陳 陽，萬 波，周秀敏*

（1 蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤科，蘇州 215006；2 蘇州大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所）

細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECW）是一種非細(xì)胞成分,分布在細(xì)胞表面或細(xì)胞之間；由彈性蛋白、膠原蛋白、非膠原蛋白、蛋白聚糖與氨基聚糖等組成；是組織和器官的重要組成部分。以往認(rèn)為ECW僅僅是細(xì)胞、組織的靜態(tài)支架,現(xiàn)逐漸意識到ECW也是調(diào)節(jié)細(xì)胞生存、增殖、極性、形狀、遷移和代謝等活動的關(guān)鍵因素[1]。細(xì)胞外基質(zhì)蛋白（matricellular proteins，WCPs）是一種ECW 非結(jié)構(gòu)性分子,在ECW中不起支架作用,主要調(diào)節(jié)ECW 與細(xì)胞之間的相互作用。WCPs 含有不同的結(jié)構(gòu)域,可與ECW、細(xì)胞表面受體、生長因子、細(xì)胞因子等相互作用,調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外分子信號的傳遞交流；也能夠結(jié)合某些內(nèi)在酶,從而調(diào)節(jié)ECW 的組裝和降解[2]。當(dāng)機體損傷后,基質(zhì)成分的改變將直接影響組織的再生,所以WCPs 的改變將會影響某些疾病的發(fā)生發(fā)展。富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白（secreted proteinacidic and rich in cysteine，SPARC）家族是有代表性的WCPs,每個SPARC家族成員都有相似的卵泡抑制素樣結(jié)構(gòu)域-鈣結(jié)合區(qū)（follistatin-calcium-binding，F(xiàn)S-EC）結(jié)構(gòu)域。

SPOCKs（SPARC/Osteonectin CWCV and Kazallike domains proteoglycan）作為SPARC 家族中的重要成員,是一種分泌性細(xì)胞外基質(zhì)蛋白聚糖,與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。SPOCK 家族主要由SPOCK1、SPOCK2 和SPOCK3 3 個成員組成。

1 SPOCKs 的分子結(jié)構(gòu)及組織分布

1.1 SPOCKs 的分子結(jié)構(gòu) SPOCK1 最早是從人類精漿中分離出的一種蛋白聚糖,后在人睪丸和小鼠大腦組織中被克隆,又稱睪素1（Testican-1）。SPOCK1基因定位于人5 號染色體長臂31 區(qū)域（5q31）,與IL9和EGR1 相鄰,開放閱讀框只有1.3 kb,編碼439 個氨基酸序列,3′非翻譯區(qū)異常長,為3.3 kb,可能調(diào)控mRNA 穩(wěn)定性或蛋白翻譯效率。C.VANNAHWE等[3]通過篩選該家族的人類cDNA 庫,分離出一條與SPOCK1 同源的蛋白,稱為Testican-2,即SPOCK2,SPOCK2 基因定位于人10 號染色體長臂22 區(qū)域（10q22）,mRNA 長度為6.1 kb,編碼424 個氨基酸。U.HARTWANN 等[4]發(fā)現(xiàn)了SPOCK1 的另一個同源蛋白SPOCK3,SPOCK3 基因定位于人4 號染色體長臂32 區(qū)域（4q32）,編碼433 個氨基酸。SPOCKs 在小鼠中分別稱為Spock1、Spock2、Spock3。

