大肠癌组织微环境上皮-间质分子和极性分子的研究进展*

薛小慧，刘晓芳，武金宝

(1.包头医学院2017级硕士研究生，内蒙古 包头 014060；2.包头医学院第二附属医院病理科；3.包头医学院第二附属医院内蒙古消化病研究所)

结肠癌、直肠癌传统上是西方富裕国家最常见的恶性疾病，在过去几十年来，世界格局发生了变化，随着亚洲发展中国家的经济发展，结肠癌、直肠癌发病率急剧上升。到2030年，全球结肠癌、直肠癌负担预计将增加60 %，新增病例将超过220万，死亡病例将超过110万[1]。结直肠癌是一种高度侵袭性的癌症，许多病人死于此疾病，该病已成为中国第5位癌症相关死亡的主要原因[2]。结直肠癌的发病机制尚不清楚，但究其病因是多因素、内部和外部因素共同所致。基因多态性与结直肠癌的相关性有助于预测病程并采取预防措施，确定特定药物治疗的潜在目标[3]。为提高病人的存活率，新的生物标记物在结肠癌、直肠癌诊断或预后的应用十分重要[4]。细胞极性对组织稳态至关重要，细胞的顶端-基底极性破坏，开启和推动癌症多种类型的进展。维持细胞极性的常见分子有E-cadherin和Crumbs3等。维持细胞组织结构和生理功能的细胞外基质蛋白有Collagen type I (Col-I)和Hyaluronidase-1 (Hyal-1)。实体瘤与周围微环境协同，促进肿瘤生长和转移。因此，研究肿瘤细胞和其微环境中的组件可以阐明发病机制，提供更多癌症早期诊断和预防的有效方法。

1 E-cadherin

1.1E-cadherin的结构与生物学特性 E-cadherin位于染色体基因座16q22.1位置，属于I型经典钙粘蛋白家族[5]。其作为上皮黏附连接的核心成分，对组织发育、分化和维持上皮组织屏障方面更是起到关键作用[6]。经典的哺乳动物Cadherin有胞外和胞内结构域。胞外结构域从EC1跨越到EC5，具有钙结合位点，每个位点都含有带负电荷的基序，可以与3个Ca2+结合。E-cadherin的EC1结构域与相邻细胞的EC1结构域形成反式作用团簇维持细胞间黏附。同一细胞上的E-cadherin分子在顺式中横向结合形成有黏附强度的顺式作用团簇。E-cadherin胞内结构域的胞质尾部分结合p120-catenin和β-catenin，β-catenin直接与α-catenin结合，α-catenin将E-cadherin复合物与actin filaments(肌动蛋白丝)结合[7]。E-cadherin与连接蛋白(α，β和p120)、肌动蛋白构成细胞骨架，形成稳定且动态变化的黏附连接体，参与细胞增殖、分化、凋亡。

1.2E-cadherin与大肠癌 大肠癌是世界上第三大常见癌症，也是第二大癌症相关死亡原因，在世界不同地区以及不同年龄、性别和种族群体之间存在差异，多种因素影响大肠癌的发病率和死亡率[8]。肿瘤细胞与其微环境之间的浸润、转移等交互作用，不仅出现在大肠癌早期阶段，也出现在大肠癌的进展阶段，上皮间质转化被认为是其根源，在这一过程中，E-cadherin扮演了重要角色。E-cadherin在许多癌症中的下调或丢失被作为大肠癌新的生物标志物。宋学民等学者利用免疫组化法检测肿瘤组织中E-cadherin的表达情况，发现大肠癌组织中E-cadherin的阳性率低于癌旁组织，同时E-cadherin的阳性率与大肠癌的TNM分期、神经侵犯、淋巴结转移相关，提示E-cadherin下调与大肠癌细胞转移有关[9]。对284例结肠癌患者的5年生存率进行分析，Ⅰ～Ⅳ期结肠癌患者的5年生存率分别为88 %、57 %、35 %和28.4 %，在Ⅲ期和Ⅳ期结肠癌患者中，E-cadherin阳性结肠癌患者生存时间明显比阴性患者长，揭示结肠癌组织中E-cadherin的表达情况是Ⅲ期和Ⅳ期结肠癌患者重要预后因素[10]。

