周庚寅,蔡永萍

山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教研室濟(jì)南 250012

1 上皮間葉轉(zhuǎn)化的概念

上皮間葉轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指與基底膜連接的具有極性的上皮細(xì)胞經(jīng)過一系列的生物學(xué)改變,喪失細(xì)胞-細(xì)胞之間的連接,轉(zhuǎn)化為具有游走能力的間葉細(xì)胞[1]。1982年,Greenburg等[2]發(fā)現(xiàn)在三維立體膠原膠中培養(yǎng)的角膜上皮細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為具有遷移能力的間葉細(xì)胞,并首次提出了 EMT的概念。但是后來鑒于轉(zhuǎn)化后的間葉細(xì)胞也可逆轉(zhuǎn)為上皮細(xì)胞,即間葉上皮轉(zhuǎn)化(mesenchymal-epithelial transition,MET),同時(shí)transformation一詞易和腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化(transformation)混淆,2003年第一屆EMT國(guó)際會(huì)議確定將transformation改為transition。

自從EMT的概念提出以來,這一領(lǐng)域獲得越來越多的關(guān)注。隨著研究的深入,發(fā)現(xiàn)EMT涉及生理情況如正常胚胎發(fā)育或病理狀態(tài)如器官纖維化和腫瘤轉(zhuǎn)移。為了便于研究,2007年在波蘭和隨后召開的EMT國(guó)際會(huì)議上依據(jù)EMT的發(fā)生背景、生物學(xué)行為及標(biāo)志物的不同將 EMT分為 3種類型[3-4]:發(fā)生于胚胎植入、胚胎發(fā)生和器官形成時(shí)的EMT稱為Ⅰ型EMT;和組織再生及器官纖維化有關(guān)的EMT稱為Ⅱ型EMT;和腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移有關(guān)的EMT稱為Ⅲ型EMT。

2 EMT發(fā)生的分子機(jī)制及標(biāo)志物

Ⅰ型EMT發(fā)生在胚胎尚未出現(xiàn)免疫反應(yīng)時(shí),可能與內(nèi)在的程序編碼有關(guān)。發(fā)生于出生后的Ⅱ型和Ⅲ型EMT則不同,Ⅱ型EMT的發(fā)生可能與炎癥刺激和損傷有關(guān),產(chǎn)生具有修復(fù)能力的纖維細(xì)胞,參與傷口愈合、組織再生或器官纖維化;Ⅲ型EMT的發(fā)生可能與上皮腫瘤細(xì)胞基因組和表觀遺傳學(xué)的改變以及周圍微環(huán)境的炎癥有關(guān),產(chǎn)生更有侵襲力的腫瘤細(xì)胞亞克隆[5]。

EMT是受周圍微環(huán)境影響的多個(gè)信號(hào)途徑參與的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)控過程,導(dǎo)致上皮細(xì)胞連接丟失、細(xì)胞極性喪失、細(xì)胞骨架蛋白的改變和細(xì)胞外基質(zhì)的降解。研究[6]發(fā)現(xiàn)許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑均參與了EMT的發(fā)生,包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、Wnt/β-catenin、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)、纖維生長(zhǎng)因子(fibroblastgrowth factor,FGF)、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)、核細(xì)胞因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-like growth factor,IGF)和血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived grow th factor,PDGF)等途徑。EMT的主要分子特征為上皮標(biāo)記物E-鈣黏蛋白表達(dá)的下調(diào)和間葉細(xì)胞特征的核轉(zhuǎn)錄因子的上調(diào)(Snail、Slug和Twist)。

