视黄酸与肿瘤转移
作者：陈玉强，陈正明，吴乔，苏文金
单位：陈玉强，陈正明，吴乔，苏文金 厦门大学肿瘤细胞工程国家专业实验室(夏门，361005)；陈玉强 解放军174医院
关键词：视黄酸；肿瘤转移；细胞粘附；血管形成
癌症990636
中图分类号：R73-37；R979.1 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(1999)06-0736-03
癌转移是肿瘤细胞从原发部位进入体液循环，最后穿过管壁在靶器官定位，并在该处增殖成转移癌。已经发现癌转移是一个多步骤、多阶段、多基因的复杂过程，是癌症患者死亡的主要原因。因此如何控制癌转移是决定预后的关键因素。对癌转移机制研究也成为当今国内外的研究热点之一。
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视黄酸(retinoic acid,RA)是一类天然的和合成的维生素A衍生物，它包括反式视黄酸(如ATRA)、顺式视黄酸(如9-cisRA和13-cisRA)以及维胺酸(HPR)等。作为诱导分化剂，视黄酸已成功地用于治疗急性早幼粒细胞白血病等〔1〕。此外RA还能抑制某些肿瘤细胞的侵袭和转移。本文结合我们近期的研究成果，概述这方面的研究进展。
1视黄酸与细胞粘附
细胞粘附对胚胎发育和维持正常组织的结构功能至关重要，细胞转化时细胞粘附能力发生异常而出现侵袭转移能力。一般认为肿瘤细胞的同质性粘附降低，异质性粘附增强。Cilenti〔2〕研究5株人甲状腺癌细胞株，发现RA能使其中4株细胞的细胞间粘附分子-1(ICAM-1)表达增加，且有时间依赖性，是可逆的；RA与干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)联用有协同作用。目前已清楚RA是通过激活视黄酸受体(RARα、RARβ、RARγ)和视黄素X受体(RXRα、RXRβ、RXRγ)，这些受体结合到视黄酸应答元件(RARE)上，从而调节靶基因的表达〔3〕。在ICAM-1基因的上游就有与RARE同源的序列，该序列在体外能与RARα/RXRs异源二聚体结合，这个序列的基因突变还会影响RA对ICAM-1基因表达的诱导〔2〕。Ryuto〔4〕和Ryers〔5〕发现ATRA可使同质性粘附能力低的人肾高转移细胞株M-1、M-3、M-8和人乳腺癌细胞株SKRB3的细胞间粘附能力提高，细胞由分散生长转为成簇生长。这种变化与ATRA能使β-catenin的酪氨酸残基迅速去磷酸化而保持β-catenin的稳定性有关，通过改变E-cadherin/β-catenin的分布，使其从均匀分布于细胞浆向细胞间连接区集中。E-cadherin/β-catenin复合物具有抑制细胞侵袭的作用，在肿瘤细胞中这种功能丧失，RA虽不能改变该复合物的结构，却能恢复其抑制细胞侵袭的功能〔6〕。Magli〔7〕也报告ATRA和13-cisRA能提高白血病HMC-1细胞的粘附能力，造成细胞凝集。可见RA能提高肿瘤细胞的同质性粘附，阻止肿瘤细胞从肿块脱落。
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虽然RA在体外能抑制肿瘤细胞对人工基底膜的侵袭能力，在动物体内也控制肿瘤细胞的实验性转移，但RA对肿瘤细胞的异质性粘附作用，报道不一致(见表1)。这是否与肿瘤细胞株或RA的类型有关，有待进一步探讨。Marchetti〔8〕研究表是ATRA能使人早幼粒白血病细胞NB4对培养的人内皮细胞，内皮细胞基质的粘附能力增强。CD44是跨膜的细胞粘附调节蛋白，介导异质性粘附，其同分异构体CD44v6的表达与转移潜能呈正相关，RA能降低其表达水平，解除CD44v6的灶性分布，抑制细胞对细胞外基质(ECM)的粘附力〔9〕。我们以羊膜作为粘附对象，发现ATRA能使胃癌细胞株MGc80-3、SGC-7901、BGC-823和MKN-45的粘附力迅速提高，但随ATRA作用时间延长粘附力逐渐减弱，表明RA对细胞异质性粘附能力的影响也具有时间依赖性〔10〕。
