Cystatin C与恶性肿瘤的关系

何琳莉，文 彬

(川北医学院病理教研室，四川 南充 637000)

半胱氨酸蛋白酶抑制剂最早是由Anastasi等[1]在鸡蛋清中分离得到的一种小分子蛋白质，因其对半胱氨酸蛋白酶有抑制作用[2]而得名，依据其分子结构主要分为三大超家族：Ⅰ型stefis，也称胞内Cystatin，大多分布于细胞内，主要包括stefin A和stefin B等。Ⅱ型Cystatins，属于分泌型蛋白，广泛分布于生物体液中，由大约120个氨基酸组成，主要包括Cystatin C、D、E、F、S、M等。Ⅲ型激肽原家族，其大部分为血浆中的激肽原。其家族成员中都至少具有一个包含一个疏水的楔形结构的Cystatin结构域，此结构被认为是半胱氨酸蛋白酶抑制剂与半胱氨酸蛋白酶活性部位结合及发挥其抑制作用的基础[3]。

1 Cystatin C的结构与分布

半胱氨酸蛋白酶抑剂家族第二超家族成员的Cystatins C 是一种包含120个氨基酸的非糖化、低分子量的碱性蛋白质。由位于22号染色体短臂1区1带的管家基因CST3基因编码。因此，人体几乎所有组织的有核细胞都可以持续而恒定的产生Cystatin C，包括肾、肝、胰、肠、胃、肺和胎盘。Cystatin C主要分布于细胞外液，如血液、唾液、脑脊液、精液和尿液等[4]。其在血浆中的浓度约1.16 μg/mL，羊水中的浓度与其相近[5]。在脑脊液中浓度最高，约为血液中的5.5 倍，在精液中浓度也较高，约为5.1 μg/mL，乳汁中含量也较丰富，在尿液中的浓度最低。Cystatin C分泌及排泄不受体表面积、肌肉量、饮食、年龄、性别、炎症和肿瘤等因素影响。

2 Cystatin C与恶性肿瘤的关系

浸润及转移是恶性肿瘤的特征性表现，肿瘤细胞能产生多种水解酶(如半胱氨酸蛋白酶，无花果蛋白酶等)降解细胞外基质，破坏宿主黏膜屏障，促使肿瘤细胞穿透基底膜向深层组织浸润及远处转移[6-9]。许多研究报道，半胱氨酸蛋白酶B(Cathepsin B)在多种肿瘤组织及肿瘤患者血清中表达增高[10-12]，将Cathepsin B cDNA 转录到肿瘤细胞中，可使肿瘤细胞转移能力增强，而敲除肿瘤细胞中的CathepsinB基因或者干扰Cathepsin B RNA转录可降低肿瘤侵袭能力[13-15]。Cystatin C被认为是半胱氨酸蛋白酶Cathepsin B 最主要的抑制剂，同时对Cathepsin K、L、H等也有抑制作用，它通过与半胱氨酸蛋白酶结合，形成酶—抑制剂复合物，从而阻止半胱氨酸蛋白酶对间质组织及基底膜的破坏作用，抑制肿瘤细胞的侵袭能力[16-18]。

