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上皮-间质转化与卵巢癌及其相关miRNA的调控机制

2015-04-15陈雨龙姚勤

精准医学杂志 2015年5期
关键词:卵巢癌家族通路

陈雨龙,姚勤

(青岛大学附属医院妇科,山东 青岛 266500)

卵巢癌病死率居于妇科恶性肿瘤首位,其远期生存率低。已有研究证实,癌细胞从瘤体脱落并获得转移种植能力的过程中,上皮-间质转化(EMT)起到了重要的作用[1]。微小RNA(miRNA)是一类内源性的具有调控功能的非编码RNA,在卵巢癌中已发现多种miRNA可通过调节EMT影响卵巢癌的生物学特性。研究miRNA调节EMT影响卵巢癌的发生、发展及转归过程中的分子机制,针对关键通路中的主要信号分子设计转移筛查方法和靶向治疗药物,将为卵巢癌的预后判断和治疗提供新的思路。

1 miRNA及EMT概述

miRNA是一种长度为20~25个核苷酸的非编码RNA分子。自LEE等[2]从线虫克隆出lin-4基因以来,人类对miRNA的研究快速发展,据miRNA数据库(miRbase)最新统计[3],目前已发现的人类前体 miRNA(pri-miRNA)已超过1800种,表达成熟miRNA产物已超过2500种。

EMT可诱导许多病理过程,如慢性炎症、器官纤维化、高分化癌等。典型的上皮细胞具有游离面-基底面的极性特征,细胞间具有紧密连接和黏附连接,不能够随意地迁移。EMT过程中,上皮细胞丧失正常极性并获得侵袭迁移能力,伴随细胞内骨架蛋白的改变和多种细胞表面标志物的表达变化,主要表现为上皮表型相关分子如E-钙黏素(E-cad)、角蛋白、纤维粘连蛋白(FN)等的减少,以及间质表型相关分子如α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、波形蛋白(Vimentin)、钙结合蛋白S100A4等的增加。

2 EMT相关通路

2.1 Wnt信号通路

Wnt基因包括两个高度同源基因,即小鼠乳癌细胞int-1基因和果蝇无翅wingless(wg)基因,故合称为 Wnt基因[4]。Wnt通路主要包括:Wnt蛋白(Wnt配体)及其受体(卷曲家族蛋白Frz),低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)、松散蛋白(Dsh/Dvl)、β-catenin、糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)、轴抑制因子(Axin)、家族性腺瘤性息肉病基因(APC)等。Wnt/β-catenin经典通路为:Wnt配体与其受体Frz结合后,可激活细胞内的 Dsh/Dvl,并进一步抑制 GSK-3β/Axin/APC复合物对β-catenin的磷酸化作用,β-catenin降解随之减少并在细胞内积聚,而后进入细胞核并激活c-myc、survivin和cyclin D基因的转录[5]。研究表明,miR-939可通过下调APC来抑制Wnt通路,并促进卵巢癌细胞的增殖[6]。

2.2 PI3K/Akt/mTOR通路

研究显示,PI3K/Akt/mTOR通路主要由磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(Akt/PKB)及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)构成[7]。PI3K/Akt/mTOR通路的大致激活过程为:生长因子、细胞因子、神经肽等与相应受体结合形成复合体,该复合体激活PI3K的p110催化亚基,使底物Ptd Ins(4,5)P2转化为 Ptd Ins(3,4,5)P3,PIP3随后与 Akt氨基端调节区PH结构域(pleckst rin homology domain)结合,使Akt向细胞膜募集。而后Akt的两个磷酸化位点(Thr-308/Ser-473)分别被PI3K依赖激酶1(PDK1)/PI3K 依赖激酶2(PDK2)磷酸化。激活后的Akt可以直接磷酸化mTOR使其激活,或通过灭活结节性硬化复合物1/2(TSC1/2)以增强mTOR的活性。GSK-3β是 Wnt信号通路和PI3K/Akt/mTOR通路的共同信号分子,提示各信号通路间相互影响。有研究表明,在卵巢癌细胞株中下调miRNA-150可以激活PI3K/Akt通路并降低癌细胞对帕妥珠单抗的敏感性[8]。

