail2及波斯蛋白，同时下调上皮细胞标志物E-钙黏蛋白来获得EMT表现型。抑制Notch-1信号通路会抑制EMT的表现型。Notch-1可以抑制微RNAs(miRNAs)，如miR-200，这些 miRNAs可以调节细胞的分化、增殖、死亡、代谢和能量稳定［25］以及肿瘤的生成和转移［26～28］。

2.8 RhoE

最近的研究表明HIF-1能够促进EMT。缺氧可以通过HIF-1诱导RhoE。缺氧诱导RhoE上调可以为EMT及肿瘤细胞侵袭提供最好的条件。RhoE可以被不同类型stimuli调节。RhoE诱导EMT依赖p53。这些说明RhoE可以通过2个途径诱导细胞移动和侵袭，它可以是细胞形态改变依赖信号传导也可以是浓度依赖性。我们发现2种金属蛋白酶MMP-9、MMP-2在RhoE表达的细胞中增加［29］。

2.9 P300

P300为转录辅助因子，对细胞的分化、增殖及凋亡起作用。P300通过下调E-钙黏蛋白来促进EMT。P300能够激活低氧诱导因子(HIF)-1。HIF-1能够促进VEGF、Twist及β连环蛋白的表达，通过这个过程介导EMT。也能通过与Smads相互作用来影响Snail的表达。p53作为负调节HIF-1的因子，在蛋白酶体的作用下维持低水平。在细胞应激情况下，p300在p53的激活区将p53乙酰化和磷酸化。在人类的肿瘤中抑制P53的基因丧失，导致p53蛋白大量蓄积，从而增加p300水平。p300的沉默会加强HIF-1降解，并能抑制EMT相关信号的传导［30］。

2.10 AhR

芳香烃受体(AhR)是外源性物质的受体，它的传导途径可以被外源物质诱导的毒性反应激活。最近研究表明AhR促进EMT通过诱导E-钙黏蛋白抑制物、Slug及其金属蛋白酶抑制物(MMPs)。

2.11 Oct4

转化因子Oct4属于POU转录因子家族，它包含同源结构域。同源结构域是高度保守性的，在胚胎发育过程中起到重要作用。Oct4在肿瘤细胞中起到增殖和凋亡的作用。研究表明Oct4下调可以诱导EMT，这个过程是由TGF-β介导的。大量的研究表明Ca2+在调节转移方面起到重要作用。SOCE介导胞外Ca2+内流是通过Oct4的下调引起的［31］。

2.12 Tbx3

Tbx3在肿瘤细胞中表达上调能促进上皮间质转化。目前研究表明Wnt/β-连环蛋白可以影响 Tbx3的转录［32］。Tbx3是基因盒转录因子中的1个，在胚胎发生和多器官形态形成中起到重要作用。Tbx3可以通过Snail途径诱导EMT，Snail通过结合Tbx3的启动子基因片段，抑制E-钙黏蛋白的转录［33］。Tbx3和肿瘤的生长有关，可能是通过结合抑制肿瘤生长的基因如p14ARF和p19ARF。另外，最新研究表明Tbx3通过抑制E-钙黏蛋白来促进肿瘤细胞的侵袭［34］。另外Tbx3抑制细胞凋亡。

总之，细胞之间的连接物质及其信号传导在EMT上起到重要作用。上皮细胞及间质细胞各自的连接物质是其维持自身特性所必需的，而连接物质丢失，细胞特性丧失，是EMT发生的基础条件。细胞间信号的传导对其基因表达起到非常重要的作用，基因表达会导致细胞蛋白、受体的表达紊乱，从而进一步促进EMT。

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