2.1 异常表达的Cystatin C促进恶性肿瘤的发展

目前，在多种恶性肿瘤中检测到Cystatins C低表达。Wegiel等[19]收集了448例前列腺组织标本(包含前列腺癌组织与良性前列腺组织)，通过免疫组织化学方法检测其中Cystatin C，结果显示，前列腺癌标本中Cystatin C的表达明显低于良性前列腺组织，并且Cystatin C低表达的癌组织中，MMP2的表达升高，两者呈显著的负相关性。此外，研究者还发现，将已敲除Cystatin C基因的siRNA转染前列腺癌细胞系PC3之后，PC3细胞侵袭性显著增加，推测Cystatin C可能对维持细胞正常行为有重要作用。Strojan等[ 20]研究了Cystatin C 在头颈部鳞癌中的表达情况，结果显示Cystatin C在癌组织中的平均水平要比癌旁组织中低，同时还发现Cystatin C的表达量与组织来源有关，喉部肿瘤及其对应的癌旁组织中Cystatin C平均水平，均要高于非喉部肿瘤及其对应的癌旁组织，且随肿瘤淋巴结转移程度增加，Cystatin C水平也越低。Kolwijck等[21]检测了肺癌以及结、直肠癌患者血清中Cathepsin B-Cystatin C复合体后发现，Cathepsin B-Cystatin C复合体在肺癌患者体内水平要显著低于健康人和非癌症的肺部疾病患者。在结、直肠癌患者血清中，肿瘤临床分期(Dukes分期)越晚，Cathepsin B-Cystatin C复合体水平也越低。由此可见，随着肿瘤的进展，Cystatin C表达可能减少，而Cathepsin B表达增多，两者表达的失衡在肿瘤的发生发展中起了重要作用。这些研究结果都表明Cystatin C的低表达参与了恶性肿瘤的进展。然而，Zeng等[22]采用免疫组化方法检测食管癌组织中Cystatin C表达情况，结果发现在食管癌组织中Cystatin C呈阳性反应，且Cystatin C在食管癌组织中的平均水平明显高于癌旁正常组织。王蕾等[23]对胃肠道肿瘤组织中Cystatin C含量进行定量检测也获得相似研究结果，胃肠道肿瘤中Cystatin C表达明显高于良性组织，且Cystatin C表达增高与肿瘤的恶性程度相关。恶性肿瘤组织出现的Cystatin C表达升高，可能是由于机体反馈调节机制的作用，随着肿瘤的恶性进展，肿瘤组织中半胱氨酸蛋白酶B表达增加，活性增强，会反馈性地引起Cystatin C表达的增多，而增加的Cystatin C抑制了半胱氨酸蛋白酶B的活性，以降低肿瘤细胞的浸润能力。

2.2 Cystatin C在恶性肿瘤治疗中的作用

Kopitz等[24]建立纤维肉瘤的肺转移模型，将Cystatin C通过腺病毒转导小鼠肝、肺中，使其过度表达，再注入人纤维肉瘤细胞，形成实验性肝、肺转移，在Cystatin C过度表达组，肺转移可显著减少。转化生长因子β(TGF-β)是一种多功能的细胞因子，具有调控几乎所有细胞分化，迁移，增殖、及凋亡的能力[25-26]。Tian等[27]通过构建Cystatin C 的真核表达载体，转染乳腺癌细胞4T1，以研究Cystatin C对TGF-β致癌作用的影响，结果发现，Cystatin C能有效抑制TGF-β信号传导，减少其对新生血管生成及细胞增殖的刺激作用，从而使癌细胞4T1生长受限。在体外实验研究中也发现，人脑胶质母细胞瘤细胞株经转染cystatin C cDNA之后，其肿瘤细胞侵袭能力均有不同程度降低。这些研究结果表明，Cystatin C在恶性肿瘤基因治疗中有一定的应用前景。另一些研究则表明，Cystatin C可作为肿瘤化疗后疗效观察及肾功能监测的指标。Poteryaeva等[28]检测了淋巴肉瘤小鼠血浆及肿瘤组织的Cystatin C 水平，发现其均有小程度降低，经环磷酰胺化疗后，肿瘤体积缩小，同时随小鼠生存期延长，Cystatin C的表达有所升高，表明肿瘤组织和血浆中的Cystatin C 测定有助于预测肿瘤的生长速度和抗肿瘤治疗的效果评估。Bölke等[29]检测52例头颈部肿瘤患者的Cystatin C和肌酐血清水平，已知其中17例患者肾功能不全。结果显示，在进行铂类药物化疗过程中，Cystatin C能比血肌酐更灵敏的反应肾小球率过滤的损害，是比肌酐更好的肿瘤患者及化疗过程中肾功判断的指标。

