胃癌浸润转移机制的研究进展
项目负责人:王瑞年, 200025, 上海市, 上海第二医科大学病理教研室
主题词 浸润转移;粘附蛋白;整合蛋白;胃肿瘤;层粘连蛋白;Ⅳ型胶原;Ⅳ型胶原酶
王瑞年.胃癌浸润转移机制的研究进展.新消化病学杂志,1994;2(3):162-163
恶性肿瘤的浸润和转移是致死的重要原因，其机制的研究晚近在分子水平上取得了一些进展，从肿瘤细胞内在的基因调控及其与细胞外基质(ECM)之间的相互作用等方面均有新发现。尤其是Liotta等提出了肿瘤细胞浸润的三步假说，即粘附、降解和移动，不仅从理论上阐述了肿瘤细胞浸润和转移的可能步骤，而且已发现了许多与这些过程有关的细胞粘附分子，各种蛋白降解酶类和细胞移动因子，并己制备相应的抗体和合成一些能阻断肿瘤细胞转移的多肽类和降解酶的抑制剂，为探索防治肿瘤浸润转移提供了线索，并有希望转化成有效防治的福音。本文就胃癌的浸润和转移作综述性介绍。
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1 肿瘤细胞浸润的三步假说
Liotta等根据一系列实验研究提出肿瘤细胞浸润ECM是一个非常复杂的主动的生物化学变化过程，包括：粘附、降解和移动三个步骤，简述如下。
1.1 粘附 在肿瘤细胞的浸润过程中起双重作用，肿瘤细胞必需先从其原来粘附的部位脱离才能浸润，这提示粘附起抑制浸润的作用；另方面，肿瘤细胞又需借助粘附才能移动，肿瘤细胞是从连续的粘附接触和粘附解除中获得移动的牵引力，故浸润是粘附和去粘附的交替过程。肿瘤细胞与ECM(包括基底膜和细胞间质)中的层粘连蛋白(Ln)及纤维粘连蛋白(Fn)及胶原等成分粘附是通过肿瘤细胞膜表面的特殊受体所媒介的。 这些受体属于整合蛋白(integrins)和钙粘附蛋白(cadherins)等细胞粘附分子(CAMs)家族，关于这些CAMs在肿瘤浸润转移中的作用，将在下文专门介绍。
1.2 降解 肿瘤细胞与ECM中的基质成分粘附后需通过激活和释出多种蛋白溶解酶类降解这些成分，形成局部溶解区以构成肿瘤细胞移动的通道。不同的基质成分由不同的酶降解。这些酶可由肿瘤细胞直接分泌，也可由肿瘤细胞诱导宿主的其他细胞产生。基质的降解就发生在紧靠肿瘤细胞的局部，在该处活化的酶类与来自血清，或存在于基质内，或由相邻的正常细胞所分泌的蛋白酶抑制剂相互作用，故癌细胞浸润与否还取决于降解酶类及其抑制剂之间平衡的结果。
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1.3 移动 肿瘤细胞浸润转移的过程(包括：从原发灶的脱离、侵入相邻ECM，透过脉管壁侵入循环、以及从脉管外渗侵入继发部位)均伴有肿瘤细胞的移动。肿瘤细胞也以伸出伪足的方式移动，且具有定向性，既受细胞表面受体与ECM中配体的相互作用调节，也受宿主方面化学趋向性影响，还受肿瘤细胞自己分泌的移动因子(autocrine motility factor, AMF)和其他旁分泌移动因子(paracrine motility factor),如播散因子(scatter factor)等因素的调节。这些因子通过激活第二信使系统，包括： G蛋白、磷脂酶C的激活、导致膜磷脂的分解，由二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)及二酰甘油(DAG)。IP3引起细胞内钙离子释放，从而激发细胞骨架成分中收缩蛋白(肌球蛋白和肌动蛋白)的活动，从而导致肿瘤细胞移动和播散。 