紧密连接蛋白Claudins 与胃癌关系的研究进展

邵瑞颖，石 莎，李森林

1.青岛大学医学院内科学消化系，山东 青岛266071;2.山东省聊城市人民医院消化内科

胃癌的发生、发展是一个多步骤的漫长过程，包括慢性胃炎、萎缩性胃炎、肠上皮化生、上皮内瘤变等，最后发展为癌症［1］。在这个过程中，细胞极性丧失，细胞间连接中断频繁发生，这在癌症的发生、发展过程中起重要作用。目前学术界普遍认为，上皮细胞黏附力降低可导致细胞间连接功能的破坏。紧密连接(tight junctions，TJS)是重要的细胞间膜连接复合体，在维持细胞的正常结构和生理功能中起关键作用［2］。TJS 不仅是细胞的物理屏障，防止溶质和水自由通过细胞之间的间隙，在维持细胞极性和信号传导中也发挥重要作用［2-3］。TJS 由紧密连接蛋白(Claudins)、Occludin、连接黏附分子等多种蛋白分子构成，其中Claudins 是决定TJS 功能最重要的紧密连接骨架蛋白，在肿瘤细胞转移及侵袭过程中起重要作用［4］。本文就Claudins与胃癌的关系作一概述。

1 Claudins 的基本结构及功能

Claudins 是由CLDN 基因所编码的一组蛋白质家族，最早于1998 年由Furuse 等［5］在鸡肝细胞中发现，现在已发现至少27 种家族成员，Claudins 家族是一类分子量22 ～27 kDa 的跨膜蛋白，广泛存在于哺乳动物的上皮及内皮细胞中［6］。Claudins 蛋白分为两类:具有高度序列相似性的经典Claudins，如Claudins 1 ～10、14、15 等，和非经典Claudins，如Claudins 11、12、13、16、18 等［7］。然而，经典及非经典的Claudins 其家庭成员的分子结构都极为相似，均由2 个细胞外环形结构组成，肽链4 次穿过细胞膜，组成了Claudins 蛋白分子的4 个可以相互作用的疏水跨膜区。氨基末端和羧基末端位于细胞膜内，细胞膜外有2 个长度不等的细胞外环形结构，第1 个细胞外环内含有1 个可以增加区域结构稳定性的二硫键，第2 个细胞外环的氨基序列则形成了一个螺旋-拐角-螺旋的特殊结构域，通过其内的疏水氨基酸序列，与相邻细胞的Claudins蛋白分子中的相应部分组成二聚体结构［8］。Claudins蛋白的4 个跨膜区可封闭相邻细胞间的细胞间隙，参与细胞膜选择渗透性的调节过程［9］。其中，第1、4 跨膜区的氨基酸序列具有高度保守性，第2、3 跨膜区细胞外环结构中的氨基酸序列存在较多差异，羟基尾部是决定了Claudins 的特异性及稳定性［10］。羟基尾部含有1 个盘状同源区域(PDZ 结构域)。Claudins 蛋白通过PDZ 结构域，与细胞骨架蛋白结合，参与构成TJS复合体。羟基尾部末端的氨基酸磷酸化及去磷酸化，可参与Claudins 蛋白在细胞膜上的定位过程，影响其功能［11］。

Claudins 主要分布于上皮细胞侧面及基底细胞质膜上，参与黏附连接，并不局限于TJS 中。不同的Claudins 蛋白分子在不同的组织细胞中具有各自特异性的表达，有些组织细胞不表达或只表达一种Claudin分子，而大多数组织细胞表达两个或两个以上Claudins［12］，如在肝脏细胞同时表达Claudin-1、Claudin-2和Claudin-3 三种蛋白，胃肠细胞、肾脏细胞同时表达Claudin-21 及Claudins-24 ～27［13］。Claudin-4、Claudin-7、Claudin-8 则主要表达于肺脏和肾脏。Claudin-18 高表达于胃黏膜细胞内，但在其他组织细胞内极少表达或不表达［14］;Claudin-5 不仅在各种上皮组织细胞内都表达，在血管内皮细胞中也有较高水平的表达。

TJS 至少具有三种重要的生物学功能:(1)屏障功能;(2)维持细胞极性;(3)物质转运和信号传导功能，调节细胞的生长、增殖和分化［7］。Claudins 蛋白是构成TJS 最主要的功能分子，主要在细胞旁扩散过程中起选择性离子通过作用，调控细胞渗透性、通过离子的分子大小及类型等，从而调节细胞间小分子物质的转运，在信号传导及维持细胞极性等过程中也发挥重要作用［15］。Claudins 基因的表达异常(上调或下调)导致TJS 的结构和功能的破坏，使得细胞失去黏附、易于浸润和去分化，从而促进肿瘤细胞生成、浸润及转移。近十年的研究显示，在多种肿瘤组织中，Cluadins 表达异常。如Claudin-3、Claudin-4 在卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌肿瘤中呈高表达［16-19］;Claudin-7 在胸部、头部及颈部癌症中呈低表达，而在胃癌中Claudin-7 基因表达上调［20］。

