上皮间质转化与肿瘤治疗抗拒相关机制的研究进展*

王 鹏 赵路军

上皮间质转化与肿瘤治疗抗拒相关机制的研究进展*

王 鹏 赵路军

化疗、分子靶向治疗以及内分泌治疗是肿瘤内科治疗的重要组成部分，各种抗肿瘤药物的出现虽为肿瘤患者带来生存获益但均未克服耐药性的问题。放疗为肿瘤常规治疗的三大手段之一，约2/3肿瘤患者在其病程的某一阶段需要接受放疗，放疗抗拒是目前制约放疗疗效的重要原因。上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是上皮细胞向间质细胞转化的过程，在胚胎发育、肿瘤的侵袭转移中的作用已被大量研究，与肿瘤的治疗抗拒也存在着密切的联系，EMT与肿瘤治疗抗拒之间关系的研究将有望克服耐药性及放疗抗拒的发生，提高疗效，使更多的患者得以治愈。本文将就EMT与肿瘤治疗抗拒相关机制的研究进展进行综述。

上皮间质转化 耐药性 放疗抗拒

EMT是指在多种细胞因子及转录因子（如SNAIL、ZEB、TWIST）的调控作用下上皮细胞失去极性，如上皮表型标志E-cadherin丢失而间质表型特征分子Vimentin、N-cadherin等上调，细胞与细胞间、细胞与基底间黏附作用减弱，其形态也由铺路石样转变为梭形的生物学过程。EMT在胚胎发育、肿瘤的侵袭转移中的作用已被广泛研究［1］，而EMT与肿瘤治疗抗拒之间的关系也成为近年来研究的热点。一方面，耐药或放疗抗拒的肿瘤细胞发生了EMT的表型改变；另一方面，调控EMT的转录及生长因子可能直接参与了肿瘤耐药及放疗抗拒的发生；同时肿瘤细胞发生EMT后，具有干细胞样特征细胞的比例增加，而肿瘤干细胞本身对放化疗具有一定的抗性。

1 EMT与耐药性

耐药的肿瘤细胞常发生EMT的表型改变，肿瘤耐药的主要机制为跨膜药泵基因扩增或过表达致细胞内有效药物浓度降低，药物作用靶点改变及细胞内基本生物学过程如细胞周期调控、细胞凋亡、DNA损伤修复等的改变使细胞对药物敏感性下降，调控EMT的转录因子及生长因子与上述耐药机制密切相关。同时伴随EMT发生，细胞中干细胞样细胞比例增加可能也参与了耐药性的发生。

1 EMT与化疗耐药相关机制

化疗耐药的肿瘤细胞常表现出EMT的特征，Aktas等［2］从转移性乳腺癌患者的血样获取循环肿瘤细胞，并分离出化疗有效和化疗耐药两类细胞，耐药的细胞同时表现出EMT和干细胞样肿瘤细胞的特征（如ALDH1表达）。与之类似，Haslehurst等［3］根据卵巢癌患者无进展生存期的时间，将其划分为化疗敏感和化疗耐药两组，并将两组患者的肿瘤组织进行蛋白组学分析及全基因组测序，发现耐药组患者肿瘤细胞中EMT相关转录因子无论在SNAIL1、SNAIL2蛋白水平还是SNAI1、SNAI2、TWIST2、ZEB2基因水平均较化疗敏感组表达上调。在体外实验中，敲除对顺铂耐药的A2780卵巢癌细胞系的SNAI1或SNAI2基因后，细胞可由间质表型逆转为上皮表型，对顺铂也重新变得敏感。这在一定程度上说明肿瘤的化疗耐药与EMT密切相关。

