核心蛋白聚糖发挥抑癌作用的分子机制

余 翔 综述 喻春钊 审校

南京医科大学第二附属医院 普外科，江苏南京 210000

核心蛋白聚糖发挥抑癌作用的分子机制

Tumor suppressing molecular mechanism of decorin

余 翔 综述 喻春钊 审校

南京医科大学第二附属医院 普外科，江苏南京 210000

核心蛋白聚糖(decorin，DCN)是由糖胺聚糖链共价连接于核心蛋白所组成的大分子复合物，能够与多种细胞因子结合并发挥抗肿瘤、抑制炎癌转化等生物学功能。它的代谢异常或结构改变与人类肿瘤的发生发展过程密切相关。基于DCN的抗肿瘤活性，重组产品用于人体的免疫原性低，用以抗肿瘤药物的研究具有较好的应用前景。本文结合我们的工作对DCN抑制肿瘤发生发展的分子机制进行综述。

核心蛋白聚糖；抗肿瘤；分子机制

核心蛋白聚糖(decorin，DCN)是糖胺聚糖链共价连接于核心蛋白所组成的大分子复合物，1978年由美国国立卫生研究院骨科研究所Fisher教授首次分离纯化而成[1]，主要由成纤维细胞和肌成纤维细胞合成并分泌，是富含亮氨酸的小分子蛋白多糖家族的成员之一[2]。DCN作为细胞外基质的功能组分，可以通过上调p21基因发挥调节胶原纤维形成和控制细胞增殖的生物学功能[3-4]。DCN在体内可以与Ⅰ，Ⅱ和Ⅳ型胶原结合，通过增强胶原纤维的稳定性和改变其溶解性来促进胶原纤维的形成[5-6]。已有多项研究表明DCN能够抑制肿瘤细胞的生长和增殖，促进肿瘤细胞凋亡，从而发挥抑癌的作用。而它的代谢异常或结构改变与人类肿瘤的发生过程密切相关[6]。Bi等[7]研究报道DCN在人结肠癌中表达显著降低。研究表明在结肠癌[8]，乳腺癌[9]，鳞癌[10]，肺癌[11]等细胞系中通过上调DCN的表达可以抑制肿瘤细胞的生长和增殖。相反，使用腺病毒介导的DCN转染裸鼠或使用重组人核心蛋白聚糖处理可以减少乳腺癌细胞的生长，并抑制其肺部转移[12-13]。DCN基因敲除的小鼠形成肠道肿瘤的风险明显增加[14]。

1 DCN的分子结构和功能

DCN由一个富含12个亮氨酸重复序列的核蛋白和一条含硫酸软骨素/硫酸皮肤素和葡糖胺聚糖的侧链组成，主要由成纤维细胞、血管内皮细胞合成。DCN结构中富含10 ～12个亮氨酸的重复序列，是富含亮氨酸的小分子蛋白多糖家族的成员之一。起初，因其能够与胶原纤维高度亲和以及调节胶原纤维形成而被命名核心蛋白。其相对分子量为92.5 kU，其中核心蛋白的分子量为40 kU。DCN基因定位于12号染色体q21～22，在人类为双拷贝，长度为1 080 bp。

DCN与转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β1，直接拮抗受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinse，RTK)家族中的多个成员，包括表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)、胰岛素样生长因子受体Ⅰ(insulin-like growth factor-Ⅰreceptor，IGF-IR)、肝细胞生长因子受体等[15]。它在细胞外基质中通过阻断促进细胞生存、迁移侵袭、增殖和血管形成的信号通路而发挥抑制肿瘤的功能[16]，某些肿瘤可以使DCN启动序列发生甲基化而沉默DCN的表达，促进肿瘤的发生发展[16-17]。另有研究发现，DCN结合toll样受体而调节炎症反应[18]。通过这篇综述，我们提出，细胞外基质中的DCN能有效地抑制肿瘤的发生、生长并抑制肿瘤血管形成。

