SOCE在恶性肿瘤中的研究进展

叶家享 刘志辉

肿瘤微环境是近年来肿瘤领域研究的热点之一，是指由肿瘤细胞及其相邻不同类型的多种非肿瘤细胞共同构建而成的局部微环境，其中非肿瘤细胞包括成纤维细胞、免疫细胞、内皮细胞、周皮细胞及其他间质细胞［1］。如果从肿瘤微环境角度认识恶性肿瘤疾病，肿瘤实质上是一个高度自治（脱离正常的全身性整体调控）且组织严密（局部细胞间联系增强）的系统整体。肿瘤微环境为肿瘤细胞及非肿瘤细胞间的病态联系提供了良好土壤，使肿瘤细胞不受调控地增殖并进展［1］。然而，肿瘤细胞要与其他非肿瘤细胞发生联系，首先要接受非肿瘤细胞所释放出来的信号分子，并将这些细胞信号分子引起的外刺激转变成可以传递的细胞内信号。钙池操纵钙离子内流（store-operated Ca2+entry，SOCE）是一种胞外-胞内信号传导的独特方式，由细胞外信号分子如受体激活物表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）引起的Ca2+内流，从根本上反映了胞外-胞内的钙信号传导，并调控细胞内外Ca2+的动态平衡，广泛参与并调控机体的细胞活动［2］。异常的钙信号传导也参与肿瘤的发生发展进程［3］。本文对SOCE在恶性肿瘤中的研究进展作一综述，以期探索抵抗恶性肿瘤侵袭与转移的有效治疗策略。

1 SOCE通道的基本特征

细胞内的Ca2+主要储存于细胞内的钙库（内质网和线粒体内），而细胞质内的Ca2+浓度很低。当细胞内钙耗竭，胞外的Ca2+就从SOCE通道内流。基质相互作用蛋白分子1（stromal interaction molecule 1，STIM1）与钙释放激活钙通道蛋白1（calcium releaseactivated calcium channel protein 1，CRACM1/Orai1）是调控SOCE通道的关键性功能蛋白。STIM1是单次跨膜蛋白，主要分布在内质网上，作为细胞内Ca2+浓度的感受器，可调控Ca2+稳态。STIM1的N-端序列包含两个位于内质网内的EF手性结构和SAM结构域。EF结构可结合Ca2+，从而感受细胞内钙池Ca2+浓度的细微变化。C-端序列包含有活化功能的结构域SOAR，该结构域能与Orai蛋白直接偶联。Orai1为四次跨膜蛋白，可由静息状态的四聚体激活转变为六聚体，组成Ca2+内流的活化通道，调节胞外Ca2+的内流；其C-、N-末端均位于细胞质内，其中C-末端形成螺旋结构，主要辅助Orai1与STIM蛋白结合；N-末端主要分布于钙调蛋白的结合区域，参与Orai通道失活的调控［4-5］。

当内质网钙池的Ca2+浓度下降到一定程度时，STIM1蛋白的EF手性结构与Ca2+分离，SAM结构域调控STIM1蛋白从静息状态下的二聚体形式变成低聚状态，并重新分布于近胞膜处。同时SOAR区域结合包膜上的Orai蛋白，此时Orai蛋白从静息状态下的四聚体转变为六聚体，形成钙释放激活钙通道，从而引起SOCE通道开放。当内质网钙池内的Ca2+获得充分补充后，EF结构重新结合Ca2+，STIM1蛋白很快从内质网与细胞膜的偶联结合中分离出来，从而导致Orai蛋白失活，SOCE通道也随之关闭［4-5］。

2 SOCE与细胞内钙信号传导

细胞外液游离的Ca2+浓度一般为1～2 mmol/L，而胞浆内Ca2+的浓度为10～100 nmol/L，当与受体偶联的细胞膜钙通道开放时，胞外Ca2+顺着高达百万倍的浓度差快速地进入胞浆内，细胞内Ca2+浓度迅速上升，然后通过细胞内钙池的钙重摄取及胞膜上的ATP-钙泵（ATP-Ca2+Pump）排出胞外，以主动耗能的方式逐渐降低胞内Ca2+浓度直至到达基线水平，整个过程称为细胞钙反应或细胞钙信号传导。Ca2+是细胞外至胞内进行信号传导的第二信使，无论是在兴奋细胞还是非兴奋性细胞中均扮演着不可或缺的角色，因此SOCE介导的钙信号传导在肿瘤生理、病理过程中起着关键作用，比如SOCE参与恶性肿瘤细胞增殖、凋亡、血管生成、侵袭及转移等恶性行为［3］。

