Versican蛋白在肿瘤微环境中的生物学作用及应用研究进展*

常文婧，权文强，李冬(同济大学附属同济医院检验科，上海 200065)

目前，恶性肿瘤是当今世界上威胁人类健康，导致人类死亡常见的疾病之一。肿瘤的发生、发展不仅取决于肿瘤细胞的遗传改变，也取决于基质、血管、浸润炎症细胞等肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)的改变。细胞外基质(extracellular matrix, ECM)作为肿瘤微环境的重要组分，发挥着重要的生物学作用。Versican蛋白是一种大分子量的硫酸软骨素蛋白多糖，属于外源凝集素(lectican)蛋白聚糖家族,是ECM的重要成分。研究表明，Versican蛋白通过与整合素和整合素受体以及与细胞表面相关的其他ECM成分结合，并与肿瘤微环境中的各类细胞相互作用，参与肿瘤细胞的黏附、增殖、迁移和血管生成[1]。此外，研究还发现，Versican蛋白在恶性肿瘤的转化和进展中也发挥重要作用，在多种恶性肿瘤中Versican蛋白的表达增加，且与癌症复发和患者不良预后有关[2]。

1 Versican蛋白概述

Versican蛋白由位于人类基因组中的5q12-14号染色体上的VCAN基因编码，VCAN基因包括15个外显子，长度约为(9～10)×104bp。Versican蛋白主要由肽链N端的G1结构域、C端的G3结构域以及连接G1和G3的硫酸软骨素(chondroitinsulfate, CS)链组成。G1结构域包含了1个免疫球蛋白(Ig)样模体以及2个可结合透明质酸的蛋白多糖重复序列(HABR)。C3结构域包括2个类表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF)样重复序列、1个凝集素样碳水化合物识别区域(carbohydrate recognition domain, CRD)和1个补体结合蛋白(complement binding protein, CBP)样模体。Versican蛋白中间区的糖胺聚糖(glycosaminoglycan, GAG)是硫酸软骨素(CS)侧链附着区[3]。由于编码GAG链结合区域的mRNA的可变剪切，Versican至少有5种亚体，分别为：V0、V1、V2、V3和V4。这5种亚体的GAG可参与调节不同细胞类型分化、迁移、黏附、增殖、凋亡、迁移、侵袭、组织稳定和炎症等过程，在组织稳态和疾病进展的变化过程中发挥重要作用，而CS链则不发挥主要的生物学作用。

在不同的细胞类型和离散的微环境中，产生的Versican异构体种类多、结构复杂，表明该蛋白质的功能多样性，且大量构成Versican核心蛋白结构的成分也提供了大量的配体。Versican可与透明质酸、腓骨蛋白-1、腓骨蛋白-2、肌原纤维蛋白-1、纤维连接蛋白、Ⅰ型胶原蛋白、肌糖蛋白-R、肌糖蛋白-C等细胞基质成分结合并相互作用，此外，Versican还可与选择素、趋化因子、CD44、整合素等的细胞表面成分相互作用。透明质酸和透明质酸蛋白聚糖连接蛋白(hyaluronan and proteoglycan link protein 1, HAPLN-1)可在G1结构域的2个HABR的参与下结合形成稳定的多聚体，或通过与透明质酸结合激活细胞表面受体CD44，促进肿瘤的恶性进程[4]。腓骨蛋白-1、腓骨蛋白-2、肌原纤维蛋白-1等ECM分子可在G3结构域的EGF样重复序列处结合，参与调节转化生长因子β(TGF-β)和骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)的信号通路。肌糖蛋白-R、肌糖蛋白-C通过G3结构域的CRD区与之结合，干扰β1整合素依赖的细胞黏附，其还可通过与纤维连接蛋白结合降低细胞黏附作用[5]。此外，G3结构域可与纤维连接蛋白和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)形成复合物，刺激内皮细胞增殖、黏附和迁移[4]。Versican还可在过硫酸化状态下通过GAG区域与选择素结合，调节细胞黏附和迁移，并能与次级淋巴组织趋化因子(secondary lymphoid chemokine, SLC)等结合并调节上述因子功能[6]。Versican通过与上述分子的相互作用，在炎症、肿瘤等环境中发挥生物学作用，但大部分作用机制仍未阐明，有待探究。

2 Versican在肿瘤微环境中的生物学作用

在肿瘤微环境中，Versican至少有以下4种来源：肿瘤细胞、基质细胞、肿瘤相关髓系细胞以及肿瘤浸润淋巴细胞。目前在多种恶性肿瘤中已证实，肿瘤细胞是分泌型蛋白Versican的主要来源。Versican在包括神经胶质瘤、肝癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胃癌、肠癌、肺癌等[7]多种恶性肿瘤中的表达增高，且在肿瘤的恶性转化及进展的各个环节中扮演重要角色。