2 DCN激活抗肿瘤形成相关信号通路

DCN与相关受体结合并内化分解致RTK抵抗，在结合之后，通过抑制增殖、生存以及血管生成等多条途径来抑制肿瘤。c-Met介导的HGF增强β-连环蛋白的稳定性有两种不同的方式，包括β-连环蛋白的直接磷酸化以及糖原合成酶激酶3β磷酸化抑制，RTK介导不依赖经典的Wnt信号通路增强β-连环蛋白的稳定性的途径。β-连环蛋白的核转运增强进而促进了促存活及促肿瘤形成基因的转录[19]。Myc及HGF/Met作为β-连环蛋白的靶向在下游共同起促增长及增殖作用[20]。而DCN介导的c-Met抵抗产生的β-连环蛋白及c-Myc的抑制也是阻断这一途径而达到抑制肿瘤的作用[21]。在c-Myc家族中，起β-连环蛋白靶向作用的是抑制p21基因转录的AP4[22]，p21基因是一种细胞周期调节蛋白依赖性激酶抑制剂家族成员，而DCN在多种肿瘤细胞中促进p21基因的表达[20]，这也是DCN抗肿瘤的主要作用机制。外源性DCN可以持续抑制β-连环蛋白及c-Myc蛋白，进一步抑制Met介导的包括迁移、增殖、生存以及播散等多种途径。这是通过c-Myc特异位点的磷酸化而释放RTK的GSK3β的抑制起作用[21]。我们知道GSK3β引起Thr58的磷酸化进而通过蛋白酶体引起c-Myc蛋白的分解，这个部位的磷酸化被DCN的蛋白核心诱导，同时发生核转运以及26S蛋白酶体降解[21]。我们推测蛋白磷酸酶2A、丝氨酸-苏氨酸酸酶拮抗GSK3b，从而促进β-连环蛋白和c-Myc蛋白的降解以消除对p21的抑制并诱导其产生停止生长活性。另外，DCN还能够抑制β-连环蛋白的促细胞周期蛋白D1表达作用[21]，现在普遍认为在β-连环蛋白和FoxM1的分叉头结构域之间存在相互作用，并被认为是Wnt3a指向的β-连环蛋白的核转运以及在靶基因启动子上的三元配合体的组装的重要途径[23]。FoxM1超活化最早在各种胃肠道肿瘤中发现[24]，并被认为能够使β-连环蛋白异常活化。DCN敲除小鼠小肠肿瘤形成并伴有-连环蛋白的高表达[14]。以上这些证据证实了DCN在肠道中通过对抗FoxM1/β-连环蛋白的异常活化而降低肿瘤发生的风险。

印迹基因Peg3被认为是连接DCN和基因组印迹肿瘤抑制基因之间的枢纽。在斑马鱼模型中DCN消除了吗啉基诱导产生的生长发育障碍，这充分说明了DCN在调节集中延伸中的重要作用[25]，β-连环蛋白通过平面细胞极性信号通路介导基本发育过程的调节。另外，Peg3下调β-连环蛋白表达，进而抑制Wnt依赖的斑马鱼尾部的生长[26]，这也揭示了DCN与Peg3之间的作用关系。在Peg3的氮末端区域和β-连环蛋白之间的联系是非依赖GSK3β的连环蛋白抵抗的基础[26]。这类似于DCN通过c-Met调节GSK3β和非依赖Wnt的β-连环蛋白的抵抗。在肿瘤进展的背景下，DCN与衰减的β-连环蛋白之间的潜在联系很难实验证实，因为在Peg3 mRNA表达的下调和胶质母细胞瘤进展与分级之间存在稳定的关联[26]。

