上皮间质转化的机制研究进展

李汉清，可 燕

(上海中医药大学教学实验中心，上海 201203)

上皮间质转化的机制研究进展

李汉清，可 燕

(上海中医药大学教学实验中心，上海 201203)

上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮细胞转化为能动的间质细胞的过程，在胚胎发育、创伤愈合、器官纤维化、肿瘤发生发展中均发挥着重要作用。它的发生与多种转录因子、蛋白分子及生长因子等相关，其中涉及到复杂的分子机制和信号转导通路。该文主要对EMT的调节机制做一综述，并简要概括了以EMT为靶向的天然化合物的研究进展。

上皮间质转化；转录因子；生长因子；蛋白分子；分子机制；天然化合物

上皮细胞在机体中起着分泌、支持等作用，通常情况下，细胞的极性以及细胞间的黏附连接限制了上皮细胞任意迁移的能力。但在特定的生理、病理状况下，上皮细胞可向间质细胞形态转化，导致细胞极性丧失、黏附能力下降、细胞骨架发生变化，从而增强细胞迁移和运动的能力，这种变化称为上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。EMT是哺乳动物胚胎发育的基础，胚胎发育早期较为常见，尤其对器官形成和神经系统分化至关重要。除此之外，在机体病理状态下，尤其是炎症、器官纤维化和高转移性癌症中，EMT也扮演着重要角色。因此，研究EMT这一重要生理病理现象的调节机制具有重要意义。

1 EMT的调节机制

EMT是一个动态的、复杂的过程，它的发生与多种生长因子、蛋白分子、转录因子以及它们所调控的通路之间的相互合作密不可分。

1.1转录因子调节EMT基因表达的变化促进了上皮细胞表型向间质细胞表型的变化，主要包括Snail、碱性螺旋-环-螺旋蛋白(basic helix-loop-helix，bHLH)和E盒结合锌指类蛋白(zinc finger E-box binding homeobox，ZEB)转录因子。这些转录因子通过不同的信号通路以及各通路间的相互作用共同调控EMT的产生和发展。

1.1.1Snail转录因子 Snail家族成员编码具有锌指结构的转录因子，包括Snail1(Snail)、Snail2(Slug)、Snail3(Smuc)，其中Snail1、Snail2在胚胎发育(中胚层、原肠胚形成，神经嵴发育)、组织纤维化和肿瘤的EMT进程中发挥重要作用。Snail可以与E盒DNA序列绑定，通过抑制上皮基因的表达[1]，促进EMT表型变化；也可通过抑制紧密连接蛋白(claudin)和闭合蛋白(occludin)的表达，破坏细胞间的相互作用，促进EMT进程。另外，受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTKs)[2]、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)[3]等在EMT相关通路中也可以通过调控Snail的表达变化影响EMT进程。

1.1.2bHLH转录因子 同型和异型bHLH转录因子在遗传和分化方面发挥着重要作用。其家族包含的各种成员在功能上也有一定的差异。其中E12和E47、Twist1和Twist2以及分化抑制蛋白(inhibitor of differentiation proteins，ID)在EMT进程中发挥主要作用[4]。同Snail一样，Twist可以通过抑制E-钙黏蛋白表达，调控EMT进程[5]。 但与Snail不同的是，Twist主要以二聚体形式发挥作用，Twist1和Twist2可以形成同源二聚体，也可以与E12或E47形成异源二聚体，调节与E盒DNA的绑定。而ID蛋白可以结合Twist、E12或E47，但不能与它们相关的DNA结合，从而可以竞争性地抑制Twist的功能。因此，在EMT进程中可以通过抑制ID的表达来活化Twist (或其他bHLH蛋白)[6]。

1.1.3ZEB转录因子 ZEB主要包括ZEB1和ZEB2，是十分重要的细胞核内转录因子。ZEB发挥转录抑制功能主要是在C末端结合蛋白(C-terminal binding protein，CTBP)的协助下完成。另外，ZEB的表达通常伴随着Snail的活化，Snail1单独或者与Twist1协同作用均能诱导ZEB1的表达，促进EMT进程。

