上皮-间质细胞转化的分子机制及其在肿瘤转移中的作用(1)
【摘要】上皮细胞间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是具有极性的上皮细胞转换成为具有移行能力的间质细胞并获得侵袭和迁移能力的过程，它存在于人体多个生理和病理过程中。上皮-间质转化(EMT)在恶性肿瘤的侵袭转移过程中起着关键的作用，研究EMT的始发因素及其下游通路在肿瘤生长、侵袭、转移中的作用，阻断这一机制的发生发展，对恶性肿瘤的侵袭转移前的早期诊断、早期治疗有着非常重要的意义。
【关键词】上皮-间质转化(EMT)；肿瘤侵袭；肿瘤转移；分子机制
EMT在医学中是一类生理组织变化状况，其一般是上皮细胞在特殊的情况下发生向间质细胞转化的形式，这种转化最大的特点在于失去上皮细胞表型、获得间质细胞特性等。从医学发展历史看，对于EMT的研究发现最早在发育生物学中，研究人员通过细胞实验总结出了相关的结论。经过长期实验发现，EMT对恶性肿瘤侵袭、转移、变化的影响较大，针对这一点，本文主要研究了EMT的发生机制以及其在肿瘤侵袭转移中的相关影响。
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1EMT的概念
在生物学研究工作深入开展的同时，人们对于各种生物学理念的认识更加充分。1982年，Garry Greenburg[1]和Hay等[2]通过体外细胞实验获得了巨大的收获，发现晶状体上皮细胞在胶原凝胶中产生成伪足而出现出间质细胞的状态，EMT概念由此被提出来。若上皮细胞产生EMT之后，形态上由立方形上皮细胞则转化为梭形的间充质细胞的形态。同时，还观察到上皮细胞标志物的表达下调或者缺失，包括：E-钙黏蛋白(E-Cad)、黏蛋白、角蛋白、桥粒斑蛋白等；间质细胞标记物的表达上调，包括：波形蛋白、N-钙黏蛋白、纤连蛋白、表达上调。
2EMT的形成及肿瘤转移
导致EMT产生的因素是多个方面的，其包括：蛋白分子、转录调节因子、MicroRNA等方面的变化。这些都会给患者的身体组织造成不利影响，容易使得肿瘤细胞被袭击而出现转移，由此增加了医生治疗的难度。
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2.1E-钙黏蛋白(E-cad)钙连接素属于上皮组织中的细胞间跨膜黏连糖蛋白分子，其往往要借助于Ca2+才能发挥作用。钙连接素均参与了细胞间的连接，包括：E-cad、N-cad、P-cad三种，E-cad等这些都会对肿瘤侵袭转移造成较大的影响，如E-cad对肿瘤细胞的侵袭性有逆转作用。
E-cad能够实现β连环素、γ连环素之间的融合，然后跟α连环素之间互相结合，最终产生E-cad-β-连环素-α连环素复合体[5]。利用这种复合体可与肌动蛋白细胞骨架直接连接，对细胞间黏附作用与细胞极性有决定性作用，满足了人体器官功能发展的实际需要。而上皮细胞发生间质细胞表型转化以及癌症产生期间，易观察到E-cad表达的下调或E-cad-环连蛋白复合物功能的失调[7]。E-cad的表达下调则会引起EMT，最终造成肿瘤转移现象。
2.2转录调节因子Snail属于DNA结合蛋白的一类形式，其存在相应的锌指结构。该因子能与Smad之间相互作用蛋白竞争性结合E-cad启动子部位的E-box连接基序，对E-cad基因的表达有一定的抑制效果，从而造成上皮细胞向间质细胞表型的转变，且带有E-cad下调之后造成EMT。资料显示，果蝇中观察到转录调节因子常见于没有发生EMT的中胚层细胞中，对原肠胚的产生有调控作用[8]；Snail与E-cad在MDCK(Madin Darby canine kidney)细胞中的表达呈负相关[9]，若癌细胞中的E-cad不足则会产生大量的Snail，造成Snail转染至E-cad阳性的细胞而引起细胞E-cad表达能力减弱，这些都会引起细胞EMT的出现。
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2.3生长因子从EMT角度看，与其存在较大联系的细胞生长因子种类较多，一般包括：VEGF、TGF-β、HGF、EGF、IGF等。当这种形式的细胞生长因子与细胞膜特异性受体结合之后，容易刺激细胞内信号级联反应，加快了EMT的形成。通过采取实验发现，血管内皮生长因子B(VEGF-B)、TGF-β有助于加快培养基中正常细胞、转化细胞形态的变化，从而表达了EMT的相关特征。Ai等[10]选择RT-PCR和western blotting等模式深入研究之后，得出通过VEGF-β处理的肝癌细胞株MHCC97-H显现出细胞极性消失、伪足等，N-Cad、vimentin表达效果显著增强，而E-Cad、α-catenin的水平则明显提升。