至于肿瘤细胞在继发部位的生长，不完全能用解剖部位自然引流途经来解释，宿主器官来源的化学趋向作用，肿瘤细胞和器官内皮细胞表面受体之间的特异作用，以及局部的生长因子等在影响肿瘤细胞的定向移动和最终选择转移器官的定居(homing)中均起作用。肿瘤细胞还产生血管新生因子(angiogenesis factor)吸引内皮细胞移动和生长，引起新的血管生成；产生成纤维细胞生长因子吸引成纤维细胞，引起纤维增生反应(desmoplasticreaction),这些因子也支持肿瘤细胞转移和继发性生长。上述三个步骤紧密配合和反复循环促使肿瘤细胞不断浸润ECM和转移。这些过程都是受基因调控的。已有不少研究报道癌基因的表达与肿瘤浸润转移的关系，如ras p21, c-myc基因蛋白，c-erb-B2基因蛋白(P185)等，但各家研究的结果不一致，我们曾对53例胃癌进行ras P21单抗免疫组化研究，发现ras P21表达阳性者共22例(41.5%)，呈浸润性生长的胃癌ras P21阳性率为51.4%，明显高于呈膨胀型生长者(18.8%)，而且发现ras P21的表达与I型胶原酶在胃癌中的表达呈正相关。体外实验已证明ras癌基因转染的上皮细胞能分泌更多的Ⅳ型胶原酶，并增强其致瘤性和浸润转移能力。故ras癌基因可能通过调控Ⅳ型胶原酶的表达而影响肿瘤的浸润。此外，p53抑癌基因的突变和晚近发现的肿瘤转移抑制基因， nm23的缺失均可能与肿瘤的浸润转移机制有关。
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2 钙粘附蛋白(E-Cd)与胃癌生长方式及浸润转移的关系
钙粘附蛋白是一组依赖钙离子的同种亲和性细胞与细胞之间粘附因子，参与建立和维持细胞间连接。实验证明正常无浸润性的犬Madin Darby肾上皮细胞经Harvey和Maloney肉瘤病毒转化后伴有细胞表面E-Cd的丧失而获得浸润能力。免疫组化研究发现在高分化胃腺癌中E-Cd常保存，而在浸润性低分化腺癌中常丧失。我们曾用E-Cd的单抗对46例胃癌进行研究，发现在膨胀型和高分化腺癌中，E-Cd常保存，而在浸润型和低分化腺癌中E-Cd的表达呈异质性减少或缺失。以上结果表明E-Cd的表达与细胞间的粘附有关，E-Cd减少时细胞间粘附力减弱，有利于癌细胞的浸润。晚近有研究报道用E-Cd的cDNA转染具有浸润性的恶性肿瘤细胞株可抑制其浸润性。这为控制癌细胞的浸润提供了一种线索。
3 整合蛋白及其配体与胃癌生长方式与浸润转移的关系
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整合蛋白是介导细胞-细胞，细胞-ECM之间相互粘附的膜受体家族，是由α和β亚基通过二硫键非共价结合而形成的异二聚体糖蛋白，它们与相邻细胞上或ECM中的相应配体相结合，形成配体-整合蛋白-细胞骨架跨膜信息系统，影响胚胎发育、伤口愈合、血液凝固、免疫识别及肿瘤浸润转移等过程。?在细胞的生长、分化、形成连接和维持极性中起重要作用。整合蛋白根据其不同的亚基结合不同的配体：如α6β1结合Ln,α2β1结合胶原IV，α5β1结合Fn等。这些配体中均含有RGD氨基酸序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)，是整合蛋白的结合部位。含有RGD序列的肽类具有抑制细胞粘附ECM中相应配体的能力，故能用来抑制肿瘤细胞转移。晚近研究用合成的肽类GRGDS(甘-精-甘-天冬-丝氨酸)可降低小鼠B16-F10黑素瘤细胞的肺内转移，并能抑制肿瘤细胞在体外实验中浸润人工合成的基底膜。这为防治肿瘤转移提供了新的线索。 