E-鈣黏蛋白的缺失是EMT的典型特征。E-鈣黏蛋白是一種鈣離子依賴的跨膜糖蛋白分子,其胞內(nèi)區(qū)通過α-catenin、β-catenin蛋白與細(xì)胞骨架蛋白相連,此連接復(fù)合體再直接連接到肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架上,維持細(xì)胞間黏附的穩(wěn)定性。E-鈣黏蛋白表達(dá)下調(diào)會(huì)導(dǎo)致同源細(xì)胞間黏附力下降,有利于細(xì)胞脫離。在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型EMT均發(fā)現(xiàn)E-鈣黏蛋白的表達(dá)降低或丟失[4]。β-catenin蛋白具有雙重作用,位于細(xì)胞膜時(shí)和β-catenin結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞之間的連接,進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)時(shí)和Tcf/Lef結(jié)合激活Wnt信號(hào)途徑。同E-鈣黏蛋白類似,細(xì)胞膜β-catenin的丟失,與3型EMT的發(fā)生均有關(guān)[7-8]。

核轉(zhuǎn)錄因子Snail、Slug和Twist是在胚胎發(fā)育時(shí)胚胎原腸中胚層形成時(shí)發(fā)現(xiàn)的,中胚層發(fā)育過程具有典型的 EMT特征。已證實(shí)這些轉(zhuǎn)錄因子是EMT發(fā)生過程的重要調(diào)控因素,它們通過與E-鈣黏蛋白的E-box結(jié)合,下調(diào)E-鈣黏蛋白的表達(dá)。隨后的研究發(fā)現(xiàn)這些核轉(zhuǎn)錄因子在器官發(fā)生纖維化時(shí)高表達(dá),同時(shí)與多種腫瘤類型的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移有關(guān),提示患者的臨床預(yù)后不良[9-11]。

3 EMT研究領(lǐng)域的新方向

近來研究發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞也可發(fā)生間葉轉(zhuǎn)化,即內(nèi)皮間葉轉(zhuǎn)化(endothelialmesenchymal transition,EndoMT)。另外,EMT與MicroRNA、EMT與腫瘤干細(xì)胞、EMT與腫瘤轉(zhuǎn)移灶及EMT與MET的關(guān)系是近來的研究熱點(diǎn)。

3.1 EndoMT 血管內(nèi)皮細(xì)胞通過間葉轉(zhuǎn)化成為能夠分泌膠原的成纖維細(xì)胞,參與纖維化的形成,即EndoMT。在胚胎發(fā)育時(shí),EndoMT參與心內(nèi)墊和心臟瓣膜的形成[12]。在小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚13]中,心肌受到損傷后,心肌內(nèi)膜和微血管的內(nèi)皮細(xì)胞通過 EndoMT轉(zhuǎn)化為纖維細(xì)胞參與心肌纖維的形成。在腎臟、肺臟、心臟和肝臟的動(dòng)物模型[14]發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)器官內(nèi)的血管內(nèi)皮細(xì)胞受到慢性損傷后可以通過EMT轉(zhuǎn)化為能夠分泌膠原的成纖維細(xì)胞,參與器官纖維化的形成。

3.2 EMT與M icroRNA 近來有研究表明MicroRNA也是EMT的重要調(diào)節(jié)因素。MicroRNAs是一類大約22個(gè)核苷酸的非編碼RNA,通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因的表達(dá)。Gregory等[15]發(fā)現(xiàn)抑制miR-200和miR-205能夠下調(diào)E-鈣黏蛋白的表達(dá)而維持間葉細(xì)胞的狀態(tài),同時(shí)發(fā)現(xiàn)乳癌組織中 miR-200的丟失與波形蛋白(Vimentin)的表達(dá)增多和E-鈣黏蛋白的丟失相關(guān)。在具有高度轉(zhuǎn)移潛能的乳癌細(xì)胞及臨床轉(zhuǎn)移乳癌標(biāo)本中miR-10b表達(dá)增高,它通過抑制同源異型盒基因D10(HOXD10)而上調(diào)促轉(zhuǎn)移因子ras家族同源成員C(RHOC)的表達(dá),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,在動(dòng)物模型[16-17]中 miR-10b的抑制劑能夠抑制乳癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移率。

