李維莎，劉宏飛，嚴(yán)立波，高 苒*，秦 川*

(1.國家衛(wèi)生健康委員會(huì)人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市人類重大疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型工程技術(shù)研究中心，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心，北京 100021； 2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院，北京 100730)

腫瘤由腫瘤細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞組成，而腫瘤相關(guān)細(xì)胞包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、外周血細(xì)胞以及炎性細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞不僅與腫瘤相關(guān)細(xì)胞相互作用而且也受細(xì)胞外基質(zhì)成分的影響[1]。腫瘤細(xì)胞與其周圍環(huán)境構(gòu)成了腫瘤特異性的腫瘤微環(huán)境。腫瘤微環(huán)境酸中毒(細(xì)胞外氫離子濃度上升、pH值下降)對腫瘤的惡性程度和發(fā)展有重要作用[2]。G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)家族可以幫助細(xì)胞感知細(xì)胞外酸中毒[3]。近年來，GPCRs作為主要的藥物靶標(biāo)，對GPCRs與腫瘤酸性微環(huán)境之間作用機(jī)制和功能的研究及其pH敏感的GPCR小分子調(diào)節(jié)劑的開發(fā)可為腫瘤治療提供新的策略。

1 腫瘤微環(huán)境

腫瘤相關(guān)細(xì)胞，免疫細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)等與腫瘤細(xì)胞的相互作用調(diào)節(jié)腫瘤的生長和發(fā)育。腫瘤細(xì)胞與其周圍環(huán)境所組成的高度異質(zhì)性的、且隨著腫瘤發(fā)展而不斷變化的微小生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了腫瘤特異性的腫瘤微環(huán)境。由于供血不足，缺氧，炎癥和腫瘤細(xì)胞糖酵解代謝不足，腫瘤微環(huán)境早已被認(rèn)為是特征性酸性環(huán)境[1-5]。腫瘤細(xì)胞獨(dú)特的糖酵解代謝產(chǎn)生過量的乳酸[6]。因此，通過酸堿調(diào)節(jié)劑(如Na+/H+交換劑和單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)將質(zhì)子和乳酸從腫瘤細(xì)胞輸出到細(xì)胞外空間可能是導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境呈酸性的原因[7-8]。在正常生理?xiàng)l件下，血液和組織的pH值嚴(yán)格控制在7.4左右。然而，在諸如腫瘤微環(huán)境的病變組織中，局部pH范圍可能在5.5至7.0[2-3, 5]。因此，與細(xì)胞外環(huán)境相比，腫瘤細(xì)胞的胞內(nèi)pH略微呈堿性，并且越來越多的研究表明，這樣內(nèi)部的堿性環(huán)境對腫瘤細(xì)胞增殖有促進(jìn)作用[2, 9-11]。

腫瘤微環(huán)境酸中毒(細(xì)胞外氫離子濃度上升、pH值下降)可能對腫瘤的惡性程度和發(fā)展有許多作用(圖1)。研究表明慢性酸中毒可以通過誘導(dǎo)染色體不穩(wěn)定性，細(xì)胞分裂和基因突變來影響腫瘤細(xì)胞增殖[12-13]。酸中毒還可通過降解細(xì)胞外基質(zhì)而促進(jìn)轉(zhuǎn)移[14-15]。此外，酸中毒也具有細(xì)胞毒性，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞凋亡[16-17]。總之，酸中毒已被認(rèn)為是腫瘤微環(huán)境的決定性標(biāo)志[18]。然而，腫瘤細(xì)胞，免疫細(xì)胞和血管細(xì)胞感知酸中毒并對其作出反應(yīng)的機(jī)制尚未完全清楚，因此對其機(jī)制的研究有利于更全面地了解腫瘤生物學(xué)。