整合蛋白在肿瘤浸润转移中的作用：A＇Arenne等观察到α6亚基(即Ln受体)及Ln在乳腺癌中呈协调性表达，且与肿瘤的分级有关，分化较好的乳腺导管癌中两者呈连续的线状表达，而在分化较差的癌中两者的表达明显减少或消失。我们曾用α6亚基和Ln的单抗对56例胃癌进行免疫组化研究，发现两者在胃癌中也呈协调性表达，在膨胀型胃癌中它们呈连续或断续的线状表达(26/27, 96。3%)，而在浸润型胃癌中表达明显减少或消失(24/29,82.7%)，表明在两种不同生长方式的胃癌之间，Ln受体与Ln的表达有明显的差异。
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4 降解酶类在胃癌浸润转移中的作用
在癌细胞浸润转移过程中，不同的ECM组成成分由不同的降解酶类来降解，主要有四大类降解酶：丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶、巯基蛋白酶及酸性蛋白酶，其作用如下：
4.1 丝氨酸蛋白酶中纤溶酶原活化素(PA)有两种不同的活性分子形式：即组织型(t-PA)及尿激酶型(u-PA)。它们除了能使纤溶酶原活化成纤溶酶外，还能对ECM中的IV型胶原、Fn和Ln等起降解作用，和活化其他蛋白酶前体(如金属蛋白酶)。晚近对u-PA及其受体(u-PAR)在肿瘤细胞浸润转移中的作用备受重视。已发现在胃癌中随着病程进展，u-PA的水平增高，并和癌细胞分化程度低、淋巴结和静脉血路转移相关。
4.2 金属蛋白酶因其需Ca2+，Zn2+等金属离子作为辅因子而得名。它们常以无活性的酶原形式分泌，依其催化的底物不同而分为Ⅳ型胶原酶、间质胶原酶、及间质溶解酶(stromelysin)三大类。它们被认为是肿瘤浸润转移中主要的蛋白水解酶。已发现多数恶性细胞株在培养时分泌Ⅳ型胶原酶的能力较正常细胞高。有两种不同分子量的Ⅳ型胶原酶：即92-k-a及72-kDa两型。免疫组化研究证明在多种人的肿瘤中(包括乳腺、结肠、胃、甲状腺、肺和肝癌)72-kDa IV型胶原酶与这些癌的浸润转移相关。我们曾用Liotta实验室提供的IV型胶原酶(H1片段)的抗体对76例胃癌及其转移淋巴结进行研究，发现胃癌细胞中IV胶原酶的表达呈异质性增强，阳性率为94.7%(72/76)，尤其在癌的浸润前沿和淋巴结转移灶内癌细胞中表达更强。在浸润型胃癌和有淋巴结转移的胃癌中其阳性率(83%和78.3%),比膨胀型和无淋巴结转移的胃癌的阳44.8%和53.3%)显著较高。IV型胶原酶的表达程度与其底物Ⅳ型胶原的表达呈反比关系。晚近研究发现有两种金属蛋白酶的组织抑制物：即TIMP-1和TIMP-2，两者均能抑制金属蛋白酶的活性。 肿瘤细胞也能分泌TIMP，因此酶的活性只有在酶的分子数量大大超过TIMP时才起作用。故肿瘤的浸润与否是由活化的酶与其抑制物之间的平衡来决定的。TIMP能终止肿瘤细胞的浸润，故可作为一种阻止浸润转移的制剂。已发现重组的人TIMP与鼠黑素瘤细胞经静脉或腹腔注入小鼠体内，可明显减少黑素瘤的肺内转移，值得进一步研究。
4.3 巯基蛋白酶中的组织蛋白酶B(CB)能在肿瘤的浸润中发挥水解肽键，降解Ln,Fn，以及Ⅰ型胶原等作用。在恶性肿瘤中，CB活性增高，除与产出增加，细胞内转运和分布改变，使细胞膜镶嵌型CB表达增高有关外，还与内源性巯基蛋白酶抑制剂(CPI)的不足和性质改变有关。
4.4 酸性蛋白酶中组织蛋白酶D也是一种溶解体酶，酸性最适pH，可催化ECM的降解，已发现与乳腺癌的生长和转移有关，胃癌方面未见报道。关于上述蛋白酶在肿瘤浸润中的活化顺序和具体作用尚待进一步研究。, 百拇医药
