四次跨膜超家族蛋白3在肿瘤中的研究进展

方婷婷(综述)，刘彬彬(审校)

(复旦大学附属中山医院肝癌研究所，上海200032)



四次跨膜超家族蛋白3在肿瘤中的研究进展

方婷婷△(综述)，刘彬彬※(审校)

(复旦大学附属中山医院肝癌研究所，上海200032)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.017

随着世界人口老龄化的增长，全球肿瘤负担持续增加，而转移是肿瘤预后不良的主要原因[1]。在四次跨膜超家族(transmembrane 4 super family，TM4SF)的众多成员中，只有TM4SF3的过表达与肿瘤细胞侵袭相关[2]，其通过参与多个信号途径调节肿瘤细胞的增殖、迁移以及侵袭，并促进血管形成，从而促进肿瘤的进展与转移。对TM4SF3功能的研究可为肿瘤的治疗提供新靶点。现就TM4SF3蛋白功能及与肿瘤关系的研究进行综述。

1M4SF3简介

人类的TM4SF有33个蛋白成员，广泛分布于细胞和组织中，在具有远亲关系的真核生物中存在序列同源性[3]。四次跨膜蛋白由200～300个氨基酸构成，通常由4个高度疏水的保守跨膜结构域(transmemberane domain，TM)、1个13～30个氨基酸长度的小胞外环、1条短胞内氨基酸序列以及1个大胞外环组成。大胞外环的长度和氨基酸序列具有多样性。胞外区带有几个保守的氨基酸模体以及2个对于形成二硫键起关键作用的半胱氨酸残基。4个TM包含一些高度保守的氨基酸残基，这是TM4SF区别于其他四次跨膜蛋白最显著的特征。TM4SF是一个特殊的细胞膜糖蛋白家族，其参与了细胞的生长、增殖、黏附、迁移以及浸润等，并与肿瘤的进展、转移及血管形成相关[4-5]。

TM4SF3相对分子质量为26 000，由237个氨基酸残基组成，基因定位于12q14.1～q21.1上，具有典型的TM4SF蛋白结构：4个TM(TM1～TM4)、2个胞外环和1条胞内氨基酸序列，TM4SF3在TM4近跨膜区存在络氨酸序列，这种特殊结构可与阻遏蛋白和调节蛋白的μ亚基相互作用[6]。研究显示，TM4SF3在结直肠癌、肝癌、食管癌、胰腺癌等多种消化系统肿瘤中高表达，其能促进肿瘤的转移及进展[5]。

2TM4SF3与肿瘤

TM4SF3最初被认为是肿瘤相关性抗原，其表达与肿瘤的进展相关[7]。在胰腺癌、食管癌、胃癌、结直肠癌以及肝癌等消化系统肿瘤中，TM4SF3的高表达可促进肿瘤的进展[5,8]。TM4SF3不仅与肿瘤发生、发展有关，还能促进肿瘤的转移，其过表达与消化道肿瘤的进展、结直肠癌的肝转移以及肝细胞癌的肝内转移密切相关[8-10]。在转移性结肠癌细胞系、结直肠原发癌组织以及肝转移结节中存在TM4SF3的过表达现象[10]。在肝细胞癌中，与未发生肝内转移的肝癌组织相比，发生肝内转移的肝癌组织TM4SF3的过表达现象更为显著[11]。

Kanetaka等[11]首次发现TM4SF3在肝癌组织中的表达明显高于癌旁组织，且TM4SF3的高表达在肝内转移结节中表现得尤为明显。证明TM4SF3的过表达与肝癌的进展密切相关，并有促进肝癌肝内转移的可能。向不表达TM4SF3的非转移性肝癌细胞系KIM-1中引入外源性TM4SF3基因并使之高表达，结果发现只有高表达TM4SF3的KIM-1在裸鼠肝癌原位移植模型中出现肝内转移[9]。这证明了TM4SF3的确有促进肝癌肝内转移的作用，但同时也发现，TM4SF3在肝癌中对肿瘤细胞的增殖及细胞外基质的黏附作用无明显影响，提示在肝癌中，TM4SF3可能不是通过增强肿瘤细胞的侵袭和迁移能力，而是通过促进血管生成来促进肝癌的肝内转移。

TM4SF3与胰腺癌的进展存在相关性。Gesierich等[7]发现，TM4SF3在胰腺癌中存在高表达现象，且TM4SF3通过促血管生成促进胰腺癌的发展与转移；另外，TM4SF3与α6β4、CD151结合通过改变胰腺肿瘤细胞的形态，增强肿瘤细胞的侵袭和迁移能力，进而促进胰腺癌转移[12-13]。

