上皮间质转化在肿瘤侵袭转移中的研究进展

张彦璐，陈 影，应国清

（浙江工业大学药学院，浙江 杭州 310014）

1 EMT简介

上皮间质转化是一种多功能细胞过程，其特征在于细胞极性的丧失，细胞-细胞之间粘附的丧失，与基底膜的连接等上皮表型的改变[1-2]。EMT的概念最早是由Greenburg和Hey在胚胎学领域提出来的，但最近已扩展到肿瘤的进展和转移[3]。在EMT过程中，上皮细胞经历了细胞骨架的重塑，可能会失去促进细胞间接触的蛋白，如E-cadherin和γ-catenin可能丢失，细胞获得间质标记物，如波形蛋白，纤维连接蛋白，N-cadherin，金属蛋白酶MMP-2、MMP-9，导致细胞迁移和侵袭的增强[4]。

2 EMT的分类

基于生物学背景，EMT可分为三种类型[2，5-6]。在胚胎发生、器官发育过程中，1型EMT涉及原始上皮细胞转变为运动间充质细胞。原代间充质细胞充当祖细胞并通过MET在中胚层和内胚层器官中产生继发性上皮细胞。2型EMT涉及伤口愈合，组织再生和器官纤维化，其中组织成纤维细胞在损伤和慢性炎症期间由上皮细胞或内皮细胞产生。3型EMT是一种原发性肿瘤侵袭性边界中的癌细胞表型转化为通过循环侵入和转移，并通过远端组织或器官中的MET产生转移性病变的过程[7]。三种类型的EMT代表不同的生物学过程，但是一些遗传因素和调节机制可能是相似和保守的。具有EMT表型的癌细胞除了具有间充质特性外，还表现出更具攻击性的行为，包括对药物的抗性，应激和细胞凋亡，抑制衰老，免疫逃避和获得干细胞样特征。肿瘤细胞的这些剧烈变化使它们渗透到周围组织并转移到远处，促进癌症进展[8]。

3 EMT的相关标志物

E-cadherin是一种含钙的跨膜糖蛋白，在大多数上皮组织中表达，构建了相邻细胞的紧密连接，在上皮细胞的细胞粘附中起重要作用，并且是上皮癌的转移抑制因子[9]，E-cadherin的缺失与晚期癌症显著相关[10]。研究表明，E-cadherin下调与EMT相关，其导致肿瘤进展期间侵袭和转移性增加[11]。E-cadherin的丢失可能会导致人类各种癌症的肿瘤进展、转移，如胃癌、结直肠癌，肺癌和乳腺癌等[12-13]。

Vimentin是间充质细胞表达的中间丝蛋白[14]。在生理和病理情况下，Vimentin可以在发生EMT的上皮细胞中表达，Vimentin是EMT样表型的典型标志物，可以调节参与细胞迁移的多种细胞类型[15]。

研究表明，Snail在不同类型的上皮细胞中的异位表达引起间充质样表型，并且在这些细胞中E-cadherin表达显著降低[16]。此外，Snail在小鼠和人类癌症的高致瘤性和侵袭性区域中的表达是丰富的，而在非致癌区域中Snail表达低或甚至不存在[17]。此外，当通过免疫组织化学分析评估人乳腺癌组织中的Snail水平时，发现浸润性导管癌的表达水平增加与低分化的淋巴结转移相关。因此，Snail被认为是乳腺癌转移潜能的预后指标，人乳腺癌样本的微阵列分析也显示Snail在无复发生存率降低的患者中过表达[18]。

Twist是在胚胎发育过程中的基本螺旋-环-螺旋转录因子，在许多癌症中过度表达，包括乳腺癌。过表达Twist的MCF-7细胞中显示E-cadherin缺失和Vimentin表达增加，这些细胞的运动性和侵袭性增加，同时发现Twist以剂量依赖性方式直接抑制E-cadherin的表达[19]。

ZEB家族由锌指/同源域蛋白ZEB1和ZEB2组成，与其他转录调节因子相互作用，其活性受翻译后修饰调节，例如Pc2的类泛素化或p300/PCAF的乙酰化和磷酸化。这些ZEB家族通过抑制上皮标志物和激活间充质特性来触发EMT[8]。