主题词 浸润转移;粘附蛋白;整合蛋白;胃肿瘤;层粘连蛋白;Ⅳ型胶原;Ⅳ型胶原酶
王瑞年.胃癌浸润转移机制的研究进展.新消化病学杂志,1994;2(3):162-163
恶性肿瘤的浸润和转移是致死的重要原因，其机制的研究晚近在分子水平上取得了一些进展，从肿瘤细胞内在的基因调控及其与细胞外基质(ECM)之间的相互作用等方面均有新发现。尤其是Liotta等提出了肿瘤细胞浸润的三步假说，即粘附、降解和移动，不仅从理论上阐述了肿瘤细胞浸润和转移的可能步骤，而且已发现了许多与这些过程有关的细胞粘附分子，各种蛋白降解酶类和细胞移动因子，并己制备相应的抗体和合成一些能阻断肿瘤细胞转移的多肽类和降解酶的抑制剂，为探索防治肿瘤浸润转移提供了线索，并有希望转化成有效防治的福音。本文就胃癌的浸润和转移作综述性介绍。
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1 肿瘤细胞浸润的三步假说
Liotta等根据一系列实验研究提出肿瘤细胞浸润ECM是一个非常复杂的主动的生物化学变化过程，包括：粘附、降解和移动三个步骤，简述如下。
1.1 粘附 在肿瘤细胞的浸润过程中起双重作用，肿瘤细胞必需先从其原来粘附的部位脱离才能浸润，这提示粘附起抑制浸润的作用；另方面，肿瘤细胞又需借助粘附才能移动，肿瘤细胞是从连续的粘附接触和粘附解除中获得移动的牵引力，故浸润是粘附和去粘附的交替过程。肿瘤细胞与ECM(包括基底膜和细胞间质)中的层粘连蛋白(Ln)及纤维粘连蛋白(Fn)及胶原等成分粘附是通过肿瘤细胞膜表面的特殊受体所媒介的。 这些受体属于整合蛋白(integrins)和钙粘附蛋白(cadherins)等细胞粘附分子(CAMs)家族，关于这些CAMs在肿瘤浸润转移中的作用，将在下文专门介绍。
1.2 降解 肿瘤细胞与ECM中的基质成分粘附后需通过激活和释出多种蛋白溶解酶类降解这些成分，形成局部溶解区以构成肿瘤细胞移动的通道。不同的基质成分由不同的酶降解。这些酶可由肿瘤细胞直接分泌，也可由肿瘤细胞诱导宿主的其他细胞产生。基质的降解就发生在紧靠肿瘤细胞的局部，在该处活化的酶类与来自血清，或存在于基质内，或由相邻的正常细胞所分泌的蛋白酶抑制剂相互作用，故癌细胞浸润与否还取决于降解酶类及其抑制剂之间平衡的结果。
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1.3 移动 肿瘤细胞浸润转移的过程(包括：从原发灶的脱离、侵入相邻ECM，透过脉管壁侵入循环、以及从脉管外渗侵入继发部位)均伴有肿瘤细胞的移动。肿瘤细胞也以伸出伪足的方式移动，且具有定向性，既受细胞表面受体与ECM中配体的相互作用调节，也受宿主方面化学趋向性影响，还受肿瘤细胞自己分泌的移动因子(autocrine motility factor, AMF)和其他旁分泌移动因子(paracrine motility factor),如播散因子(scatter factor)等因素的调节。这些因子通过激活第二信使系统，包括： G蛋白、磷脂酶C的激活、导致膜磷脂的分解，由二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)及二酰甘油(DAG)。IP3引起细胞内钙离子释放，从而激发细胞骨架成分中收缩蛋白(肌球蛋白和肌动蛋白)的活动，从而导致肿瘤细胞移动和播散。 