楊瑾，賈曉瓊

內蒙古醫(yī)科大學附屬人民醫(yī)院腫瘤內科，呼和浩特 010020

基質細胞和腫瘤微環(huán)境在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中具有至關重要的作用。細胞外基質（extracellular matrix，ECM）是腫瘤微環(huán)境中最主要的成分，由基底膜（basement membrane，BM）和間質基質（interstitial matrix，IM）構成。膠原蛋白是ECM中最豐富的成分。膠原蛋白構成腫瘤微環(huán)境的支架，影響腫瘤微環(huán)境，膠原蛋白的降解和再沉積對ECM重構具有調節(jié)作用，且可促進腫瘤浸潤、血管生成、腫瘤侵襲和遷移。本文對膠原蛋白的生物學特征、在腫瘤進展中的作用機制及在常見消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 膠原蛋白的生物學特征

膠原蛋白在人體中含量豐富，占總蛋白的1/3。膠原蛋白由3條α多肽鏈構成3股螺旋結構，3條α多肽鏈可由不同基因編碼，每條α多肽鏈具有N-端前肽和C-端前肽，通過裂解羥化酶、蛋白質二硫異構酶和氫鍵形成前膠原三螺旋；三螺旋結構在中性情況下是穩(wěn)定的，在帶電荷情況下是不穩(wěn)定的。因此，前膠原三螺旋在前膠原N蛋白酶和前膠原C蛋白酶的作用下將N-端前肽和C-端前肽轉化為N-端肽和C-端肽，然后形成原膠原三螺旋，在賴氨酸氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的交聯(lián)和組裝作用下，形成膠原纖維或網絡[1]。

BM主要由網狀結構膠原蛋白構成，如膠原蛋白Ⅳ（collagenⅣ，COLⅣ）、膠原蛋白Ⅷ（collagenⅧ，COLⅧ），其能夠提供結構支撐，調節(jié)細胞行為；IM則主要由纖維狀膠原蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ組成，在細胞遷移、細胞黏附、血管生成、組織發(fā)育和修復中發(fā)揮重要作用。

2 膠原蛋白在腫瘤進展中的作用機制

2.1 參與腫瘤轉移

上皮-間充質轉化（epithelial mesenchymal transition，EMT）是腫瘤細胞轉移的基本過程。劉雪影等[2]研究發(fā)現(xiàn)，以COL11A1為主的膠原蛋白會促進EMT，從而促進腫瘤細胞轉移。COLⅠ是轉移性腫瘤的診斷標志物，在乳腺癌小鼠模型中，隨著COLⅠ累積，COLⅠ致密的雌性小鼠循環(huán)腫瘤細胞數(shù)量較野生型小鼠增加，轉移灶也相對較大[3]。研究表明，COLⅠ在骨癌和腫瘤相關骨轉移中也發(fā)揮著重要作用[4]。

此外，研究發(fā)現(xiàn)存在COLⅢ的前列腺癌細胞的運動性增強，COLⅢ可在作用2 h后誘導前列腺癌細胞快速遷移，提示COLⅢ能夠促進腫瘤轉移；骨髓間充質干細胞通過COLⅠ刺激前列腺癌細胞侵襲，進一步表明COLⅠ參與腫瘤侵襲和轉移過程[5]。因此，深入研究膠原蛋白對防治腫瘤轉移具有重要的臨床意義。

2.2 參與腫瘤新生血管生成

血管生成在腫瘤生長和轉移過程中至關重要。腫瘤新生血管生成的特征是分泌多種促血管生成因子，誘導血管生成，導致結構和功能異常的血管系統(tǒng)發(fā)展。膠原蛋白是腫瘤新生血管生成所必需的，抑制膠原蛋白代謝已被證明具有抗血管生成作用，而且血管生成和細胞存活與BM中膠原蛋白合成和沉積有著密不可分的聯(lián)系[6]。血管BM中的COLⅣ在調節(jié)血管生成過程中具有關鍵作用，RAS蛋白家族中RAB10和RAB25能夠通過調控賴氨酸羥化酶3的轉運來調節(jié)COLⅣ，從而維持血管穩(wěn)態(tài)[7]。