2 Claudins 与胃癌

胃癌是最常见及最致命的恶性肿瘤之一，是全球癌症死亡的第二大原因［21］。由于缺少特异性的早期症状及有效的早期筛查指标，胃癌仍是发展中国家癌症死亡的主要原因，有超过70%的新病例和死亡发生在发展中国家，尤其是在亚洲东部，其总体5 年生存率低于20%［22］。我国胃癌发病率居恶性肿瘤第2 位，且发病率和死亡率随年龄增长而上升。目前对于Claudins 与胃癌的关系做了诸多研究，有越来越多的证据表明，Claudins 可能在胃癌发生、发展中起关键作用，但其在胃癌中的表达模式与胃癌细胞增殖、浸润、转移及预后等的关系仍存在争议。

2.1 Claudin-1 在人体内，Claudin-1 基因定位于3q28/3q29，参与多种信号传导通路及TJS 的调节，如Rho 因子、PKC、异三聚体G 蛋白等［23］。Claudin-1 通常表达于胃体及胃窦黏膜。Chao 等［24］研究表明Claudin-1 基因型改变所引起的表达异常，可影响细胞膜信号通路及细胞分化、生长等，如细胞膜受体交互作用、离子通路、凝血连锁、凋亡过程和肌动蛋白骨架的调节。Claudin-1 的某些基因型还具备GTP 酶、生长因子、细胞外基质蛋白等功能。有学者认为，Claudin-1可能与c-Abl-Ras-Raf-1/ERK1/2 和c-Abl-PKC 等信号通路有关，可调节细胞内信号传导［25］。一项对20 例胃癌患者的研究发现［26］，Claudin-1 在胃癌细胞中明显呈高表达，是不良预后的独立和显著危险因素，提示Claudin-1 可能是评估胃癌预后的重要指标之一。在胃黏膜上皮细胞感染幽门螺杆菌并最终发展成为胃癌的过程中，Claudin-1 可能是影响其基因变化的中心环节。Wu 等［27］研究也发现，Claudin-1 在胃癌黏膜中表达上调，与分化程度呈负相关，与肿瘤浸润及转移呈正相关，但在肿瘤浸润前缘，Claudin-1 表达水平与胃癌分化程度、侵袭及转移均呈正相关，胃癌的浸润性越强，Claudin-1 阳性率也就越高。在浆膜层中的表达率明显高于肌层及早期胃癌细胞，伴有淋巴结转移的高于不伴有的，这提示Claudin-1 表达上调在胃癌细胞生物学行为的转变过程中发挥重要作用。Jung 等［28］的实验也发现Claudin-1 在胃癌中表达上调，且在Lauren分型肠型胃癌中的表达显著高于弥漫浸润型胃癌。但Chang 等［29］的 研 究 结 果 却 显 示Claudin-1 可 能 是RUNX3 基因的转录产物，具有抑癌作用，Claudin-1 表达下降可促进胃癌增殖。以上研究说明，Claudin-1 在胃癌中表达异常，但目前尚无定论且其作用机理仍不清楚。

2.2 Claudin-3 在人体中，Claudin-3 基因定位于7q11.23，在Claudins 中，Claudin-3 和Claudin-4 较为特殊，二者均为产气荚膜杆菌外毒素(clostridium perfringens enterotoxin，CPE)的受体。CPE 与其受体结合后，可以形成一种独特的、具有十二烷基硫酸钠抵抗性的细胞膜复合物。这种复合物可改变细胞膜通透性，进而导致细胞溶解坏死。有研究［30］表明，DNA 甲基化、组蛋白H3 乙酰化和Sp1 转录因子等可刺激Claudin-3活化，并通过β-catenin-TCF 等信号通路参与肿瘤生成及发展。Okugawa 等［31］的研究认为，Claudin-3 在胃癌及胃黏膜肠上皮化生细胞中的表达明显高于正常胃黏膜细胞，且Claudin-3 和Ki-67 的表达呈负相关。研究还显示从胃癌中心到侵袭前沿再至淋巴结转移灶，Claudin-3 的表达率逐渐降低，这提示Claudin-3 下调与胃癌细胞的增殖潜能密切相关，Claudin-3 可能在胃癌进展过程中起关键作用。Jung 等［28］研究也显示，肿瘤细胞Claudin-3 低表达者，多为淋巴管癌栓阳性或胃癌T3、T4 期患者，这一结果提示Claudin-3 表达率或可作为评价胃癌患者预后的指标之一。综上，Claudin-3 在胃癌中表达上调，且与预后关系密切，但作用机理不明。

