E-钙黏素、β-连环蛋白与肿瘤关系的研究进展

孙 琳 张文静 吴靖芳

(河北北方学院解剖教研室，河北 张家口 075000)

E-钙黏素、β-连环蛋白与肿瘤关系的研究进展

孙 琳 张文静1吴靖芳1

(河北北方学院解剖教研室，河北 张家口 075000)

E-钙黏素；β-连环蛋白；肿瘤

肿瘤细胞具有转移性和侵袭性，肿瘤的发展、预后差均与这两个特性有关。肿瘤细胞的转移主要包括细胞间黏附、细胞运动和突破基底膜3个方面，其中细胞与细胞之间的相互作用对肿瘤的形成和转移关系重大，细胞黏附分子是细胞与细胞之间作用的主要分子。钙黏素(cadherin)是细胞黏附分子中的一类，细胞间黏附连接的形成是通过相邻细胞表面的cadherin分子胞外区的彼此作用来实现的。cadherin的细胞质区域和连环蛋白(catenin)相互连接，此连接对细胞的稳定性及生理功能的维持必不可少。黏附分子表达异常会影响细胞间黏附从而发生细胞转移，E-cadherin、β-catenin是参与细胞黏附的重要因子，且有研究表明二者在多种实体肿瘤中表达异常。本文就E-cadherin、β-catenin与肿瘤关系的研究进展进行综述。

1 E-cadherin基因

1.1 结构 E-cadherin是一种介导同型细胞与细胞间黏附的钙依赖性跨膜糖蛋白，在上皮细胞形态结构的完整性和极性的维持中发挥重要的作用，编码该蛋白的基因 CDH1位于染色体16q22.1上，人类E-cadherin基因组DNA长达100 kb，含16个外显子〔1〕。包括N端胞外区、高度疏水的跨膜区及C端胞内区。胞外区是Ca2+的结合位点，对Ca2+有高度敏感性，与其特异性结合而发挥黏附功能从而介导同型细胞间的黏附作用；跨膜区是由32个氨基酸组成的疏水结构域；在细胞内E-cadherin通过与β-catenin和γ-catenin的结合来调节与α-catenin、细胞骨架肌动蛋白的结合再直接连接细胞骨架，使E-cadherin被定于细胞骨架上，与相邻细胞形成稳定连接〔2〕。

1.2 功能 E-cadherin主要作用为介导同型细胞之间的黏附，其依据有：①不表达E-cadherin的细胞之间不能相互聚集或黏附。②E-cadherin主要分布于细胞交界区特别是细胞黏附区。③用抗体中和细胞中E-cadherin的作用或使E-cadherin表达减少如蛋白编码基因突变或消失，均可使细胞间相互作用减低致使细胞移动。④E-cadherin在低钙的环境中可出现细胞解离现象。⑤在不表达E-cadherin的细胞中转染E-cadherin cDNA可使细胞间出现相互黏附〔3，4〕。E-cadherin既能促进细胞与细胞之间的相互黏附作用，维持上皮细胞的形态和结构的完整性，亦能维持细胞Na+/K+ATP酶极化〔5〕。此外，E-cadherin还能降低肿瘤的浸润程度，在抑制细胞浸润中发挥重要的作用，能阻止基质金属蛋白酶(MMPs)的生成，MMPs几乎能够降解各种蛋白成分，MMPs的减少可以保护肿瘤细胞周围的组织屏障(细胞基质和基底膜)完整不被浸润〔6〕。