3.3 EM T與腫瘤干細(xì)胞 腫瘤干細(xì)胞是指腫瘤組織中存在的一小群未分化或分化較差的細(xì)胞,它們既具有自我更新和增殖分化的能力,又能夠抵抗化學(xué)治療和放射治療,是腫瘤形成、發(fā)展與惡化的根源。研究[18]發(fā)現(xiàn) EMT轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞具有干細(xì)胞樣性質(zhì),Weinberg實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)分離的CD44高表達(dá)/CD24低表達(dá)乳癌干細(xì)胞表現(xiàn)間葉細(xì)胞樣表型,誘導(dǎo)發(fā)生EMT的乳癌細(xì)胞表現(xiàn)出干細(xì)胞樣特性。腫瘤干細(xì)胞可能具有間葉細(xì)胞游走遷移的特性,又具有上皮樣細(xì)胞分化的潛能,在到達(dá)轉(zhuǎn)移灶之后能夠通過MET重新轉(zhuǎn)化為上皮性癌灶。

3.4 EM T與MET

EMT和MET呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的過程,胚胎發(fā)育時(shí)通過Ⅰ型EMT產(chǎn)生的間葉組織能夠通過MET重新轉(zhuǎn)化為上皮組織。腫瘤轉(zhuǎn)移時(shí)發(fā)生的MET可能與發(fā)生于胚胎時(shí)期的MET具有類似現(xiàn)象[5]。

腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。雖然實(shí)體腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制尚未完全闡明,但是普遍認(rèn)為經(jīng)歷以下幾個(gè)過程:原發(fā)部位的上皮腫瘤細(xì)胞失去彼此間黏附能力,從原發(fā)部位脫離,通過間質(zhì),穿透基底膜屏障,進(jìn)入血管或淋巴管,隨著循環(huán)到達(dá)合適部位,穿出血管或淋巴管在轉(zhuǎn)移灶克隆繁殖[19]。在這一過程中,上皮細(xì)胞通過Ⅲ型 EMT暫時(shí)轉(zhuǎn)化為具有游走能力的間葉細(xì)胞,通過浸潤(rùn)?quán)徑}管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向外播散的第一步。轉(zhuǎn)移部位的腫瘤細(xì)胞在形態(tài)上和原發(fā)上皮腫瘤相似,這說明腫瘤細(xì)胞發(fā)生 EMT是暫時(shí)的,在合適的部位定植后通過MET重新轉(zhuǎn)化為上皮細(xì)胞形態(tài),形成緊密連接和新的轉(zhuǎn)移灶。

4 EMT面臨的挑戰(zhàn)

EMT的觀念已逐漸為多數(shù)學(xué)者接受,相關(guān)的研究日益增多,但其中大部分的研究數(shù)據(jù)來自體外細(xì)胞培養(yǎng),主要判定依據(jù)為形態(tài)觀察及上皮標(biāo)志物的丟失和間葉標(biāo)志物的上調(diào),缺少可重復(fù)的敏感特異性指標(biāo)。此外,體內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果證明EMT的研究尚處于起步階段,如在體內(nèi)試驗(yàn)研究器官纖維化時(shí)發(fā)現(xiàn)穿過基底膜的由上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間葉細(xì)胞的中間型細(xì)胞的存在;在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中及腫瘤患者循環(huán)血液中檢測(cè)到具有間葉表型的上皮性腫瘤細(xì)胞[5]。

另外,目前有些病理學(xué)專家對(duì)于EMT的概念及其在促進(jìn)器官纖維化和腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用持懷疑態(tài)度[20]。傳統(tǒng)意義上的化生是指一種分化成熟的細(xì)胞受慢性刺激的作用轉(zhuǎn)化為另一種分化成熟的細(xì)胞,通常只發(fā)生在同源上皮細(xì)胞之間或間葉細(xì)胞之間,一般認(rèn)為上皮細(xì)胞和間葉細(xì)胞之間不能相互轉(zhuǎn)化,但是EMT是跨越同源細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)化,即上皮細(xì)胞和間葉細(xì)胞之間可以相互轉(zhuǎn)化,與化生的概念截然不同。EMT的提出是對(duì)傳統(tǒng)化生概念的挑戰(zhàn)。

