骨膜蛋白在肿瘤中的作用研究进展*

赵佐芳，刘 英 综述，王大庆 审校

(1.川北医学院眼视光学系，四川南充 637000；2.川北医学院口腔医学系，四川南充 637000；3.川北医学院附属医院眼科，四川南充 637000)



·综 述·

骨膜蛋白在肿瘤中的作用研究进展*

赵佐芳1，刘 英2综述，王大庆3△审校

(1.川北医学院眼视光学系，四川南充 637000；2.川北医学院口腔医学系，四川南充 637000；3.川北医学院附属医院眼科，四川南充 637000)

骨膜蛋白；肿瘤；上皮-间质转化

骨膜蛋白(periostin,POSTN或PN)最早是Takeshita等[1]在鼠成骨细胞系MC3T3-E1的cDNA文库中通过减法杂交和微分筛选技术发现和鉴定的一种新型骨黏附分子，主要由成骨细胞及其前体分泌产生并在骨形成中起重要作用，被称为成骨细胞特异性因子2(osteoblast-specific factor-2，OSF-2)。由于它在骨膜和牙周韧带的定位表达及其在骨和牙齿的形成和结构维持中扮演重要角色，故被命名为“骨膜蛋白”[2]。

骨膜蛋白为含有811个氨基酸残基的蛋白质，相对分子质量约为90.2×103，主要是由成骨细胞及其前体分泌产生的，后来发现也可由肿瘤细胞及肿瘤间质细胞分泌[3]。骨膜蛋白属于成束蛋白家族成员，虽与昆虫细胞黏附分子成束蛋白1(fasciclin Ⅰ)具有同源性蛋白结构，但没有糖基磷脂酰基醇脂质膜锚定点，是一种分泌性的细胞外基质蛋白[1]。它包含NH2-末端信号肽序列、半胱氨酸结构域、特征性的4个同源重复结构域和亲水性的COOH-结构域四部分结构；其中氨基端结构高度保守，通过同源重复结构(FAS结构域)绑定细胞质膜整合素参对细胞功能进行调节，羧基端存在同型异构，通过黏合细胞外基质蛋白(ECM)调节细胞外基质的组成与相互作用[4]。

1 人骨膜蛋白的分布、功能与调节因子

人骨膜蛋白含有836个氨基酸残基，相对分子质量约为93.3×103，基因约为36 kb，定位于染色体13q13.3，与鼠的氨基酸同源性约为89.2%，具有高度保守性。目前发现的人类组织中骨膜蛋白共有8种同源异构体，其不同的表达方式与人体组织的发育[5]和某些肿瘤的发生发展[6]密切相关。Tilman等[7]发现骨膜蛋白在人体多种正常组织中表达，表达量可能与组织纤维原细胞数量呈正相关，如人外周血和脾脏极低表达，唾液腺和胸腺低表达，皮肤、乳腺和卵巢高表达且波动性显著，而胰腺、肝脏、淋巴结、肺、结肠的组织表达较均匀。在功能上，骨膜蛋白不仅参与了骨、牙齿、心脏等组织的形成与结构的维持，还在体内机械应力增加时，获得性地高表达于富含胶原纤维的结缔组织，促进组织损伤修复与重塑，参与了人体的病理生理过程[8]。它作为一种独特的细胞外基质蛋白，可与整合素ανβl、ανβ3和ανβ5等结合，募集上皮细胞生长因子受体，激活FAK和Akt/PKB介导的信号转导，调节细胞的黏附、扩散及生存能力。目前研究发现参与上调periostin的mRNA表达、促进periostin分泌的因子较多，骨形态发生蛋白(BMP-2)可上调成骨细胞periostin的mRNA表达[9]，转化生长因子β1(TGF-β1)[10]、转化生长因子β2(TGF-β2)[11]可诱导periostin分泌,血小板源性生长因子(PDGF-aa、PDGF-bb)、成纤维细胞因子(aFGF、bFGF)、血管经张素Ⅱ(AngⅡ)均可促进胰腺星形细胞分泌periostin[12]，以及Twist、IL-3、IL-4等炎性趋化因子可以促进periostin的分泌[13]。相反，仅发现1，25-二羟胆骨化醇、表皮生长因子等可下调MC3T3-E1细胞和血清中perriostin的mRNA表达。

