桥粒胶蛋白2及其在肿瘤疾病中的研究进展

魏盈盈，徐敏娟，谢水祥，王烈峰

（1.赣南医科大学基础医学院；2.赣州市人民医院妇产科，江西 赣州 341000）

上皮细胞存在几种类型的细胞连接，可分为黏附连接、紧密连接、桥粒和间隙连接，它们将组织中的细胞进行连接，并在组织屏障功能、细胞增殖和迁移过程中调节组织的平衡。细胞连接的缺陷引起了广泛的组织异常，破坏了内稳态，在遗传异常和癌症中很常见［1］。研究发现，细胞黏附成分对肿瘤细胞的侵袭和转移非常重要，这不仅与细胞黏附变化有关，还参与了关键的分子信号通路［2］。桥粒（Desmosome，DSM）是一种细胞间锚定连接结构，对于维持经历机械应力组织（如皮肤、心肌和胃肠道黏膜）的完整性至关重要。桥粒是一种黏连方式，将细胞骨架中的中间丝锚定在细胞表面。桥粒胶蛋白（Desmocollins，DSCs）属于钙黏蛋白超基因家族，在细胞间黏附中发挥重要作用［3］。与经典钙黏蛋白相比，桥粒钙黏蛋白家族可以分为2种类型：桥粒芯蛋白（Desmogleins，DSG 1~4）和桥粒胶蛋白（Desmocollins，DSC 1~3），它们以细胞类型和分化依赖的方式表达［4］。DSG3和DSC3是在基底表皮中表达的主要亚型，基底表皮是寻常型天疱疮形成水疱的部位。而DSG1和DSC1主要在表皮浅表皮中表达，在基底层中几乎没有表达［5］。DSC2介导细胞间黏附并参与肿瘤进展［6］。DSC2对上皮细胞的统一性至关重要，并在上皮细胞的形态发生、分化、伤口愈合、细胞凋亡、迁移和增殖等过程中充当重要的调节器［7］。本文综述了DSC2的结构和功能，探讨了DSC2的分子机制及其表达异常与肿瘤的关系。

1 DSC2功能与作用机制

1.1 DSC2的分子结构桥粒是连接相邻细胞角蛋白中间丝的细胞间连接结构［8］。桥粒可锚定角蛋白中间丝并在细胞之间提供强大的黏附力，因此是维持组织结构和完整性的关键［9］。桥粒由许多蛋白质组成，包括桥粒钙黏蛋白、犰狳蛋白和血小板亲和蛋白，它们负责介导细胞间黏附［10］。桥粒胶蛋白（DSCs）细胞质尾部由细胞内锚定（Intracellular anchor，IA）和细胞内钙黏蛋白样序列（Intracellular cadherin-like sequence，ICS）组成［11］。其通过选择性剪接产生一个较长的“a”形式和一个较短的“b”形式［12］。已证明3个DSC基因（DSC1~3）和4个DSG基因（DSG1~4）具有类似的结构，DSCs和DSGs之间大约有30%的序列相同［13］。与所有的桥粒钙黏蛋白一样，人类DSC2基因位于18号染色体的长臂上，由32 kb以上的DNA组成，分为17个外显子，大小在46~258 bp之间。其中，第16个外显子可以选择性剪接，产生2种异构体，一个较长的“a”异构体DSC2a和一个较短的“b”异构体DSC2b。DSC2蛋白含有901个氨基酸，分子量为99 962 Da。DSC2是一种跨膜蛋白，包含细胞外结构域和细胞内结构域［7］。DSC2蛋白结构如图1所示。DSC2胞外结构域含有4个钙黏蛋白重复序列（Extracellular cadherin，EC）。每一个都有2个Ca2+结合位点，第5个结构域称为细胞外锚定（Extracellular anchor，EA）结构域［14］。在细胞质中，DSC2a的C端区域包含一个ICS，与斑珠蛋白（Plakoglobin，PG）或γ-catenin连接形成复合物锚，将中间丝与细胞膜结合，形成一个细胞外支架，从而抵抗机械应力。而DSC2b异构体不能在无ICS的情况下连接PG。因此，DSC2a与PG或γ-catenin的连接受损不能由DSC2b来补偿［7］。