研究发现EMT调控转录及生长因子直接参与化疗药物耐药的发生［4-5］。ABC（ATP-binding cassette）转运蛋白是一类ATP依赖的跨膜转运蛋白，能利用ATP分解产生的能量将细胞内的细胞毒药物泵出，降低药物浓度。ABC转运蛋白的过表达是化疗药物多药耐药的重要机制之一。Saxena等［4］发现乳腺癌细胞在接受多柔比星处理后，一部分细胞获得了较强侵袭特性，同时其ABC转运蛋白及EMT标记物表达上调，以TGF-β或TWIST诱导未获得侵袭特性的乳腺癌细胞发生EMT后，其ABC转运蛋白表达亦升高，敲除TWIST、ZEB1表达后可逆转EMT及其对多柔比星的耐药性。该研究还发现有16种ABC转运蛋白的启动子区域存在EMT转录因子，如SNAIL、TWIST和FOXC2的结合位点，并证实TWIST可直接结合到MCF-7细胞ABCC4、ABCC5启动子区域的E-boxes上，调控ABC转运蛋白的表达。表明调控EMT的转录因子可能通过调控跨膜药泵基因使细胞高表达ABC转运蛋白，从而降低胞内药物浓度，使细胞对化疗药物不敏感。同时调控EMT的转录因子也可通过干扰细胞凋亡通路使肿瘤细胞发生耐药。众所周知，多柔比星是一种抑制DNA合成的抗肿瘤药，能激活P53诱导的凋亡通路。在发生EMT的MCF-7细胞中观察到TWIST可与P53及泛素化酶Mdm-2形成TWISTP53-Mdm-2复合物，促进Mdm-2将P53泛素化而降解，阻断凋亡过程。当以RNA干扰技术沉默TWIST基因表达后，可阻断细胞向间质转化，并可部分逆转多药耐药性［5］。而EMT重要的转录调节因子TGF-β可直接诱导肝细胞上调抗凋亡基因，如BCL-XL和XIAP，赋予细胞抗凋亡特性［6］。

肿瘤细胞发生EMT后干细胞样细胞比例增加，而肿瘤干细胞本身对放化疗具有一定抗性。首先，放化疗主要是针对处于增殖周期的肿瘤细胞，肿瘤干细胞多处于G0期，很少进行分裂增殖；其次肿瘤干细胞强大的DNA修复能力使其抗凋亡能力增加，同时在多种肿瘤干细胞均存在ABC跨膜转运蛋白过表达的现象。Mani等［7］研究首次提出永生化的人乳腺上皮发生EMT的同时也获得了CD44+CD24-抗原表型，CD44+CD24-是比较公认的乳腺癌干细胞表面标记物［8］。Asiedu等［9］以转化生长因子（TGF）-β或肿瘤坏死因子（TNF）-α诱导乳腺癌细胞发生EMT，获得了紧密连接蛋白低表达亚型的乳腺癌干细胞，并证实该细胞对奥沙利铂耐药。

1.2 EMT与肿瘤内分泌治疗耐药相关机制

乳腺癌治疗领域中内分泌治疗是激素受体阳性患者最有效的治疗手段之一。miR-200家族作为EMT重要的转录调节因子可通过抑制ZEB1表达负向调节EMT发生［10］。目前在多种肿瘤研究领域都发现了化疗耐药细胞较化疗敏感细胞中miR-200家族表达水平下调，表现出EMT的特征，如紫杉醇耐药的卵巢癌细胞、吉西他滨耐药的胰腺癌细胞中miR-200家族表达水平均较低，当人为上调其表达水平后，耐药细胞由间质表型逆转为上皮表型，对化疗药物的敏感性增加［11-12］。而最近的一项研究［13］表明，miR-200家族的低表达与乳腺癌细胞对内分泌治疗的抗拒也有一定的关系。LY2细胞系是将在梯度浓度的雷洛替芬中培养MCF-7细胞获得的内分泌治疗抗拒的细胞系。Manavalan等［13］研究发现，与MCF-7细胞相比，对他莫昔芬耐药的LY2细胞中miR-200b或miR-200c低表达，ZEB1高表达；人为上调miR-200b或miR-200c表达后，细胞由间质表型逆转为上皮表型，对他莫昔芬和氟维司群敏感性增加；然而在MCF-7细胞中，单纯下调miR-200家族表达不能促成其对内分泌治疗药物的耐药性，表明除了miR-200家族调控的EMT外，其他机制共同参与了乳腺癌细胞对雌激素受体抑制剂的治疗反应。同时EMT的转录因子可通过改变内分泌治疗药物作用靶点促成耐药性的发生。Vesuna等［14］研究选用TWIST低表达和TWIST高表达的MCF-7细胞系，发现所有TWIST高表达的细胞无论在转录水平还是蛋白水平均为ER低表达。并发现TWIST可以招募DNA甲基转移酶3B到ER的启动子使其甲基化而降低其活性；同时TWIST可与ER启动子的组蛋白去乙酰化酶相互作用引起组蛋白去乙酰化和染色质进一步浓缩，进一步降低ER转录水平。