表1 RA对肿瘤细胞粘附于各种细胞外基质(ECM)成分的影响
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ECM成分
肿瘤细胞
RA类型
粘附力的改变
〔参考文献〕
层粘连蛋白(LN)
人前列腺癌细胞株LNCaP
cisRA
降低
〔13〕
人鼻咽癌细胞株CNE2Z
HPR
, 百拇医药
升高
〔11〕
人胰腺癌细胞株DAN-G
RA
降低
〔14〕
纤维粘连蛋白(FN)
人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
降低
〔13〕
人鼻咽癌细胞株CNE2Z
, 百拇医药 HPR
升高
〔11〕
人胰腺癌细胞株DAN-G
RA
降低
〔14〕
vitronectin
人黑色素瘤细胞株MeWo
ATRA
升高
〔12〕
Ⅳ型胶原
, 百拇医药
人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
降低
〔13〕
人胰腺癌细胞株DNA-G
RA
不变
〔12〕
Ⅰ型胶原
人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
不变
, 百拇医药 〔13〕
人胰腺癌细胞株DAN-G
PA
不变
〔14〕
2视黄酸与细胞外基质降解
癌细胞侵袭、转移时必须穿越ECM，即脉管的基底膜与间质结缔组织中的基质。当癌细胞与ECM粘附后，首先对ECM进行酶降解，然后细胞才能移出。研究表明癌细胞的侵袭、转移能力与血浆纤维蛋白溶酶原激活因子(PA)关系密切，尤其是尿激酶型PA(u-PA)。PA属于丝氨酸蛋白酶类，其生理功能是将纤维蛋白溶酶原激活成纤维蛋白溶酶，来降解血凝块中的纤维蛋白和ECM中的LN、FN和蛋白多糖中的蛋白核心等。分泌PA的细胞通常也同时产生PA的抑制物PA1，PA/PAI在体内维持一定的动态平衡。Kim〔15〕报道HPR在提高前列腺癌TSU-PR1和PC-3细胞株的uPA和PAI-1蛋白表达水平的同时，却抑制uPA的蛋白溶解活性，从而减轻细胞对ECM的降解。
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金属蛋白酶(MMP)是另一类与肿瘤侵袭、转移相关的蛋白水解酶，包括间质胶原酶(又称I型胶原酶或MMP1)、多型核胶原酶(MMP8)和Ⅳ型胶原酶(又称明胶酶)等。Dahiya等发现13-cisRA除了能抑制人前列腺癌细胞株LNCaP生长、使其裸鼠致瘤性及软琼脂克隆形成能力下降外，还能使Ⅳ型胶原酶的活性下降50%〔13〕。RA使胃癌细胞株MKN45H对基底膜胶(Matrigel)的粘附能力下降，明胶酶的分泌能力降低〔16〕。通过DNA-RNA斑点杂交发现人肺癌细胞株PGCL3经ATRA处理后，人组织金属蛋白酶抑制剂基因Timp-1和Timp-2的表达有一定水平的提高〔17〕。
β-葡萄糖醛酸酶在细胞发生恶性转化时，其表达水平增高，尤其是在转移能力高的低分化癌中该酶表达水平更高。β-葡萄糖醛酸酶是粗面内质网合成的一种糖苷酶，能催化蛋白聚糖β-糖苷链的分解，破坏基底膜而促进肿瘤的侵袭和转移。我们在实验中发现106mol/L的ATRA能使胃癌细胞株MGc80-3、BGC-823、SGC-7901和MKN-45细胞分泌β-葡萄糖醛酸酶的能力降低，从而抑制其侵袭、转移能力。
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3视黄酸与细胞移动