图1 DSC2蛋白结构域

1.2 DSC2参与桥粒黏附脊椎动物中存在4种类型的细胞间连接：桥粒、黏附连接、紧密连接和间隙连接［15］。紧密连接选择性调节水、离子和溶质的细胞旁运动，而黏附连接介导细胞间黏附。黏附连接的存在是桥粒形成的先决条件，它们在细胞之间形成“点焊”，并具有增强细胞间黏附的功能［16］。桥粒不仅是静态同时也是高度动态的结构，它们是上皮细胞间黏附和支持上皮细胞动态重新排列的基础，能够在组织的形态发生和重塑过程中快速组装和拆卸。研究表明，桥粒膜和斑块的个别成分在初始阶段以可溶性成分的形式合成，然后通过空间和生化分隔转移，最终变得不溶并进入细胞膜形成桥粒［14］。桥粒黏附由桥粒芯蛋白（DSGs）和桥粒胶蛋白（DSCs）介导［16］。YULIS M等［17］提出，将桥粒中的DSC2进行荧光标记，并通过成像技术发现在整个细胞周期中，荧光标记点在细胞-细胞接触位点保持不动。然而，光漂白后荧光恢复实验证明，DSC2能够在必要时迅速做出反应并且能够重塑黏附结构［18］。在体外，通过延时荧光成像技术观察到桥粒钙黏蛋白DSG2和DSC2定位于不同的囊泡群，并在活细胞中独立移动到质膜［19］。

桥粒形成在2 h内分2个阶段发生，第1个阶段发生在转移到培养基的30 min内，在60 nm囊泡中，主要含有DSC2和较低浓度的DSG2及E-钙黏蛋白（E-cadherin，E-cad）分布到整个细胞表面，这些物质随后大部分被内吞。第2个阶段涉及DSG，E-cad、血红蛋白和β-catenin在更复杂的大小约200 nm的囊泡中转运，指向发育中的基底外侧表面上可能的成核位点，随后加入斑块蛋白，如桥粒蛋白Ⅰ/Ⅱ。第2个阶段的囊泡可以通过19 ℃预先标记的多囊体的逆行运输进入内吞标志物内［20］。桥粒钙黏蛋白DSCs和DSGs与由黏附连接的E-cad、P-钙黏蛋白（P-cadherin，P-cad）和N-钙黏蛋白（N-cadherin，N-cad）组成的经典钙黏蛋白家族密切相关［21］。DSCs和DSGs在细胞外结构域中具有钙结合口袋，使桥粒的从头组装为钙依赖性过程［16］。DSC2的缺失与细胞间连接组装过程中DSG2介导的桥粒张力变化有关，在钙耗竭和补充后，DSC2缺失导致钙转换后组装过程中DSG2靶向细胞间连接出现延迟，这表明DSC2有助于钙依赖性桥粒组装［22］。

DSC2在连接形成过程中控制桥粒介导的机械张力。DSC2缺失与桥粒斑蛋白Ⅰ/Ⅱ（DesmoplakinⅠ/Ⅱ，DPⅠ/Ⅱ）磷酸化的变化有关。DPⅠ/Ⅱ是一种桥粒支架蛋白（200~250 kDa），通过中间丝-细胞骨架与桥粒钙黏蛋白连接，在桥粒上产生张力［23］。角蛋白中间丝通过DP连接到DSC和桥粒芯蛋白DSG上［11］。DSC2通过调节DPⅠ/Ⅱ和细胞角蛋白结合，控制桥粒中的张力。DSC2缺乏导致细胞膜上DPⅠ/Ⅱ和角蛋白-中间丝的共定位增强，DPⅠ/Ⅱ和中间丝-细胞骨架之间的关联使DSC2缺乏在桥粒上产生更高的拉力［22］。

