胶原蛋白在消化系统肿瘤中的研究进展

杨瑾，贾晓琼

内蒙古医科大学附属人民医院肿瘤内科，呼和浩特 010020

基质细胞和肿瘤微环境在肿瘤的发生、发展过程中具有至关重要的作用。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是肿瘤微环境中最主要的成分，由基底膜（basement membrane，BM）和间质基质（interstitial matrix，IM）构成。胶原蛋白是ECM中最丰富的成分。胶原蛋白构成肿瘤微环境的支架，影响肿瘤微环境，胶原蛋白的降解和再沉积对ECM重构具有调节作用，且可促进肿瘤浸润、血管生成、肿瘤侵袭和迁移。本文对胶原蛋白的生物学特征、在肿瘤进展中的作用机制及在常见消化系统肿瘤中的研究进展进行综述。

1 胶原蛋白的生物学特征

胶原蛋白在人体中含量丰富，占总蛋白的1/3。胶原蛋白由3条α多肽链构成3股螺旋结构，3条α多肽链可由不同基因编码，每条α多肽链具有N-端前肽和C-端前肽，通过裂解羟化酶、蛋白质二硫异构酶和氢键形成前胶原三螺旋；三螺旋结构在中性情况下是稳定的，在带电荷情况下是不稳定的。因此，前胶原三螺旋在前胶原N蛋白酶和前胶原C蛋白酶的作用下将N-端前肽和C-端前肽转化为N-端肽和C-端肽，然后形成原胶原三螺旋，在赖氨酸氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的交联和组装作用下，形成胶原纤维或网络[1]。

BM主要由网状结构胶原蛋白构成，如胶原蛋白Ⅳ（collagenⅣ，COLⅣ）、胶原蛋白Ⅷ（collagenⅧ，COLⅧ），其能够提供结构支撑，调节细胞行为；IM则主要由纤维状胶原蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ组成，在细胞迁移、细胞黏附、血管生成、组织发育和修复中发挥重要作用。

2 胶原蛋白在肿瘤进展中的作用机制

2.1 参与肿瘤转移

上皮-间充质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）是肿瘤细胞转移的基本过程。刘雪影等[2]研究发现，以COL11A1为主的胶原蛋白会促进EMT，从而促进肿瘤细胞转移。COLⅠ是转移性肿瘤的诊断标志物，在乳腺癌小鼠模型中，随着COLⅠ累积，COLⅠ致密的雌性小鼠循环肿瘤细胞数量较野生型小鼠增加，转移灶也相对较大[3]。研究表明，COLⅠ在骨癌和肿瘤相关骨转移中也发挥着重要作用[4]。

此外，研究发现存在COLⅢ的前列腺癌细胞的运动性增强，COLⅢ可在作用2 h后诱导前列腺癌细胞快速迁移，提示COLⅢ能够促进肿瘤转移；骨髓间充质干细胞通过COLⅠ刺激前列腺癌细胞侵袭，进一步表明COLⅠ参与肿瘤侵袭和转移过程[5]。因此，深入研究胶原蛋白对防治肿瘤转移具有重要的临床意义。

2.2 参与肿瘤新生血管生成

血管生成在肿瘤生长和转移过程中至关重要。肿瘤新生血管生成的特征是分泌多种促血管生成因子，诱导血管生成，导致结构和功能异常的血管系统发展。胶原蛋白是肿瘤新生血管生成所必需的，抑制胶原蛋白代谢已被证明具有抗血管生成作用，而且血管生成和细胞存活与BM中胶原蛋白合成和沉积有着密不可分的联系[6]。血管BM中的COLⅣ在调节血管生成过程中具有关键作用，RAS蛋白家族中RAB10和RAB25能够通过调控赖氨酸羟化酶3的转运来调节COLⅣ，从而维持血管稳态[7]。