2.1Versican在肿瘤微环境中促进肿瘤细胞增殖 Versican在多种增殖性肿瘤和肿瘤相关基质组织中呈高表达。在乳腺癌中，通过Versican G3结构域的EGF样模体，在EGFR/Akt/GSK-3β信号通路的参与下显著增强了乳腺癌细胞的自我更新能力，高表达G3的肿瘤细胞不仅高表达4B6、pEGFR、pAKT和GSK-3β(S9P)等与肿瘤侵袭性相关的分子，而且高表达肿瘤干细胞标志物如Sox2、Sca-1和ALDH1；进一步研究证实，使用shRNA或G3UTR可降低乳腺癌细胞的复制能力[8]。Versican通过G1结构域上的HABR与透明质酸、HAPLN-1、CD44等分子相互作用，降低细胞黏附并促进增殖。透明质酸和HAPLN-1在G1结构域的HABR处结合形成稳定的多聚体，HAPLN-1又可促进G1和透明质酸的结合；此外，Versican或通过与透明质酸结合，激活细胞表面受体CD44，调节细胞周鞘的形成，重塑ECM环境，支持肿瘤细胞增殖进程[2]。研究表明，Versican V1蛋白在肝细胞癌中呈高表达，而Versican V1的EGF样模体可通过激活EGFR-PI3K-AKT轴，促进肝癌细胞的Warburg效应，进而促进细胞增殖[9]。综上所述，Versican主要通过2种机制促肿瘤增殖：(1)Versican的G3结构域上的2个EGF样模体刺激细胞增殖；(2)通过G1结构域与透明质酸、CD44等分子作用，改变肿瘤基质环境，进而促进肿瘤增殖，并且Versican的不同作用区域除通过与相关分子结合发挥效应外，也可在多种信号通路的调控下直接参与增殖进程。

2.2Versican在肿瘤微环境中促进肿瘤细胞转移和侵袭 Versican在多种机制的调节下，在肿瘤微环境中参与肿瘤细胞的转移和侵袭进程。例如在卵巢癌中，作为肿瘤微环境的重要成分，肿瘤相关成纤维细胞(cancer associated fibroblast, CAF)中Versican的表达上调受TGF-β受体Ⅱ和SMAD信号通路的调控，Versican可通过激活NF-κB信号，上调透明质酸受体CD44和细胞游走受体(receptor of HA mediated motility, RHAMM)、基质金属蛋白酶9(matrix metallopeptidase 9, MMP9)，增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力[10]。Versican的G1与G3结构域均可参与肿瘤转移和侵袭过程：G1结构域通过与透明质酸和HAPLN-1结合这一经典途径，增强肿瘤细胞的运动、抑制黏附；G3结构域则在肿瘤的局部和系统侵袭中发挥重要作用，可促进肿瘤生长及细胞转移。研究表明，G3结构域的EGF样模体可通过与EGFR结合，激活EGFR-PI3K-AKT轴以增强肿瘤细胞的侵袭和转移[9]。因此，Versican作为肿瘤微环境中重要的促肿瘤细胞转移和侵袭分子，其G1和G3结构域在调节肿瘤细胞运动性方面具有不同的特性。

2.3肿瘤微环境中Versican的促血管生成作用 Versican是肿瘤微环境中相关血管网络的关键角色。Dos等[11]通过构建Lewis肺癌小鼠模型证实，基质来源的Versican及其裂解产物在肿瘤微环境中发挥了重要作用，除可促进血管生成及肿瘤生长外，肿瘤微环境还可影响肿瘤细胞中Versican的表达。此外，有学者证实在恶性胶质瘤中，Versican G3高表达的肿瘤细胞中富含纤连蛋白和VEGF，在体内和体外均具有促血管再生的功能[12]。Dos等[11]还研究发现，Versican高表达或与血管和血管周弹性结构中的高透明质酸水平相关，其通过促进募集宿主间质细胞，参与透明质酸介导的血管生成过程。综上所述，在恶性肿瘤中，Versican在肿瘤微环境中主要通过与纤维连接蛋白、VEGF、透明质酸等分子相互作用,从而发挥促血管生成的作用效应，但其具体的作用机制及信号通路有待进一步研究。