Zhou等[2]发现，TM4SF3在食管癌组织以及高侵袭性的食管癌细胞系中高表达，高表达的TM4SF3能够明显提高食管癌细胞的侵袭与迁移能力，其还可以促进肿瘤细胞向周围组织侵袭以及食管癌的自发性肺转移。另外，在食管癌中，TM4SF3能上调解聚素金属蛋白酶12(a disintegrin and metalloproteinase 12，ADAM12)的表达，而抑制ADAM12的上调可以抑制TM4SF3介导的侵袭作用[14]。这提示TM4SF3对ADAM12的调节作用可能在肿瘤的侵袭与转移中起重要作用。

TM4SF3的表达与结直肠癌的进展相关[15]，且常常与上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule，EpCAM)或上皮钙黏素结合而促进结直肠癌的进展[16]。Kuhn等[10]发现，TM4SF3在结直肠癌中与CD44v6、EpCAM、密封蛋白7(claudin-7)存在共表达，并可形成复合物CD44v6/TM4SF3/EpCAM/claudin-7促进结直肠癌的进展与转移。

此外，TM4SF3在其他肿瘤中也存在高表达现象，如TM4SF3在卵巢癌中的表达明显增高，且与卵巢癌患者的总生存率密切相关[17]；TM4SF3在黑色素瘤细胞中的表达亦显著增高[18]。

3TM4SF3的分子作用机制

TM4SF最主要的特点就是具有与其他蛋白家族的分子结合的潜能，其中最为重要的结合分子是整合素[19]。TM4SF3能与整合素α3β1、α6β1、α6β4、α3、α4、血管细胞黏附分子1、其他TM4SF成员、CD9、CD81、CD151、免疫球蛋白超家族、前列腺素F2α受体调节蛋白、非整合素EWl-F、EpCAM、CD44v6、蛋白激酶C等众多分子结合并相互作用[13,19-20]。在形成的复合物中，TM4SF3通过其特有的细胞膜微结构域发挥适配器的作用，链接各种特定的信号转导分子，这个微结构域就叫做四次跨膜蛋白富集的细胞膜微结构域(tetraspanin-enriched membrane microdomains，TEM)[21]，在细胞膜上形成四次跨膜蛋白网络，从而产生各种分子生物学效应。四次跨膜蛋白网络由各种四次跨膜蛋白及细胞膜表面分子所构成，其产生的生物学效应远大于或不同于单个蛋白或分子的作用[22]。

目前关于TM4SF3与肿瘤的相关性已进行了大量研究，TM4SF3可能通过以下途径与其他分子结合，提高肿瘤细胞的迁移与侵袭能力，促进血管生成，进一步促进肿瘤的进展与转移。

3.1TM4SF3促进血管生成血管生成是实体肿瘤增长和进展的标志，干扰阻断“血管生成开关”被认为是重要的治疗手段。由血管生成分子与抗血管生成因子的平衡状态决定的“血管生成开关”系统已被广泛接受。研究表明，TM4SF3/D6.1A有极强的促血管生成作用，其在血管生成过程中起初始促发作用，在肿瘤微环境中产生了血管生成循环的扩大效应[7]。肿瘤分泌的外泌体中富含的TM4SF3能有效促进肿瘤或癌旁组织中血管形成，这主要是因为TM4SF3可促进外泌体有选择性地募集诸如CD106和CD49d等的蛋白和信使RNA，这些分子促进了外泌体与内皮细胞的绑定以及内皮细胞内化外泌体的作用[23]。含有TM4SF3-CD49d复合物的外泌体被内皮细胞内化后，可促进血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、自主调节血管生成相关基因、血管性血友病因子、TM4SF3、CXCL5、游走抑制因子、CCRI以及管内皮细胞生长因子受体2等的转录表达，并加强内皮细胞的增殖、迁移、生芽，促进内皮祖细胞的成熟[23]。