在一项关于COL6A1野生型和COL6A1缺失型小鼠脑中生长的B16F10黑色素瘤细胞的研究显示，COL6A1缺乏可通过抑制壁细胞成熟、抑制内皮细胞萌芽、促进内皮细胞凋亡，从而影响血管BM结构，导致血管渗漏并抑制血管生成[8]。COLⅥ的α3链（COL6A3）的裂解物c5片段endotrophin肽（ETP）可以作为一种化学引诱剂，将内皮细胞募集到肿瘤微环境中，而且还可以作为促血管生成因子在体外显著增加内皮细胞的迁移和血管生成[9]。胶原蛋白是血管重塑的关键因子，对其进一步研究可为靶向肿瘤血管的药物设计提供理论基础。

2.3 参与肿瘤相关免疫浸润的调节

肿瘤中存在许多免疫细胞，这些细胞大部分积聚在致密的胶原蛋白区域内[10]。巨噬细胞具有两种表型：具有抗肿瘤作用的经典活化型（M1型）和具有促肿瘤作用的交替活化型（M2型），这两种表型同时存在于肿瘤细胞内[11]。胶原蛋白在调节巨噬细胞抗肿瘤和促肿瘤作用的平衡中具有至关重要的作用，影响该调节作用的主要因素是白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和集落刺激因子 1（colony stimulating factor 1，CSF1）。研究发现，COLⅥETP肽能够通过增加巨噬细胞募集和上调炎症因子IL-6的表达来促进炎症反应[8]。

胶原蛋白的降解产物对单核细胞具有趋化作用[6]。单核细胞释放可溶性CSF1后，分化为肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage，TAM），促进肿瘤相关因子表达，从而促进肿瘤新生血管生成、侵袭和外渗[12]。因此，胶原蛋白对巨噬细胞的影响可作为研究肿瘤治疗的新方向。

3 胶原蛋白在常见消化系统肿瘤中的研究进展

3.1 胃癌

胃癌检出率低且患者生存率低，靶向治疗有望成为晚期胃癌的必要补充治疗。探索新的、高灵敏度和特异度的生物标志物很有必要。Weng等[13]研究中的Kaplan-Meier分析显示，大部分胶原蛋白基因在胃癌患者中高表达且与预后差呈正相关，说明胶原蛋白可能是胃癌患者的预后标志物。该研究显示，胃癌多个细胞系（HGC27、SGC7901、MKN45、AGS）中COL3A1呈高表达，但 COL5A1在AGS中呈低表达；不同胃癌细胞株中胶原蛋白基因表达水平不同，为COL3A1和COL5A1作为胃癌进展和预后标志物提供了依据。此外，COL1A2和COL6A3沉默可抑制胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并通过磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶 B（protein kinase B，PKB，又称 AKT）信号通路促进细胞凋亡[14]。证实了胶原蛋白可通过不同的信号通路影响胃癌细胞代谢。在胃癌治疗过程中对化疗药物产生耐药性是常见现象，胃癌中COL4A1表达上调可能与胃癌患者的曲妥珠单抗耐药有关[15]。因此，胶原蛋白可作为胃癌治疗的潜在靶点。

3.2 结直肠癌

姚奇和何兰珍[16]利用Oncomine数据库进行荟萃分析，结果发现，结直肠癌组织中COL4A1呈高表达，同时COL4A1在DNA启动子区的甲基化水平显著升高，且甲基化水平与COL4A1的表达水平呈正相关，COL4A1通过与ECM受体相互作用影响结直肠癌细胞的生物学行为。刘小军等[17]对结直肠癌患者进行研究，结果发现，COL1A1、COL1A2表达水平与淋巴结转移、肿瘤直径、TNM分期、T分期有关（P＜0.05）；COL1A1高表达患者的无病生存期（disease-free survival，DFS）较短，而COL1A2高表达患者的总生存期（overall survival，OS）和DFS均较短。胶原蛋白比例的改变会影响肿瘤进展。Liang等[18]研究显示，与结直肠癌未转移组及正常组相比，结直肠癌转移组COLⅠ/COLⅢ比值明显升高，并通过增加基质的硬度促进了肿瘤细胞迁移；而且COLⅣ表达上调和缺失均可促进结直肠癌发展，不利于患者预后。胶原蛋白能够促进结直肠癌细胞增殖、分化、转移，可为后续胶原蛋白作为结直肠癌治疗靶点提供理论基础。

