沈其曉，于化鵬

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣州510280)

·綜述·

骨膜蛋白在非小細(xì)胞肺癌中作用的研究進(jìn)展

沈其曉，于化鵬

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣州510280)

骨膜蛋白是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，在組織器官發(fā)育和修復(fù)過程中起重要作用。在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)組織中，骨膜蛋白是由鄰近癌細(xì)胞的基質(zhì)細(xì)胞所產(chǎn)生。骨膜蛋白在NSCLC中的作用機(jī)制可能是與整合素相互作用，通過激活PI3-K/AKt、AKt/PKB、FAK信號(hào)通路來促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成、腫瘤浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞對(duì)鉑類化療藥物產(chǎn)生耐藥性。骨膜蛋白可作為NSCLC預(yù)后的生物標(biāo)志物，骨膜蛋白抑制劑或其表達(dá)調(diào)控序列可能成為NSCLC預(yù)防和治療的研究方向之一。

骨膜蛋白；非小細(xì)胞肺癌；整合素；上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；細(xì)胞凋亡

非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)是最常見的肺癌類型，腫瘤微環(huán)境在其發(fā)生發(fā)展中起重要作用。腫瘤微環(huán)境主要由細(xì)胞外基質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)(如細(xì)胞因子、蛋白酶等)及細(xì)胞成分(腫瘤細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、炎癥細(xì)胞、血管及淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞等)組成。骨膜蛋白是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，可促進(jìn)腫瘤浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移，是NSCLC預(yù)后判斷的指標(biāo)之一?，F(xiàn)就骨膜蛋白在NSCLC中的作用及臨床應(yīng)用綜述如下。

1 骨膜蛋白的結(jié)構(gòu)

骨膜蛋白最早是從成骨細(xì)胞系MC3TC-E1Cdna文庫中克隆出一種骨黏附分子。骨膜蛋白由三部分組成，其N端是界面蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，中間是4個(gè)串聯(lián)的成束蛋白1結(jié)構(gòu)域，C端是拼接的結(jié)構(gòu)域。EMI結(jié)構(gòu)域(富含半胱氨酸的N端)能夠結(jié)合膠原蛋白1和纖維連接蛋白；成束蛋白1結(jié)構(gòu)域能夠結(jié)合韌黏素C和骨形態(tài)發(fā)生蛋白1；C端可進(jìn)行選擇性剪切，形成5種不同的骨膜蛋白異構(gòu)體，均具有細(xì)胞黏附的功能。

骨膜蛋白是一種獨(dú)特的、高度保守的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，其與昆蟲軸突導(dǎo)向蛋白成束蛋白1(FAS1)具有高度同源性[1]，與βigH3、MBP-70及骨膜素樣因子(PLF)等蛋白分子同屬于成束蛋白家族，在細(xì)胞黏附和轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用。研究表明，腫瘤微環(huán)境中的骨膜蛋白在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞與細(xì)胞之間黏附及轉(zhuǎn)移過程中具有重要作用[2]。它通過與不同的細(xì)胞表面受體尤其是整合素結(jié)合，通過各種信號(hào)通路促進(jìn)癌細(xì)胞生存、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、浸潤(rùn)、誘導(dǎo)血管生成及腫瘤轉(zhuǎn)移[3]。

2 骨膜蛋白在NSCLC組織中的表達(dá)