在一項關于COL6A1野生型和COL6A1缺失型小鼠腦中生長的B16F10黑色素瘤細胞的研究顯示，COL6A1缺乏可通過抑制壁細胞成熟、抑制內皮細胞萌芽、促進內皮細胞凋亡，從而影響血管BM結構，導致血管滲漏并抑制血管生成[8]。COLⅥ的α3鏈（COL6A3）的裂解物c5片段endotrophin肽（ETP）可以作為一種化學引誘劑，將內皮細胞募集到腫瘤微環(huán)境中，而且還可以作為促血管生成因子在體外顯著增加內皮細胞的遷移和血管生成[9]。膠原蛋白是血管重塑的關鍵因子，對其進一步研究可為靶向腫瘤血管的藥物設計提供理論基礎。

2.3 參與腫瘤相關免疫浸潤的調節(jié)

腫瘤中存在許多免疫細胞，這些細胞大部分積聚在致密的膠原蛋白區(qū)域內[10]。巨噬細胞具有兩種表型：具有抗腫瘤作用的經典活化型（M1型）和具有促腫瘤作用的交替活化型（M2型），這兩種表型同時存在于腫瘤細胞內[11]。膠原蛋白在調節(jié)巨噬細胞抗腫瘤和促腫瘤作用的平衡中具有至關重要的作用，影響該調節(jié)作用的主要因素是白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和集落刺激因子 1（colony stimulating factor 1，CSF1）。研究發(fā)現(xiàn)，COLⅥETP肽能夠通過增加巨噬細胞募集和上調炎癥因子IL-6的表達來促進炎癥反應[8]。

膠原蛋白的降解產物對單核細胞具有趨化作用[6]。單核細胞釋放可溶性CSF1后，分化為腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM），促進腫瘤相關因子表達，從而促進腫瘤新生血管生成、侵襲和外滲[12]。因此，膠原蛋白對巨噬細胞的影響可作為研究腫瘤治療的新方向。

3 膠原蛋白在常見消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展

3.1 胃癌

胃癌檢出率低且患者生存率低，靶向治療有望成為晚期胃癌的必要補充治療。探索新的、高靈敏度和特異度的生物標志物很有必要。Weng等[13]研究中的Kaplan-Meier分析顯示，大部分膠原蛋白基因在胃癌患者中高表達且與預后差呈正相關，說明膠原蛋白可能是胃癌患者的預后標志物。該研究顯示，胃癌多個細胞系（HGC27、SGC7901、MKN45、AGS）中COL3A1呈高表達，但 COL5A1在AGS中呈低表達；不同胃癌細胞株中膠原蛋白基因表達水平不同，為COL3A1和COL5A1作為胃癌進展和預后標志物提供了依據(jù)。此外，COL1A2和COL6A3沉默可抑制胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并通過磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶 B（protein kinase B，PKB，又稱 AKT）信號通路促進細胞凋亡[14]。證實了膠原蛋白可通過不同的信號通路影響胃癌細胞代謝。在胃癌治療過程中對化療藥物產生耐藥性是常見現(xiàn)象，胃癌中COL4A1表達上調可能與胃癌患者的曲妥珠單抗耐藥有關[15]。因此，膠原蛋白可作為胃癌治療的潛在靶點。

3.2 結直腸癌

姚奇和何蘭珍[16]利用Oncomine數(shù)據(jù)庫進行薈萃分析，結果發(fā)現(xiàn)，結直腸癌組織中COL4A1呈高表達，同時COL4A1在DNA啟動子區(qū)的甲基化水平顯著升高，且甲基化水平與COL4A1的表達水平呈正相關，COL4A1通過與ECM受體相互作用影響結直腸癌細胞的生物學行為。劉小軍等[17]對結直腸癌患者進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，COL1A1、COL1A2表達水平與淋巴結轉移、腫瘤直徑、TNM分期、T分期有關（P＜0.05）；COL1A1高表達患者的無病生存期（disease-free survival，DFS）較短，而COL1A2高表達患者的總生存期（overall survival，OS）和DFS均較短。膠原蛋白比例的改變會影響腫瘤進展。Liang等[18]研究顯示，與結直腸癌未轉移組及正常組相比，結直腸癌轉移組COLⅠ/COLⅢ比值明顯升高，并通過增加基質的硬度促進了腫瘤細胞遷移；而且COLⅣ表達上調和缺失均可促進結直腸癌發(fā)展，不利于患者預后。膠原蛋白能夠促進結直腸癌細胞增殖、分化、轉移，可為后續(xù)膠原蛋白作為結直腸癌治療靶點提供理論基礎。