3 DCN通过调节炎-癌转化抑制肿瘤发生的分子机制

炎症在肿瘤形成过程中扮演重要角色，研究表明，DCN通过调节MCP-1来改变单核细胞的趋化作用[27]、抑制巨噬细胞凋亡[28]、调节过敏原诱发的哮喘[29]。最近关于DCN与炎症-癌转化的相互作用关系已明确：DCN结合巨噬细胞toll样受体2和4，促进程序性细胞死亡4(programmed cell death factor 4，PDCD4)和Oncomir miR-21的表达，提高PDCD4蛋白的产生，进而抑制抗炎细胞因子如白细胞介素-10的产生[18]。作为内源性TGFβ1抑制剂，DCN的能够阻遏TGFβ1介导的信号传导通路而抑制炎症过程和肿瘤的生长[18]。综上所述，DCN通过拮抗TGFβ1、降低PDCD4蛋白转录而抑制肿瘤细胞产生促炎性肿瘤微环境。同时，DCN还通过诱导合成促炎症反应调节剂(如TNFα，IL12b)来抑制瘤形成。并且DCN可结合于TNFα而进一步修饰TNFα的活性。Seidler等[30]也通过DCN基因敲除小鼠模型发现DCN的缺乏伴随着TNFα水平的降低及白细胞黏附分子上调，并促进白细胞黏附于内皮，这证明了DCN能够抑制促炎性肿瘤微环境的形成。

4 DCN调节结缔组织增生反应以及肿瘤基质中的结构形成

在鼠肝纤维化模型中，DCN与TGF-β超家族(TGF-β1、TGF-β2)和筒箭毒碱相结合后可以抑制其下游信号通路调节受体[31]。并发现DCN可以消除筒箭毒碱对肌细胞的生长抑制作用，直接隔离血小板源性生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)，进而抑制PDGF依赖的PDGF受体磷酸化作用并且减弱PDGF诱发的细胞迁移[32]。这也是DCN抑制肿瘤细胞迁移的相关机制，但是在骨组织中发现DCN能够增强的TGFβ活性[33]。DCN结合于低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP-1)并唤起细胞内吞，活化磷脂酰肌醇-3激酶通过Smad蛋白2/3/7干扰TGFβ信号通路[34]。虽然DCN与LRP-1之间的相互作用方式并没有在肿瘤模型中被证实，但它对我们研究肿瘤细胞的生物功能仍具有启发意义。

DCN与Wnt-1介导的分泌蛋白1(WISP-1)结合而抑制结肠肿瘤的发生[35]。但DCN与WISP-1结合是否能更为广泛地调节或抑制Wnt-1依赖性/非依赖性结肠癌肿瘤生长并不清楚。DCN与c-Met蛋白结合后下调β-连环蛋白的表达[36]，DCN基因敲除小鼠的肠上皮细胞高表达β-连环蛋白[14]也证实了这一点。

DCN不仅能够与生长因子结合而产生活性，还能与部分细胞外基质的结构组分比如多种胶原分子、腱糖蛋白X以及弹性蛋白结合并发挥作用[37]。除与胶原纤维蛋白Ⅰ，Ⅱ及Ⅲ结合，DCN还能与胶原蛋白ⅩⅣ结合。DCN能够间接地结合于原纤维形成胶原蛋白并影响胶原ⅩⅣ的生物学活性。DCN和细胞外基质蛋白结合于胶原蛋白Ⅵ并与软骨聚集蛋白聚糖或Ⅱ型胶原纤维链接[38]。根据这些研究，我们确定DCN在调节结缔组织增生反应以及肿瘤基质中的基质结构形成中起重要作用。

5 DCN在肿瘤血管网形成中的作用

恶性肿瘤进展的一个重要过程就是肿瘤血管生成。越来越多的学者关注这一过程的分子组成及机制。而关于DCN在肿瘤血管形成中的作用有很多争议，有研究指出DCN能够通过上调整连蛋白α2β1与Ⅰ型胶原的作用而增强内皮细胞的迁移能力[39]。但在近期的研究明确揭示DCN与VEGF-R2结合并抑制其功能而抑制血管形成[40]。而COX-2上调VEGF的表达的机制则是通过合成前列腺素[41]。DCN在调节角膜血管生成方面的既有促血管形成也有抑制血管形成作用[42-43]。这些研究DCN促血管形成作用是有代表性的、标准的以及非肿设定肿瘤形成。但DCN作为内源性或外源性介质，在多种肿瘤细胞中发挥抵抗抑制肿瘤血管形成作用并与血管形成的范围呈相反的关系[44]。

