间质化与结直肠癌相关性的研究进展

费强 封益飞 孙跃明



•综述•

间质化与结直肠癌相关性的研究进展

费强 封益飞 孙跃明

【摘要】上皮间质化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），指上皮细胞在某些特定因素下获得间质细胞表型的过程。在恶性肿瘤的发生和进展过程中EMT发挥重要作用。结直肠癌细胞的侵袭运动和肿瘤远处转移与EMT密切相关，EMT可能成为未来抑制结直肠癌转移的一个新的靶点，为肿瘤治疗开辟一个新方向。

【关键词】结直肠肿瘤； 研究； 进展

上皮间质化（epithelial mesenchymal transition，EMT）指上皮细胞在某些特定因素下获得间质细胞表型的过程，在恶性肿瘤的发生和进展过程中EMT发挥重要作用。结直肠癌是常见的消化系统恶性肿瘤，起源于大肠粘膜上皮。结直肠癌细胞的侵袭运动和肿瘤远处转移与EMT密切相关。现就EMT和结直肠癌相关性的研究进展予以阐述。

一、EMT简介

EMT是指上皮细胞在一定条件下获得间质细胞表型的过程，主要表现为细胞上皮特性减少，间质特性增加，细胞骨架重塑和细胞基质粘附消失。Greenburg观察到晶状体上皮细胞在三维凝胶中形成伪足并向间质样细胞形态转变，首次提出EMT的概念［1］。脊椎动物胚胎研究中发现，心脏瓣膜形成过程中EMT发挥重要作用［2］。EMT也发生在组织损伤的修复过程中通过产生成纤维细胞来修复创伤或者炎症造成的伤害。EMT参与肿瘤的发生、发展，上皮细胞来源的肿瘤细胞EMT后，获得运动和侵袭的能力，并且具有干细胞的很多特性［3］。值得一提的是恶性肿瘤转移过程中肿瘤芽殖概念的提出，肿瘤芽殖是指位于浸润前缘的孤立单个癌细胞或少于5个癌细胞的癌细胞簇，形成肿瘤芽殖是肿瘤浸润转移过程的第一步，这类细胞具有极强的侵袭能力，与EMT有关，且具有肿瘤干细胞特性［4］。

EMT特征包括细胞形态改变和分子标志物改变：细胞形态由鹅卵石样改变为纺锤体样，细胞极性消失，骨架改变；上皮化分子标志物E-钙黏蛋白等表达水平下降，间质化分子标志物波形蛋白等表达水平上升。

二、结直肠癌简介

结直肠癌作为世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，在癌症相关死亡人数统计排名中占第四位，并且其发病率有逐年升高的趋势［5］。肝脏作为结直肠癌最先和最易侵及的器官，大约25%的患者在初诊时即发现结直肠癌肝转移［6］。发达国家结直肠癌的5年生存率接近65%。美国的一项调查研究显示，结直肠癌出现远处转移，患者生存率骤降为11.7%［7］。

三、结直肠癌发生EMT的分子机制

（一）E-钙黏蛋白（E-cadherin）和波形蛋白（Vimentin）

E-钙黏蛋白是一种钙依赖性跨膜糖蛋白，在大多数上皮组织中均存在表达。E-钙黏蛋白在胞外通过免疫球蛋白结构域相互连接，在胞内通过α、β连接蛋白与肌动蛋白骨架相连接，使细胞与细胞之间形成紧密连接［8］。E-钙黏蛋白同时也是维持上皮细胞特性的重要分子，丢失E-钙黏蛋白的细胞呈现间质细胞的特性。EMT过程中E-钙黏蛋白表达水平下降，导致细胞粘附能力降低，易于移行，从而促进肿瘤转移［9］。E-钙黏蛋白表达降低是肿瘤细胞发生EMT最重要的特征性表现之一。结直肠癌组织中E-钙黏蛋白表达降低意味着可能存在淋巴转移、肿瘤分化程度较差和患者预后不佳［10-11］。