细胞移动能力是癌细胞完成侵袭、转移的重要因素之一。侵袭转移能力高的细胞往往具有活跃的细胞移动能力。ATRA能抑制人肾癌细胞穿过血管内皮细胞层和胶原膜〔4〕。13-cisRA能使人前列腺癌细胞株LNCaP穿过重组基底膜的能力下降，细胞骨架发生变化，这与RA诱导其受体RXRα的表达升高有关〔13〕。RA还能通过改变微管的组装而降低人肺癌CH27细胞株在体外的转移能力〔18〕。Carter〔19〕等用ATRA或13-cisRA处理腺癌细胞RL95-2研究F-actin的变化，发现13-cisRA和低浓度的ATRA能使F-actin重新组装，原来分布在细胞边缘的F-actin经RA诱导后分布于整个细胞，而且高浓度的ATRA还能诱导新的F-actin形成，使细胞体积增大，从而影响细胞的运动能力。韩立群等〔11〕用维胺酸处理人鼻咽癌细胞母系CNE-2Z及其不同侵袭转移潜能的L2、H2和L4亚系后，光镜下无明显的组织学变化，扫描电镜见肿瘤细胞表面泡状伪足减少或消失，代之以丰富的、排列规则的丝状伪足，透射电镜见部分胞浆和伪足内有粗大的应力纤维束，表明细胞骨架发生了重排。
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nm23基因在多种实验性肿瘤和人类肿瘤中是一种转移抑制基因，其产物为二磷酸核苷激酶(NDPK)，可能通过参与微管聚合影响细胞有丝分裂和细胞运动，并参与G蛋白的信号调节，转染nm23基因可以抑制肿瘤细胞的转移〔20〕。一般认为RA能够上调nm23的表达水平，但Hsu〔18〕等报道，RA处理人肺癌细胞CH27后，nm23蛋白表达下调，与此同时mts1蛋白表达水平也下降，而且nm23∶mts1之比始终升高，并且呈RA剂量依赖性。nm23和mtsl是一种相互作用的与转移表型相关的基因，共同调节细胞内微管的聚合与解聚，从而影响细胞的运动〔21〕。我们采用Northernblot法检测上述4株胃癌细胞nm23和mtsl基因的表达情况，发现它们的基础水平不同，用ATRA处理后除SGC-7901的nm23基因表达升高外，其它3株细胞的nm23基因表达下调；但mts1基因的表达在4株细胞中却表现出较为一致的下调。说明ATRA可以引起nm23和mtsl基因表达变化，但其作用机制及相互间的关系，还有待进一步研究。
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4视黄酸与血管形成
在肿瘤的早期阶段体内无新生血管形成，由于缺乏血液滋养，瘤体增长速度较慢，也不容易发生转移。但是肿瘤及其周围组织器官等会产生多种肿瘤血管生长因子(TAR)，在TAR作用下肿瘤原发灶形成微血管，微血管、毛细血管网与体循环相通，促进肿瘤细胞的转移。另外转移的肿瘤细胞到达靶器官后，也需要有新生血管的形成，才能增殖形成转移灶，并进一步向更远处转移。所以，血管形成与肿瘤转移关系极为密切。视黄酸能够抑制肿瘤血管的形成。给小鼠口服及腹腔注射ATRA、13-cisRA或9-cisRA能明显抑制乳腺癌细胞T47D和外阴癌细胞A431诱导的血管形成，在体外用这些RA处理T47D和A431细胞也能抑制血管形成能力，而且发现这种作用可能与RARα受体有关〔22〕。RA对肿瘤血管形成的抑制作用，一方面是作用于肿瘤细胞本身，另一方面使内皮细胞对各种生长因子的刺激反应迟钝，从而影响内皮细胞的迁移和新生血管的形成〔23〕。值得注意的是，小剂量的RA能抑制肿瘤血管的形成，而大剂量的RA(>2.0mg/kg)反而会促进肿瘤血管的产生〔24〕，因此使用RA要控制剂量或与干扰素、肿瘤坏死因子等联用，以期达到协同治疗效果。
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5结束语
尽管视黄酸与肿瘤转移关系的研究取得了很大进展，但是视黄酸只能抑制部分癌细胞的侵袭和转移，而对视黄酸不敏感的癌细胞结果却相反，如Tiberio〔25〕等报道ATRA能提高SK-N-SH神经母细胞瘤细胞表达组织型PA(t-PA)，从而增强对基底膜的侵袭能力。因此，深入探讨视黄酸抑制肿瘤转移的作用机理，特别RAR和RXR介导的信号传导途径，对于阐明视黄酸的抗癌作用和开发合成视黄酸衍生物都有重大意义。
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收稿日期：1998-09-30；修回日期：1998-12-04, http://www.100md.com
单位：陈玉强，陈正明，吴乔，苏文金 厦门大学肿瘤细胞工程国家专业实验室(夏门，361005)；陈玉强 解放军174医院