2 Crumbs3

2.1Crumbs3的结构与生物学特性 上皮细胞极性调节剂Crumbs3，是一种果蝇Crb基因家族中的哺乳动物同源物，最初被鉴定为一种必需的胚胎发育因子。它与顶端-基底极性、顶端同一性、顶端稳定性、细胞黏附和细胞生长有关[11]。Crumbs3通过羧基末端与2个PDZ结构域蛋白PALS1和PAR6结合，其中PALS1PATJLin7形成复合物，介导多种跨膜蛋白如紧密连接蛋白、黏附连接分子、紧密连接支架蛋白；PAR6PAR3aPKC形成复合物，通过磷酸化调节基底外侧极性复合物。Crumbs3的FERM结构域，可将根尖膜与肌动蛋白细胞骨架连接起来，并通过ERM蛋白调节细胞上皮；与Yurt家族蛋白结合，负调控Crumbs极性信号；可调节Hippo/Yap通路，控制细胞增殖[12]。Hidekazu Iioka等在研究中证明Crumbs3强烈促进人结肠腺癌细胞的肿瘤侵袭和转移[13]。

2.2Crumbs3与大肠癌 细胞极性蛋白Crumbs3是肿瘤抑制因子。Crumbs3位于顶端，其丢失导致表型改变，例如EMT。Crumbs3下调和紧密连接破坏后，侧生长因子受体暴露于顶端配体，此过程可能会放松细胞生长并促进增殖。Kohn等研究显示，与紧密连接直接相关的是Crumbs3和INDAL/Patj，二者相互连接维持上皮细胞顶端-基底外侧极性，下调EMT转化[14]。Iioka等研究指出，Crumbs3在人腺癌细胞中表达，可通过调节神经节苷脂在细胞表面的表达来促进结肠癌细胞迁移[15]。Wnt/β-catenin信号在大肠癌的发生和发展中起重要作用。Lucie E.Charrier等首次报道肠绒毛上皮缺乏Crumbs3表达与胞质蛋白β-catenin水平的强烈升高相关，这表明Crumbs3调节Wnt信号通路，促进肠上皮细胞增殖[16]。

3 Collagen typeⅠ

3.1Collagen typeⅠ的结构与生物学特性 Collagen typeⅠ属于细胞外基质结构蛋白超家族的一员，棒状三螺旋结构域是其典型的结构，由三个含Gly-X-Y的多肽链组装形成，其中Gly代表胱氨酸，X和Y代表任何氨基酸，主要是脯氨酸和羟脯氨酸[17-18]。Collagen typeⅠ中的多肽链，α链可表示α1(I)和α2(I)，并由基因COL1A1和COL1A2编码[19]。Collagen typeⅠ可以是两个α1(I)链和一个α2(I)链的异源三聚体，也可以作为三个单独α1(I)链中的同源三聚体出现，这种变异发生在成骨不全或癌症[20]。