近年研究報(bào)道，骨膜蛋白在不同類型的腫瘤組織中過度表達(dá)，如NSCLC、結(jié)腸癌、乳腺癌、卵巢癌、頭頸部腫瘤及胰腺癌。NSCLC中骨膜蛋白mRNA相對(duì)于正常肺組織表達(dá)上調(diào)，并且與腺細(xì)胞亞群和較高的腫瘤分級(jí)有關(guān)[4]。Sasaki等[5]報(bào)道，NSCLC患者血清骨膜蛋白水平(化學(xué)熒光法測(cè)定)與正常對(duì)照組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但NSCLC患者術(shù)后血清骨膜蛋白水平較術(shù)前明顯下降；通過原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白基因在鄰近肺鱗癌細(xì)胞周圍的基質(zhì)細(xì)胞中高度表達(dá)，而在腫瘤細(xì)胞中無表達(dá)，表明骨膜蛋白是由鄰近癌細(xì)胞的基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生而并非腫瘤細(xì)胞本身產(chǎn)生的。Morra等[4]發(fā)現(xiàn)，間質(zhì)細(xì)胞離腫瘤細(xì)胞越近，其骨膜蛋白表達(dá)越高，提示骨膜蛋白參與了腫瘤的浸潤(rùn)過程。

3 骨膜蛋白在NSCLC中的作用機(jī)制

3.1 骨膜蛋白與整合素的相互作用 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)能誘導(dǎo)骨膜蛋白表達(dá)增加。由于TGF-β能促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和腫瘤轉(zhuǎn)移，骨膜蛋白可能作為效應(yīng)器介導(dǎo)某些腫瘤細(xì)胞中TGF-β的促腫瘤轉(zhuǎn)移活性。在NSCLC的發(fā)生發(fā)展過程中，骨膜蛋白可能通過與整合素相互作用，激活一系列信號(hào)通路，從而獲得上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管生成、耐缺氧凋亡等腫瘤生物特性。

整合素與特定細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相互作用刺激細(xì)胞生存，包括MAP激酶級(jí)聯(lián)中的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2(ERK1/2)及磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)[6]。研究證實(shí)，磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3-K/AKt)是細(xì)胞生存和增殖的重要信號(hào)通路[7]。AKt作為細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主節(jié)點(diǎn)，是由PI3-K正調(diào)控。無論是在正常細(xì)胞還是腫瘤細(xì)胞中，AKt在細(xì)胞生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)及生存中都起著至關(guān)重要的作用。PI3-K/AKt通路在腫瘤發(fā)生過程中促進(jìn)上皮間質(zhì)化和血管生成。人類惡性腫瘤信號(hào)通路的改變最常發(fā)生在PI3-K/AKt通路。在結(jié)直腸癌中，骨膜蛋白與整合素作用激活PI3-K/AKt通路來促進(jìn)癌細(xì)胞生存，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶(5-FU)產(chǎn)生耐藥性[8]。通過激活PI3-K/AKt通路，TGF-α和bFGF可上調(diào)骨膜蛋白表達(dá)，促進(jìn)A549肺癌細(xì)胞株在缺氧環(huán)境中的生存[9]。

3.2 骨膜蛋白促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種重要的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程，不僅在胚胎發(fā)育過程中起重要作用，而且促進(jìn)早期腫瘤轉(zhuǎn)化為侵襲性惡性腫瘤。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制涉及多種蛋白分子的表達(dá)、分布和(或)功能異常，包括骨膜蛋白、波形蛋白、整合素、基質(zhì)金屬蛋白及鈣黏蛋白。骨膜蛋白被認(rèn)為是通過靶向串?dāng)_表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)及細(xì)胞膜上的整合素，持續(xù)激活蛋白激酶信號(hào)通路(AKt/PKB通路)和整合素信號(hào)通路(FAK通路)來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程[10]。Hu等[11]研究認(rèn)為，骨膜蛋白是前列腺癌細(xì)胞由TGF-β誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的重要介質(zhì)。整合素連接激酶(ILK)是一種絲氨酸-蘇氨酸激酶，當(dāng)骨膜蛋白激活I(lǐng)LK后，它能直接使AKt磷酸化從而激活A(yù)Kt信號(hào)通路，促進(jìn)EMT過程[12, 13]。在肝細(xì)胞癌中，ILK激活A(yù)Kt信號(hào)通路，不僅促進(jìn)上皮間質(zhì)化過程，還誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞抗輻射性和耐藥性的產(chǎn)生[14]。通過沉默ILK基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)AKt磷酸化減少，并能抑制甲狀腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[15]。此外，骨膜蛋白也能通過激活A(yù)Kt信號(hào)通路誘導(dǎo)顱咽管瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)化過程[16]。因此，骨膜蛋白可以通過激活A(yù)Kt信號(hào)通路促進(jìn)上皮間質(zhì)化，并增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生物活性。