关键词：视黄酸；肿瘤转移；细胞粘附；血管形成
癌症990636
中图分类号：R73-37；R979.1 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(1999)06-0736-03
癌转移是肿瘤细胞从原发部位进入体液循环，最后穿过管壁在靶器官定位，并在该处增殖成转移癌。已经发现癌转移是一个多步骤、多阶段、多基因的复杂过程，是癌症患者死亡的主要原因。因此如何控制癌转移是决定预后的关键因素。对癌转移机制研究也成为当今国内外的研究热点之一。
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视黄酸(retinoic acid,RA)是一类天然的和合成的维生素A衍生物，它包括反式视黄酸(如ATRA)、顺式视黄酸(如9-cisRA和13-cisRA)以及维胺酸(HPR)等。作为诱导分化剂，视黄酸已成功地用于治疗急性早幼粒细胞白血病等〔1〕。此外RA还能抑制某些肿瘤细胞的侵袭和转移。本文结合我们近期的研究成果，概述这方面的研究进展。
1视黄酸与细胞粘附
细胞粘附对胚胎发育和维持正常组织的结构功能至关重要，细胞转化时细胞粘附能力发生异常而出现侵袭转移能力。一般认为肿瘤细胞的同质性粘附降低，异质性粘附增强。Cilenti〔2〕研究5株人甲状腺癌细胞株，发现RA能使其中4株细胞的细胞间粘附分子-1(ICAM-1)表达增加，且有时间依赖性，是可逆的；RA与干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)联用有协同作用。目前已清楚RA是通过激活视黄酸受体(RARα、RARβ、RARγ)和视黄素X受体(RXRα、RXRβ、RXRγ)，这些受体结合到视黄酸应答元件(RARE)上，从而调节靶基因的表达〔3〕。在ICAM-1基因的上游就有与RARE同源的序列，该序列在体外能与RARα/RXRs异源二聚体结合，这个序列的基因突变还会影响RA对ICAM-1基因表达的诱导〔2〕。Ryuto〔4〕和Ryers〔5〕发现ATRA可使同质性粘附能力低的人肾高转移细胞株M-1、M-3、M-8和人乳腺癌细胞株SKRB3的细胞间粘附能力提高，细胞由分散生长转为成簇生长。这种变化与ATRA能使β-catenin的酪氨酸残基迅速去磷酸化而保持β-catenin的稳定性有关，通过改变E-cadherin/β-catenin的分布，使其从均匀分布于细胞浆向细胞间连接区集中。E-cadherin/β-catenin复合物具有抑制细胞侵袭的作用，在肿瘤细胞中这种功能丧失，RA虽不能改变该复合物的结构，却能恢复其抑制细胞侵袭的功能〔6〕。Magli〔7〕也报告ATRA和13-cisRA能提高白血病HMC-1细胞的粘附能力，造成细胞凝集。可见RA能提高肿瘤细胞的同质性粘附，阻止肿瘤细胞从肿块脱落。
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虽然RA在体外能抑制肿瘤细胞对人工基底膜的侵袭能力，在动物体内也控制肿瘤细胞的实验性转移，但RA对肿瘤细胞的异质性粘附作用，报道不一致(见表1)。这是否与肿瘤细胞株或RA的类型有关，有待进一步探讨。Marchetti〔8〕研究表是ATRA能使人早幼粒白血病细胞NB4对培养的人内皮细胞，内皮细胞基质的粘附能力增强。CD44是跨膜的细胞粘附调节蛋白，介导异质性粘附，其同分异构体CD44v6的表达与转移潜能呈正相关，RA能降低其表达水平，解除CD44v6的灶性分布，抑制细胞对细胞外基质(ECM)的粘附力〔9〕。我们以羊膜作为粘附对象，发现ATRA能使胃癌细胞株MGc80-3、SGC-7901、BGC-823和MKN-45的粘附力迅速提高，但随ATRA作用时间延长粘附力逐渐减弱，表明RA对细胞异质性粘附能力的影响也具有时间依赖性〔10〕。
表1 RA对肿瘤细胞粘附于各种细胞外基质(ECM)成分的影响