2.3 Hedgehog信号通路

Hedgehog是一种分节极性基因,哺乳动物中有3种Hedgehog同源基因:SHH、DHH和IHH。经典SHH信号通路的构成:SHH配体,跨膜蛋白受体Ptch、Smo,Gli蛋白家族。Gli蛋白家族包括转录促进因子Gli1、Gli2,转录抑制因子Gli3,三者相互作用引起靶基因过表达,并最终导致肿瘤发生。Hedgehog信号通路的作用机制为:当SHH缺少时,Ptch与Smo结合使Smo失活,Gli失去Smo的刺激作用后表达减少且不断被蛋白酶水解,从而导致靶基因表达受抑制;当SHH过表达时,SHH作为配体与Ptch结合使其与Smo分离,Smo随后激活Gli的过表达并引起靶基因的高表达,最终引起肿瘤的发生。已有多项研究证实,Hedgehog信号通路的激活与卵巢癌密切相关[9]。

2.4 TGF-β/Smad信号通路

转化生长因子-β(TGF-β)属于 TGF-β超家族,体外培养成纤维细胞时,若加入表皮生长因子(EGF)和TGF-β,成纤维细胞不再贴壁生长,并能在琼脂中生长,密度抑制效应随之消失。TGF-β除了诱导EMT的发生外,可在体外诱导正常成纤维细胞(NF)向肿瘤相关成纤维细胞(CAF)的转变[10]。TGF-β与细胞表面Ⅰ型受体Ⅱ型受体结合后,Ⅰ、Ⅱ型受体构型发生改变形成复合体,使Smad2与Smad3磷酸化并进一步与Smad4结合,随后进入细胞核内调节相应靶基因的转录。已有研究证实,TGF-β能够激活谷氨酰胺转移酶(TG2),TG2可上调锌指增强子结合蛋白1(ZEB1)、下调E-cad表达,从而诱导卵巢癌EMT过程,而这一过程主要是经Samd通路和TGF-β激活激酶(TAK1)/NF-κB途径来实现的[11]。

2.5 其他信号通路

Notch信号通路:直接作用于转录因子Snail的启动子以上调Snail水平;还可在缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)存在的情况下上调赖氨酰氧化酶(LOX)以稳定Snail,减少Snail的降解,最终诱导EMT过程[12]。研究结果表明,上皮性卵巢癌中高表达Snail对肿瘤的发生和进展具有协同作用[13]。此外,NF-κB、肝细胞生长因子(HGF)、表皮生长因子(EGF)、血管内皮生长因子(VEGF)等多种信号通路都参与了EMT的过程[14]。

3 卵巢癌发生EMT及其相关miRNA的调控机制

3.1 miR-200家族

3.1.1 miR-200家族与卵巢癌发生发展 序列(尤其是种子序列)高度同源miRNA通常被归为一个家族。miR-200家族主要包括miR-200a/b/c、miR-141、miR-429。内源性miR-200家族可与 E-cad转录抑制因子 ZEB1/2的3′UTR结合,抑制ZEB转录因子的翻译,从而维持E-cad的表达水平,在 MET/EMT过程中起到重要作用[15]。研究发现,在卵巢癌细胞系HEY中,miR-429的过表达可以诱导 MET过程,伴随细胞形态的改变和ZEB1/2的下降及E-cad的升高[16]。但 BENDORAITE等[17]发现ZEB1/2也可以反向抑制miR-200家族的表达并在一定程度上逆转miR-200家族诱导的MET过程。EMT/MET这种双向抑制的反馈通路在结直肠癌中也已被证实,miR-34可以抑制Snail的表达:miR-34通过与Snail的3′UTR结合;反之Snail也可以抑制miR-34的表达:Snail通过与miR-34启动子上的E-boxes结合[18]。在卵巢癌的相关研究中,miR-200家族表达水平既有上升也有下降[17]。这提示miR-200家族在卵巢癌发展和转移过程中的不同时期起到不同的作用。不妨假设,在肿瘤发展早期,miR-200家族表达下调,随之E-cad表达水平降低,细胞间黏附作用下降,肿瘤细胞获得侵袭能力;当肿瘤已发生远处转移时,miR-200家族表达上调,诱导肿瘤细胞发生MET过程,以利于肿瘤细胞在远处的定植。OLSON等[19]的研究部分验证了这一过程:通过RT2小鼠体外构建多步骤肿瘤发生模型发现,只有当瘤细胞进展到类转移原发瘤期或转移瘤期时,miR-200家族才会明显地下调。