2.3 Cystatin C与恶性肿瘤预后的关系

Barbara等[19]研究了Cystatin C表达在前列腺癌中的临床病理意义，结果发现在CystatinC低表达的前列腺癌组织中，MMP2水平更高，患者总体生存期更短。Nakabavashi等[30]对Cystatin C在神经胶质母细胞瘤中的预后意义进行了研究，他们通过免疫组化法检测了57例患者的肿瘤组织中Cystatin C表达水平，结果发现Cystatin C表达水平低的神经胶质母细胞瘤病理分级高，肿瘤更易复发，患者无病生存期更短。在动物试验中也发现[31]，注射了B16F10黑色素瘤细胞的小鼠，如果Cystatin C表达过量，则其中位生存期能增加10%。然而，也有不少研究者认为高表达的Cystatin C与恶性肿瘤患者的不良预后有关。Evangelos等[32]对Cystatin C在多发性骨髓瘤中的预后意义进行了研究，他们通过乳胶颗粒增强散射免疫比浊法检测了157例多发性骨髓瘤初诊患者，28例骨髓瘤复发并通过硼替佐米治疗的患者以及52名健康人群的Cystatin C血清水平，经过多元统计分析发现Cystatin C与乳酸脱氢酶是患者预后与生存时间的独立影响因素，血清中两者水平都升高的患者预后最差，两者中一项升高者患者预后一般，两者都降低的患者预后较好。另外，研究者还发现骨髓瘤复发患者的血清Cystatin C水平高于初诊患者，Cystatin C可作为多发性骨髓瘤复发的潜在标志。Chen等[33]在其研究中指出，Cystatin C 与Cathepsin B血清水平均高组的患者生存率远低于只有其中一项升高的患者及两者血清水平都降低的患者。而在另一项关于肺癌的研究中发现[34]，Cystatin C和Cathepsin K浓度的测定与肺癌患者的生存时间的并无明显相关性，因此，Cystatin C尚不能独立作为提示肿瘤患者预后的因素。

3 结语

综上所述，Cystatin C作为半胱氨酸蛋白酶的内源性抑制物，具有重要的调节与保护功能。半胱氨酸蛋白酶与蛋白酶抑制剂之间的表达失衡是导致恶性肿瘤向外浸润和转移的重要因素。但是，Cystatin C作为一种肿瘤标志物，它在不同类别的肿瘤或者同种类别的肿瘤在不同病理分期的表达情况各不相同，对于预后的提示作用也因具体类别而定。要明确其作用机制以及如何提高其作为肿瘤基因治疗靶点的抗肿瘤疗效尚有待于进一步深入研究。

【参考文献】

[1] Anastasi A，Brown MA，Kembhavi AA，et al．Cystatin，a protein inhibitor of cysteine proteinases：improved purification from egg White，characterization，and detection in chicken serum[J].Bio Chem J，1983，211(1)：129-138

[2] Turk V，Bode W．The cystatins：protein inhibitors of cysteine proteinases[J].FEBS Lett，1991，285(2)：213-219

[3] Staniforth RA，Giannini S，Higgins LD，et al．Three-dimensional domain swapping in the folded and molten-globule states of cystatins，an amyloid-forming structural superfamily[J]．EMBO J，2001，20(17)：4774-4781

[4] 侯振江．胱抑索C及其在肾脏疾病中的应用价值[J]．中国微循环，2008，12(2)：126-128

[5] Ishiguro H，Ohkubo I，Mizokami M，et al．The use of monoclonal antibodies to define levels of cystain C in normal human serum[J].Hyridoma，1989，8(3):303-313

[6] Dickinson DP.Cysteine peptidases of mammals：their biological roles and potential effects in the oral cavity and other tissues in health and disease[J]．Crit Rev Oral Biol Med，2002，13(3)：238-275

[7] Gocheva V，Zeng W，Ke D，et al．Distinct roles for cysteine cathepsin genes in multistage tumorigenesis[J]．Genes Dev，2006，20(5)：543-556

[8] Hansen T，Unger RE，Gaumann A，et al．Expression of matrix-degrading cysteine proteinase cathepsin K in cholesteatoma[J]．Mod Pathol，2001，14(12)：1226-1231

[9] Nomura T，Katunuma N．Involvement of cathepsins in the invasion，metastasis and proliferation of cancer cells[J]．J Med Invest，2005，52(1-2)：1-9

[10] Dohchin A，Suzuki JI，Seki H，et al．Immunostained cathepsins B and L correlate with depth of invasion and different metastatic pathways in early stage gastric carcinoma[J]．Cancer，2000，89(3):482-487

[11] Frohlich E，Schlagenhauff B，Mohrle M，et al.Activity，expression，and transcription rate of the cathepsins B，D，H，and L in cutaneous malignant melanoma[J]．Cancer，2001，91(5)：972-982

[12] Hansen T，Petrow PK，Gaumann A，et al．Expression of cysteine proteinases cathepsins B and K and of cysteine proteinase inhibitor cystatin C in giant cell tumor of tendon sheath[J]．Mod Pathol，2001，14(4):318-324

[13] Yanamandra N，Gumidyala KV，Waldron KG，et al．Blockade of cathepsin B expression in human glioblastoma cells is associated with suppression of angiogenesis[J]．Oncogene，2004，23(12)：2224-2230