1.3 DSC2分子作用机制研究表明，DSC2的上调抑制了肝癌细胞中p-ERK1/2和c-MYC的表达，相应地，DSC2的下调促进了其表达，提示DSC2可能通过ERK/c-MYC信号通路调节肝癌细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭［24］。影响肿瘤发生和发展的DSC2表达异常主要与β-catenin/γ-catenin信号通路有关。研究发现，DSCs通过激活β-catenin信号通路，促进肿瘤细胞的增殖和侵袭，从而促进恶性肿瘤的疾病进展［24］。DSC2通过E-cadherin依赖的方式抑制β-catenin信号传导来抑制细胞侵袭［25］。DSC2可通过对γ-catenin的影响间接调节β-catenin信号传导，γ-catenin是与DSCs相互作用的连环蛋白家族成员，当γ-catenin过量时，可能与E-cadherin“竞争”并取代β-catenin［26］。

KOLEGRAFF K等［26］研究发现，DSC2的缺失通过3种方式激活Akt/β-catenin信号通路促进细胞转化和增殖，如图2所示。⑴DSC2的下调导致结肠上皮细胞中表皮生长因子受体（Epidermal growth factor receptor，EGFR）激活和激磷脂酰肌醇3激酶（Phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/Akt依赖性β-catenin/TCF转录激活。该途径的激活导致体内外细胞增殖和肿瘤生长增强。⑵AKT通过可磷酸化激活残基Ser-473和Thr-308的PH结构域被招募到质膜上富含磷脂酰肌醇-（3，4，5）-三磷酸（Phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3）的区域。活化的Akt可通过在Ser-9处磷酸化含糖原合酶激酶3β（Glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）或 直 接 在Ser-552处磷酸化β-catenin来增强其信号。⑶在没有Wnt信号的情况下，β-catenin被复合物结合并靶向降解。在Wnt配体存在的情况下，Wnt与Fz/LRP受体结合，导致GSK-3的复合物与β-catenin解离，促进β-catenin积累［26］。DSC2的下调诱导EGFR激活，从而刺激PI3K活性并提高PIP3水平。Akt通过与PIP的相互作用被募集到膜中并被磷酸化激活。活化的Akt磷酸化并直接抑制GSK-3β和磷酸化β-catenin，增加β-catenin的核定位和转录活性。DSC2的缺失可能通过“孤立”或过量的DSG2导致Akt/β-catenin信号的激活［27］。

图2 AKT/β-catenin信号通路

2 DSC2与肿瘤的关系

超过90%的癌症起源于上皮细胞，因此上皮细胞之间的连接蛋白复合物如桥粒可能与癌症的进展有关。有研究［28］强调了桥粒在诱导癌症进展方面的潜在作用，特别是它们在癌症进展中的分解作用。桥粒是一种复杂的连接中间丝的细胞间连接结构，在暴露于机械应力的组织中提供强大的细胞间黏附力［29］。近年来，桥粒蛋白已成为癌症研究的一个关注点。通过对蛋白类型和原发性肿瘤定位发现，桥粒蛋白在肿瘤中表达水平的上调/下调对肿瘤的发生发展会产生增强/抑制作用［4］。

2.1 DSC2与结直肠癌桥粒复合物的失调与结直肠癌典型的组织结构紊乱有关［30］。肠道中的桥粒由黏附分子DSG2和DSC2组成，可通过增强细胞间 黏 附 力 而 促 进 黏 膜 稳 态［22，31］。肠 上 皮 细 胞（Intestinal epitheliel cells，IEC）中DSC2的缺失导致桥粒变小和桥粒内膜间隙增加，并导致体内肠上皮屏障缺陷，增加了体内肠道通透性，肯定了DSC2在调节肠上皮屏障功能中的作用［22］。GROSS A等［32］研究发现，与对照组小鼠相比，DSC2敲低小鼠的IEC屏障功能缺乏显著。IEC中DSC2的急性缺失导致在硫酸葡聚糖钠诱导的损伤中上皮恢复受损，表明DSC2在肠黏膜修复中具有保护作用［33］。DSC2通过调节整合素β1和β4蛋白以及Rap1活性来控制从IEC到细胞外间质的力的转导，而Rap1可以有效调节细胞迁移和伤口愈合能力［33］。DSC2在结直肠癌中的抑制可归因于同源框转录因子CDX1和CDX2（肠分化的常见调节因子）缺失。在结直肠癌中，DSC2缺失通过调节Akt/β-catenin信号通路促进肿瘤细胞增殖［26］。