3 SOCE与上皮间充质转化

侵袭与转移往往是恶性肿瘤治疗失败的主要原因，而肿瘤细胞的上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是导致肿瘤细胞发生侵袭与转移的潜在机制。肿瘤鳞状上皮细胞的极性保持与紧密的细胞连接分别依赖于细胞肌动蛋白骨架与细胞黏附分子（如E-cadherin）的表达，肿瘤微环境中的非肿瘤细胞分泌的EGF、转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β）及纤维母细胞生长因子等可刺激肿瘤细胞发生EMT，主要分子事件包括细胞肌动蛋白骨架转化成波形蛋白、E-cadherin表达下调并转化为N-cadherin等，从而使上皮来源的肿瘤细胞失去细胞极性及与基底膜的连接，同时解除肿瘤细胞间原有的紧密连接，从而激发肿瘤细胞迁移、侵袭的潜能［6］。

生长因子可通过各种机制促进肿瘤细胞发生EMT，但是主要机制是依赖钙信号发挥效应。钙信号通过增强间质细胞基因的表达以及细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的退化，从而在EMT中扮演重要的角色［7］。比如STIM1依赖的Ca2+内流可促进波形蛋白及间质标记蛋白Snai1的转化［8-10］，而沉默STIM1可抑制E-cadherin向N-cadherin转化［11］。在结直肠癌细胞中，ZHANG等［12］发现异常高表达的STIM1蛋白可促进SOCE，从而致使结直肠癌细胞EMT发生。SCHAAR 等［13］也报道 TGF-β可增加SOCE，从而促进乳腺癌细胞EMT，而沉默STIM1则反之。关于ECM的退化，SOCE提供了钙信号的振幅，从而引起ECM退化，进而导致癌细胞EMT发生。导致ECM退化的另外一个蛋白是Ca2+依赖的肽链内切酶基质金属蛋白酶，基质金属蛋白酶可降低细胞之间黏附分子的联系，从而有利于癌细胞EMT的发生［14］。此外，癌细胞伪足的形成也有利于癌细胞EMT的发生，而钙信号在细胞伪足及侵袭性伪足形成中也起了关键作用。如，当使用SOCE抑制剂或沉默STIM1以及Orai1蛋白时，伪足的形成被抑制，进而抑制癌细胞的EMT［15］。

4 SOCE与肿瘤血管生成

肿瘤侵袭和转移与肿瘤新生血管的病理生成密切相关［16］。失去正常调控的肿瘤血管不仅为肿瘤增殖提供源源不断的营养物质及氧气，也为局部侵袭的肿瘤细胞提供了一个可以利用循环系统转移到远处器官的重要突破口，从而使肿瘤细胞不受调控地增殖并进展。从肿瘤微环境角度看，异常的肿瘤血管形成主要是肿瘤细胞通过分泌大量的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）到局部微环境中招募血管内皮细胞及血管间质细胞的结果。但是值得注意的是，这个过程并不单纯是肿瘤细胞的行为，微环境中的血管内皮细胞及血管间质细胞等其他非肿瘤细胞也积极参与其中［17］。

VEGF等因子通过增加钙信号传导诱导血管生成信号转换，从而刺激内皮细胞发生增殖、黏附、迁移及小管形成［17-18］。SOCE同时也是内皮细胞Ca2+内流的最主要方式，沉默内皮细胞的STIM1和Orai1蛋白能减弱SOCE，从而抑制VEGF激活的钙信号，然后抑制内皮细胞增殖［7，19］。在乳腺癌研究中发现，沉默STIM1与Orail均可明显抑制小鼠肿瘤血管生成［20］。SOCE还能通过调控肿瘤细胞中的VEGF分泌进而影响内皮细胞增殖。CHEN等［21］通过沉默宫颈癌细胞中的STIM1抑制VEGF分泌，从而减少肿瘤新生血管形成。YE等［22-23］发现，EB病毒可促进SOCE，重塑钙信号，刺激鼻咽癌细胞产生并分泌VEGF，从而促进鼻咽癌细胞的肿瘤新生血管形成，而阻断EB病毒促进的SOCE可抑制鼻咽癌细胞的肿瘤新生血管形成。此外，越来越多的证据表明内皮祖细胞能促进肿瘤新生血管形成，从而加快肿瘤增殖、侵袭及转移，而SOCE对内皮祖细胞增殖、运动及管状形成至关重要［24］。还有研究发现，在透明细胞癌分离的内皮祖细胞中STIM1和Orai1表达上调，从而增加内皮祖细胞SOCE，促进内皮祖细胞增殖及新生血管形成［25］。