3.3 胰腺癌

富含ECM的肿瘤微环境在胰腺癌进展和治疗耐药中具有重要作用。研究表明，COL11A1在多种肿瘤中过表达具有致瘤性[19-21]。Wang等[22]对胰腺癌耐药性进行研究，结果发现，COL11A1通过AKT/环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）信号通路，激活B细胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）相关的凋亡蛋白，从而诱导线粒体功能障碍，阻断凋亡程序，并增强胰腺癌的化疗耐药性；采用干扰小RNA（small interfering RNA，siRNA）敲除COL11A1后，胰腺癌细胞的增殖和耐药性下降；同时，COL11A1/整合素α1β1/盘状结构域受体酪氨酸激酶 2（discoidin domain receptor tyrosine kinase 2，DDR2）通路能够促进胰腺癌细胞增殖，而整合素α1β1/DDR2介导了COL11A1促进细胞生长的功能。通过NCBI/GEO Profiles数据库分析发现，与达沙替尼敏感细胞株相比，达沙替尼耐药细胞株中COL5A2的表达明显升高[23]。因此，部分胶原蛋白基因可作为独特的预后指标，并为胰腺癌治疗耐药性的解决提供一个有吸引力的研究方向。Svoronos等[24]通过研究胰腺癌的预后因素，发现肿瘤分化程度低、淋巴结转移、中性粒细胞/淋巴细胞比值＞5、淋巴细胞/单核细胞比值＜3、神经周围浸润、微血管浸润与COL6A3强阳性或中度阳性表达有关，提示COL6A3可作为胰腺癌的预后因素之一。

3.4 其他消化系统肿瘤

除了以上消化系统肿瘤，胶原蛋白在食管癌、肝癌中的生物学作用也引起重视，但目前针对两者的研究较少。在食管癌发生发展过程中COL5A2被认为是关键基因，与患者预后密切相关[25]。研究发现，COL5A2在食管癌组织中表达水平明显升高，且术后复发患者的COL5A2表达水平高于未复发患者，采用受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线分析COL5A2对食管癌术后复发的预测效能，结果发现，其曲线下面积（area under the curve，AUC）＞0.7，说明COL5A2对食管癌术后复发具有良好的预测价值[26]。有研究显示，肿瘤细胞内源COLⅠ的低表达与食管癌细胞的分化程度显著相关，且与OS呈正相关[27]。Yin等[28]研究发现，通过微小RNA（microRNA，miRNA）-133a-3p靶向调节COL1A1可抑制食管癌细胞增殖和侵袭，促进食管癌细胞凋亡。进一步证实COLⅠ参与肿瘤的发展，且与预后不良有关，为恶性肿瘤的临床治疗提供了新思路。

着色性干皮病D组基因（xeroderma pigmentosum complementary group D，XPD）在核苷酸切除修复过程中参与DNA链解开过程[29]，且与多种恶性肿瘤的发生有关[30-31]。研究表明，XPD过表达能够上调miRNA-29a-3p的表达，从而抑制肝癌细胞增殖和迁移，抑制小鼠异种移植瘤的生长[32]。此外，研究发现COL4A1是miRNA-29a-3p的假定靶点，提示XPD/miRNA-29a-3p通路可对COL4A1进行负向调控[33]。这些研究提示COL4A1可能作为潜在的肝癌治疗靶点。

4 小结与展望

胶原蛋白在多种肿瘤中呈高表达，且与不良预后有关，其通过与不同因子作用、参与不同信号通路促进EMT，从而促进肿瘤细胞增殖、侵袭、转移及耐药等。但由于胶原蛋白种类较多，分布广泛，不同胶原蛋白的促肿瘤机制尚需进一步研究。期待后续对胶原蛋白进行更广泛、更深入的研究，为消化系统肿瘤的治疗提供有力的理论依据。