3.2collagen typeⅠ与大肠癌 胶原蛋白是肿瘤微环境的关键组成部分，它可以影响肿瘤细胞的行为，增加肿瘤组织的硬度，并调节肿瘤免疫，大量临床数据已经确定胶原蛋白是癌症分化、癌症侵袭、淋巴结转移和癌症分期的预后因素[21]。在Dong等的研究中发现COL1A1的表达增加通常发生在肿瘤进展后期，并且与淋巴结转移有关[22]。人们普遍认为Collagen typeⅠ由基质成纤维细胞产生，但有研究指出Collagen typeⅠ可以由癌细胞分泌。Shuo等学者用免疫组织化学和Western blot分别检测非小细胞肺癌(N SCLC)和食管鳞状细胞癌(ESCC)细胞系中Collagen typeⅠ的表达，在此研究中证实Collagen typeⅠ可以由癌细胞分泌。免疫组化检测到在肿瘤组织中存在Collagen typeⅠ表达。肿瘤组织中Collagen typeⅠ的mRNA表达水平高于正常组织[23]。Zhang Z等学者在20例大肠癌组织、同源邻近正常组织和配对淋巴结组织中检测Collagen type I α1 (COL1A1)蛋白的表达水平，观察到癌灶与邻近正常组织相比，大肠癌肿瘤组织中Collagen type I α1(COL1A1)蛋白表达增加，Collagen type I α1(COL1A1)蛋白在转移性淋巴结组织中的表达高于非转移淋巴结组织，无病生存分析评估Collagen type I α1(COL1A1)在CRC中的预后作用，高Collagen type I α1 (COL1A1)表达的患者比低COL1A1表达的患者预后更差[24]。

4 Hyal-1

4.1Hyal-1的结构与生物学特性 Hyal-1是肿瘤来源的主要透明质酸酶(HAases)，由多种肿瘤细胞表达，位于染色体3p21.3位置，含有435种氨基酸残基，pH活性(3～4.5)[25]。该蛋白含有10个半胱氨酸，三个可预测的N-糖基化位点，一个N端内质网信号序列，Hyal-1将各种尺寸的透明质酸(HA)基片切割成短链，直至四糖[26-27]。N端325个氨基酸残基与蜂毒透明质酸酶(BVHyal)具有31 %的序列同源性[28]。Hyal-1是细胞外基质中分解代谢透明质酸(HA)的主要透明质酸酶(HAases)，与肿瘤生物学、溶酶体储存障碍和伤口愈合有关[29]。细胞外透明质酸(HA)的升高主要存在于肿瘤基质中，而Hyal-1水平的升高则存在于肿瘤组织中，表明这两种组织类型之间存在相互作用[30]。

4.2Hyal-1与大肠癌 Hyal-1水平异常上升导致患者细胞异常增殖及分化，从而达到调节大肠癌患者肿瘤生长及转移。最新研究表明透明质酸酶(HAases)参与结肠癌的进展。Bouga等学者对大肠癌患者的标本(正常和癌变组织)进行透明质酸酶(HAases)提取，提取物采用酶谱法和Western-blotting法检测，在检查的透明质酸酶(HAases)中，检测到Hyal-1在大肠癌样本中活性较高，呈过表达，尤其在癌症晚期，通过RT-PCR法验证了Hyal-1的表达，观察到透明质酸酶(HAases)与结直肠癌高度关联[31]。Jin等学者研究表明，在CRC肿瘤组织中Hyal-1异常升高，下调Hyal-1结肠癌细胞迁移能力加快，Hyal-1与淋巴结转移和肿瘤分期呈负相关，过表达则有相反作用，说明Hyal-1有抑癌作用，Hyal-1与透明质酸(HA)的产生无关[32]。刘红等[33]学者用免疫组织化学方法检测HYALl，结果显示HYALl在大肠癌由远癌向近癌分布，呈逐渐递增趋势，HYALl主要表达在黏膜下层的结缔组织之间，提示细胞外基质的改变，促进肿瘤发生。透明质酸酶(HAases)是固有的肿瘤生物标志物，未来可在精准医学广泛应用。

5 小结与展望

在大肠癌患者病情发生发展过程中，病灶及同源癌旁组织微环境会发生不同程度改变，患者上皮细胞表型标志分子E-cadherin、上皮细胞极性分子Crumbs3及大肠黏膜细胞与微环境的联接标志分子Collagen typeⅠ、Hyal-1的表达分布可能会影响患者病情进程，大肠癌细胞黏附性和迁移能力变化特点及极性变化可作为患者诊断及预后的观察指标，为大肠癌研究提供符合临床实际的实验数据。