2.2 DSC2与乳腺癌研究发现，多种类型的肿瘤细胞增殖和侵袭行为与DSC2异常表达相关，且DSC2水平高表达提高了细胞之间的聚集能力［34］。原发性乳腺癌组织中较高水平的DSC2显著影响HER2阳性和三阴性乳腺癌患者的疾病进展，LANDEMAINE T等［35］将DSC2鉴定为乳腺癌肺转移的潜在预测标志物。从功能上讲，肿瘤细胞中DSC2表达水平直接影响其聚集能力，进而影响其化学敏感性［36］。敲低桥粒蛋白会破坏乳腺癌细胞的聚集并降低失巢凋亡抗性［37］。DSG2和DSC2通过促进细胞聚集和提高肿瘤细胞传播过程中的存活率，从而提高乳腺癌细胞的转移能力［38-39］。DSC2在乳腺癌细胞中的上调导致细胞聚集能力增强，而DSC2沉默后的肿瘤细胞聚集体显示出更松散的结构，当受到机械应力时迅速解离［36］。

2.3 DSC2与食管癌在食管鳞状细胞癌（Esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）中DSC2的表达从食管增生到不典型增生和原位癌逐渐降低［40］。FANG W K等［25］也发现DSC2在ESCC中表达降低，并且与肿瘤转移增强和预后不良有关。DSC2的过表达可以抑制ESCC的细胞增殖和转移。ESCC中DSC2下调导致游离γ-catenin增加，游离γ-catenin可与E-cad/β-catenin复合物中的β-catenin竞争，与E-cad形成复合物。从而使得游离β-catenin增加，导致β-catenin核易位和转录活性增加，进而导致侵袭相关基因表达，提高ESCC细胞侵袭能力［2］。此外，研究表明DSC2在ESCC侵袭和转移中有重要作用，它的缺失通过激活β-catenin途径启动肿瘤细胞转移，诱导上皮-间充质转化［25］。DSC2下调通过控制细胞-细胞附着和细胞骨架重排以及激活β-catenin信号传导的机制促进ESCC细胞侵袭［41-42］。提示DSC2的缺失与肿瘤分化程度低、局部淋巴结转移和预后差密切相关，其可能成为预测食管鳞状细胞癌患者预后的新分子标志物。

2.4 DSC2与其他肿瘤疾病DSCs是跨膜蛋白，属于桥粒钙黏蛋白家族，是桥粒的关键组成部分。在正常胃组织中DSCs的3种亚型（DSC 1~3）仅观察到DSC2。Ⅰ/Ⅱ期 胃 癌（Gastric cancer，GC）组 织 中DSC2的mRNA水平显著高于Ⅲ/Ⅳ期患者［43］。通过大肠杆菌氨苄青霉素分泌陷阱鉴定得知DSC2是胃癌上调的基因之一［43］。ANAMI K等［43］发现，DSC2在肠型GC中过表达，CDX2可以诱导DSC2的表达，表明DSC2的表达可能是肠型GC的关键调节因子。有研究［44］发现，胰腺导管腺癌中DSC2表达降低与患者生存期缩短、肿瘤分级增加和淋巴结阳性状态显著相关，表明DSC2在肿瘤进展和转移中起作用。研究发现，与人肝细胞系相比，肝癌细胞特别是在LM3细胞中，DSC2的表达显著下调，表明DSC2可能在肝癌的发展中发挥作用［24］。

3 小结与展望

多细胞生物的细胞间包含多种连接复合物，其中桥粒对保持组织完整性和维持生物体整体稳态至关重要。DSC2普遍存在于所有含有桥粒的组织中，是桥粒的组成部分。DSC2缺失或异常表达会降低细胞间黏附，破坏组织的完整性，表皮分化的误差调节，增加细胞增殖的倾向，侵入周围组织和转移，并导致某些疾病的发生发展。对于DSC2在某些疾病发展中作用的认识仍在不断深入，其可能作为一种癌基因，在肿瘤进展中起着至关重要的作用。研究人类不同疾病中DSC2的表达和调控机制的差异可为诊断和个体化治疗提供潜在靶点。DSC2在肿瘤进展中的作用需要进一步的研究来证明。