1.1.4其它转录因子 除了上文提到的机制研究比较明确的几种转录因子外，其他一些转录因子在调控EMT方面也有重要的作用。例如具有翼状螺旋结构的叉头框转录因子(forkhead box，FOX)以及具有锌指类结构的GATA转录因子，可改变上皮细胞的极性和连接功能。SOX(SRY box)转录因子可以协同Snail1或Snail2共同促进细胞的转移侵袭[7]。这些转录因子均已被证明会对EMT进程产生影响，但其机制还不完全明确。

1.2RNA水平的EMT调控除了EMT相关转录因子对基因表达的直接作用外，miRNA调控、RNA剪接也可以对EMT相关蛋白的结构和功能产生重要影响。

1.2.1可变剪接调控EMT 可变剪接是基因表达调控的一种重要机制，通过RNA的选择性剪接使EMT相关蛋白具有广泛的同型变化，使有限的基因编码出远远超过自身数量的蛋白，从而广泛参与EMT进程[8]。

1.2.2miRNA调控EMT 非编码miRNA可选择性的与mRNA绑定，通过抑制其转录或促进其降解，从而对上皮表型和EMT进程产生影响。例如，miRNA不仅可以调控EMT关键转录因子的表达[9-10]，也可以直接作用于一些黏附连接蛋白和极性复合蛋白[11-12]，通过相互作用、相互调节形成复杂的EMT调控网络。

1.3生长因子调控EMT

1.3.1TGFβ调控EMT 转化生长因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β) 是调节EMT进程的重要细胞因子。TGF-β超家族由33个成员组成，包括3个TGF-β亚型、两类激活素(activins)、骨生成蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)等。其在胚胎发育、创伤修复、组织纤维化和恶性肿瘤发展中发挥重要作用。

1.3.1.1TGFβ通过Smad通路调控EMT TGF-β家族成员与丝氨酸/苏氨酸激酶受体结合，可以使TGF-βⅡ型受体(TβRⅡ，亦称TGFR2)磷酸化，继而激活TGF-βⅠ型受体(TβRⅠ，亦称TGFR1)。之后TβRⅠ磷酸化下游R-Smads (Smad2和Smad3)，R-Smads 与Smad4结合，形成三聚体复合体发挥作用。在BMP信号中，Smad1和Smad5与Smad4协同发挥作用，通过与转录辅激活物或转录辅抑制物相互作用，活化或抑制相关基因的转录[13]。除此之外，Smads还可以直接激活一些间质细胞相关基因如波形蛋白、纤连蛋白和胶原蛋白的表达[14-15]，调控EMT进程。

1.3.1.2TGFβ通过非Smad通路调控EMT 在非SMAD通路中，TGF-β主要通过小G蛋白中的Rho家族、PI3K-Akt和MAPK通路调控EMT进程。激活Rho、Rac等GTP酶可诱导肌动蛋白的重组及板状伪足和丝状伪足的形成[16-17]，抑制Akt可抑制Snail1的表达水平，升高E-钙黏蛋白的表达，从而调控EMT进程[18]。除此之外，TGF-β还可以激活ERK、p38、JNK MAPK通路，例如TAK1是p38 MAPK和JNK通路的上游激酶，当受到TGF-β刺激时可激活TAK1，从而活化p38 MAPK和JNK通路[19]；c-Jun是激活蛋白1(activator protein 1，AP1)复合体的组成部分，JNK可以激活c-Jun，并与Smad3-Smad4协同作用，调控TGF-β诱导的转录[20]。

1.3.2其它生长因子调控EMT 除去TGF-β家族之外，其它生长因子在EMT进程中也发挥着重要作用。主要包括成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)、肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1，IGF1)、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)、血小板生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等，均可诱导上皮细胞表型向间质细胞表型转化。

此外，组织或肿瘤微环境也可以诱导EMT产生和发展。在肿瘤中低氧可促进缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表达，从而激活Twist促进EMT进程，增强细胞侵袭能力[21]。免疫细胞、内皮细胞、肿瘤相关的纤维母细胞释放的炎性因子也可以促进EMT进程。