2.4微环境微环境对于EMT的形成有很大的影响，这是由于当微环境被激活之后会出现不同的细胞因子，如TGF-β、TNF-α、IGF、FGF等，加快了上皮细胞EMT的产生。EMT产生之后间质化的上皮细胞分泌细胞因子，对微环境有调节、改变作用。在Ⅰ型/Ⅲ型胶原培养基上生长的胰腺癌细胞形成EMT变化，增强了其侵袭特点。微环境、肿瘤TGF-β在高表达的同时也造成EMT，这就加快了其分泌基质金属蛋白酶(MMP)、尿激酶等蛋白酶到细胞外基质，TβR-Ⅱ基因敲除的乳腺癌细胞，微环境中产生的GR1+CDIlb+细胞。使得肿瘤的免疫监视效果减弱，对MMP表达产生相应的刺激，加快了乳腺癌细胞浸润和转移[11]。
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2.5MicroRNAMicroRNAs属于单链小分子RNA的一种，一般在20～22个碱基，其转录后对基因表达有显著的调控作用。MicroRNAs能产生多个方面的作用，如：细胞增殖、分化、凋亡、基因调控等。此外，MicroRNA-lOb能够使得HOXDl0基因的翻译上调、使得RhoC的表达下调，加快了肿瘤的变化转移，这种表达状况与乳腺癌的联系较大，Twist能加快MicroRNA-10b的转录[12]。
2.6肿瘤干细胞Weinberg等[11]表示，发生EMT的乳腺癌细胞不仅具备干细胞的特点，且具备抵制凋亡的能力。如果Snail或Twist出现异常表达则会引起球囊形成。一般乳腺细胞出现EMT之后会引起大量的乳腺癌干细胞样细胞。这些CD44+/CD24(-/low)细胞表现出明显的E-cad含量减少、纤维连接蛋白和波形蛋白的表达上升、高水平的FOXC2、Snail、Twist和Slug。此外，人胚胎干细胞在分化过程中也会出现E-cad含量降低，波形蛋白的表达上升的状况[12]。
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EMT在上皮性肿瘤的演变中发挥重要角色,研究EMT的发生机制及其调节因素在肿瘤生长、逃逸、转移中的作用，以及如何阻断这一机制的发生，在肿瘤的诊断治疗中有重要意义，因此对EMT这个极其复杂过程的研究可能会提供寻找新的思路关于治疗肿瘤生长、逃逸、转移的方法，势必会成为肿瘤研究的新热点。
参考文献
[1]Greenburg G,Hay ED.Epithelia suspended in collagen gels Call lose polarity and express characteristics of migrating mesenchymal cells.J Cell Biol,1982,95(1):333-339.
[2]Robert L.The extracellular matrix in development and regeneration. Int J Dev Biol,2004,48(8):687-694., http://www.100md.com(笪正)
【关键词】上皮-间质转化(EMT)；肿瘤侵袭；肿瘤转移；分子机制
EMT在医学中是一类生理组织变化状况，其一般是上皮细胞在特殊的情况下发生向间质细胞转化的形式，这种转化最大的特点在于失去上皮细胞表型、获得间质细胞特性等。从医学发展历史看，对于EMT的研究发现最早在发育生物学中，研究人员通过细胞实验总结出了相关的结论。经过长期实验发现，EMT对恶性肿瘤侵袭、转移、变化的影响较大，针对这一点，本文主要研究了EMT的发生机制以及其在肿瘤侵袭转移中的相关影响。
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1EMT的概念
在生物学研究工作深入开展的同时，人们对于各种生物学理念的认识更加充分。1982年，Garry Greenburg[1]和Hay等[2]通过体外细胞实验获得了巨大的收获，发现晶状体上皮细胞在胶原凝胶中产生成伪足而出现出间质细胞的状态，EMT概念由此被提出来。若上皮细胞产生EMT之后，形态上由立方形上皮细胞则转化为梭形的间充质细胞的形态。同时，还观察到上皮细胞标志物的表达下调或者缺失，包括：E-钙黏蛋白(E-Cad)、黏蛋白、角蛋白、桥粒斑蛋白等；间质细胞标记物的表达上调，包括：波形蛋白、N-钙黏蛋白、纤连蛋白、表达上调。
2EMT的形成及肿瘤转移
导致EMT产生的因素是多个方面的，其包括：蛋白分子、转录调节因子、MicroRNA等方面的变化。这些都会给患者的身体组织造成不利影响，容易使得肿瘤细胞被袭击而出现转移，由此增加了医生治疗的难度。
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2.1E-钙黏蛋白(E-cad)钙连接素属于上皮组织中的细胞间跨膜黏连糖蛋白分子，其往往要借助于Ca2+才能发挥作用。钙连接素均参与了细胞间的连接，包括：E-cad、N-cad、P-cad三种，E-cad等这些都会对肿瘤侵袭转移造成较大的影响，如E-cad对肿瘤细胞的侵袭性有逆转作用。