整合素是TM4SF3重要的结合分子，TM4SF3可以结合并活化多种整合素，从而进一步诱发多种血管生成因子的转录与分泌，包括增加基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)和尿激酶型纤溶酶原激活物的表达，加强纤维母细胞中VEGF及其受体的表达，并在血管内皮细胞出芽过程中进一步加强TM4SF3的表达量，起到血管生成的循环扩大效应[7]，这可能是TM4SF3促进肿瘤进展和转移的重要机制。目前已知的最为重要的血管生成因子是VEGF[24]和MMP[25]。VEGF和MMP通过降解基质膜为毛细血管出芽创造空间，并促进血管生成因子的转录和释放[24-25]。Zhou等[2]研究发现，TM4SF3促进细胞侵袭的作用可能与MMP2和MMP9有关，同时也发现MMP2的活性可被高表达的TM4SF3所抑制，并受膜型基质金属蛋白酶1的调节。另外，TM4SF3可以在CD9和CD81的作用下与前列腺素F2α受体调节蛋白(prostaglandin F2αreceptors regulatory proteins，FPRP)结合，与复合物FPRP/CD9/CD81相互作用，调节G蛋白偶联受体与其相应配体的结合，从而直接或间接促进血管生成因子(VEGF及其受体)的表达和生成[26]。TM4SF3启动了血管生成循环，并可能形成了富含TM4SF3的外泌体，并到达远距离器官，最终形成肿瘤远距离器官的播散[7]。TM4SF3可结合不同类型的分子，通过多种通路促进血管生成因子的转录和激活，从而达到促进血管生成的作用。

3.2与α6β4、CD151结合提高肿瘤细胞的迁移、侵袭能力许多研究显示，TM4SF3、α6β4和CD151在多种类型的肿瘤中都有促转移的作用[12-13,15,19]。TM4SF3可与α6β4和CD151分子结合，发挥促进肿瘤细胞迁移及细胞间黏附的作用，进而提高肿瘤细胞的迁移和侵袭能力。

四次穿膜蛋白常常与其他四次穿膜蛋白成员以及整合素结合形成复合体，从而影响细胞的迁移能力[27]。其中，TM4SF3能与整合素α6β4相结合，募集α6β4至TEM，形成α6β4-TM4SF3复合体，从而激活与α6β4结合的桩蛋白(paxillin)和黏着斑激酶，改变细胞的形态，最后促进细胞迁移[11]。

CD151对层粘连分子绑定的整合素有较高的亲和力，而高表达的α6β4常伴随着层粘连分子laminin 5的分泌增多，其与肿瘤的不良预后相关[28]。CD151可以通过与之相结合的整合素诱导MMP9的表达，并可在细胞膜上锚定MMP9和MMP7，还能连接MMP14，并将这些蛋白募集到TEM上，从而调节ADAM10和ADAM17的活性，降解细胞外基质，为肿瘤细胞的转移创造空间，进而促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。TM4SF3也可通过与相关的整合素结合而促进MMP9的转录[12, 29-30]。因此TM4SF3与CD151不仅都具有较强的促转移作用，而且在促进肿瘤转移的过程中还具有协同效应[12]。TM4SF3与α6β4结合主要起促进肿瘤细胞迁移的作用；而CD151更倾向于捕获和传递MMP，为转移的肿瘤细胞提供转移空间[12]。了解两者间的协同作用，对于未来肿瘤治疗策略的制订可起到一定的指引作用。

3.3形成CD44v6/TM4SF3/EpCAM/claudin-7复合物增强肿瘤细胞侵袭力、抑制凋亡Kuhn等[10]研究发现，EpCAM、claudin-7、TM4SF3和CD44v6在大鼠消化道肿瘤中高表达，且存在共表达关系，并能够形成复合物CD44v6/CO-029/EpCAM/claudin-7。目前研究发现，TM4SF3、CD44v6和α6β4在胰腺癌中高表达，TM4SF3和CD44v6在胰腺癌中有促进肿瘤转移的作用，可以作为胰腺癌转移的生物学标志物[13, 31-32]。另外，与EpCAM关联的claudin-7可促进胰腺癌的淋巴转移以及提高抗药性，从而促进胰腺癌的进展[33]。分子的共表达与复合物的形成紧密联系，EpCAM、claudin-7、TM4SF3以及CD44v6被招募到TEM上，形成一个信号平台，研究认为是复合物CD44v6/TM4SF3/EpCAM/claudin-7而不是EpCAM、claudin-7、TM4SF3或CD44v6单分子的作用促进肿瘤进展和转移[10]，并证实了这4种分子的共表达和复合物的形成与临床预后及肿瘤抗凋亡能力息息相关。研究报道，黏附分子EpCAM在多种肿瘤中高表达，可促进肿瘤的发展和转移[34]。EpCAM和claudin-7的结合起到相互促进的作用，claudin-7有助于EpCAM氨基末端的切除，从而激活其分子生物学功能，且claudin-7有助于复合物的形成，在没有claudin-7的情况下，EpCAM不能联合TM4SF3与CD44v6被招募到TEM上，而TEM定位的复合物对基质黏附、凝聚和凋亡抑制起到明显的促进作用[10]。这说明复合物中所有分子的促肿瘤进展和转移的作用是协同的，并互相加强。