依據(jù)現(xiàn)有EMT的概念,以下幾個(gè)問題需要進(jìn)一步研究解釋。首先是乳腺小葉癌:同乳腺導(dǎo)管癌不同,幾乎所有乳腺小葉癌不表達(dá) E-鈣黏蛋白,是否乳腺小葉癌細(xì)胞發(fā)生了EMT?盡管乳腺小葉癌的特征是單層癌細(xì)胞呈“列兵樣”浸潤(rùn)纖維間質(zhì),但是在形態(tài)上仍是可辨認(rèn)的上皮細(xì)胞形態(tài),并且表達(dá)上皮細(xì)胞的標(biāo)志物。其次,EMT和癌肉瘤的發(fā)生機(jī)制引起了腫瘤學(xué)家的廣泛興趣。癌肉瘤是指在同一腫瘤組織中既有惡性的上皮細(xì)胞——癌,又有惡性梭形細(xì)胞成分——肉瘤。目前對(duì)于癌肉瘤的發(fā)生機(jī)制有以下幾種推測(cè):上皮和間葉 2種成分同時(shí)惡性轉(zhuǎn)化之后的并存;腫瘤細(xì)胞起源于多能干細(xì)胞,同時(shí)具有向上皮和間葉分化的能力;惡性上皮性腫瘤誘導(dǎo)間質(zhì)發(fā)生惡變。上皮性癌成分可能通過EMT轉(zhuǎn)化為肉瘤成分已成為新的假說。另外在許多腫瘤組織中鱗狀細(xì)胞癌和腺癌伴有梭形細(xì)胞分化,梭形細(xì)胞仍然表達(dá)上皮細(xì)胞的標(biāo)志,是否這部分細(xì)胞由 EMT所致,仍然需要更多的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。

5 展望

在過去幾十年的研究中,對(duì)于EMT的認(rèn)識(shí)逐漸深入,將EMT分為3種類型,這3種類型的EMT可表達(dá)相似標(biāo)志物,既有相似之處,又有一定區(qū)別。如轉(zhuǎn)化前的狀態(tài)分別為原始的上皮組織、成熟的上皮細(xì)胞和腫瘤上皮細(xì)胞,轉(zhuǎn)化后的狀態(tài)分別為間葉細(xì)胞、纖維細(xì)胞和轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞。根據(jù)所處的微環(huán)境不同,將EMT明確分為3種類型更有助于發(fā)現(xiàn)每一種EMT獨(dú)特的發(fā)生機(jī)制。雖然對(duì)于EMT發(fā)生的分子生物學(xué)行為及機(jī)制研究的不斷深入,但是還有很多問題尚未解決:①轉(zhuǎn)化的中間型細(xì)胞的鑒定。②在Ⅲ型EMT中,到達(dá)轉(zhuǎn)移灶后,間葉型細(xì)胞發(fā)生MET的機(jī)制。③通過EMT轉(zhuǎn)化的間葉細(xì)胞和纖維細(xì)胞的區(qū)別。④何種微環(huán)境誘導(dǎo)EMT發(fā)生。

隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,如在動(dòng)物模型體內(nèi)示蹤標(biāo)記細(xì)胞并觀測(cè)細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)以及新的動(dòng)物模型的應(yīng)用,這些問題的答案在不久的將來將被揭曉,不僅對(duì)闡明EMT發(fā)生的調(diào)控機(jī)制及理解炎癥和纖維化及腫瘤浸潤(rùn)的關(guān)系有重要意義,而且將為防治器官纖維化及腫瘤轉(zhuǎn)移的治療開辟新的途徑。如在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[21]中發(fā)現(xiàn)BMP7可以逆轉(zhuǎn)TGF-β誘導(dǎo)EMT作用,在小鼠腎臟纖維模型持續(xù)給予BMP7可阻止纖維化進(jìn)展,促進(jìn)腎臟功能恢復(fù)。研究腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移時(shí)發(fā)生的EMT和在轉(zhuǎn)移器官定居的MET,針對(duì)某些特異性環(huán)節(jié)進(jìn)行靶向性治療可為抑制腫瘤轉(zhuǎn)移提供新的治療策略。

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