2 G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein coupled receptors, GPCRs)

有些受體和離子通道家族可以幫助細(xì)胞感知細(xì)胞外酸中毒[19]，比如G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)。已知GPCR家族成員有卵巢癌G蛋白偶聯(lián)受體1(OGR1)，G蛋白偶聯(lián)受體4(GPR4)，G2積累受體(G2A)和T細(xì)胞死亡相關(guān)基因8受體(TDAG8)。研究發(fā)現(xiàn)GPCRs可以作為一種新的pH傳感器[20-22]，在腫瘤的發(fā)展，轉(zhuǎn)移，炎癥和血管生成中均有一定作用[20]，并且研究證明OGR1是細(xì)胞外酸中毒的傳感器[20, 23-24]。與其他GPCRs成員一樣，OGR1也是由7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域組成，信號傳導(dǎo)涉及Gs，Gi，Gq和G12/13途徑[25]。OGR1對細(xì)胞外pH變化的具有極高的敏感性，感受區(qū)存在于幾個(gè)組氨酸殘基中，其在pH 7.2～7.5時(shí)半活化，在pH 6.4～6.8下完全活化[20, 24]。GPCRs作為主要的藥物靶標(biāo)，對其pH敏感的GPCRs小分子調(diào)節(jié)劑的開發(fā)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。因此，對OGR1與腫瘤酸性微環(huán)境之間作用機(jī)制和功能的研究可能為腫瘤治療提供新的策略。

圖1 酸性微環(huán)境調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、克隆突變以及降解胞外基質(zhì)，炎癥反應(yīng)，抗腫瘤免疫等Figure 1 The acidic environment regulates tumor cell proliferation, apoptosis, cloning, mutation, and degradation of the extracellular matrix, inflammation, anti-tumor immunity,etc.

G蛋白偶聯(lián)受體是細(xì)胞表面信號蛋白超家族，在多種疾病中起重要作用，尤其是炎癥和腫瘤的發(fā)展過程中[20]。GPCRs作為藥物的靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)已引起廣泛關(guān)注，據(jù)報(bào)道，40%的臨床實(shí)踐中使用的藥物通過靶向GPCRs進(jìn)行篩查。它們可以參與多種病理生理過程同時(shí)介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的多種信號通路[26]。在人體中，有四種已知的質(zhì)子傳感器GPCRs，包括GPR4、TDAG8(GPR65)、OGR1(GPR68)和G2A(GPR132)[20, 23, 27]。這些質(zhì)子傳感GPCRs已被研究證明可以感知腫瘤細(xì)胞外質(zhì)子變化[28]。對腫瘤的發(fā)展，轉(zhuǎn)移，炎癥乃至血管生成有著重要作用。OGR1最早是從人卵巢癌Hey細(xì)胞系中克隆得到的一種G蛋白偶聯(lián)受體，以前稱為鞘氨醇磷酸膽堿受體，現(xiàn)在稱為卵巢癌G蛋白偶聯(lián)受體1或者是GPCR68[25, 29]。除了各種腫瘤組織細(xì)胞， 在正常組織細(xì)胞中也普遍分布，包括脾、睪丸、小腸、外周血白細(xì)胞、腦、心、肺、胎盤和腎等[29]。

3 OGR1與腫瘤發(fā)生

目前已經(jīng)有許多研究是關(guān)于酸中毒對腫瘤細(xì)胞的影響，然而，由于酸中毒反應(yīng)的復(fù)雜性，其對腫瘤細(xì)胞作用的分子機(jī)制在很大程度上還是未知的。最初認(rèn)為GPCRs是一種溶血脂類受體，之后，Ludwig 等人[20]研究發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，質(zhì)子能夠破壞組氨酸殘基之間的氫鍵從而使GPCRs活化。一方面，OGR1 通過Gq/11蛋白與PLC/Ca2+信號傳導(dǎo)途徑偶聯(lián)[29]，可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活。另一方面，還可通過酸性條件激活OGR1信號傳導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+/PKC通路和ERK信號級聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)黏附因子和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合基因的表達(dá)[25]，從而抑制腫瘤的遷移和增殖。如圖2所示，OGR1通過酸中毒增強(qiáng)細(xì)胞 - 基質(zhì)黏附和相互作用，并在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮相應(yīng)的作用[30]。

研究顯示，OGR1敲除(OGR1-/-)小鼠前列腺癌(TRAMP)模型中腫瘤形成減少。OGR1-/-小鼠的黑色素瘤異種移植實(shí)驗(yàn)中中顯示出相似的結(jié)果[27, 31]。與原發(fā)性前列腺癌組織相比，在轉(zhuǎn)移性腫瘤中OGR1的表達(dá)較低。OGR1抑制前列腺癌轉(zhuǎn)移而不影響原發(fā)腫瘤進(jìn)展，提示OGR1是一種新的前列腺癌轉(zhuǎn)移抑制基因[32]。與抑癌基因(如p53和Rb)不同，轉(zhuǎn)移抑制基因可通過啟動(dòng)子甲基化和其他機(jī)制抑制它們的表達(dá)，降低癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)移傾向，而不會(huì)影響腫瘤的發(fā)生[33-34]。因此，恢復(fù)轉(zhuǎn)移抑制基因的表達(dá)可能抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。該研究結(jié)果也延伸至乳腺癌，其中Li等人[35]最近的研究顯示OGR1通過激活Gα12/ 13-Rho-Rac1信號傳導(dǎo)途徑抑制MCF7的細(xì)胞遷移。這些結(jié)果表明OGR1可能充當(dāng)腫瘤轉(zhuǎn)移抑制因子的角色[30]。需要進(jìn)一步研究pH和質(zhì)子激活信號在該蛋白中的作用及其與這種抗腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系。