3.1.2 miR-200家族与卵巢癌耐药 已有研究证实,卵巢癌细胞发生EMT后对铂类药物的耐药性会显著上升[20],而miR-200家族尤其是 miR-429可以逆转 EMT过程[16],根据该逆转过程是否伴随卵巢癌细胞恢复对铂类药物敏感性的这一设 想,JABBARI等[21]在卵巢 癌细胞系 SKOV-3 和HEY-A8中分别过表达miR-200家族各成员,并随后进行顺铂耐药性实验,结果发现过表达miR-429与miR-141对卵巢癌细胞顺铂敏感性的恢复最高,miR-200c与miR-200a次之,miR-200b较差。JABBARI等[21]认为这与 miR-200家族各成员间非种子序列的差异性有关。

3.1.3 miR-200家族与卵巢癌预后 肿瘤发生转移以后预后很差,卵巢癌亦是如此。HU等[22]对55例晚期卵巢癌miRNA 表达水平分析后结果显示,miR-200a、miR-200b、miR-429与卵巢癌复发及远期生存率密切相关,其表达水平越低,预后越差。EITAN等[23]的研究结果显示,在Ⅲ期卵巢癌中 miR-200a、miR-34a、miR-449b下调最为显著,其中miR-200a与病人总生存期密切相关。肿瘤诱发miRNA表达后在血清-血浆中稳定存在且不受内源性RNA酶的影响,因此血清或血浆标本都可以用以检测miRNA的含量[24]。miR-429被认为除可以作为卵巢癌发生EMT的标志物外,还对抑制肿瘤的转移具有一定的治疗价值[10]。

3.2 其他 miRNA

除了miR-200家族外,尚有许多miRNA参与了卵巢癌EMT过程。CHAO等[25]研究发现,miR-187在卵巢恶性肿瘤中表达上调,但与之相反的是miR-187的表达水平却与总生存率及无复发生存率呈正相关。进一步的研究发现,在卵巢癌发生的最初阶段miR-187异常表达可以抑制其靶基因Dab2(一种抑癌基因),并引起癌细胞过度增殖,随后在卵巢癌进展晚期,持续上调的miR-187可以抑制Dab2依赖的EMT过程。YANG等[18]通过对459例晚期卵巢癌病例的分析研究发现,提高miR-506的表达可以上调E-cad水平,抑制EMT过程,最终降低癌细胞的增殖侵袭能力。

4 展望

卵巢恶性肿瘤整体预后不良,上皮性卵巢癌病死率居妇科恶性肿瘤首位。卵巢肿瘤的组织学分型在目前人类实体肿瘤中也最为复杂多样,这在一定程度上加大了其诊断和治疗难度。随着对EMT及其相关microRNA调控机制研究的深入,将为卵巢癌发病机制的解释、化疗方案选择及预后判断提供了新的思路。如 miR-429与ZEB1/2、miR-34与Snail的双向抑制反馈通路首先通过EMT过程使癌细胞获得转移侵袭能力,而后又在肿瘤进展晚期通过MET过程使肿瘤细胞在远处组织器官定植,这为解释肿瘤的转移机制提供了新的观点。

虽然miRNA对EMT的调控机制研究已取得长足进展,但miRNA数量庞大,其调控的EMT通路间错综复杂,且不同病理类型的卵巢癌组织中其miRNA表达存在较大差异。进一步深入研究各EMT通路的机制及其的关键调节分子,将为临床诊断、预后判断、化疗方案的选择提供指导和依据。

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