E-cad能够实现β连环素、γ连环素之间的融合，然后跟α连环素之间互相结合，最终产生E-cad-β-连环素-α连环素复合体[5]。利用这种复合体可与肌动蛋白细胞骨架直接连接，对细胞间黏附作用与细胞极性有决定性作用，满足了人体器官功能发展的实际需要。而上皮细胞发生间质细胞表型转化以及癌症产生期间，易观察到E-cad表达的下调或E-cad-环连蛋白复合物功能的失调[7]。E-cad的表达下调则会引起EMT，最终造成肿瘤转移现象。
2.2转录调节因子Snail属于DNA结合蛋白的一类形式，其存在相应的锌指结构。该因子能与Smad之间相互作用蛋白竞争性结合E-cad启动子部位的E-box连接基序，对E-cad基因的表达有一定的抑制效果，从而造成上皮细胞向间质细胞表型的转变，且带有E-cad下调之后造成EMT。资料显示，果蝇中观察到转录调节因子常见于没有发生EMT的中胚层细胞中，对原肠胚的产生有调控作用[8]；Snail与E-cad在MDCK(Madin Darby canine kidney)细胞中的表达呈负相关[9]，若癌细胞中的E-cad不足则会产生大量的Snail，造成Snail转染至E-cad阳性的细胞而引起细胞E-cad表达能力减弱，这些都会引起细胞EMT的出现。
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2.3生长因子从EMT角度看，与其存在较大联系的细胞生长因子种类较多，一般包括：VEGF、TGF-β、HGF、EGF、IGF等。当这种形式的细胞生长因子与细胞膜特异性受体结合之后，容易刺激细胞内信号级联反应，加快了EMT的形成。通过采取实验发现，血管内皮生长因子B(VEGF-B)、TGF-β有助于加快培养基中正常细胞、转化细胞形态的变化，从而表达了EMT的相关特征。Ai等[10]选择RT-PCR和western blotting等模式深入研究之后，得出通过VEGF-β处理的肝癌细胞株MHCC97-H显现出细胞极性消失、伪足等，N-Cad、vimentin表达效果显著增强，而E-Cad、α-catenin的水平则明显提升。
2.4微环境微环境对于EMT的形成有很大的影响，这是由于当微环境被激活之后会出现不同的细胞因子，如TGF-β、TNF-α、IGF、FGF等，加快了上皮细胞EMT的产生。EMT产生之后间质化的上皮细胞分泌细胞因子，对微环境有调节、改变作用。在Ⅰ型/Ⅲ型胶原培养基上生长的胰腺癌细胞形成EMT变化，增强了其侵袭特点。微环境、肿瘤TGF-β在高表达的同时也造成EMT，这就加快了其分泌基质金属蛋白酶(MMP)、尿激酶等蛋白酶到细胞外基质，TβR-Ⅱ基因敲除的乳腺癌细胞，微环境中产生的GR1+CDIlb+细胞。使得肿瘤的免疫监视效果减弱，对MMP表达产生相应的刺激，加快了乳腺癌细胞浸润和转移[11]。
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2.5MicroRNAMicroRNAs属于单链小分子RNA的一种，一般在20～22个碱基，其转录后对基因表达有显著的调控作用。MicroRNAs能产生多个方面的作用，如：细胞增殖、分化、凋亡、基因调控等。此外，MicroRNA-lOb能够使得HOXDl0基因的翻译上调、使得RhoC的表达下调，加快了肿瘤的变化转移，这种表达状况与乳腺癌的联系较大，Twist能加快MicroRNA-10b的转录[12]。
2.6肿瘤干细胞Weinberg等[11]表示，发生EMT的乳腺癌细胞不仅具备干细胞的特点，且具备抵制凋亡的能力。如果Snail或Twist出现异常表达则会引起球囊形成。一般乳腺细胞出现EMT之后会引起大量的乳腺癌干细胞样细胞。这些CD44+/CD24(-/low)细胞表现出明显的E-cad含量减少、纤维连接蛋白和波形蛋白的表达上升、高水平的FOXC2、Snail、Twist和Slug。此外，人胚胎干细胞在分化过程中也会出现E-cad含量降低，波形蛋白的表达上升的状况[12]。
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EMT在上皮性肿瘤的演变中发挥重要角色,研究EMT的发生机制及其调节因素在肿瘤生长、逃逸、转移中的作用，以及如何阻断这一机制的发生，在肿瘤的诊断治疗中有重要意义，因此对EMT这个极其复杂过程的研究可能会提供寻找新的思路关于治疗肿瘤生长、逃逸、转移的方法，势必会成为肿瘤研究的新热点。
参考文献
[1]Greenburg G,Hay ED.Epithelia suspended in collagen gels Call lose polarity and express characteristics of migrating mesenchymal cells.J Cell Biol,1982,95(1):333-339.
[2]Robert L.The extracellular matrix in development and regeneration. Int J Dev Biol,2004,48(8):687-694., http://www.100md.com(笪正)