2 骨膜蛋白在肿瘤中的作用

近年来的研究表明，骨膜蛋白在多种肿瘤中表达，尤其是在肿瘤间质中广泛表达，与其在正常组织中表达有显著差异，被认为与恶性肿瘤的发生发展密切相关[14]。

2.1 骨膜蛋白在肿瘤中的来源与表达 骨膜蛋白是一种分泌性蛋白，参与细胞外基质蛋白的组成，在肿瘤组织中主要来源于肿瘤间质成分。2007年，Erkan等[12]发现在胰腺导管腺癌(PDAC)原发肿瘤及转移灶中的间质细胞产生骨膜蛋白，次年Fukushima等[15]通过免疫组化染色方法也证实了在PDAC中PN定位表达于癌周间质，并且通过原位杂交技术证实这种成分是间质中的梭形细胞。有研究对结肠癌组织间质中分泌PN的梭形细胞进行鉴定，结果表明PN来源于癌或肿瘤相关成纤维细胞[16-17]；Bakhtyar等[18]也通过检测活化的成纤维细胞特异性标记物——α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)，在肾透明细胞癌组织中发现骨膜蛋白并非来源于肿瘤细胞，而来源于这种活化的成纤维细胞，并且通过一种蛋白激酶激活该细胞和促进癌细胞黏附。在上皮性卵巢癌的研究中也认为骨膜蛋白主要来源于肿瘤间质中活化的成纤维细胞，即癌或肿瘤相关成纤维细胞[19]。也有部分学者发现在恶性黑色素瘤[7]、恶性胸膜间皮瘤[20]等肿瘤中的肿瘤细胞表达骨膜蛋白，这可能与肿瘤细胞间质化出现骨膜蛋白异位表达的现象有关。

在肿瘤组织中骨膜蛋白除了表达于肿瘤细胞或间质细胞，还存在于细胞周围的组织液中并有重要意义。早在2002年，Gillan等[21]就发现骨膜蛋白可在上皮性卵巢癌(EOC)患者腹水中积聚，而且 Soltermann等[3]在肺腺癌患者胸腔积液中也检测到了POSTN的表达。国内外研究已表明多种恶性肿瘤患者血清中有骨膜蛋白的表达且其水平与肿瘤分期、转移、术后复发率及存活率等存在相关性。

2.2 骨膜蛋白在肿瘤中的作用机制

2.2.1 骨膜蛋白与肿瘤细胞的生长、增殖 肿瘤细胞常常处于缺血、低氧等营养不良环境中，还必须要抵抗机体产生的各种抗肿瘤因子，肿瘤细胞仍然能够迅速的生长增殖，甚至发生转移。研究者们发现，在这样恶劣的条件下，骨膜蛋白能够维持肿瘤细胞的生存并促进其增殖。在肺癌细胞系A549的体外肿瘤应变力学微环境和肿瘤低氧微环境模拟实验的结果显示，骨膜蛋白可能是肿瘤生长的正调节因子，通过激活Akt/PKB通路促进了A549 细胞的存活[22-23]。Bao等[24]研究结肠癌时发现骨膜蛋白可通过整合素ανβ3激活Akt/PKB通路来增加肿瘤细胞的存活力，减少应力诱导的细胞凋亡。