2 天然植物提取物与EMT

目前，以EMT为靶向的研究主要集中在肿瘤转移方面。西药帕尼单抗、吉非替尼、尼罗替尼等均有报道可靶向抑制EMT进程，抑制肿瘤转移。但上述药物毒副作用较大，患者依从性差，从而导致治疗效果不佳。而天然产物具有来源广、类型多、不良反应小等优点，我国作为传统中药大国，具有几千年的中草药的使用经验，对发展植物来源的抗EMT药物具有无可比拟的优势。例如筋骨草与茯苓配伍使用可抑制p-ERK1/2、p-p38、p-JNK等MAPK通路靶蛋白的含量变化，从而调控乳腺癌细胞的EMT进程[22]；胃肠安可通过抑制Twist、Snail的表达，抑制胃癌细胞的EMT进程[23]。诸如此类的药物，如植物多糖、复方制剂或中药提取物在现代研究中越来越多，如何利用我国丰富的药物资源和用药经验寻找靶向抑制EMT的药物，越来越受到研究人员的关注。

3 结语

细胞与细胞之间的连接物质和连接方式是其维持自身特性的必要条件，多种信号调控的通路使细胞的连接物质丢失，细胞特性丧失是EMT发生的基础条件。另外，随着EMT研究的不断深入，新的作用机制和新的调节子不断被发现，也为EMT相关疾病的治疗提供了新的思路和方法，为相关疾病的靶向治疗提供依据。

[1] Brzozowa M, Michalski M, Wyrobiec G, et al. The role of Snail1 transcription factor in colorectal cancer progression and metastasis[J].ContempOncol(Pozn), 2015,19(4):265-70.

[2] Wang Y, Shi J, Chai K, et al. The role of Snail in EMT and tumorigenesis[J].CurrCancerDrugTargets, 2013,13(9):963-72.

[3] Namba T, Kodama R, Moritomo S, et al. Zidovudine, an anti-viral drug, resensitizes gemcitabine-resistant pancreatic cancer cells to gemcitabine by inhibition of the Akt-GSK3beta-Snail pathway[J].CellDeathDis, 2015,6(6):e1795.

[4] De Craene B, Berx G. Regulatory networks defining EMT during cancer initiation and progression[J].NatRevCancer, 2013,13(2):97-110.

[5] Ren H, Du P, Ge Z, et al. TWIST1 and BMI1 in cancer metastasis and chemoresistance[J].JCancer, 2016,7(9):1074-80.

[6] Kang Y, Chen C R, Massagué A J. A self-enabling TGFβ response coupled to stress signaling[J].MolCell, 2003,11(4):915-26.

[7] Guo W, Keckesova Z, Donaher J L, et al. Slug and Sox9 cooperatively determine the mammary stem cell state [J].Cell, 2012,148(5): 1015-28.

[8] Ishii H, Saitoh M, Sakamoto K, et al. Epithelial splicing regulatory proteins 1 (ESRP1) and 2 (ESRP2) suppress cancer cell motility via different mechanisms.[J].JBiolChem, 2014,289(40):27386-99.

[9] Ru P, Steele R, Newhall P, et al. miRNA-29b suppresses prostate cancer metastasis by regulating epithelial-mesenchymal transition signaling.[J].MolCancerTher, 2012,11(5):1166-73.

[10] Qi J, Rice S J, Salzberg A C, et al. MiR-365 regulates lung cancer and developmental gene TTF-1.[J].CellCycle， 2012,11(1):177-86.

[11] Zhou B, Xu H, Xia M, et al. Overexpressed miR-9 promotes tumor metastasis via targeting E-cadherin in serous ovarian cancer[J].FrontMed, 2017,11(2):214-22.

[12] Zhou Q, Fan J, Ding X, et al. TGF-{beta-induced MiR-491-5p expression promotes Par-3 degradation in rat proximal tubular epithelial cells.[J].JBiolChem, 2010,285(51):40019-27.

[13] Bosukonda A, Carlson W D. Harnessing the BMP signaling pathway to control the formation of cancer stem cells by effects on epithelial-to-mesenchymal transition.[J].BiochemSocTrans, 2017,45(1):223-8.

[14] Heldin C H, Moustakas A. Role of Smads in TGFbeta signaling [J].CellTissueRes, 2011,347(1): 21-36.