3.3 骨膜蛋白抑制NSCLC缺氧凋亡 研究表明，在缺氧環(huán)境中，低氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)直接激活一系列參與腫瘤重要生物學(xué)特征的基因[17]。TGF-β作為低氧誘導(dǎo)因子之一，可上調(diào)成骨母細(xì)胞骨膜蛋白表達(dá)。NSCLC中骨膜蛋白在低氧環(huán)境中表達(dá)上調(diào)，主要是由缺氧誘導(dǎo)基因TGF-α和bFGF通過RTK/PI3-K通路激活，并進(jìn)一步作為第二輪信號(hào)引發(fā)刺激AKt/PKB通路，從而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和抑制癌細(xì)胞凋亡[9]。因此，骨膜蛋白激活的信號(hào)通路能夠抑制缺氧作用引起的細(xì)胞凋亡。

4 骨膜蛋白對(duì)NSCLC預(yù)后的判斷價(jià)值

Takanami等[18]通過免疫組織化學(xué)法測(cè)定NSCLC中骨膜蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)高水平骨膜蛋白患者腫瘤進(jìn)展快且預(yù)后差。Sasaki等[5]通過Cox比例風(fēng)險(xiǎn)回歸模型發(fā)現(xiàn)，腫瘤分期和血清骨膜蛋白水平是NSCLC的獨(dú)立預(yù)后因素；并發(fā)現(xiàn)NSCLC合并骨轉(zhuǎn)移患者與無骨轉(zhuǎn)移患者的骨膜蛋白表達(dá)水平無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其原因在于肺癌合并骨轉(zhuǎn)移是以骨溶解為主，因此骨膜蛋白水平不受腫瘤是否骨轉(zhuǎn)移影響。Wu等[19]發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白在NSCLC中由尼古丁基因調(diào)控，通過沉默尼古丁基因抑制骨膜蛋白表達(dá),發(fā)現(xiàn)能夠減少細(xì)胞增殖、增加對(duì)鉑類化療藥物敏感性和抑制腫瘤浸潤(rùn)。Ryner等[20]研究認(rèn)為，骨膜蛋白基因、賴氨酰氧化酶基因、成纖維細(xì)胞激活蛋白基因是癌周組織中3種主要的上調(diào)基因，它們與臨床中化療藥物耐藥性的產(chǎn)生有關(guān)。Hu等[21]建立對(duì)鉑類耐藥的A549細(xì)胞系模型，發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白通過激活STAT3及AKt信號(hào)通路、上調(diào)存活素來誘導(dǎo)癌細(xì)胞對(duì)鉑類化療藥物的耐藥。上述研究表明，骨膜蛋白可作為NSCLC預(yù)后的生物標(biāo)志，高表達(dá)骨膜蛋白患者預(yù)后差，并且可通過一系列信號(hào)通路誘導(dǎo)癌細(xì)胞對(duì)鉑類藥物產(chǎn)生耐藥性。