1.3 EMT与分子靶向治疗耐药相关机制

分子靶向治疗因其较强的特异性成为个体化治疗中最有前景的治疗手段。在非小细胞肺癌领域，表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase inhibitors，EGFR-TKIs）厄洛替尼、吉非替尼是对表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）突变的肺腺癌患者重要的靶向药物，有效率达70%～80%，然而几乎所有患者在治疗过程中均获得耐药，这种耐药性的获得与治疗过程中肿瘤细胞发生EMT有一定的相关性。Suda等［15］将原来对EGFR-TKIs敏感的肺癌细胞系暴露于梯度浓度的EGFR-TKIs中，使一部分细胞产生对EGFR-TKIs耐药性，发现这部分细胞表现出EMT的特性。另有学者取EGFR-TKIs耐药的肺癌患者的肿瘤组织并从中分离出耐药的肿瘤细胞，这部分细胞也表现出EMT的特征［16］。

在乳腺癌治疗中，赫赛汀是针对乳腺癌HER-2（+）的重要靶向药物，然而一部分HER-2（+）的乳腺癌患者对赫赛汀是原发耐药。目前比较公认的乳腺癌分子分型方法认为基底细胞样（Basal-like型）乳腺癌细胞是HER-2（-）［17］，然而有研究表明HER-2的基因扩增也可发生于Basal-like型的乳腺癌细胞，即Basal/HER-2（+）型，该型乳腺癌细胞对赫赛汀是原发耐药［18］，而包括Luminal A和Luminal B型的Luminal/HER-2（+）的乳腺癌细胞对赫赛汀则十分敏感，这种敏感性的差异可能归因于前者SNAIL2高表达，而后者SNAIL2缺失。当敲除Luminal/HER-2（+）乳腺癌细胞的SNAIL2基因后，细胞中CD44+CD24-表型的细胞比例下调，对赫赛汀的敏感性增加［19］。Lesniak等［20］研究也得到了相似的结果，该研究将Luminal/HER-2（+）乳腺癌SKBR-3细胞系的克隆群落进行随机分离和扩增，发现一部分克隆群落自发地发生了EMT，即由Luminal型乳腺癌转向基底细胞样乳腺癌，与此同时，细胞群落中CD44+CD24-表型细胞比例增加，对赫赛汀的耐药性增加。即伴随EMT的发生，细胞中干细胞样肿瘤细胞比例增加可能导致了其对靶向药物的耐药性，而EMT的转录因子SNAIL2在这一过程中发挥关键作用。

2 EMT与放疗抗拒相关机制

放射治疗作为肿瘤治疗的三大手段之一，主要是通过电离辐射引起细胞DNA损伤从而使肿瘤细胞发生凋亡或克隆源性细胞死亡，然而放疗抗拒也是目前制约放疗疗效的重要原因。近年来越来越多的证据表明EMT与肿瘤放疗抗拒密切相关［21-22］。

2.1 调控EMT的转录因子抑制细胞凋亡通路

正常的造血干细胞对放射线有一定的抗性，SNAIL2缺陷的造血干细胞却对γ-射线较为敏感，对其机制进行进一步探索，发现正常的造血干细胞在受到致死剂量的γ-射线照射时，细胞DNA发生损伤，促凋亡基因p53启动凋亡机制的同时也从转录水平诱导SNAIL2表达，而SNAIL2可通过下调p53的下游基因PUMA抑制p53的促凋亡作用，从而使造血干细胞对射线有一定的抗性［21］，与Kurrey等［22］研究结果相似。该研究在构建放疗抗拒的卵巢癌细胞系过程中，发现肿瘤细胞在获得放疗抗拒的同时，SNAIL1、SNAIL2表达上调，p53下游基因PUMA、ATM、PTEN下调。同时EMT转录调节因子miR-200c参与PI3-K/AKT信号通路，抑制PI3-K/AKT信号通路可增加放疗敏感性，而TBK1可直接激活AKT。Lin等［23］通过转染获得了miR-200c过表达的乳腺癌细胞，该细胞中的TBK1表达水平下调，接受放疗后细胞增殖能力减弱、DNA的双链断裂增加，细胞凋亡也较miR-200c低表达的乳腺癌细胞更为明显，敲除miR-200c低表达乳腺癌细胞中的TBK1，同样可增强细胞对放疗的敏感性，表明miR-200c可能是通过下调TBK1，抑制PI3-K/AKT信号通路来增强放射敏感性。