2.3 Claudin-4 Claudin-4 由209 个氨基酸组成，与Claudin-3 相似，也是细胞膜上CPE 的受体，基因定位于7q11.23。Claudin-4 可能通过影响MAPK-Rho 信号通路调节细胞的运动性［32］，但其具体分子或通路机制仍需进一步研究。Hwang 等［33］研究证实，在胃癌组织中Claudin-4 表达上调，与肿瘤浸润深度和淋巴结转移呈正相关，且胃癌临床分期越高，Claudin-4 阳性率越高。研究还发现，Claudin-4 的表达与MMP-2 及MMP-9 相关且可影响MMP-2 及MMP-9 的活性，这也表明Claudin-4 的表达与肿瘤的浸润及MMP-2 和MMP-9 在胃癌组织中的表达相关。Zhu 等［34］对胃癌、肠上皮化生、不典型增生病变及正常胃黏膜的研究显示，Claudin-4 在胃癌组织中阳性率明显升高，正常胃黏膜中阳性率仅为15.9%，而在肠上皮化生和不典型增生病变中阳性率分别为90.5%和95.2%。Claudin-4 的表达与肿瘤组织学分化程度及生长模式显著相关，与患者的生存率无关。但研究还发现，根据癌组织的间质量分类，Claudin-4 与中间型胃癌患者的生存率呈相关趋势。这一现象表明，Claudin-4 或许可以作为识别的中间型胃癌的基础。Kwon 等［35］也认为，Claudin-4 表达与胃癌的进展呈正相关，是评估胃癌预后的一个独立影响因素，且Claudin-4 可作为胃癌基因治疗的靶位。但Lee 等［36］研究发现，在胃癌组织中Claudin-4 表达下调，与肿瘤低分化及弥漫型胃癌相关。这说明在弥漫型或低分化胃癌中，Claudin-4 功能障碍在细胞黏附力下降过程中起促进作用。以上研究表明，Claudin-4在胃癌中表达上调或下降，参与胃癌生成及发展过程，但作用机制尚不明确。

2.4 Claudin-18 Claudin-18 基因定位于3q22.3，其主要表达于胃及肺部上皮细胞膜上，敲除Claudin-18基因的老鼠易造成胃黏膜萎缩及氢离子通路异常［37］。一项关于75 例胃癌标本的研究显示［38］，与正常、癌旁及肠上皮化生组织相比，Claudin-18 在胃癌组织细胞中呈明显的低表达，其表达下调与胃癌增殖、浸润及转移呈正相关，提示在胃癌发生及发展过程中，Claudin-18 起重要作用。Claudin-18 在肠型胃癌中常呈低表达，提示Claudin-18 可作为早期胃癌的分子生物学标志之一［39］。Jun 等［40］也发现，约51.5%胃癌组织中Claudin-18 的表达降低，表达Claudin-18 的胃癌患者生存率高于不表达者，表明Claudin-18 下调是胃癌不良预后的独立影响因素。综上，Claudin-18 在胃癌中异常表达，参与胃癌发生、发展过程，但具体作用机制尚不明确。

同时，有些学者也就其他Claudins 蛋白等在胃癌中的表达进行了相关研究，如Claudin-6、7、9 的过度表达与胃腺癌增殖、转移呈正相关，与ERK/MAPK 信号通路有关，并与肿瘤分期、患者预后等有一定相关性［41］。

3 临床应用价值

Claudins 蛋白在胃癌细胞中存在表达异常，提示Claudins 在胃癌发生、发展、评估预后等方面有一定的价值。但是目前其机制及结论尚不明确，还需要进一步深入的研究及大量研究结果的证实。未来，Claudins蛋白有望成为胃癌诊断、鉴别诊断、预后评估等的分子生物学标志物，用以预测胃癌的发生及复发，甚至可能作为一种诊断工具，以明确病理诊断。

在肿瘤的治疗方面，Claudins 在胃癌组织中表达异常，导致细胞通透性改变，抗体类抗肿瘤药物更易通过细胞膜进入细胞内;Claudins 在细胞膜具有较为保守的2 个外环结构，可进行放射性靶向治疗或刺激自身免疫反应;Claudin-3、4 为CPE 受体，激活后可改变细胞膜通透性，促进细胞溶解，有可能开展新的抗癌疗法。

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