5 骨膜蛋白的應(yīng)用前景

根據(jù)骨膜蛋白在NSCLC中的作用機(jī)制，骨膜蛋白抑制劑或其表達(dá)調(diào)控序列可能作為NSCLC預(yù)防和治療的研究方向之一。第一，研究一個(gè)可以阻斷骨膜蛋白和其受體整合素之間相互作用的分子：骨膜蛋白主要通過FAS1-2結(jié)構(gòu)域與整合素ανβ3、ανβ5相互作用而產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。Orecchia等[22]應(yīng)用雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)針對(duì)骨膜蛋白FAS1-2結(jié)構(gòu)的單克隆抗體(OC-20)，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)OC-20能抑制腫瘤生長(zhǎng)和血管生成；Michaylira等[23]在乳腺癌多瘤病毒T抗原的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白在原發(fā)腫瘤部位及肺轉(zhuǎn)移部位表達(dá)上調(diào)，無骨膜表達(dá)的實(shí)驗(yàn)組與野生型對(duì)照組相比，肺轉(zhuǎn)移灶數(shù)量明顯減少，并且通過使用骨膜蛋白單克隆抗體發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力下降；Zhu等[24]在有骨膜蛋白表達(dá)的卵巢癌小鼠模型中使用特定抗骨膜蛋白單克隆抗體(MZ-1)，發(fā)現(xiàn)MZ-1能夠抑制癌細(xì)胞的增殖、浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移。第二，研究能夠下調(diào)骨膜蛋白表達(dá)的分子：Wu等[19]通過siRNA沉默A549細(xì)胞株的骨膜蛋白基因，發(fā)現(xiàn)能夠減少腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移，并能增加鉑類化療藥物的敏感性；Sung等[25]發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白通過激活A(yù)Kt通路來增強(qiáng)卵巢癌細(xì)胞對(duì)鉑類化療藥物的敏感性，并使用AKt拮抗劑證實(shí)能增加多種卵巢癌細(xì)胞株的化療敏感性。迄今為止，骨膜蛋白單克隆抗體及下調(diào)骨膜蛋白的干擾RNA技術(shù)在NSCLC中的相關(guān)應(yīng)用研究較少，需要更多實(shí)驗(yàn)來證明其有效性。

[1] Wong GS, Rustgi AK. Matricellular proteins: priming the tumour microenvironment for cancer development and metastasis[J]. Br J Cancer, 2013,108(4):755-761.

[2] Wong GS, Lee JS, Park YY, et al. Periostin cooperates with mutant p53 to mediate invasion through the induction of STAT1 signaling in the esophageal tumor microenvironment[J]. Oncogenesis, 2013,2:e59.

[3] Michaylira CZ, Wong GS, Miller CG, et al. Periostin, a cell adhesion molecule, facilitates invasion in the tumor microenvironment and annotates a novel tumor-invasive signature in esophageal cancer[J]. Cancer Res, 2010,70(13):5281-5292.

[4] Morra L, Rechsteiner M, Casagrande S, et al. Characterization of periostin isoform pattern in non-small cell lung cancer[J]. Lung Cancer, 2012,76(2):183-190.

[5] Sasaki H, Dai M, Auclair D, et al. Serum level of the periostin, a homologue of an insect cell adhesion molecule, as a prognostic marker in nonsmall cell lung carcinomas[J]. Cancer, 2001,92(4):843-848.

[6] Miranti CK, Brugge JS. Sensing the environment: a historical perspective on integrin signal transduction[J]. Nat Cell Biol, 2002,4(4):E83-E90.

[7] Cheng GZ, Park S, Shu S, et al. Advances of AKT pathway in human oncogenesis and as a target for anti-cancer drug discovery[J]. Curr Cancer Drug Targets, 2008,8(1):2-6.

[8] Xu X, Chang W, Yuan J, et al. Periostin expression in intra-tumoral stromal cells is prognostic and predictive for colorectal carcinoma via creating a cancer-supportive niche[J]. Oncotarget, 2016,7(1):798-813.

[9] Ouyang G, Liu M, Ruan K, et al. Upregulated expression of periostin by hypoxia in non-small-cell lung cancer cells promotes cell survival via the Akt/PKB pathway[J]. Cancer Lett, 2009,281(2):213-219.

[10] Morra L, Moch H. Periostin expression and epithelial-mesenchymal transition in cancer: a review and an update[J]. Virchows Arch, 2011,459(5):465-475.