2.4Versican参与肿瘤细胞凋亡 Versican在肿瘤微环境中通过增强细胞-基质相互作用、增加细胞黏附以及β1整合素和纤维连接蛋白的表达，保护细胞免受氧化应激诱导的死亡，从而发挥抗凋亡作用。Versican促进巨噬细胞迁移和M2极化，保护间皮瘤细胞免受巨噬细胞诱导的吞噬和凋亡。值得注意的是，有学者发现，Versican V1过表达与肿瘤细胞选择性凋亡抵抗和选择性凋亡敏感性均相关，这种选择性凋亡抗性和敏感性的矛盾组合常见于肿瘤细胞[13]。Versican V1转染的细胞维持高水平的抑癌基因p53静息状态，MDM2(murine double minute 2)作为p53负调节因子，其表达水平上调，这赋予了肿瘤细胞凋亡敏感性。然而，也有学者发现，Versican V1可下调FasmRNA和蛋白质水平，不但能促进细胞增殖，而且能调节细胞周期，避免其凋亡[14]。Sheng等[15]研究表明，Versican V1下调了促凋亡蛋白Bad的表达后；siRNA干扰Versican V1的表达后，可以抑制Versican V1的促增殖作用、减少细胞凋亡，也证实了上述结果。此外，在乳腺癌细胞中，用siRNA干扰Versican G3结构域的表达可抑制其介导的细胞凋亡[16]，证实了Versican具有促凋亡作用。Versican在促进肿瘤细胞存活和凋亡方面的作用略有不同，这突出了凋亡调控在肿瘤发生、发展中的复杂性。

3 Vesican蛋白的检测及应用

Versican在肿瘤微环境中的分子特征和生物学作用表明其具有肿瘤诊断和预后判断分子标志物的良好潜能及应用前景。临床上常用的检测方法主要有免疫组化(immunohistochemistry，IHC)、ELISA等方法。但由于Versican蛋白具有分子量大、异构体种类多、结构复杂等分子特征，尚未见有可用于自动化检测的化学发光法(chemiLuminescence，CL)等检测试剂盒上市。

3.1Versican蛋白临床检测研究进展 目前相关临床研究多采用IHC法检测肿瘤组织中Versican蛋白表达水平[9,17]，其具有蛋白质定位明确，染色简便等优势，可进行形态与功能相结合的研究，对临床及病理学诊断具有重要意义。此外，肿瘤来源Versican具有分泌型蛋白的特点，可对体液来源的Versican蛋白采用ELISA法检测，具有灵敏度高、定量分析等特点[18]。但该2种方法也存在手工操作步骤多，不易自动化，特异性欠佳等不足。近期有学者通过对人源样品的细胞外囊泡和颗粒(extracellular vesicles and particles，EVPs)进行全面蛋白质组学分析，结果发现Versican蛋白在胰腺癌和肺腺癌的肿瘤组织外植体(TEs)来源的EVPs中高度富集[19]，表明细胞外囊泡中的Versican蛋白也有可能作为肿瘤来源的组织特异性EVP标志蛋白，为Versican的研究提供了新的探索方向。

3.2Vesican蛋白的临床应用研究进展 研究发现，Versican在胃癌、神经系统肿瘤、胆囊癌、肝细胞癌、子宫内膜样腺癌、非小细胞肺癌、多发性骨髓瘤、前列腺癌、结直肠癌[1,17,20-22]等多种恶性肿瘤的诊断、预后、复发中有重要的临床意义。Cinzia等[23]通过对胃癌组织基因组表达谱和组织芯片免疫组化结果进行多因素分析，证实Versican与胃癌患者临床病理特征有关，可作为无转移胃癌患者的不利独立预后指标。在肝细胞癌中，Versican表达与预后不良、肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage, TAM)浸润增加、肿瘤分化不良和肿瘤分期(TNM)密切相关[24]。此外，研究还发现， Versican与血清CA125对子宫内膜样腺癌的早期诊断及治疗方案的选择具有指导意义[25]。Versican也可作为潜在的肿瘤治疗靶点，研发新方法以下调Versican表达或减少其分解代谢形成生物活性片段或抑制其功能，可在多种类型的肿瘤中减缓或预防肿瘤侵袭。由此，深入研究调节Versican表达及其活性的机制将有助于开发特定的抑制剂来治疗Versican介导的肿瘤细胞转移。

4 总结与展望

Versican定位于许多癌症的瘤周间质组织，多由肿瘤细胞或宿主组织的成纤维细胞分泌而来。研究证实Versican在多种肿瘤中高表达并且与患者的不良预后、组织中TAM浸润及TNM分期有关，未来有望成为新的肿瘤诊断和预后的标志物。此外，Versican还有望作为治疗靶点，通过下调Versican的表达、干扰其分解代谢活动或抑制其功能，减缓或防止肿瘤恶性进展。因此，深入研究Versican的生物学功能尤其是其在肿瘤微环境中的表达调控机制将有助于未来肿瘤诊断及治疗方法的进步与创新。