DCN能够阻断HGF/Met的信号轴而抑制VEGF介导的通过抑制缺氧诱导因子1α(HIF-1α)、β-连环蛋白、c-Myc基因以及常氧环境下SP1的转录，从而抑制HIF-1α蛋白。转录因子的抑制能够损害HGF/MET驱动的VEGFA。而且，Sp1基因需要p42/44分裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase，MAPK)依赖的局部磷酸化及活化被RTK抵抗而减弱的VEGF转录[21,45]。通过弱化基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2和9的转录实现进一步的VEGF抑制，而这一过程是β-连环蛋白依赖的，而阻止基质结合VEGFA于内皮细胞表面的VEGFR2[45]。

HGF通过VEGF和凝血酶敏感蛋白调节促进血管生成[46]，与之相反的是DCN通过VEGF和凝血酶敏感蛋白调节抑制血管生成。DCN可以通过Met来实现HGF信号阻抑减少肿瘤血管形成的血管密度[45]。VEGF表达越高，患肺癌病人的预后越差[47]。DCN是已知的两个c-Met的哺乳动物配体中的一个，第三个是一种内化蛋白，它是细菌蛋白的一种[48]。同时DCN可以诱导内源性的血管生成抑制因子，比如TIMP3、凝血酶敏感蛋白1，从而通过HGF/Met增强VEGF信号的衰减，与抑制Met活化而弱化凝血酶敏感蛋白1的作用相一致。HIF-1α常氧衰减的影响，可能在肿瘤发生发展的早期阶段活化多个可能的相关通路，并抑制血管生成的激活。

1 Fisher LW， Termine JD， Young MF. Deduced protein sequence of bone small proteoglycan I （biglycan） shows homology with proteoglycan II （decorin） and several nonconnective tissue proteins in a variety of species［J］. J Biol Chem， 1989， 264（8）： 4571-4576.

2 Iozzo RV， Moscatello DK， McQuillan DJ， et al. Decorin is a biological ligand for the epidermal growth factor receptor［J］. J Biol Chem， 1999， 274（8）： 4489-4492.

3 Reed CC， Iozzo RV. The role of decorin in collagen fibrillogenesis and skin homeostasis［J］. Glycoconj J， 2002， 19（4-5）： 249-255.

4 Hamid AS， Li J， Wang Y， et al. Recombinant human decorin upregulates p57KIP² expression in HepG2 hepatoma cell lines［J］. Mol Med Report， 2013， 8（2）： 511-516.

5 Toole BP. Solubility of collagen fibrils formed in vitro in the presence of sulphated acid mucopolysaccharide-protein［J］. Nature， 1969，222（5196）： 872-873.

6 Ständer M， Naumann U， Wick W， et al. Transforming growth factorbeta and p-21： multiple molecular targets of decorin-mediated suppression of neoplastic growth［J］. Cell Tissue Res， 1999， 296（2）：221-227.

7 Bi X， Pohl NM， Qian Z， et al. Decorin-mediated inhibition of colorectal Cancer growth and migration is associated with E-cadherin in vitro and in mice［J］. Carcinogenesis， 2012， 33（2）： 326-330.

8 Santra M， Skorski T， Calabretta B， et al. De novo decorin gene expression suppresses the malignant phenotype in human colon Cancer cells［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 1995， 92（15）：7016-7020.

9 Troup S， Njue C， Kliewer EV， et al. Reduced expression of the small leucine-rich proteoglycans， lumican， and decorin is associated with poor outcome in node-negative invasive breast Cancer［J］. Clin Cancer Res， 2003， 9（1）： 207-214.

10 De Luca A， Santra M， Baldi A， et al. Decorin-induced growth suppression is associated with up-regulation of p21， an inhibitor of cyclin-dependent kinases［J］. J Biol Chem， 1996， 271（31）：18961-18965.

11 Campioni M， Ambrogi V， Pompeo E， et al. Identification of genes down-regulated during lung cancer progression： a cDNA array study［J］. J Exp Clin Cancer Res， 2008， 27：38.

12 Goldoni S， Seidler DG， Heath J， et al. An antimetastatic role for decorin in breast Cancer［J］. Am J Pathol， 2008， 173（3）： 844-855.

13 Reed CC， Waterhouse A， Kirby S， et al. Decorin prevents metastatic spreading of breast Cancer［J］. Oncogene， 2005， 24（6）： 1104-1110.