[15] Shin J A, Hong O K, Lee H J, et al. Transforming growth factor-β induces epithelial to mesenchymal transition and suppresses the proliferation and transdifferentiation of cultured human pancreatic duct cells[J].JCellBiochem, 2011,112(1):179-88.

[16] Zago G, Biondini M, Camonis J, Parrini M C. A family affair: A Ral-exocyst-centered network links Ras, Rac, Rho signaling to control cell migration[J].SmallGTPases, 2017,12:1-8.

[17] 周雅君, 时 菁, 田 耕,等. 甲基莲心碱体外抑制人肝癌细胞增殖和侵袭的作用机制研究 [J]. 中国药理学通报, 2016,32(11): 1539-42.

[17] Zhou Y J, Shi J, Tian G, et al. Effect of neferine on proliferation and invasion of human hepatocellular carcinoma cell line Hep G2 and Bel-7402[J].ChinPharmacolBull, 2016,32(11): 1539-42.

[18] Wang X, Shi W, Shi H, et al. TRIM11 overexpression promotes proliferation, migration and invasion of lung cancer cells[J].JExpClinCancerRes, 2016,35(1):100-9.

[19] Chen I, Hsu P H, Hsu W C, et al. Polyubiquitination of transforming growth factor β-activated kinase 1 (TAK1) at Lysine 562 residue regulates TLR4-mediated JNK and p38 MAPK activation[J].SciRep, 2015,5:12300-9.

[20] Yi E Y, Park S Y, Jung S Y, et al. Mitochondrial dysfunction induces EMT through the TGF-β/Smad/Snail signaling pathway in Hep3B hepatocellular carcinoma cells.[J].IntJOncol, 2015,47(5):1845-53.

[21] Yao-Borengasser A, Monzavi-Karbassi B, Hedges R A, et al. Adipocyte hypoxia promotes epithelial-mesenchymal transition-related gene expression and estrogen receptor-negative phenotype in breast cancer cells [J].OncolRep, 2015,33(6): 2689-94.

[22] 王晶晶, 彭 博, 贺 蓉,等. 筋骨草和茯苓配伍合用抑制乳腺癌细胞侵袭转移作用及初步机制研究 [J]. 中国药理学通报, 2017,33(4):581-8.

[22] Wang J J, Peng B, He R, et al. Preliminary research on effect of combination of Ajuga decumbens and Poria cocos on invasion and metastasis of breast cancer [J].ChinPharmacolBull, 2017,33(4):581-8.

[23] 沈克平, 王海永, 胡 兵,等. 胃肠安对人胃癌SGC-7901细胞TGF-β1诱导上皮间质转化作用 [J]. 中国实验方剂学杂志, 2011,17(23): 132-5.

[23] Shen K P,Wang H Y,Hu B, et al.Effects of Weichangan decoction on TGF-β1 induced epithelial mesenchymal transition in gastric carcinoma SGC-7901 cells[J].ChinJExpTraditMedForm, 2011,17(23): 132-5.

Mechanismofepithelial-mesenchymaltransition

LI Han-qing, KE yan

(ExperimentalCenterforTeachingandLearning,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a process by which the epithelial cells change to a mesenchymal phenotype. The highly conserved and fundamental process is integral in development, wound healing and contributes pathologically to fibrosis and cancer progression. The process can be activated by many transcription factors, growth factors or protein molecules, which involves complex molecular mechanism and signal transduction pathways. This paper reviews the development of molecular mechanisms of epithelial-mesenchymal transition and briefly summarizes the research progress of natural compounds targeting the EMT.

epithelial-mesenchymal transition; transcription factor; growth factor; protein molecule; molecular mechanism; natural compound

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.10.003

A

：1001-1978(2017)10-1342-03

R-05；R284.1；R329.24；R394

时间：2017-9-5 9:25 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170905.0925.006.html

2017-05-20,

2017-08-22

上海市卫生局课题(No 20144Y0152)；上海市教委预算内课题(No 2015YSN25)

李汉清(1990-)，男，硕士生，研究方向：中药活性成分筛选，E-mail:13127516810@163.com； 可 燕(1969-)，女，博士，教授，硕士生导师，研究方向：中药活性成分筛选，通讯作者，Tel：021-51322539，E-mail: keyantcm@163.com