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ECM成分
肿瘤细胞
RA类型
粘附力的改变
〔参考文献〕
层粘连蛋白(LN)
人前列腺癌细胞株LNCaP
cisRA
降低
〔13〕
人鼻咽癌细胞株CNE2Z
HPR
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升高
〔11〕
人胰腺癌细胞株DAN-G
RA
降低
〔14〕
纤维粘连蛋白(FN)
人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
降低
〔13〕
人鼻咽癌细胞株CNE2Z
, 百拇医药 HPR
升高
〔11〕
人胰腺癌细胞株DAN-G
RA
降低
〔14〕
vitronectin
人黑色素瘤细胞株MeWo
ATRA
升高
〔12〕
Ⅳ型胶原
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人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
降低
〔13〕
人胰腺癌细胞株DNA-G
RA
不变
〔12〕
Ⅰ型胶原
人前列腺癌细胞株LNCap
cisRA
不变
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人胰腺癌细胞株DAN-G
PA
不变
〔14〕
2视黄酸与细胞外基质降解
癌细胞侵袭、转移时必须穿越ECM，即脉管的基底膜与间质结缔组织中的基质。当癌细胞与ECM粘附后，首先对ECM进行酶降解，然后细胞才能移出。研究表明癌细胞的侵袭、转移能力与血浆纤维蛋白溶酶原激活因子(PA)关系密切，尤其是尿激酶型PA(u-PA)。PA属于丝氨酸蛋白酶类，其生理功能是将纤维蛋白溶酶原激活成纤维蛋白溶酶，来降解血凝块中的纤维蛋白和ECM中的LN、FN和蛋白多糖中的蛋白核心等。分泌PA的细胞通常也同时产生PA的抑制物PA1，PA/PAI在体内维持一定的动态平衡。Kim〔15〕报道HPR在提高前列腺癌TSU-PR1和PC-3细胞株的uPA和PAI-1蛋白表达水平的同时，却抑制uPA的蛋白溶解活性，从而减轻细胞对ECM的降解。
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金属蛋白酶(MMP)是另一类与肿瘤侵袭、转移相关的蛋白水解酶，包括间质胶原酶(又称I型胶原酶或MMP1)、多型核胶原酶(MMP8)和Ⅳ型胶原酶(又称明胶酶)等。Dahiya等发现13-cisRA除了能抑制人前列腺癌细胞株LNCaP生长、使其裸鼠致瘤性及软琼脂克隆形成能力下降外，还能使Ⅳ型胶原酶的活性下降50%〔13〕。RA使胃癌细胞株MKN45H对基底膜胶(Matrigel)的粘附能力下降，明胶酶的分泌能力降低〔16〕。通过DNA-RNA斑点杂交发现人肺癌细胞株PGCL3经ATRA处理后，人组织金属蛋白酶抑制剂基因Timp-1和Timp-2的表达有一定水平的提高〔17〕。
β-葡萄糖醛酸酶在细胞发生恶性转化时，其表达水平增高，尤其是在转移能力高的低分化癌中该酶表达水平更高。β-葡萄糖醛酸酶是粗面内质网合成的一种糖苷酶，能催化蛋白聚糖β-糖苷链的分解，破坏基底膜而促进肿瘤的侵袭和转移。我们在实验中发现106mol/L的ATRA能使胃癌细胞株MGc80-3、BGC-823、SGC-7901和MKN-45细胞分泌β-葡萄糖醛酸酶的能力降低，从而抑制其侵袭、转移能力。
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3视黄酸与细胞移动