14 Bi X， Tong C， Dockendorff A， et al. Genetic deficiency of decorin causes intestinal tumor formation through disruption of intestinal cell maturation［J］. Carcinogenesis， 2008， 29（7）： 1435-1440.

15 Iozzo RV， Sanderson RD. Proteoglycans in Cancer biology， tumour microenvironment and angiogenesis［J］. J Cell Mol Med， 2011， 15（5）： 1013-1031.

16 Goldoni S， Iozzo RV. Tumor microenvironment： Modulation by decorin and related molecules harboring leucine-rich tandem motifs［J］. Int J Cancer， 2008， 123（11）： 2473-2479.

17 Adany R， Heimer R， Caterson B， et al. Altered expression of chondroitin sulfate proteoglycan in the stroma of human colon carcinoma. Hypomethylation of PG-40 gene correlates with increased PG-40 content and mRNA levels［J］. J Biol Chem， 1990， 265（19）：11389-11396.

18 Merline R， Moreth K， Beckmann J， et al. Signaling by the matrix proteoglycan decorin controls inflammation and cancer through PDCD4 and MicroRNA-21［J］. Sci Signal， 2011， 4（199）：ra75.

19 Hanahan D， Weinberg RA. Hallmarks of Cancer： the next Generation［J］. Cell， 2011， 144（5）： 646-674.

20 Iozzo RV， Schaefer L. Proteoglycans in health and disease： novel regulatory signaling mechanisms evoked by the small leucine-rich proteoglycans［J］. FEBS J， 2010， 277（19）： 3864-3875.

21 Buraschi S， Pal N， Tyler-Rubinstein N， et al. Decorin antagonizes Met receptor activity and down-regulates {beta}-catenin and Myc levels［J］. J Biol Chem， 2010， 285（53）： 42075-42085.

22 Jung P， Menssen A， Mayr D， et al. AP4 encodes a c-MYC-inducible repressor of p21［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2008， 105（39）：15046-15051.

23 Zhang N， Wei P， Gong A， et al. FoxM1 promotes β-catenin nuclear localization and controls Wnt target-gene expression and glioma tumorigenesis［J］. Cancer Cell， 2011， 20（4）： 427-442.

24 Yoshida Y， Wang IC， Yoder HM， et al. The forkhead box M1 transcription factor contributes to the development and growth of mouse colorectal Cancer［J］. Gastroenterology， 2007， 132（4）：1420-1431.

25 Zoeller JJ， Pimtong W， Corby H， et al. A central role for decorin during vertebrate convergent extension［J］. J Biol Chem， 2009，284（17）： 11728-11737.

26 Jiang X， Yu Y， Yang HW， et al. The imprinted gene PEG3 inhibits Wnt signaling and regulates glioma growth［J］. J Biol Chem， 2010，285（11）： 8472-8480.

27 Köninger J， Giese NA， Bartel M， et al. The ECM proteoglycan decorin links desmoplasia and inflammation in chronic pancreatitis［J］. J Clin Pathol， 2006， 59（1）： 21-27.

28 Xaus J， Comalada M， Cardó M， et al. Decorin inhibits macrophage colony-stimulating factor proliferation of macrophages and enhances cell survival through induction of p27（Kip1） and p21（Waf1）［J］. Blood， 2001， 98（7）： 2124-2133.

29 Marchica CL， Pinelli V， Borges M， et al. A role for decorin in a murine model of allergen-induced asthma［J］. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol， 2011， 300（6）： 863-873.

30 Seidler DG， Mohamed NA， Bocian C， et al. The role for decorin in delayed-type hypersensitivity［J］. J Immunol， 2011， 187（11）：6108-6119.

31 Baghy K， Dezso K， László V， et al. Ablation of the decorin gene enhances experimental hepatic fibrosis and impairs hepatic healing in mice［J］. Lab Invest， 2011， 91（3）： 439-451.

32 Nili N， Cheema AN， Giordano FJ， et al. Decorin inhibition of PDGF-stimulated vascular smooth muscle cell function： potential mechanism for inhibition of intimal hyperplasia after balloon angioplasty［J］. Am J Pathol， 2003， 163（3）： 869-878.