目前，关于钙信号传导增加的情况，研究表明肿瘤血管生成主要与以下信号通路有关：⑴ERK1/2信号通路。ERK1/2磷酸化级联反应代表比较普遍的信号转导通路，VEGF通过此信号通路刺激内皮细胞增殖、迁移，并促进血管的自稳态［26］。已有研究证实，在内皮细胞中VEGF需要钙信号激活ERK1/2信号通路［27］，而ERK1/2信号通路的Ca2+募集主要是通过内质网钙库Ca2+释放和胞外Ca2+内流维持［17］。⑵PI3K/Akt信号通路。在内皮细胞中VEGF可能通过增加钙信号转导激活PI3K/Akt信号通路，进而影响血管生成［28］。⑶钙调磷酸酶和细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）。研究发现，肿瘤放大STIM1依赖的钙信号，可促进NFAT信号激活［29］。Orai1蛋白介导的SOCE活化钙调磷酸酶，可选择性地激活NFAT，导致内皮细胞的 NFAT发生核转位［30-32］。此外，VEGF诱导的内皮钙信号也需要募集Ca2+敏感转录因子NFAT，从而调控内皮细胞增殖、迁移及新生血管形成［26］。⑷非经典的Wnt/Ca2+信号通路。在早期，非经典的Wnt/Ca2+信号通路在细胞增殖、迁移、极性改变及细胞命运决定等方面起着关键作用。而Wnt/Ca2+信号通路可诱导NFAT依赖的基因表达，从而保护内皮细胞免遭凋亡［33］。

5 SOCE与肿瘤侵袭及迁移

SOCE在多种恶性肿瘤侵袭转移过程中扮演着重要的角色，尤其表现在鼻咽癌、乳腺癌、宫颈癌、结直肠癌、甲状腺癌等恶性肿瘤中。在鼻咽癌中，通过沉默SOCE关键通道蛋白Orai1阻断SOCE，可降低鼻咽癌细胞的局部迁移及体内的血管翻出能力［34］，阻断SOCE还可以抑制鼻咽癌细胞的血管侵袭及远处器官的转移定植［35］。此外，通过沉默SOCE通道另外一个关键蛋白STIM1阻断EB病毒所重塑的胞内钙信号，可抑制EGF诱导的鼻咽癌细胞EMT，从而有效抑制鼻咽癌细胞侵袭转移行为［11］。在乳腺癌中，以RNA干扰技术敲低乳腺癌细胞中的Orai1和STIM1蛋白可以抑制SOCE激活，有效抑制乳腺癌细胞迁移；且SOCE可能通过调控小GTP酶活性发挥调控作用［20］。CHEN等［21］在体外细胞实验中发现EGF可促进宫颈癌细胞STIM1与Orai1蛋白聚集，从而刺激细胞增加SOCE，诱导黏着斑激酶及脯氨酸酪氨酸激酶磷酸化，同时细胞内高浓度的Ca2+可激活钙依赖的钙蛋白酶Calpain活性，从而提高宫颈癌细胞的迁移能力；而干扰STIM1表达则反之，会抑制EGF而促进宫颈癌细胞迁移能力。对于结直肠癌，GUI等［36］发现结直肠癌组织高表达Orai1蛋白，且高表达的Orai1与结直肠癌浸润深度、淋巴结转移密切相关，生存期也更短。ZHANG等［12］也报道了类似结果，即STIM1在结直肠癌患者癌组织中高表达，且在淋巴转移阳性的癌组织中表达水平更高，高表达STIM1患者预后也更差。还有研究报道，结直肠癌患者高表达STIM1蛋白，且通过增加环氧化酶2表达和前列腺素2的产生促进结直肠癌细胞迁移［37］。在人滤泡性甲状腺癌中，沉默STIM1可减弱甲状腺癌细胞侵袭与增殖，并恢复促甲状腺激素受体、甲状腺特异蛋白表达，增加碘的摄取，从而增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，显著降低甲状腺癌斑马鱼模型的生长［38］。