[11] Hu Q, Tong S, Zhao X, et al. Periostin Mediates TGF-beta-Induced Epithelial Mesenchymal Transition in Prostate Cancer Cells[J]. Cell Physiol Biochem, 2015,36(2):799-809.

[12] Chen D, Zhang Y, Zhang X, et al. Overexpression of integrin-linked kinase correlates with malignant phenotype in non-small cell lung cancer and promotes lung cancer cell invasion and migration via regulating epithelial-mesenchymal transition (EMT)-related genes[J]. Acta Histochem, 2013,115(2):128-136.

[13] Yan Z, Yin H, Wang R, et al. Overexpression of integrin-linked kinase (ILK) promotes migration and invasion of colorectal cancer cells by inducing epithelial-mesenchymal transition via NF-kappaB signaling[J]. Acta Histochem, 2014,116(3):527-533.

[14] Jiang X, Wang J, Zhang K, et al. The role of CD29-ILK-Akt signaling-mediated epithelial-mesenchymal transition of liver epithelial cells and chemoresistance and radioresistance in hepatocellular carcinoma cells[J]. Med Oncol, 2015,32(5):141.

[15] Shirley LA, McCarty S, Yang MC, et al. Integrin-linked kinase affects signaling pathways and migration in thyroid cancer cells and is a potential therapeutic target[J]. Surgery, 2016,159(1):163-170.

[16] Chen M, Zheng SH, Liu Y, et al. Periostin activates pathways involved in epithelial-mesenchymal transition in adamantinomatous craniopharyngioma[J]. J Neurol Sci, 2016,360:49-54.

[17] Watanabe T, Yasue A, Tanaka E. Hypoxia-inducible factor-1alpha is required for transforming growth factor-beta1-induced type Ⅰ collagen, periostin and alpha-smooth muscle actin expression in human periodontal ligament cells[J]. Arch Oral Biol, 2014,59(6):595-600.

[18] Takanami I, Abiko T, Koizumi S. Expression of periostin in patients with non-small cell lung cancer: correlation with angiogenesis and lymphangiogenesis[J]. Int J Biol Markers, 2008,23(3):182-186.

[19] Wu SQ, Lv YE, Lin BH, et al. Silencing of periostin inhibits nicotine-mediated tumor cell growth and epithelial-mesenchymal transition in lung cancer cells[J]. Mol Med Rep, 2013,7(3):875-880.

[20] Ryner L, Guan Y, Firestein R, et al. Upregulation of periostin and reactive stroma is associated with primary chemoresistance and predicts clinical outcomes in epithelial ovarian cancer[J]. Clin Cancer Res, 2015,21(13):2941-2951.

[21] Hu W, Jin P, Liu W. Periostin contributes to cisplatin resistance in human non-small cell lung cancer A549 cells via activation of stat3 and akt and upregulation of survivin[J]. Cell Physiol Biochem, 2016,38(3):1199-1208.

[22] Orecchia P, Conte R, Balza E, et al. Identification of a novel cell binding site of periostin involved in tumour growth[J]. Eur J Cancer, 2011,47(14):2221-2229.

[23] Michaylira CZ, Wong GS, Miller CG, et al. Periostin, a cell adhesion molecule, facilitates invasion in the tumor microenvironment and annotates a novel tumor-invasive signature in esophageal cancer[J]. Cancer Res, 2010,70(13):5281-5292.

[24] Zhu M, Saxton RE, Ramos L, et al. Neutralizing monoclonal antibody to periostin inhibits ovarian tumor growth and metastasis[J]. Mol Cancer Ther, 2011,10(8):1500-1508.

[25] Sung PL, Jan YH, Lin SC, et al. Periostin in tumor microenvironment is associated with poor prognosis and platinum resistance in epithelial ovarian carcinoma[J]. Oncotarget, 2016,7(4):4036-4047.

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.06.036

R734.2

A

1002-266X(2017)06-0101-03

2016-07-25)