[14] Lakka SS，Gondi CS，Yanamandra N，et al．Inhibition of cathepsin B and MMP-9 gene expression in glioblastoma cell line via RNA interference reduces tumor cell invasion，tumor growth and angiogenesis[J]．Oncogene，2004，23(27)：4681-4689

[15] Gondi CS，Lakka SS，Dinh DH，et al．RNAi-mediated inhibition of cathepsin B and uPAR leads to decreased cell invasion，angiogenesis and tumor growth in gliomas[J]．Oncogene，2004，23(52)：8486-8496

[16] Mussap M，Plebani M．Biochemistry and clinical role 0f human cystatin C[J]．Crit Rev Clin Lab Sci，2004，41(5-6)：467-550

[17] Keppler D．Towards novel anti-cancer strategies based on cystatin function[J]．Cancer Lett，2006，235(2)：159-176

[18] Huh CG，Håkansson K，Nathanson CM，et al．Decreased metastatic spread in mice homozygous for a null allele of the cystatin C protease inhibitor gene[J]．Mol Pathol，1999，52(6)：332-340

[19] Wegiel B，Jiborn T，Abrahamson M，et al．Cystatin C is down regulated in prostate cancer and modulates invasion of prostate cancer cells via MAPK/Erk and androgen receptor pathways[J]．PLoS One，2009，4(11)：e7953

[20] Strojan P，Oblak I，Svetic B，et al．Cysteine proteinase inhibitor cystatin C in squamous cell carcinoma of the head and neck：relation to prognosis[J]．British Journal of Cancer，2004，90(10):1961-1968

[21] Kolwijck E，Kos J，Obermajer N，et al．The balance between extracellular cathepsins and cystatin C is of importance for ovarian cancer[J].European Journal of Clinical Investigation，2010，40(7):591-599

[22] Zeng Q，Zhao Y，Yang Y，et al．Expression of cystatin C in human esophageal cancer[J]．Tumori， 2011，97(2):203-210

[23] 王 蕾，陈凌燕，刘 华，等．半胱氨酸蛋白酶抑制剂C在胃肠道肿瘤组织中表达的研究[J]．中华检验医学杂志，2006，29(12)：1133-1136

[24] Kopitz C，Anton M，Gansbacher B，et a1．Reduction of experimental human fibrosarcoma lung metastasis in mice by adenovirus-mediated cystatin C overexpression in the host[J]．Cancer Res，2005，65(19)：8608-8612

[25] Chiechi A，Waning DL，Stayrook KR，et al．Role of TGF-β in breast cancer bone metastases[J]．Adv Biosci Biotechnol，2013，4(10C):229-239

[26] Buck MB，Knabbe C．TGF-Beta signaling in breast cancer[J]．Ann N Y Acad Sci，2006，1089:119-126

[27] Tian M，Schiemann WP．Preclinical efficacy of cystatin C to target the oncogenic activity of transforming growth factor Beta in breast cancer[J]．Transl Oncol，2009，2(3):174-183

[28] Poteryaeva ON，Falameeva OV，Zhanaeva SY，et al．Role of cystatin C and cysteine proteinases in the development of mouse LS lymphosarcoma[J]．Bull Exp Biol Med，2001，132(1):675-677

[29] Bölke E，Schieren G，Gripp S，et al．Cystatin C—a fast and reliable biomarker for glomerular filtration rate in head and neck cancer patients[J]．strahlenther onkol，2011，187(3):191-201

[30] Nakabavashi H，Hara M，Shimuzu K．Clinicopathologic significance of cystatin C expression in gliomas[J]．Hum Pathol，2005，36(9)：108-115

[31] Ervin H，Cox JL．Late stage inhibitor of hematogenous melanoma metastasis by cystatin C over-expression[J]．Cancer Cell Int，2005，5(1)：14

[32] Evangelos T，Eirini K，Evangelos T，et al．Cystatin C is an independent prognostic factor for survival in multiple myeloma and is reduced by bortezomib administration[J]．Haematologica，2009，94(3)：372-379

[33] Chen Q，Fei J，Wu L，et al．Detection of cathepsin B，cathepsin L，cystatin C，urokinase plasminogen activator and urokinase plasminogen activator receptor in the sera of lung cancer patients[J]．Oncol Let，2011，2(4)：693-699

[34] Naumnik W，Niklińska W，Ossolińska M，et al．Serum cathepsin K and cystatin C concentration in patients with advanced non-small-cell lung cancer during chemotherapy[J]．Folia Histochem Cytobiol，2009，47(2):207-213