6 SOCE与肿瘤免疫

SOCE与细胞免疫及免疫治疗也密切相关。STIM1和Orai1介导的SOCE被认为是淋巴细胞Ca2+内流的主要机制［39］，主要参与T细胞增殖、T细胞受体诱发的转录等［40-42］。由STIM和Orai蛋白基因突变引起的SOCE缺失会导致巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、NK细胞、T细胞、B细胞等免疫细胞功能失调，进而导致免疫缺陷［43-44］。FESKE等［45］发现Orai1基因发生突变可导致T细胞的SOCE功能失调，而野生型Orai1蛋白的表达则能恢复患者T细胞的SOCE功能。细胞毒性淋巴细胞（cytotoxic lymphocytes，CTLs）在抗肿瘤免疫治疗中也起到关键作用，有研究发现CTLs的STIM1蛋白缺陷将难以控制体内移植瘤的生长［46］。

7 靶向于SOCE的抗肿瘤治疗

越来越多的研究表明，阻断SOCE可能抑制肿瘤细胞增殖、迁移等恶性行为，因此靶向作用于SOCE的阻滞剂也有望成为新的抗肿瘤药物。目前已有研究使用SOCE阻滞剂治疗肿瘤并取得一定疗效，但药物相关毒副反应等问题仍需进一步明确。SKF96365是其中一种SOCE阻滞剂。ZHANG等［47］通过体外细胞实验和构建裸鼠移植瘤模型证实了SKF96365不仅具有抑制鼻咽癌细胞增殖、促进细胞凋亡作用，还可抑制鼻咽癌细胞侵袭迁移及血管生成。SCHAAR等［13］研究发现SKF96365可有效减少SOCE，从而抑制TGF-β诱导的乳腺癌细胞EMT及迁移行为。CHEN等［21］利用SKF96365也可减缓裸鼠移植瘤的生长及血管生成。在肝癌中，YANG等［48］发现在肝癌组织中STIM1高表达，且高转移肝癌细胞株STIM1表达更高，而干扰该细胞株的STIM1表达或用SKF96365阻滞SOCE，调控黏着斑翻转，能明显抑制肝癌细胞的迁移、侵袭等恶性行为。ZHU等［49］在食管鳞状细胞癌裸鼠移植瘤模型中也发现，通过向裸鼠腹腔注射SKF96365能抑制Orai1蛋白活性，显著抑制裸鼠移植瘤生长及血管生成等恶性行为。在前列腺癌细胞中SKF96365也显示了抗肿瘤效应，当使用SKF96365时细胞中的STIM1表达降低，并诱导癌细胞发生自噬，从而抑制癌细胞增殖［50］。

类似于SKF96365，2-氨基乙酯二苯基硼酸（2-aminoethoxy-diphenyl borate，2-APB）是另一种小分子的SOCE阻滞剂。YE等［22］研究发现2-APB可抑制鼻咽癌裸鼠移植瘤生长及肿瘤血管生成。HU等［51］报道，在乳腺癌细胞中TGF-β可上调STIM1和Orai1蛋白表达，促进乳腺癌细胞EMT，用2-APB抑制SOCE时可逆转乳腺癌细胞EMT，从而抑制细胞迁移、侵袭。还有研究显示，同时利用2-APB和SKF96365阻断SOCE能有效抑制乳腺癌细胞迁移及远处转移［20］。因此认为，联合治疗模式可能进一步抑制肿瘤的恶性行为，值得进一步深入研究。还有一种新型的SOCE阻滞剂为RP4010。已有研究显示RP4010在食管癌中具有抗肿瘤作用，可将细胞周期阻滞在G0/G1期并抑制细胞增殖，同时也能抑制食管癌裸鼠移植瘤生长［52］。

8 小结

SOCE与肿瘤细胞迁移、侵袭、EMT、肿瘤血管生成及肿瘤免疫密切相关，在肿瘤发生发展中发挥关键作用，调控SOCE通道相关关键蛋白能影响肿瘤的恶性行为，但是具体作用机制仍需进一步明确。目前大多研究在体外细胞及裸鼠实验层面探索和发掘靶向作用于SOCE的抗肿瘤药物，但是用于临床试验的SOCE阻滞剂以及SOCE与肿瘤免疫的研究仍较少，因此今后仍需继续深入挖掘SOCE与肿瘤免疫的作用机制，并探索将SO CE阻滞剂应用于临床的策略。