圖2 OGR1介導(dǎo)的信號通路：OGR1感知細(xì)胞外質(zhì)子，導(dǎo)致cAMP信號傳導(dǎo)途徑的激活。OGR1通常通過Gq/11蛋白與PLC/Ca2+途徑偶聯(lián)Figure 2 OGR1-mediated signal transduction pathway: OGR1 perceives extracellular protons, leading to cAMP signaling pathway activation. OGR1 usually functions through Gq/11 protein coupling with PLC/Ca2+ channels

然而也有研究報(bào)道，OGR1在人成神經(jīng)管細(xì)胞瘤(一種神經(jīng)元前體細(xì)胞癌)中過度表達(dá)。該報(bào)道顯示，人成神經(jīng)管細(xì)胞瘤細(xì)胞系中通過細(xì)胞質(zhì)中質(zhì)子介導(dǎo)的Ca2+釋放觸發(fā)ERK信號傳導(dǎo)途徑激活OGR1[36]。這意味著細(xì)胞外酸化能促進(jìn)成神經(jīng)管細(xì)胞瘤的細(xì)胞存活。這一重要發(fā)現(xiàn)證明了OGR1的腫瘤促進(jìn)機(jī)制，不同于先前在前列腺癌和黑素瘤中報(bào)道的抗腫瘤機(jī)制。另外，研究證明只有增殖細(xì)胞才能在酸性pH下轉(zhuǎn)化進(jìn)入基因轉(zhuǎn)錄，表明酸性微環(huán)境為非轉(zhuǎn)化增殖腫瘤細(xì)胞提供了生存優(yōu)勢[37]?？傊羞@些觀察結(jié)果都意味著酸性pH敏感信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)是高度依賴于環(huán)境的，并且取決于腫瘤類型。

4 OGR1與腫瘤免疫反應(yīng)

腫瘤微環(huán)境中最常見的免疫細(xì)胞是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)和T細(xì)胞。TAM主要促進(jìn)腫瘤生長，可能是血管生成，侵襲和轉(zhuǎn)移的必要條件。OGR1是一種質(zhì)子傳感分子，可以檢測炎癥期間發(fā)生細(xì)胞外pH降低。已顯示OGR1在各種疾病中具有促炎功能，其在腫瘤自身免疫中也發(fā)揮著中重要作用。最近的研究指出在許多疾病中各種免疫細(xì)胞(包括有巨噬細(xì)胞，樹突細(xì)胞，T細(xì)胞及中性粒細(xì)胞等)OGR1的表達(dá)與否，對炎癥反應(yīng)有重要影響[38]。Yan等人[27]研究證明小鼠體內(nèi)的OGR1缺乏顯著減少了小鼠前列腺癌的發(fā)生幾率。過繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)表明，骨髓來源的細(xì)胞，特別是DP細(xì)胞中的OGR1表達(dá)對腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的免疫抑制和腫瘤發(fā)展很重要，發(fā)揮作用的途徑可能是通過促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞發(fā)育和抑制T細(xì)胞浸潤。與WT小鼠相比，ogr1-/-小鼠的腫瘤中，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)(M1巨噬細(xì)胞標(biāo)記物)的表達(dá)較高，并且精氨酸酶-1(Arg1)(M2巨噬細(xì)胞標(biāo)記物)的表達(dá)較低[38]。另外，為了確定T細(xì)胞是否有在前列腺癌發(fā)生中參與ogr1-/-小鼠排斥腫瘤細(xì)胞的能力，CD4+和CD8+T細(xì)胞在ogr1-/-小鼠中被耗盡，數(shù)據(jù)表明CD4+和CD8+T細(xì)胞參與ogr1-/-小鼠中的TRAMP-C2腫瘤排斥，并且可以在腫瘤排斥中起到效應(yīng)細(xì)胞的作用[38]。在前列腺癌模型中，觀察到，帶有腫瘤的ogr1-/-小鼠與體外腫瘤細(xì)胞刺激WT小鼠相比，前者得到的脾單核細(xì)胞，顯示出促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子的損傷[39]。