3.3 胰腺癌

富含ECM的腫瘤微環(huán)境在胰腺癌進展和治療耐藥中具有重要作用。研究表明，COL11A1在多種腫瘤中過表達具有致瘤性[19-21]。Wang等[22]對胰腺癌耐藥性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，COL11A1通過AKT/環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）信號通路，激活B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）相關的凋亡蛋白，從而誘導線粒體功能障礙，阻斷凋亡程序，并增強胰腺癌的化療耐藥性；采用干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）敲除COL11A1后，胰腺癌細胞的增殖和耐藥性下降；同時，COL11A1/整合素α1β1/盤狀結構域受體酪氨酸激酶 2（discoidin domain receptor tyrosine kinase 2，DDR2）通路能夠促進胰腺癌細胞增殖，而整合素α1β1/DDR2介導了COL11A1促進細胞生長的功能。通過NCBI/GEO Profiles數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，與達沙替尼敏感細胞株相比，達沙替尼耐藥細胞株中COL5A2的表達明顯升高[23]。因此，部分膠原蛋白基因可作為獨特的預后指標，并為胰腺癌治療耐藥性的解決提供一個有吸引力的研究方向。Svoronos等[24]通過研究胰腺癌的預后因素，發(fā)現(xiàn)腫瘤分化程度低、淋巴結轉移、中性粒細胞/淋巴細胞比值＞5、淋巴細胞/單核細胞比值＜3、神經周圍浸潤、微血管浸潤與COL6A3強陽性或中度陽性表達有關，提示COL6A3可作為胰腺癌的預后因素之一。

3.4 其他消化系統(tǒng)腫瘤

除了以上消化系統(tǒng)腫瘤，膠原蛋白在食管癌、肝癌中的生物學作用也引起重視，但目前針對兩者的研究較少。在食管癌發(fā)生發(fā)展過程中COL5A2被認為是關鍵基因，與患者預后密切相關[25]。研究發(fā)現(xiàn)，COL5A2在食管癌組織中表達水平明顯升高，且術后復發(fā)患者的COL5A2表達水平高于未復發(fā)患者，采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析COL5A2對食管癌術后復發(fā)的預測效能，結果發(fā)現(xiàn)，其曲線下面積（area under the curve，AUC）＞0.7，說明COL5A2對食管癌術后復發(fā)具有良好的預測價值[26]。有研究顯示，腫瘤細胞內源COLⅠ的低表達與食管癌細胞的分化程度顯著相關，且與OS呈正相關[27]。Yin等[28]研究發(fā)現(xiàn)，通過微小RNA（microRNA，miRNA）-133a-3p靶向調節(jié)COL1A1可抑制食管癌細胞增殖和侵襲，促進食管癌細胞凋亡。進一步證實COLⅠ參與腫瘤的發(fā)展，且與預后不良有關，為惡性腫瘤的臨床治療提供了新思路。

著色性干皮病D組基因（xeroderma pigmentosum complementary group D，XPD）在核苷酸切除修復過程中參與DNA鏈解開過程[29]，且與多種惡性腫瘤的發(fā)生有關[30-31]。研究表明，XPD過表達能夠上調miRNA-29a-3p的表達，從而抑制肝癌細胞增殖和遷移，抑制小鼠異種移植瘤的生長[32]。此外，研究發(fā)現(xiàn)COL4A1是miRNA-29a-3p的假定靶點，提示XPD/miRNA-29a-3p通路可對COL4A1進行負向調控[33]。這些研究提示COL4A1可能作為潛在的肝癌治療靶點。

4 小結與展望

膠原蛋白在多種腫瘤中呈高表達，且與不良預后有關，其通過與不同因子作用、參與不同信號通路促進EMT，從而促進腫瘤細胞增殖、侵襲、轉移及耐藥等。但由于膠原蛋白種類較多，分布廣泛，不同膠原蛋白的促腫瘤機制尚需進一步研究。期待后續(xù)對膠原蛋白進行更廣泛、更深入的研究，為消化系統(tǒng)腫瘤的治療提供有力的理論依據(jù)。