1.3 E-cadherin与肿瘤 E-cadherin与肿瘤的发生发展有密切联系。研究发现E-cadherin与肿瘤细胞的分化程度有关，越是低分化的肿瘤E-cadherin越是阴性表达，同时肿瘤细胞越容易脱离原发灶发生侵袭、转移。如在结直肠癌〔7〕、口腔癌〔8〕、乳腺癌〔9〕、原发性肝癌〔10〕等肿瘤中的表达均表明以上观点。关于E-cadherin与肿瘤关系的研究中发现，可通过以下几个方面参与肿瘤的发生、发展、转移和浸润。①E-cadherin的CDH1基因启动子甲基化。CDH1是E-cadherin的编码基因，启动子甲基化是将胞嘧啶变成5′甲基胞嘧啶，此过程在甲基转化酶的作用下完成，CDH1基因启动子甲基化可阻止启动子和转录因子两者的结合，而且甲基化程度越高阻止结合的能力越强，使染色体高度聚集而不适于转录，从而使E-cadherin的表达下调〔11〕。Graziano等〔12〕研究发现，胃癌组织标本中CDH1基因启动子甲基化比例为33%，并且CDH1启动子甲基化程度越高，E-cadherin表达越低，两者呈正相关。Yoshiura等〔5〕指出成纤维细胞系E-cadherin 5′端启动子区的CpG岛过度甲基化使其蛋白表达减少，并认为CpG岛过度甲基化是多种癌组织 E-cadherin表达较少的普遍反应原理。②E-cadherin对细胞生长周期的调节：E-cadherin通过降低细胞周期蛋白 D1、E 的浓度的方式使细胞停滞于G0/G1期，使细胞生长受到抑制，从而使肿瘤细胞生长变慢，保护机体〔13〕。③细胞间黏附因子异常或缺失：E-cadherin的转录被抑制或分子结构发生变化都会使其表达量降低或出现生物学功能异常，对于正常组织而言，可使同种细胞间形态发生改变，失去细胞间的黏附，致使细胞间接触性抑制减少，细胞活动性升高使正常组织不能正常发育，对于肿瘤来说E-cadherin下调降低了组织内细胞黏附的强度，改变了细胞骨架形态，导致细胞运动性增加，利于癌细胞从原发灶脱落分离，最终使癌细胞穿过基底膜入侵周围组织向淋巴结转移或侵入血管向远处转移从而使癌细胞具备侵袭转移的特点〔14，15〕。E-cadherin 表达缺失后，细胞与细胞之间的黏附作用减少促进肿瘤细胞的转移能力，且细胞间联系发生变化，致使上皮细胞向间充质细胞方向转化，使肿瘤细胞的侵袭力和抗凋亡能力增强〔16〕。E-cadherin 在16号染色体上的等位基因缺失在肝癌和食管癌中都很常见。在多种肿瘤中发现 CDH1 基因外显子突变、框移突变等，这些变化对E-cadherin 的胞外段结构域有很大影响，从而导致 E-cadherin 的功能下降或缺失，进而影响肿瘤的浸润和转移。这些E-cadherin的异常表达或缺失表达大概与基因突变相关或病变组织中的MMP-3、MMP-7 和纤维蛋白溶酶等活性增高有关〔17〕。

2 β-catenin基因

2.1 结构 β-catenin既是一种黏附因子又是一种多功能的蛋白质，β-catenin 是catenins 家族的一种，catenins 家族分为α、β、γ 3个亚型。其中β-catenin基因定位于染色体3p21，基因全长约23.2 kb，共有16个外显子，分子量约为92～95 kD〔18〕。β-catenin的糖元合成酶激酶(GSK)-3P的磷酸化位点位于其中第3外显子的丝氨酸、苏氨酸密码子上，β-catenin的功能直接受该位点的去磷酸化和磷酸化的影响。β-catenin具有一个棒状的超螺旋结构，此结构是由36个A-螺旋在空间搭建而成，该结构在其与E-cadherin、轴蛋白、T细胞因子(Tcf)/淋巴增强因子(Lef)等的结合过程中扮演重要角色，正常情况下β-catenin与E-cadherin在内质网上结合并与α-catenin、 β-catenin一同构成黏着复合体，维持上皮细胞极性和完整性，介导同型细胞间的黏附和极向表型。β-catenin的N端控制着其本身的稳定性，由130个氨基酸组成，含有Ser/Thr残基；C端可调节下游靶基因的转录，由100个氨基酸组成〔19〕。

2.2 生物学功能 β-catenin的生物学特性使其在参与细胞活动时具有双重作用：①作为黏附分子与E-cadherin连接形成 E-cadherin/β-catenin 功能复合体，参与细胞间的黏附调节从而影响细胞的活动性。②作为一个代表性重要因子在Wnt经典信号通路中起枢纽作用，从而影响细胞生存和凋亡等〔18〕。目前研究已发现，Wnt/β-catenin信号通路是经典的Wnt信号通路，该通路在调节β-catenin在细胞质中维持稳定较少含量的过程中起到非常重要的作用。细胞中当没有Wnt信号传入时，在轴蛋白的作用下，细胞质内的结肠癌抑制因子(APC)、GSK-3β/酪蛋白激酶(CK)Ia与β-catenin形成巨大的复合物后被磷酸化。在正常细胞中无Wnt信号传入，β-catenin主要在细胞膜上表达，少量在胞质中的β-catenin由人轴蛋白抑制因子(Axin)、结肠癌抑制因子(APC)和GSK-3β组成降解复合体，复合体可使β-catenin磷酸化，之后能被泛素连接酶E3识别并被降解，使胞质内β-catenin处于较低水平，使其不能进入细胞核参与调节相应基因的表达〔19〕。另一方面当机体出现异常，β-catenin从结构、蛋白等方面发生变化，如蓬乱蛋白能在轴蛋白的作用下抑制GSK-3β的活性，阻止β-catenin被降解使其在细胞质中积累，开启Wnt途径，参与肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移〔20〕。