5 OGR1與血管生成

腫瘤血管系統(tǒng)是一個(gè)對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移極其重要的調(diào)節(jié)因素。因?yàn)槿毖踔率鼓[瘤的生長需要增加腫瘤內(nèi)血液供應(yīng)，腫瘤缺氧促進(jìn)血管生成從而增加其轉(zhuǎn)移能力。腫瘤中的血管生成導(dǎo)致以結(jié)構(gòu)和功能缺陷為特征的血管的異常發(fā)育[40]。腫瘤細(xì)胞和宿主細(xì)胞釋放的幾種分子誘導(dǎo)血管的生成，一些生長因子如VEGF及其同源酪氨酸激酶受體(VEGF-R1，VEGF-R2)是血管生成的主要貢獻(xiàn)者，但也有研究證明許多GPCRs參與其中[41-43]。研究表明OGR1所屬的GPCRs及其同源配體可通過誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖直接促進(jìn)血管生成，或通過促進(jìn)VEGF和其他血管生成因子從基質(zhì)細(xì)胞，免疫細(xì)胞或癌細(xì)胞中釋放而間接促進(jìn)血管生成[44]。腫瘤血管生成提供營養(yǎng)物質(zhì)以促進(jìn)腫瘤生長，以及侵襲和轉(zhuǎn)移。研究表明腫瘤細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)OGR1及其配體的異常表達(dá)，利用激活的GPCRs引發(fā)一系列信號傳導(dǎo)途徑，包括第二信使，GEF，Ras和Rho GTP酶，MAP激酶，PI3K及其眾多下游胞質(zhì)和核靶標(biāo)途徑，來促進(jìn)血管生成[45]。OGR1主要起質(zhì)子傳感器的作用，可被細(xì)胞外酸中毒激活[5]，血管生成由促血管生成和抗血管生成分子的平衡調(diào)節(jié)，觸發(fā)此調(diào)節(jié)的信號之一是低pH[46]，酸性pH增加促血管生成因子VEGFA和IL8的表達(dá)[41]，研究表明在細(xì)胞外酸性條件下頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中IL8和VEGFA的分泌可以誘導(dǎo)血管生成[47]，OGR1同源的GPCRs-GPR4在酸性pH下促進(jìn)促血管生成因子的分泌， 表明了抑制GPR4或酸性pH可以抑制腫瘤血管生成[47]。

6 結(jié)語

由于腫瘤微環(huán)境具有酸性特征，因此探索涉及酸堿調(diào)節(jié)和pH穩(wěn)態(tài)的分子途徑可以為癌癥治療提供新思路[7]。例如，幾個(gè)研究小組最近發(fā)現(xiàn)質(zhì)子泵抑制劑可以減少食管腺癌和肝母細(xì)胞瘤的腫瘤發(fā)展[48-49]。由于GPCR是重要的藥物靶標(biāo)[26]，因此研究pH敏感GPCRs家族中OGR1與腫瘤微環(huán)境之間相互作用的分子機(jī)制在癌癥治療和化學(xué)預(yù)防領(lǐng)域是非常有價(jià)值的。OGR1參與了腫瘤細(xì)胞增殖，凋亡，轉(zhuǎn)移，血管的生成，免疫細(xì)胞功能和炎癥等生命活動(dòng)[32]。對質(zhì)子感應(yīng)OGR1或其下游信號傳導(dǎo)途徑的控制和改造具有抗癌治療的適用性。此外，一些報(bào)道發(fā)現(xiàn)OGR1可能作為轉(zhuǎn)移抑制因子起作用[50]。另外，OGR1對腫瘤血管生成的研究則也可以開發(fā)新的腫瘤抑制藥物。隨著質(zhì)子傳感GPCRs家族在腫瘤生物學(xué)中的影響不斷擴(kuò)大，在腫瘤免疫飛速發(fā)展的今天對OGR1的研究對于了解腫瘤細(xì)胞，免疫細(xì)胞和血管如何在腫瘤微環(huán)境中感知和應(yīng)對酸中毒至關(guān)重要，可能為醫(yī)學(xué)診斷、治療乃至藥物的發(fā)現(xiàn)提供新的策略。