至于肿瘤细胞在继发部位的生长，不完全能用解剖部位自然引流途经来解释，宿主器官来源的化学趋向作用，肿瘤细胞和器官内皮细胞表面受体之间的特异作用，以及局部的生长因子等在影响肿瘤细胞的定向移动和最终选择转移器官的定居(homing)中均起作用。肿瘤细胞还产生血管新生因子(angiogenesis factor)吸引内皮细胞移动和生长，引起新的血管生成；产生成纤维细胞生长因子吸引成纤维细胞，引起纤维增生反应(desmoplasticreaction),这些因子也支持肿瘤细胞转移和继发性生长。上述三个步骤紧密配合和反复循环促使肿瘤细胞不断浸润ECM和转移。这些过程都是受基因调控的。已有不少研究报道癌基因的表达与肿瘤浸润转移的关系，如ras p21, c-myc基因蛋白，c-erb-B2基因蛋白(P185)等，但各家研究的结果不一致，我们曾对53例胃癌进行ras P21单抗免疫组化研究，发现ras P21表达阳性者共22例(41.5%)，呈浸润性生长的胃癌ras P21阳性率为51.4%，明显高于呈膨胀型生长者(18.8%)，而且发现ras P21的表达与I型胶原酶在胃癌中的表达呈正相关。体外实验已证明ras癌基因转染的上皮细胞能分泌更多的Ⅳ型胶原酶，并增强其致瘤性和浸润转移能力。故ras癌基因可能通过调控Ⅳ型胶原酶的表达而影响肿瘤的浸润。此外，p53抑癌基因的突变和晚近发现的肿瘤转移抑制基因， nm23的缺失均可能与肿瘤的浸润转移机制有关。
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2 钙粘附蛋白(E-Cd)与胃癌生长方式及浸润转移的关系
钙粘附蛋白是一组依赖钙离子的同种亲和性细胞与细胞之间粘附因子，参与建立和维持细胞间连接。实验证明正常无浸润性的犬Madin Darby肾上皮细胞经Harvey和Maloney肉瘤病毒转化后伴有细胞表面E-Cd的丧失而获得浸润能力。免疫组化研究发现在高分化胃腺癌中E-Cd常保存，而在浸润性低分化腺癌中常丧失。我们曾用E-Cd的单抗对46例胃癌进行研究，发现在膨胀型和高分化腺癌中，E-Cd常保存，而在浸润型和低分化腺癌中E-Cd的表达呈异质性减少或缺失。以上结果表明E-Cd的表达与细胞间的粘附有关，E-Cd减少时细胞间粘附力减弱，有利于癌细胞的浸润。晚近有研究报道用E-Cd的cDNA转染具有浸润性的恶性肿瘤细胞株可抑制其浸润性。这为控制癌细胞的浸润提供了一种线索。
3 整合蛋白及其配体与胃癌生长方式与浸润转移的关系
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整合蛋白是介导细胞-细胞，细胞-ECM之间相互粘附的膜受体家族，是由α和β亚基通过二硫键非共价结合而形成的异二聚体糖蛋白，它们与相邻细胞上或ECM中的相应配体相结合，形成配体-整合蛋白-细胞骨架跨膜信息系统，影响胚胎发育、伤口愈合、血液凝固、免疫识别及肿瘤浸润转移等过程。?在细胞的生长、分化、形成连接和维持极性中起重要作用。整合蛋白根据其不同的亚基结合不同的配体：如α6β1结合Ln,α2β1结合胶原IV，α5β1结合Fn等。这些配体中均含有RGD氨基酸序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)，是整合蛋白的结合部位。含有RGD序列的肽类具有抑制细胞粘附ECM中相应配体的能力，故能用来抑制肿瘤细胞转移。晚近研究用合成的肽类GRGDS(甘-精-甘-天冬-丝氨酸)可降低小鼠B16-F10黑素瘤细胞的肺内转移，并能抑制肿瘤细胞在体外实验中浸润人工合成的基底膜。这为防治肿瘤转移提供了新的线索。 