SPOCK 家族蛋白氨基酸序列與骨連接素蛋白相近,其3 個成員基本結(jié)構(gòu)相似,具有相似的N 端、C 端,以及中間的3 個區(qū)域:FS 結(jié)構(gòu)域、EC 結(jié)構(gòu)域和TY 結(jié)構(gòu)域,并且在C 端具有糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）修飾位點。首先,作為分泌型蛋白,它們的N 端存在一段疏水氨基酸,作為分泌到細(xì)胞外的一種信號肽；后面是富含半胱氨酸的FS 結(jié)構(gòu)域,涉及5 個二硫鍵橋,其中3 個二硫鍵橋位于Kazal 型結(jié)構(gòu)域中,Kazal 型結(jié)構(gòu)域在某些蛋白質(zhì)中與絲氨酸蛋白酶抑制有關(guān)[5]。與FS 區(qū)域相鄰的是由EF 環(huán)及α-螺旋組成緊密的球狀結(jié)構(gòu),即EC 結(jié)構(gòu)域,該區(qū)域與鈣離子有較強的親和力。C 端包含TY 結(jié)構(gòu)域和結(jié)構(gòu)域Ⅴ,半胱氨酸蛋白酶抑制劑、類胰島素生長因子等多種蛋白質(zhì)含有TY 結(jié)構(gòu)域,是由3 個保守的二硫鍵形成的穩(wěn)定短結(jié)構(gòu)域,包含一個特有的CWCV 四肽序列。A.KRAJNC 等[6]驗證了在SPOCKs 中FS-ECTY 三重結(jié)構(gòu)域形成了一個中等致密的核心,促進細(xì)胞遷移。C 端結(jié)構(gòu)是SPOCK 家族所特有的,包含兩個GAG 修飾位點。在人類中,SPOCK2 和SPOCK3與SPOCK1 在氨基酸水平的同源性分別為45%和53%[7]。在單個Spock1 或Spock3 敲除小鼠中未觀察到明顯的表型變化,這提示它們可能在功能上是冗余的[8-9]。在某些結(jié)構(gòu)上存在差異:SPOCK2、SPOCK3僅含硫酸肝素GAG,而SPOCK1 含硫酸軟骨素GAG及硫酸肝素GAG,SPOCK2 有特定的N 型糖基化位點,因此它們在具體功能上存在一定的差異（圖1）。

圖1 SPOCK 家族蛋白的結(jié)構(gòu)與功能示意圖

1.2 SPOCKs 的組織分布 SPOCK1 在腦和前列腺中表達(dá)最豐富,在睪丸、腎臟、心臟等其他器官中也有表達(dá)。人的肝和肺中SPOCK1 含量極低。人腦中,SPOCK1 在丘腦、海馬、枕葉、伏隔核、顳葉和尾狀核表達(dá)最高,在大腦皮層、延髓、額葉、杏仁核、殼核、脊髓、黑質(zhì)和小腦中表達(dá)稍低；其中,神經(jīng)元細(xì)胞和脈絡(luò)膜叢上皮細(xì)胞中表達(dá)較高[10]。SPCOK1 在發(fā)育早期調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生和軸突生長,在發(fā)育后期廣泛表達(dá)于發(fā)育中的突觸域內(nèi)[8]。SPOCK2 在人腦中有大量表達(dá),在睪丸、腎臟中也有表達(dá),與SPOCK1 不同的是,SPOCK2 可以在肺中檢測到。腦切片原位雜交顯示,SPOCK2 表達(dá)于大腦的大部分區(qū)域,包括嗅球、大腦皮層、海馬、丘腦、小腦、橋腦和髓質(zhì)等,在小腦中也有一定的分布[3]。SPOCK3 在人體中的表達(dá)分布與SPOCK1 相似[9]。

2 SPOCKs 的生物學(xué)功能

2.1 影響基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metallopeptidase，WWP）WWP 是降解ECW 的內(nèi)肽酶家族之一,涉及許多生理事件和各種疾病的進展,包括癌癥和炎癥,可以作為疾病治療的靶點。膜型WWP（membrane WWP，WT-WWP）是WWP 家族的一個亞群。SPOCK3的剪接變異體N-Tes 可抑制由WT1-WWP 及WT3-WWP 介導(dǎo)的WWP-2 的激活過程,關(guān)鍵序列位于N端信號肽之后的33～84 位氨基酸殘基,SPOCK1 與SPOCK3 在該區(qū)域具有較高的同源性,所以具有相同的活性[11-12]。SPOCK2 不能抑制這些WT-WWPs,并且可以拮抗其他SPOCK 家族成員對WT-WWPs 的抑制作用[13]。研究[14-15]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)SPOCK1 可以刺激WWP-2 和WWP-9 的表達(dá)和活性,從而降解ECW。

2.2 抑制溶酶體半胱氨酸蛋白酶L（cathepsin L，CTSL）CTSL 是一種蛋白水解酶,在人類多種癌癥中常見上調(diào),可促進腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲。SPOCK1 是CTSL 的強競爭性抑制劑,SPOCK1 對CTSL 的抑制獨立于其硫酸軟骨素GAG 及硫酸肝素GAG,且在pH 5.5 和7.2 時有效,SPOCK1 對CTSL 的抑制作用依賴于TY 同源結(jié)構(gòu)域[16]。SPOCK2 和SPOCK3 與SPOCK1 具有的相似的TY 結(jié)構(gòu)域,推測它們可能也是CTSL 抑制劑。