波形蛋白也是细胞骨架蛋白之一，特异性分布于间质细胞中，上皮细胞基本不表达，波形蛋白表达增加使上皮源性细胞具有成纤维细胞特征［12］。波形蛋白在肿瘤中表达上调不仅与肿瘤分级有关，而且可以促进肿瘤的转移［13］。

（二）转录因子

最初的研究表明，EMT过程主要由三类转录因子进行调控，第一类转录因子为Snail锌指蛋白，包括Snail1 和Snail2（SLUG），第二类转录因子为锌指E盒结合蛋白，包括ZEB1和ZEB2（SIP1），最后一类为bHLH （basic Helix-loop-helix，碱性螺旋-环-螺旋）转录因子，包括TWIST1、TWIST2和E12/E47。最新研究结果显示更多的转录因子参与EMT和结直肠癌进展，包括：转录因子Brachyury、AP4、FOXC2、E2-2、SOX2、OCT4、胚胎干细胞关键蛋白Nanog、PROX1、同源盒蛋白SIX1、PRRX1、HMGA1、Fra-1和ZNF281/ZBP99等［14］。

（三）信号通路

TGF-β/Smad信号通路是诱发恶性肿瘤细胞发生EMT的重要信号通路之一，TGF-β引起细胞膜表面TβRⅠ和TβRⅡ二聚体化，进而导致Smad蛋白磷酸化［15-16］。磷酸化的Smad2和Smad3与Smad4结合形成异源三聚体进入细胞核［17］，作为转录调控因子参与肿瘤细胞EMT调节。

WNT/β-catenin信号通路也是结直肠癌进展和EMT调节的重要因素［18］。WNT信号通路抑制糖原合成激酶3β（GSK3β）介导的磷酸化作用以及抑制胞质中的β-连环蛋白（β-catenin）降解，β-catenin进入细胞核内与转录因子（lymphoid enhancer factor/T cell factor）共同作用，激活EMT相关靶基因，降低E钙黏蛋白的表达［19-20］。Dickkopf-1（DKK1），一种WNT信号通路的抑制剂，可以通过抑制EMT来抑制结直肠癌进展［21］。

RAS/ERK1/2在结直肠癌EMT 过程中发挥作用。SLUG受到RAS信号通路的调控，对于伴RAS突变的结直肠癌，SLUG可以作为治疗靶点［22］。RKIP（RAF-1激酶抑制蛋白）的下调与E-钙黏蛋白的下降有关。

PI3K/AKT信号通路参与EMT过程。体外和体内试验均证实了PI3K/AKT信号通路通过转录因子SNAIL1和SLUG调节EMT［23］，WNT信号通路和PI3K/AKT信号通路之间的交互作可以影响β-catenin和Snail和稳定和聚集［24］。

四、miRNA与EMT

miRNA是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，对细胞EMT同样具有调控作用。研究表明miRNA-145可以调节TGF-β通路，抑制EMT过程，进而抑制肿瘤的侵袭和转移［25］。miRNA200家族可以通过作用于E钙黏蛋白ZEB1和ZEB2，促发EMT过程［26］。结直肠癌中，miRNA-34a表达水平下降与c-met、SNAI1 和β-catenin上调有关［27］。

五、肿瘤微环境与EMT

肿瘤微环境是指肿瘤产生和生存的环境，由多种细胞（包括炎症和免疫细胞、肿瘤相关成纤维细胞）、胞外基质和信号分子以及酸性、低氧等理化环境组成。研究表明，肿瘤微环境可以诱导肿瘤细胞发生EMT。

肿瘤相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是指从患者的肿瘤组织中分离得到的活化的成纤维细胞。共培养实验结果显示CAFs可以促进结直肠癌细胞的迁移［28］。CAFs在肿瘤微环境中可能通过IL-6/STAT3/Snail通路诱导上皮细胞的EMT转化［29］。