33 Takeuchi Y， Kodama Y， Matsumoto T. Bone matrix decorin binds transforming growth factor-beta and enhances its bioactivity［J］. J Biol Chem， 1994， 269（51）： 32634-32638.

34 Cabello-Verrugio C， Brandan E. A novel modulatory mechanism of transforming growth factor-beta signaling through decorin and LRP-1［J］. J Biol Chem， 2007， 282（26）： 18842-18850.

35 Desnoyers L， Arnott D， Pennica D. WISP-1 binds to decorin and biglycan［J］. J Biol Chem， 2001， 276（50）： 47599-47607.

36 Young CS， Kitamura M， Hardy S， et al. Wnt-1 induces growth，cytosolic beta-catenin， and Tcf/Lef transcriptional activation in Rat-1 fibroblasts［J］. Mol Cell Biol， 1998， 18（5）： 2474-2485.

37 Reinboth B， Hanssen E， Cleary EG， et al. Molecular interactions of biglycan and decorin with elastic fiber components： biglycan forms a ternary complex with tropoelastin and microfibril-associated glycoprotein 1［J］. J Biol Chem， 2002， 277（6）： 3950-3957.

38 Wiberg C， Klatt AR， Wagener R， et al. Complexes of matrilin-1 and biglycan or decorin connect collagen VI microfibrils to both collagen II and aggrecan［J］. J Biol Chem， 2003， 278（39）： 37698-37704.

39 Fiedler LR， Schönherr E， Waddington R， et al. Decorin regulates endothelial cell motility on collagen I through activation of insulinlike growth factor I receptor and modulation of alpha2beta1 integrin activity［J］. J Biol Chem， 2008， 283（25）： 17406-17415.

40 Khan GA， Girish GV， Lala N， et al. Decorin is a novel VEGFR-2-binding antagonist for the human extravillous trophoblast［J］. Mol Endocrinol， 2011， 25（8）： 1431-1443.

41 卢长伟，董家鸿．COX-2在恶性肿瘤血管生成中作用机制的研究进展［J］.军医进修学院学报，2007，28（4）：310-311．

42 Schönherr E， Sunderkötter C， Schaefer L， et al. Decorin deficiency leads to impaired angiogenesis in injured mouse cornea［J］. J Vasc Res， 2004， 41（6）： 499-508.

43 Mohan RR， Tovey JC， Sharma A， et al. Targeted decorin gene therapy delivered with adeno-associated virus effectively retards corneal neovascularization in vivo［J］. PLoS One， 2011， 6（10）：e26432.

44 Salomäki HH， Sainio AO， Söderström M， et al. Differential expression of decorin by human malignant and benign vascular tumors［J］. J Histochem Cytochem， 2008， 56（7）： 639-646.

45 Neill T， Painter H， Buraschi S， et al. Decorin antagonizes the angiogenic network： concurrent inhibition of Met， hypoxia inducible factor 1α， vascular endothelial growth factor A， and induction of thrombospondin-1 and TIMP3［J］. J Biol Chem， 2012， 287（8）：5492-5506.

46 Zhang YW， Su Y， Volpert OV， et al. Hepatocyte growth factor/scatter factor mediates angiogenesis through positive VEGF and negative thrombospondin 1 regulation［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2003，100（22）： 12718-12723.

47 李捷，孙玉鹗．VEGF和MVD在肺癌及其脑转移灶中的表达及意义［J］.军医进修学院学报，2003，24（3）：232-234．

48 Niemann HH. Structural insights into Met receptor activation［J］. Eur J Cell Biol， 2011， 90（11）： 972-981.

R 73-051

A

2095-5227(2014)02-0189-04

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.02.027

2013-10-24 10:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20131024.1031.003.html

2013-08-23

国家自然科学基金面上项目(30972910；81172269)

Supported by National Natural Science Foundation of China (30972910; 81172269)

余翔，在读硕士。Email: yuxiang861120@163.com

喻春钊，副主任医师，副教授。Email: chunzhaoyu@hotmail. com