2.2 EMT增强肿瘤细胞DNA损伤修复能力

有研究表明EGFR过表达的头颈部鳞癌对治疗的敏感性较差，原因可能是细胞接受放疗后，EGFR的Tyr845发生磷酸化，介导EGFR进入细胞内并抵达胞核，激活了DNA的损伤修复机制［24］。Holz等［25］对3株不同的头颈部鳞癌细胞以EGF处理，细胞均发生EMT，对放疗及西妥昔单抗的敏感性下降。该研究对其机制进一步探索，发现EGF可阻碍E-cadherin定位于细胞膜上，在正常情况下E-cadherin可结合到EGFR选择性抑制其Tyr845位点发生磷酸化，当E-cadherin不能定位于细胞膜时，失去对EGFR的Tyr845位点选择性抑制作用，从而增强肿瘤细胞的DNA损伤修复能力，增强对放疗的抗拒。

3 结语

研究EMT与治疗抗拒的相关性具有重要的意义。一方面，EMT与肿瘤的治疗抗拒密切相关，EMT的发生也必然与患者预后相关。Shi等［26］研究发现EMT相关蛋白的表达水平可作为评估肺腺癌患者OS的独立预后因素，早期（Ⅰ～Ⅱ期）的肺腺癌术后患者的病理显示较多的EMT相关蛋白表达水平发生改变，则提示预后不良，这部分患者可以考虑给予一定的术后辅助治疗手段。通过检测EMT相关指标评估患者预后、指导治疗。另一方面，探索EMT与治疗抗拒相关机制将助于开发新的抗EMT的靶向治疗手段，克服肿瘤的耐药性及对放疗的抗拒，提高疗效，从而使更多的患者治愈。但因EMT在人的正常生理过程中也发挥着关键作用，这种治疗很可能会对人体产生严重的不良反应，应对抗EMT的靶向治疗持谨慎态度。

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（2013-12-31收稿）

（2014-06-05修回）

Advances in tumor treatment-resistance mechanisms related to epithelial-mesenchymal transition

Peng WANG,Lujun ZHAO

Lujun ZHAO;E-mail:tjdoctorzhao@126.com
Department of Radiotherapy,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center of Cancer,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin 300060,China
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.81372429)

Chemotherapy,molecular targeted therapy,and hormonal therapy are essential components of medical oncology.Although cancer patients significantly benefit from the emergence of various new anticancer drugs,none of these treatments can directly address drug resistance.Radiation therapy is one of the three conventional cancer treatment methods.Nearly two-thirds of cancer patients accept radiation therapy during treatment.However,radiation resistance is a significant barrier affecting the therapeutic effect of this procedure.Epithelial-mesenchymal transition(EMT)is a biologic process that enables a polarized epithelial cell to undergo multiple biochemical changes.These changes enable the cell to assume the functions of a mesenchymal cell phenotype.These functions have been extensively studied and are related to embryogenesis,tumor invasiveness,and metastasis.In recent years,increasing evidence suggests that EMT is closely linked with tumor treatment resistance.The study of the relation between EMT and tumor treatment resistance is expected to contribute to the prevention of drug resistance and radiation resistance and thus improve treatment efficacy to provide benefit to cancer patients.This article explores this issue.

epithelial-mesenchymal transition,drug resistance,radiation resistance

10.3969/j.issn.1000-8179.20132217

天津医科大学肿瘤医院放疗科,国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室（天津市300060）

*本文课题受国家自然科学基金项目（编号：81372429）资助

赵路军 tjdoctorzhao@126.com

日期：2014-9-5 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/12.1099.R.20140905.1005.001.html

王鹏 专业方向为胸部肿瘤放疗和转化医学相关研究。

E-mail：wangpeng_orange@163.com