2.3 β-catenin与肿瘤 β-catenin在肿瘤中的异常表达是其介导的Wnt途径异常激活的结果。Wnt/β-catenin信号通路与肿瘤的发生有很大关系，因为该信号通路下游含有很多参与细胞增殖分化和凋亡的基因。当β-catenin的磷酸化被抑制大量存在于细胞质并进入细胞核与Tcf/Lef结合时激活Wnt通路下游的c-myC和cyclinD1基因，使二者的转录水平增高，从而正常细胞出现异常生长和增殖，导致肿瘤发生〔18，21〕。β-catenin异常表达使细胞异常增殖且免于或减少凋亡，使MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9等得以转录同时亦能够激活上皮间质化(EMT)相关基因锌指转录因子(Slug)、纤连蛋白(Fibronectin)、波形蛋白(Vimentin)等，从而增强肿瘤细胞的侵袭性及转移性〔18〕。引起β-catenin在胞质或胞核内积聚的主要是APC或β-catenin突变。在没有APC基因突变的结直肠癌中有50%的标本有β-catenin突变〔22〕。在卵巢的内膜样癌〔23〕、子宫内膜癌〔24〕等APC突变较少的肿瘤中β-catenin突变率较高，提示β-catenin突变与肿瘤的发生有很大的关系。β-catenin能与 E-cadherin胞内区域互相作用，与 E-cadherin一起调节细胞间的黏附功能。β-catenin的功能异常一方面使细胞间的黏附能力减弱或丧失，细胞连接松散而离散，迁移能力增强；另一方面β-catenin的表达量升高后入核使癌细胞增殖增强转移和侵袭能力。

3 E-cadherin/β-catenin复合物与肿瘤的关系

一个完整的E-cadherin/β-catenin复合物是保证正常细胞与细胞间黏附的基本物质，如果该复合物结构或数量上出现异常，细胞间黏附能力下降可增强肿瘤细胞的浸润和转移。转移方面：E-cadherin、β-catenin任何一个基因表达异常都会影响该复合体的正常功能使细胞间连接作用减弱，便于脱落，为肿瘤的转移提供了基础，使肿瘤细胞的转移性增强。浸润方面：在黑色素瘤细胞的研究中认为E-cadherin/β-catenin复合物可以介导肿瘤细胞与淋巴管内皮细胞的快速结合，当二者黏附后，内皮细胞出现局部收缩，基质外露，促使底物与肿瘤细胞接触，产生破坏细胞间连接的物质使内皮细胞出现“窗口”样孔隙，肿瘤细胞通过此通道向淋巴管内浸润〔25〕。在很多肿瘤(食管癌、胃癌、肺癌、结肠癌、肾癌等)的相关研究中发现，多数在浸润生长或淋巴结转移较明显的癌组织中E-cadherin呈现低表达〔26,27〕。说明E-cadherin/β-catenin 复合物的异常与肿瘤的临床病理特征存在密切关系。

综上，E-cadherin和β-catenin与肿瘤发生、发展、侵袭、转移有着密切的联系。可见E-cadherin和β-catenin可用于评价浸润前病变的恶性潜能，有望成为肿瘤的诊断、预后指标。

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〔2016-03-24修回〕

(编辑 苑云杰/王一涵)

河北省卫生厅医学研究课题(No.20130035);河北省重大医学科研课题(No.ZD2013052);河北省科技厅项目(No.12276104D-91);河北省教育厅青年基金资助项目(No.QN2015204)；河北北方学院重大项目(No.ZD20130015);河北北方学院青年基金项目(No.Q2014020)

吴靖芳(1968-),女,教授,硕士生导师，主要从事神经内分泌研究。

孙 琳(1982-),男,硕士,讲师，主要从事神经内分泌研究。

R730

A

1005-9202(2017)11-2832-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.11.104

1 河北北方学院组胚教研室