2.3 激活上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EWT）EWT 過程是細(xì)胞由上皮細(xì)胞表型向間充質(zhì)細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變,參與胚胎發(fā)生、組織愈合、纖維化等生理和病理過程。同時,EWT 導(dǎo)致細(xì)胞之間的連接減弱,從而增強細(xì)胞運動能力和侵襲性,導(dǎo)致癌癥的發(fā)生發(fā)展。EWT 過程是由EWT 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子啟動的,包括Zeb、Snail 和Slug 家族成員。一些信號通路也可以影響EWT 進程,在這些信號通路中,Wnt、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和Notch 被認(rèn)為是EWT 表型的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑。此外,上皮標(biāo)志物（E-cadherin、N-cadherin）和間質(zhì)標(biāo)志物（Vimentin）是EWT 進程的重要標(biāo)志。研究[17]表明,SPOCK1 通過上調(diào)N-cadherin、Snail、Vimentin 和Slug,下調(diào)E-cadherin,從而促進多種癌癥的EWT 進展。關(guān)于SPOCK 家族其他成員與EWT 關(guān)系的相關(guān)研究暫未有報道,可能成為未來研究點之一。

3 SPOCKs 與各系統(tǒng)疾病的關(guān)系

3.1 消化系統(tǒng)疾病 肝纖維化組織中SPOCK1 的表達(dá)顯著增加,過表達(dá)SPOCK1 通過激活整合素α5β1/PI3K/Akt 信號通路促進星狀細(xì)胞的活化、增殖和遷移,從而促進肝纖維化,可作為肝纖維化治療的候選分子靶點[18]。Y.LI 等[15]檢測135 對肝細(xì)胞癌組織及鄰近癌旁組織中的SPOCK1 mRNA 和蛋白水平,與癌旁組織相比,60%的肝細(xì)胞癌樣本中SPOCK1 mRNA 和蛋白水平升高,總體和無病生存時間較短的患者SPOCK1 mRNA 水平升高。SPOCK1 可通過激活A(yù)kt,阻止細(xì)胞色素c 的釋放,抑制肝癌細(xì)胞的凋亡,也可增強WWP-9 的表達(dá)與活性,使肝癌細(xì)胞更具侵襲性。

SPOCK1 通過增強Slug 介導(dǎo)的EWT 進程促進胃癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移,且由于SPOCK1 介導(dǎo)的EWT過程,人表皮生長因子受體2 陽性胃癌細(xì)胞對拉帕替尼的耐藥性增加[19-20],為預(yù)防和（或）克服患者的耐藥提供了新的見解。同樣,SPOCK1 直接受雙鏈premiR-150 調(diào)控,雙鏈pre-miR-150 的下調(diào)和SPOCK1的過表達(dá)能促進食管癌細(xì)胞的遷移和侵襲[21]。

胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）細(xì)胞來源的TGF-β 可刺激SPOCK1 的表達(dá),SPOCK1 通過影響ECW 的組成,使腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)侵襲性更強。SPOCK1 的下調(diào)顯著降低PDAC 細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移,促進PDAC 細(xì)胞周期阻滯,增加細(xì)胞的凋亡比率,所以SPOCK1 可作為一個潛在的診斷標(biāo)志物或治療靶標(biāo)用于PDAC 的診斷和治療[22]。通過差異表達(dá)分析獲得影響PDAC 組織基質(zhì)和免疫評分的90 個交叉基因,在這些基因中,SPOCK2 的表達(dá)增加與PDAC 患者的總生存率呈正相關(guān),是良好預(yù)后基因之一[23]。

在膽囊癌中,SPOCK1 作為促癌基因激活PI3K/Akt 信號通路抑制癌細(xì)胞凋亡,促進癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移,并且SPOCK1 的表達(dá)水平隨著膽囊癌的進展而升高,是一個潛在的膽囊癌診斷標(biāo)志物或治療靶標(biāo)[24]。

SPOCK1 在結(jié)直腸癌組織中的表達(dá)高于癌旁組織,SPOCK1 表達(dá)上調(diào)也與腫瘤大小和TNW 分期相關(guān),SPOCK1 表達(dá)下調(diào)可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖,促進癌細(xì)胞凋亡,這些結(jié)果均顯示SPOCK1 的表達(dá)與結(jié)直腸癌相關(guān),可為結(jié)直腸癌的預(yù)防和治療提供新的策略[25]。通過分析原發(fā)性腫瘤與正常癌旁組織的甲基化情況,發(fā)現(xiàn)SPOCK2 在結(jié)腸癌組織中高甲基化,可成為結(jié)腸癌診斷的候選生物標(biāo)志物[26]。