4结语

肿瘤的形成和发展是一个复杂的多步骤过程，并最终形成肿瘤转移。在此过程中，某些因素对肿瘤的发生、发展以及转移起着至关重要的作用。TM4SF3是近年来发现的对多种肿瘤的进展及转移起促进作用的一种四次跨膜蛋白分子，其在多种肿瘤中存在高表达的现象，主要通过多种信号通路诱导血管再生、改变肿瘤细胞形态、增强侵袭转移能力来促进肿瘤的转移，但其具体机制还有待于进一步研究阐明。

参考文献

[1]Jemal A,Bray F,Center MM,etal.Global cancer statistics[J].CA Cancer J Clin,2011,61(2):69-90.

[2]Zhou Z,Ran YL,Hu H,etal.TM4SF3 promotes esophageal carcinoma metastasis via upregulating ADAM12m expression[J].Clin Exp Metastasis,2008,25(5):537-548.

[3]Huang S,Yuan S,Dong M,etal.The phylogenetic analysis of tetraspanins projects the evolution of cell-cell interactions from unicellular to multicellular organisms[J].Genomics,2005,86(6):674-684.

[4]Wang L,Feng J,Da L,etal.Adenovirus-mediated delivery of siRNA targeting TM4SF4 attenuated liver cancer cell growth in vitro and in vivo[J].Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai),2013,45(3):213-219.

[5]Richardson MM,Jennings LK,Zhang XA.Tetraspanins and tumor progression[J].Clin Exp Metastasis,2011,28(3):261-270.

[6]Stipp CS,Kolesnikova TV,Hemler ME.Functional domains in tetraspanin proteins[J].Trends Biochem Sci,2003,28(2):106-112.

[7]Gesierich S,Berezovskiy I,Ryschich E,etal.Systemic induction of the angiogenesis switch by the tetraspanin D6.1A/CO-029[J].Cancer Res,2006,66(14):7083-7094.

[8]Zöller M.Gastrointestinal tumors:metastasis and tetraspanins[J].Z Gastroenterol,2006,44(7):573-586.

[9]Kanetaka K,Sakamoto M,Yamamoto Y,etal.Possible involvement of tetraspanin CO-029 in hematogenous intrahepatic metastasis of liver cancer cells[J].J Gastroenterol Hepatol,2003,18(11):1309-1314.

[10]Kuhn S,Koch M,Nübel T,etal.A complex of EpCAM, claudin-7, CD44variant isoforms, and tetraspanins promotes colorectal cancer progression[J].Mol Cancer Res,2007,5(6):553-567.

[11]Kanetaka K,Sakamoto M,Yamamoto Y,etal.Overexpression of tetraspanin CO-029 in hepatocellular carcinoma[J].J Hepatol,2001,35(5):637-642.

[12]Yue S,Mu W,Zöller M.Tspan8 and CD151promote metastasis by distinct mechanisms[J].Eur J Cancer,2013,49(13):2934-2948.

[13]Wang H,Rana S,Giese N,etal.Tspan8, CD44v6and alpha6beta4 are biomarkers of migrating pancreatic cancer-initiating cells[J].Int J Cancer,2013,133(2):416-426.

[14]Sadej R,Romanska H,Baldwin G,etal.CD151regulates tumorigenesis by modulating the communication between tumor cells and endothelium[J].Mol Cancer Res,2009,7(6):787-798.

[15]Huang MY,Wang HM,Chang HJ,etal.Overexpression of S100B, TM4SF4, and OLFM4 genes is correlated with liver metastasis in Taiwanese colorectal cancer patients[J].DNA Cell Biol,2012,31(1):43-49.

[16]Greco C,Bralet MP,Ailane N,etal.E-cadherin/p120-catenin and tetraspanin Co-029 cooperate for cell motility control in human colon carcinoma[J].Cancer Res,2010,70(19):7674-7683.

[17]Fekete T,Pete I,etal.Meta-analysis of gene expression profiles associated with histological classification and survival in 829 ovarian cancer samples[J].Int J Cancer,2012,131(1):95-105.

[18]Berthier-Vergnes O,Kharbili ME,de la Fouchardiere A,etal.Gene expression profiles of human melanoma cells with different invasive potential reveal TSPAN8 as a novel mediator of invasion[J].Br J Cancer,2011,104(1):155-165.

[19]Wang HX,Li Q,Sharma C,etal.Tetraspanin protein contributions to cancer[J].Biochem Soc Trans,2011,39(2):547-552.