2.2.2 骨膜蛋白促进肿瘤细胞间质化 上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是指上皮细胞极性的缺失和间质细胞形态及功能特征的获得，是多细胞生物胚胎发育期中的基本生理过程，在肿瘤发生发展的过程中也常常发生，而且越来越多的基因和信号通路在这两个过程中被发现[25]。早在2002年就有研究表明，EMT过程主要负责原发肿瘤上皮细胞的去分化程序和播散转移定植网点，导致肿瘤恶性程度的增加[26]。肿瘤细胞间质化表现为特征性的细胞间质蛋白表达上调，如骨膜蛋白(periostin)、波形蛋白(vimentin)、纤连蛋白(fibronectin)、N-钙粘蛋白(N-cadherin)等，而上皮标记蛋白下调，如E-钙粘蛋白(E-cadherin)[27]。骨膜蛋白不仅是EMT过程的标志物还是这个过程的感应器，它的表达会伴随着波形蛋白、纤连蛋白、N-钙粘蛋白、MMP-9等蛋白的异常表达。Yan等在研究无转移的293T细胞系体内实现中发现，骨膜蛋白通过整合素ανβ5交互作用与 EGFR结合来改变肿瘤细胞形态、黏附能力及分化程度以促进肿瘤细胞的侵袭转移；这一结果得到整合素ανβ5抗体、EGFR抑制剂锁定骨膜蛋白反面证实[28]。

2.2.3 骨膜蛋白促进肿瘤中的血管生成 肿瘤新生血管的产生为肿瘤生长进展提供营养来源，是肿瘤的一个特征性表现，近期研究表明骨膜蛋白对此有促进作用。Shao等[29]在乳腺癌研究中发现异常高表达的骨膜蛋白能通过粘着斑激酶(FAK)介导的信号通路上调血管内皮生长因子受体表达来促进癌组织中血管生成。为进一步研究骨膜蛋白与肿瘤的作用机制，Orecchia等[30]在人黑色素瘤的动物模型中利用单克隆抗体阻断骨膜蛋白与整合素ανβ3和ανβ5结合位点，证实了骨膜蛋白促进肿瘤生长和血管生成过程。随后在头颈部鳞状细胞癌研究中发现，骨膜蛋白上调肿瘤细胞分泌血管内皮细胞生长因子C(VEGF-C)通过蛋白激酶促进肿瘤的淋巴血管形成[31]，丰富的新生血管形成使生长迅速肿瘤营养充足，侵袭转移能力明显增强。

2.2.4 骨膜蛋白诱导肿瘤细胞的转移定植 骨膜蛋白是在肿瘤细胞转移定植远处器官过程中非常重要的一种细胞外基质蛋白[17]，通过多种信号通路和途径参与和促进肿瘤的转移。首先，骨膜蛋白能诱导并维持肿瘤细胞的干细胞性能，促使具有干性的这部分肿瘤细胞启动转移定植过程[32]。2010年，Vermeulen等[33]对结肠癌的研究结果显示，骨膜蛋白激活的Wnt对正常结肠干细胞和结肠癌干细胞的干性维持都有重要作用，通过 Wnt信号通路可以识别筛选肿瘤细胞中的CSC，而且CSC与周围细胞相互作用维持高的Wnt活性，并使已经分化的肿瘤细胞的Wnt信号通路激活从而恢复细胞的增殖性和致瘤性，该结论也得到了Malanchi等[34]的进一步研究证实。其次，骨膜蛋白在肿瘤细胞转移定植远处器官形成壁龛的过程中是一种重要的组成成分，主要发挥黏附作用，通过增强Wnt细胞通路维持CSC的存活和充当CSC与壁龛的桥梁促进转移的定植，并保护肿瘤细胞免受机体中各种免疫细胞及免疫因子的攻击[35]。而且，骨膜蛋白在肿瘤细胞转移定植后转移灶血管生成中也发挥重要作用，为肿瘤的扩散提供了支撑。