3.2 呼吸系統(tǒng)疾病 通常認(rèn)為產(chǎn)生表面活性劑的肺泡上皮Ⅱ型細(xì)胞（pulmonary alveolar epithelial typeⅡ，AT2）是肺泡Ⅰ型細(xì)胞（pulmonary alveolar epithelial type Ⅰ，AT1）的前體細(xì)胞,SPOCK2 的表達(dá)在AT2向AT1 細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中隨著時間的增加而逐漸上調(diào),可作為AT2 轉(zhuǎn)分化為AT1 細(xì)胞過程中特異性標(biāo)志物之一[27]。支氣管肺發(fā)育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）是早產(chǎn)兒最常見的慢性呼吸道疾病。A.HADCHOUEL 等[28]發(fā)現(xiàn)小鼠中Spock2 的過表達(dá)引起肺泡發(fā)育異常,并使高氧誘導(dǎo)的病變惡化,提示其在BPD 易感性中的作用。

SPOCK2 在病毒感染或干擾素誘導(dǎo)下表達(dá),它被分泌到細(xì)胞外,直接阻止病毒的附著和侵入。流感病毒感染是由血凝素蛋白與呼吸道上皮細(xì)胞表面受體唾酸化的部分結(jié)合而引發(fā)的,含有唾酸化部分的硫酸肝素GAG 共價連接到SPOCK2 蛋白上,與細(xì)胞外的流感病毒結(jié)合,阻止病毒附著在細(xì)胞表面受體上,從而發(fā)揮抵抗流感病毒感染的作用。但流感病毒的神經(jīng)氨酸酶可以裂解SPOCK2 的唾酸化部分,從而逃避SPOCK2 的抗病毒活性[29]。

SPOCK1 在肺癌組織中的表達(dá)明顯高于癌旁組織,SPOCK1 在轉(zhuǎn)移性腫瘤組織中的表達(dá)也明顯增高。在上皮性肺癌細(xì)胞中,SPOCK1 作為TGF-β 的靶基因,可調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞EWT 過程[30]。而在肺癌細(xì)胞中下調(diào)SPOCK1 的表達(dá),可抑制Wnt/β-catenin 通路的激活,從而顯著降低肺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力,靶向SPOCK1 可能是肺癌治療的新策略之一[31]。下調(diào)SPOCK1 可抑制奧希替尼耐藥細(xì)胞的生長并克服耐藥[32]。SPOCK2 與SPOCK1 不同,通過分析多個數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)與癌旁組織相比,肺腺癌中SPOCK2 顯著下調(diào),腫瘤浸潤免疫細(xì)胞（tumor-infiltrating immune cells，TIICs）與肺腺癌患者的總生存率呈正相關(guān),SPOCK2 影響肺腺癌中TIIC 的浸潤水平和相對比例,高SPOCK2 表達(dá)水平與富集的CD4+T 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞亞群呈正相關(guān),預(yù)示著肺腺癌預(yù)后良好[33]。

3.3 泌尿生殖系統(tǒng)疾病 SPOCK1 高表達(dá)與前列腺癌和尿路上皮癌晚期臨床病理特征及預(yù)后不良有關(guān)[34-35]。與SPOCK1 不同,前列腺癌組織中SPOCK2的表達(dá)明顯降低,上調(diào)SPOCK2 基因的表達(dá)可抑制細(xì)胞增殖,促進細(xì)胞凋亡,阻滯細(xì)胞周期,作為抑癌基因發(fā)揮作用[36]。通過分析發(fā)現(xiàn)SPOCK3 基因在前列腺癌組織中表達(dá)也是下降的,且SPOCK3 高表達(dá)的患者可獲得更長的無進展生存期[37]。

SPOCK1 在卵巢癌組織中表達(dá)明顯升高,下調(diào)SPOCK1 可以顯著抑制卵巢癌細(xì)胞OVCAR3 和SKOC3 的增殖和集落形成,在Spock1 缺失的小鼠組織中,卵巢腫瘤也更小,可能與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）和Akt 信號通路有關(guān),這些結(jié)果表明SPOCK1 是潛在的反映卵巢癌惡性程度的生物標(biāo)志物之一[38]。SPOCK2 在卵巢癌晚期的表達(dá)水平明顯高于早期,其表達(dá)水平的升高提示卵巢癌患者預(yù)后不良[39]。SPOCK2 蛋白在子宮內(nèi)膜癌組織中的表達(dá)也明顯低于正常內(nèi)膜組織,上調(diào)SPOCK2 可通過調(diào)節(jié)WT1-WWP 和WWP2 蛋白的活性抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞HEC-1A 和Ishikawa 的增殖、侵襲和遷移,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[40]。