[20]Rana S,Yue S,Stadel D,etal.Toward tailored exosomes:the exosomal tetraspanin web contributes to target cell selection[J].Int J Biochem Cell Biol,2012,44(9):1574-1584.

[21]Hemler ME.Tetraspanin functions and associated microdomains[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2005,6(10):801-811.

[22]Barreiro O,Gordon-Alonso M,etal.Tetraspanin-enriched microdo-mains:a functional unit in cell plasma membranes[J].Trends Cell Biol,2009,19(9):434-446.

[23]Nazarenko I,Rana S,Baumann A,etal.Cell surface tetraspanin Tspan8 contributes to molecular pathways of exosome-induced endothelial cell activation[J].Cancer Res,2010,70(4):1668-1678.

[24]Waldner MJ,Wirtz S,Jefremow A,etal.VEGF receptor signaling links inflammation and tumorigenesis in colitis-associated cancer[J].J Exp Med,2010,207(13):2855-2868.

[25]Littlepage LE,Sternlicht MD,Rougier N,etal.Matrix metalloproteinases contribute distinct roles in neuroendocrine prostate carcinogenesis, metastasis, and angiogenesis progression[J].Cancer Res,2010,70(6):2224-2234.

[26]Little KD,Hemler ME,Stipp CS.Dynamic regulation of a GPCR-tetraspanin-G protein complex on intact cells:central role of CD81 in facilitating GPR56-Galpha q/11 association[J].Mol Biol Cell,2004,15(5):2375-2387.

[27]Stipp CS.Laminin-binding integrins and their tetraspanin partners as potential antimetastatic targets[J].Expert Rev Mol Med,2010,12:e3.

[28]Hasegawa M,Furuya M,Kasuya Y,etal.CD151dynamics in carcinoma-stroma interaction:integrin expression, adhesion strength and proteolytic activity[J].Lab Invest,2007,87(9):882-892.

[30]Shi GM,Ke AW,Zhou J,etal.CD151modulates expression of matrix metalloproteinase 9 and promotes neoangiogenesis and progression of hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2010,52(1):183-196.

[31]Gaviraghi M,Tunici P,Valensin S,etal.Pancreatic cancer spheres are more than just aggregates of stem marker-positive cells[J].Biosci Rep, 2011,31(1):45-55.

[32]Zöller M.CD44:can a cancer-initiating cell profit from an abundantly expressed molecule?[J].Nat Rev Cancer,2011,11(4):254-267.

[33]Thuma F,Zöller M.EpCAM-associated claudin-7 supports lymphatic spread and drug resistance in rat pancreatic cancer[J].Int J Cancer,2013,133(4):855-866.

[34]Ni J,Cozzi PJ,Duan W,etal.Role of the EpCAM (CD326) in prostate cancer metastasis and progression[J].Cancer Metastasis Rev,2012,31(3/4):779-791.

摘要：四次跨膜超家族蛋白3(TM4SF3)，又称为CO-029、TSPAN8，在大鼠中被称为D6.1A，是四次跨膜超家族(TM4SF)中的一员。TM4SF3在结直肠癌、肝癌、食管癌及胰腺癌等多种消化系统肿瘤中存在高表达，其表达与消化系统肿瘤患者的不良预后密切相关。TM4SF3可能通过促血管再生、增强肿瘤细胞迁移等促进肿瘤的转移与进展。该文旨在对TM4SF3在肿瘤中的作用及其分子生物学机制等方面的研究进展予以综述。

关键词：四次跨膜超家族蛋白3；肿瘤；转移；血管生成；整合素

Research Progress of TM4SF3 in TumorFANGTing-ting,LIUBin-bin.(LiverCancerInstitute,Zhong-shanHospitalAffiliatedtoFudanUniversity,Shanghai200032,China)

Abstract：Taransmembrane 4 superfamily 3(TM4SF3),also known as CO-029,TSPAN8 and D6.1A(in rats),is a member of transmembrane 4 super family.TM4SF3 overexpression has been reported in many digestive system neoplasms such as colorectal cancer,hepatic cancer,esophageal cancer and pancreatic cancer, and its expression is associated with poor prognosis of patients with digestive system neoplasms.TM4SF3 promotes the tumor growth and metastasis possibly by inducing angiogenesis and enhancing the tumor cell migration.Here is to make a review of the researches about the TM4SF3 effect in tumors and the molecular biological mechanisms.

Key words:Transmembrane 4 super family 3; Tumor; Metastasis; Angiogenesis; Integrin

收稿日期：2014-05-21修回日期：2014-09-09编辑：辛欣

中图分类号：R730.4; R730.5

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)05-0814-03