整合蛋白在肿瘤浸润转移中的作用：A＇Arenne等观察到α6亚基(即Ln受体)及Ln在乳腺癌中呈协调性表达，且与肿瘤的分级有关，分化较好的乳腺导管癌中两者呈连续的线状表达，而在分化较差的癌中两者的表达明显减少或消失。我们曾用α6亚基和Ln的单抗对56例胃癌进行免疫组化研究，发现两者在胃癌中也呈协调性表达，在膨胀型胃癌中它们呈连续或断续的线状表达(26/27, 96。3%)，而在浸润型胃癌中表达明显减少或消失(24/29,82.7%)，表明在两种不同生长方式的胃癌之间，Ln受体与Ln的表达有明显的差异。
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4 降解酶类在胃癌浸润转移中的作用
在癌细胞浸润转移过程中，不同的ECM组成成分由不同的降解酶类来降解，主要有四大类降解酶：丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶、巯基蛋白酶及酸性蛋白酶，其作用如下：
4.1 丝氨酸蛋白酶中纤溶酶原活化素(PA)有两种不同的活性分子形式：即组织型(t-PA)及尿激酶型(u-PA)。它们除了能使纤溶酶原活化成纤溶酶外，还能对ECM中的IV型胶原、Fn和Ln等起降解作用，和活化其他蛋白酶前体(如金属蛋白酶)。晚近对u-PA及其受体(u-PAR)在肿瘤细胞浸润转移中的作用备受重视。已发现在胃癌中随着病程进展，u-PA的水平增高，并和癌细胞分化程度低、淋巴结和静脉血路转移相关。
4.2 金属蛋白酶因其需Ca2+，Zn2+等金属离子作为辅因子而得名。它们常以无活性的酶原形式分泌，依其催化的底物不同而分为Ⅳ型胶原酶、间质胶原酶、及间质溶解酶(stromelysin)三大类。它们被认为是肿瘤浸润转移中主要的蛋白水解酶。已发现多数恶性细胞株在培养时分泌Ⅳ型胶原酶的能力较正常细胞高。有两种不同分子量的Ⅳ型胶原酶：即92-k-a及72-kDa两型。免疫组化研究证明在多种人的肿瘤中(包括乳腺、结肠、胃、甲状腺、肺和肝癌)72-kDa IV型胶原酶与这些癌的浸润转移相关。我们曾用Liotta实验室提供的IV型胶原酶(H1片段)的抗体对76例胃癌及其转移淋巴结进行研究，发现胃癌细胞中IV胶原酶的表达呈异质性增强，阳性率为94.7%(72/76)，尤其在癌的浸润前沿和淋巴结转移灶内癌细胞中表达更强。在浸润型胃癌和有淋巴结转移的胃癌中其阳性率(83%和78.3%),比膨胀型和无淋巴结转移的胃癌的阳44.8%和53.3%)显著较高。IV型胶原酶的表达程度与其底物Ⅳ型胶原的表达呈反比关系。晚近研究发现有两种金属蛋白酶的组织抑制物：即TIMP-1和TIMP-2，两者均能抑制金属蛋白酶的活性。 肿瘤细胞也能分泌TIMP，因此酶的活性只有在酶的分子数量大大超过TIMP时才起作用。故肿瘤的浸润与否是由活化的酶与其抑制物之间的平衡来决定的。TIMP能终止肿瘤细胞的浸润，故可作为一种阻止浸润转移的制剂。已发现重组的人TIMP与鼠黑素瘤细胞经静脉或腹腔注入小鼠体内，可明显减少黑素瘤的肺内转移，值得进一步研究。
4.3 巯基蛋白酶中的组织蛋白酶B(CB)能在肿瘤的浸润中发挥水解肽键，降解Ln,Fn，以及Ⅰ型胶原等作用。在恶性肿瘤中，CB活性增高，除与产出增加，细胞内转运和分布改变，使细胞膜镶嵌型CB表达增高有关外，还与内源性巯基蛋白酶抑制剂(CPI)的不足和性质改变有关。
4.4 酸性蛋白酶中组织蛋白酶D也是一种溶解体酶，酸性最适pH，可催化ECM的降解，已发现与乳腺癌的生长和转移有关，胃癌方面未见报道。关于上述蛋白酶在肿瘤浸润中的活化顺序和具体作用尚待进一步研究。, 百拇医药