3.4 神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病 R.DHAWIJA 等[41]報道一名有智力殘疾伴運動障礙、構(gòu)音障礙、胼胝體部分發(fā)育不全、產(chǎn)前小頭畸形和房間隔缺損伴鎖骨下動脈異常的女性患者,根據(jù)她及其父母的外顯子測序顯示,SPOCK1 有一個全新的錯義突變,表明SPOCK1突變可能會引起神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常。

蛋白表達(dá)分析顯示,阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）患者額顳葉皮層SPOCK1 水平升高。組織學(xué)分析顯示,SPOCK1 與突變的β-淀粉樣前體蛋白（amyloid-β，Aβ）相互作用,聚集在AD 患者的額葉、顳葉和內(nèi)嗅皮質(zhì),在β-淀粉樣蛋白斑塊形成過程中發(fā)揮重要作用[42]。在一項關(guān)于注意缺陷多動障礙（attention-deficit/hyperactivity disorder，ADHD）和人格障礙（personality disorder，PD）的全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association study，GWAS）研究中發(fā)現(xiàn)不同的SPOCK3 單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）影響ADHD 和PD 的遺傳風(fēng)險[43]。

SPOCK1 在高度惡性膠質(zhì)瘤的表達(dá)水平明顯高于低度惡性的毛細(xì)胞性星形細(xì)胞瘤,說明SPOCK1在膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,可能與SPOCK1 激活PI3K/Akt 和Wnt/β-catenin 通路促進膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲有關(guān),為臨床治療膠質(zhì)瘤提供了潛在的理論基礎(chǔ)[14]。此外,SPOCK1 還介導(dǎo)了高度惡性的多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞對替莫唑胺的耐藥性[44]。與之不同的是,分析由兒童和成人星形細(xì)胞瘤組成的微陣列數(shù)據(jù)集中的差異表達(dá)基因,發(fā)現(xiàn)在高級別腦膠質(zhì)瘤中SPOCK2 為表達(dá)下調(diào)的基因[45]。

3.5 其他疾病 SPOCK1 可以調(diào)節(jié)乳腺癌EWT 進程,增強乳腺癌細(xì)胞的侵襲,SPOCK1 的高表達(dá)與乳腺癌的高分期和臨床預(yù)后差呈正相關(guān),可能是SPOCK1/SIX1 軸通過激活A(yù)kt/mTOR 通路加速乳腺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移來促進乳腺癌的進展,因此SPOCK1/SIX1 軸可作為預(yù)防乳腺癌進展的臨床治療靶點之一[46]。

SPOCK1 通過誘導(dǎo)口腔黏膜的EWT 變化從而促進口腔黏膜下纖維化[47]。也有研究[48]表示,過表達(dá)SPOCK1 有助于增強頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的侵襲性。

骨肉瘤組織中SPOCK1 顯著上調(diào)。SPOCK1 的過表達(dá)與腫瘤大小、轉(zhuǎn)移、分期和病理程度有關(guān),且下調(diào)SPOCK1 的表達(dá)可以抑制體外骨肉瘤細(xì)胞的生長,并降低裸鼠體內(nèi)的致瘤性。SPOCK1 可能通過mTOR-S6K 信號通路促進骨肉瘤細(xì)胞的生長,為骨肉瘤的治療策略提供新的方向[49]。

4 小結(jié)與展望

綜上所述,SPOCK 家族影響多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程（表1）。SPOCKs 雖具有相似的分子結(jié)構(gòu),但SPOCK1 主要作為癌基因影響著肝癌、胃癌、食管癌、卵巢癌、前列腺癌等多種癌癥的進展,SPOCK3也主要發(fā)揮癌基因作用,而SPOCK2 主要作為抑癌基因抑制腫瘤的發(fā)展。SPOCK 家族成員產(chǎn)生差異的具體機制及相關(guān)的信號通路仍需進一步探究。SPOCKs 廣泛分布于腦組織中,與神經(jīng)發(fā)育息息相關(guān),也為以后研究神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病提供線索。越來越多SPOCK 家族在疾病中的研究被報道,提示該家族在相關(guān)疾病的早期診斷、預(yù)后判斷以及治療策略方面具有良好的前景。

表1 SPOCK 家族成員的分布、信號通路和相關(guān)疾病匯總