2.3 骨膜蛋白在肿瘤治疗中的应用 大量的研究已表明，骨膜蛋白高表达于多种肿瘤，尤其是转移性恶性肿瘤，包括乳腺癌、卵巢癌、肺癌、结肠癌、头颈部鳞癌、胰腺癌、前列腺癌、成神经细胞瘤及甲状腺癌等，如前所述它为肿瘤的生长、转移、发展提供了一个适宜的微环境，参与了肿瘤血管生成、促进细胞独立增殖、逃避细胞凋亡并使细胞再进入细胞周期等机制，因此靶向抑制骨膜蛋白的表达成为治疗肿瘤的可能策略。2011年，Wang等[36]就对抗肿瘤血管生成治疗提出了思索，考虑到骨膜蛋白对肿瘤血管生成的重要作用，从骨膜蛋白入手研究抗血管生成抑制剂，对临床肿瘤的治疗有重要意义。同年，Orecchia等[30]在证实骨膜蛋白促进肿瘤生长和血管生成的研究过程中已研制出有效的能阻断骨膜蛋白第2个同源重复结构的单克隆抗体OC-20。Lee等[37]在骨膜蛋白相关拮抗因子的研究中首次研制出一种经过修饰的核酸适体，即PNDA-3，它能特异性地绑定骨膜蛋白的第3个或第4个同源重复结构域(FAS结构)，从而阻挡了骨膜蛋白与细胞表面受体的相互作用，导致整合素ανβ3和ανβ5依赖的信号通路激活受阻及相关下游信号通路活动减弱，以致肿瘤细胞存活、黏附、迁移和转移定植的作用受到强烈抑制，甚至肿瘤周围细胞也受到影响。该研究在小鼠体内体外模型中都得到证实，而且通过给小鼠静脉注射Cy3标记的PNDA-3，分析时间与荧光信号强度分布关系，发现Cy3标记的PNDA-3能够在肿瘤区域维持一段时间的强荧光信号，这位对肿瘤转移的无创定位提供了新方法依据，而且可以利用PNDA-3在肿瘤内的长时间停留，将其搭载上抗癌药物来增加抗癌疗效。英美韩澳等多国研究者合作新近发现了6种高纯度的单克隆抗体(mAbs)[38]，能特异性识别人和鼠的骨膜蛋白并抑制骨膜蛋白与整合素ανβ3的结合，而且其中两种mAbs，即MPB4B1和MPC5B4,被证实能抑制骨膜蛋白介导的人内皮细胞集落形成细胞迁移。这种具有特异性、敏感性的骨膜蛋白抗体不仅能应用于阻断骨膜蛋白功能发挥抗肿瘤细胞生物特性的作用，还可以对肿瘤患者体内骨膜蛋白表达进行检测以评估肿瘤大小、淋巴结转移等状态，作为一个强有力的预后指标。

另一个骨膜蛋白的抗癌探究点是在基因表达调控方面。p73属于p53超家族成员，最为一种特殊的转录因子，能授予细胞侵入性表型，在胶质母细胞瘤的研究中发现，p73与骨膜蛋白之间存在一个完整的p73/POSTN轴，它通过直接激活肿瘤细胞POSTN的表达使细胞侵袭性表型显著[39]。Landré等[40]在研究中采用染色质免疫沉淀反应和受体试验表明，骨膜蛋白是TAp73的一种转录目标蛋白，在肿瘤生长转移中扮演重要角色，当剔除p73下调POSTN表达将显著减少肿瘤的侵入与化疗抵抗。 Lister等[40]的最新研究发现受启动子管理的一些非编码的反义小RNA可以诱导骨膜蛋白转录基因沉默，最终导致细胞活性的丧失，这表明细胞活性和转移性可以通过转录和表观遗传调节控制骨膜蛋白表达来实现,为控制癌细胞的生长与扩散开辟了新的靶向。

3 展 望

随着人们对骨膜蛋白在肿瘤中的深入研究，它的细胞来源逐渐明确到肿瘤间质相关成纤维细胞，作用的机制和方式也越来越明确，在动物模型中也初步实现了针对骨膜蛋白的抗肿瘤治疗方法。相信经过研究者们的不懈努力，进一步全面认识骨膜蛋白及其相关因素在肿瘤中的作用机制，人类攻克肿瘤的目标终将实现。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.32.039

四川省教育厅重点项目(14ZA0189)。 作者简介：赵佐芳(1986-)，在读硕士，主要从事眼肿瘤与眼表疾病研究。△

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