细胞外基质（extracellular matrixc，ECM）是分布在细胞表面或细胞之间的大分子，主要是多糖和蛋白，构成复杂的网架结构。发生了EMT的细胞能够分泌基质金属蛋白酶（MMP），造成ECM物理和化学结构的改变，ECM的变化反过来可以诱导和加强EMT［30-31］，增加肿瘤细胞浸润能力。

炎性因子在肿瘤微环境中具有重要作用。TNF-α是巨噬细胞分泌的一种炎性因子，TNF-α可以通过激活Akt或者抑制Snail与糖原合成酶3β的结合来上调Snail的表达，从而诱导EMT［32］。IL-8与EMT有关并且可以与Snail共同激活结肠癌干细胞［33］。

研究表明，包括干细胞生长因子（HGF）、表皮生长因子（EGF）和成纤维细胞生长因子在内的胞外信号分子，通过自分泌或旁分泌的方式，激活和维持EMT［34］。在这个过程中主要是PI3K/Akt/mTOR和Ras通路发挥信号传递作用。

缺氧诱导因子HIF-1在缺氧条件下稳定表达。HIF-1α可以引起EMT和肿瘤干细胞的自我更新，并且促进肿瘤转移，下调HIF-1α可以抑制甚至逆转EMT过程［35-36］。缺氧诱导结直肠癌细胞发生EMT，通过上调整联蛋白α2和α5、胶原蛋白及纤维连接蛋白的表达，癌细胞进入周围组织的脉管系统［37］。

六、EMT与肿瘤耐药和肿瘤治疗

研究表明，对奥沙利铂、吉西他滨、紫杉醇等化疗药物耐药的恶性肿瘤细胞可以发生EMT［38-39］，分子机制的进一步研究证实Snail可以提高结直肠癌癌细胞对5-FU的耐药性［40］，骨化三醇可以提高结直肠癌对放疗的敏感性，但SLUG却可以减弱这个作用［41］。EMT导致的肿瘤耐药性可能与肿瘤干细胞有关。肿瘤干细胞同样具有耐药性和抗放疗性，而发生EMT的肿瘤细胞具有自我更新和分化的干细胞特性［42］。EMT与结直肠癌细胞耐药性之间的关系需要进一步研究。

EMT在结直肠癌进展过程发挥重要作用，抑制或逆转EMT过程可以考虑作为结直肠癌治疗的一种方法。蛋白结合多糖（PSK）可以调节TGF-β1和TGFβ2的生物活性［43］，抑制EMT过程。随机临床实验表明PSK在结直肠癌的辅助治疗中发挥有效做用［44］。ShRNA沉默Snail蛋白可以逆转EMT过程，抑制肿瘤生长［45］。

综上，结直肠癌的发生、进展和转移过程中，EMT是关键因素之一。随着分子生物学的研究发展，对EMT的机制将有更深入的了解。EMT可能成为未来抑制结直肠癌转移的一个新的靶点，为肿瘤治疗开辟一个新方向。

参 考 文 献

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（本文编辑：杨明）

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Research progression of the relativity between epithelial-mesenchymal transition and colorectal cancer

Fei Qiang， Feng Yifei， Sun Yueming. Department of Colorectal Surgery， The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University， Nanjing 210000， China
Corresponding author: Sun Yueming， Email: jssym@vip.sina.com

【Abstract】Epithelial mesenchymal transition （EMT）， refers to the epithelial cells obtained interstitial cell phenotype under some specific factors， EMT play an important role in the process of malignant tumor occurrence and progress. The invasion and distant metastasis of colorectal cancer cell is closely related to the EMT， EMT may become a new target for inhibiting metastasis of colorectal cancer， and be a new field for tumor treatment.

【Key words】Colorectal neoplasms； Research； Progress

DOI：10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2016.01.13

基金项目：教育部基金项目（2012YQ030261）

作者单位：210000，南京医科大学第一附属医院结直肠外科

通信作者：孙跃明，Email：jssym@vip.sina.com

收稿日期：（2015-12-18）