细胞移动能力是癌细胞完成侵袭、转移的重要因素之一。侵袭转移能力高的细胞往往具有活跃的细胞移动能力。ATRA能抑制人肾癌细胞穿过血管内皮细胞层和胶原膜〔4〕。13-cisRA能使人前列腺癌细胞株LNCaP穿过重组基底膜的能力下降，细胞骨架发生变化，这与RA诱导其受体RXRα的表达升高有关〔13〕。RA还能通过改变微管的组装而降低人肺癌CH27细胞株在体外的转移能力〔18〕。Carter〔19〕等用ATRA或13-cisRA处理腺癌细胞RL95-2研究F-actin的变化，发现13-cisRA和低浓度的ATRA能使F-actin重新组装，原来分布在细胞边缘的F-actin经RA诱导后分布于整个细胞，而且高浓度的ATRA还能诱导新的F-actin形成，使细胞体积增大，从而影响细胞的运动能力。韩立群等〔11〕用维胺酸处理人鼻咽癌细胞母系CNE-2Z及其不同侵袭转移潜能的L2、H2和L4亚系后，光镜下无明显的组织学变化，扫描电镜见肿瘤细胞表面泡状伪足减少或消失，代之以丰富的、排列规则的丝状伪足，透射电镜见部分胞浆和伪足内有粗大的应力纤维束，表明细胞骨架发生了重排。
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nm23基因在多种实验性肿瘤和人类肿瘤中是一种转移抑制基因，其产物为二磷酸核苷激酶(NDPK)，可能通过参与微管聚合影响细胞有丝分裂和细胞运动，并参与G蛋白的信号调节，转染nm23基因可以抑制肿瘤细胞的转移〔20〕。一般认为RA能够上调nm23的表达水平，但Hsu〔18〕等报道，RA处理人肺癌细胞CH27后，nm23蛋白表达下调，与此同时mts1蛋白表达水平也下降，而且nm23∶mts1之比始终升高，并且呈RA剂量依赖性。nm23和mtsl是一种相互作用的与转移表型相关的基因，共同调节细胞内微管的聚合与解聚，从而影响细胞的运动〔21〕。我们采用Northernblot法检测上述4株胃癌细胞nm23和mtsl基因的表达情况，发现它们的基础水平不同，用ATRA处理后除SGC-7901的nm23基因表达升高外，其它3株细胞的nm23基因表达下调；但mts1基因的表达在4株细胞中却表现出较为一致的下调。说明ATRA可以引起nm23和mtsl基因表达变化，但其作用机制及相互间的关系，还有待进一步研究。
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4视黄酸与血管形成
在肿瘤的早期阶段体内无新生血管形成，由于缺乏血液滋养，瘤体增长速度较慢，也不容易发生转移。但是肿瘤及其周围组织器官等会产生多种肿瘤血管生长因子(TAR)，在TAR作用下肿瘤原发灶形成微血管，微血管、毛细血管网与体循环相通，促进肿瘤细胞的转移。另外转移的肿瘤细胞到达靶器官后，也需要有新生血管的形成，才能增殖形成转移灶，并进一步向更远处转移。所以，血管形成与肿瘤转移关系极为密切。视黄酸能够抑制肿瘤血管的形成。给小鼠口服及腹腔注射ATRA、13-cisRA或9-cisRA能明显抑制乳腺癌细胞T47D和外阴癌细胞A431诱导的血管形成，在体外用这些RA处理T47D和A431细胞也能抑制血管形成能力，而且发现这种作用可能与RARα受体有关〔22〕。RA对肿瘤血管形成的抑制作用，一方面是作用于肿瘤细胞本身，另一方面使内皮细胞对各种生长因子的刺激反应迟钝，从而影响内皮细胞的迁移和新生血管的形成〔23〕。值得注意的是，小剂量的RA能抑制肿瘤血管的形成，而大剂量的RA(>2.0mg/kg)反而会促进肿瘤血管的产生〔24〕，因此使用RA要控制剂量或与干扰素、肿瘤坏死因子等联用，以期达到协同治疗效果。
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5结束语
尽管视黄酸与肿瘤转移关系的研究取得了很大进展，但是视黄酸只能抑制部分癌细胞的侵袭和转移，而对视黄酸不敏感的癌细胞结果却相反，如Tiberio〔25〕等报道ATRA能提高SK-N-SH神经母细胞瘤细胞表达组织型PA(t-PA)，从而增强对基底膜的侵袭能力。因此，深入探讨视黄酸抑制肿瘤转移的作用机理，特别RAR和RXR介导的信号传导途径，对于阐明视黄酸的抗癌作用和开发合成视黄酸衍生物都有重大意义。
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收稿日期：1998-09-30；修回日期：1998-12-04, http://www.100md.com