4 EMT的相关信号通路

EMT的诱导是由肿瘤细胞和肿瘤环境之间的复杂相互作用引起的，存在许多相关的细胞信号通路， 例如 TGF-β、NF-κB、Wnt/β-catenin 和Hedgehog。因此，逆转或阻断EMT相关信号通路是限制癌症发展的治疗策略[20-21]。

4.1 TGF-β信号通路

转化生长因子-β（TGF-β）是一种与肿瘤生长密切相关的基因，不同肿瘤微环境下，其既能够发挥抑癌基因作用，又能够发挥促癌基因作用[22]。其发挥促癌作用主要通过诱导细胞发生上皮-间质转移、产生耐药性、维持细胞干性[23]。

在肿瘤生长的早期阶段，TGF-β充当肿瘤抑制因子并诱导其生长停滞和细胞凋亡。在肿瘤进展的后期阶段，TGF-β及其受体以及其他受体酪氨酸激酶（RTK）通过Smad依赖性/独立的TGF-β受体信号通路调节转录，启动癌症生长和转移[24]。在肿瘤的发展中，TGF-β通过下调上皮标志物和上调间充质标志物参与胚胎发育过程中EMT的诱导[25]。Miettinen等首先发现TGF-β诱导的EMT位于正常乳腺上皮细胞中，事实上，TGF-β信号通路通过许多转录因子如Twist、Snail和Slug诱导EMT[26]。

4.2 Wnt/β-catenin 信号通路

Wnt蛋白家族通过Wnt/β-catenin经典通路，或非依赖β-catenin的非经典途径在肿瘤干细胞再生和器官发育中起到关键作用[27]。通过Wnt稳定β-catenin的能力建立了Wnt/β-catenin信号通路在癌症中的作用，β-catenin是参与两个独立过程的多功能蛋白:细胞与细胞的粘附和信号转导。在EMT期间，β-catenin从E-cadherin复合物释放到细胞质中，与其他蛋白质进行相互作用，提高了β-catenin信号传导促成EMT的可能性[28]。

据报道，磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/Akt和Wnt/β-catenin信号通路的异常激活参与癌症进展并且与胃癌预后不良有关，表明这可能是胃癌的潜在治疗靶点[29]。Song等[30]研究发现 PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路通过表观遗传激活胃癌中Twist的表达来促进EMT。

5 EMT的相关癌症进展

近年来，随着胚胎学领域的发展，EMT的概念已经扩展到癌症的进展和转移，EMT可以作为监测肿瘤形成和发展的生物标志物。此外，它是肺癌早期转移和癌变的重要因素，如器官纤维化和相关的病理过程[31]。

5.1 EMT与肺癌

肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，在世界范围内，肺癌分别是男性和女性癌症相关死亡率的第一和第二大原因[32]。在世界许多地区，与肺癌相关的病例和死亡人数呈上升趋势。2010年，国际癌症研究机构数据显示，在全球肺癌死亡患者中，约有22.5万人病因与大气污染有直接关系[33]。细颗粒物（PM2.5，fine particular matter）直径一般小于2.5μm，在吸入后进入支气管并沉积在肺泡中，干扰肺部气体交换。PM2.5引起的肺泡和粘膜损伤可导致支气管哮喘，慢性肺纤维化，心血管疾病和肺癌[34]。支气管EMT在肺癌的早期癌变和转移以及器官纤维化和其他病理过程中起重要作用[35]，研究发现，大气颗粒物可诱导BEAS-2B细胞气道EMT，激活MAPK和NF-κB促炎信号通路，增加IL-6和IL-8的表达[36]。研究表明，E-cadherin的表达与肺癌分期，分化和转移有关。在肺癌晚期，细胞转移发生分化程度低，E-cadherin表达下调，提示E-cadherin的表达可能影响肺癌细胞的迁移和侵袭能力。

5.2 EMT与乳腺癌

乳腺癌是女性最常见的非皮肤恶性肿瘤之一，影响全球数百万人，乳腺癌中95%的癌细胞是上皮来源[37]。晚期乳腺癌患者的预后与侵袭和转移的程度有关，一旦乳腺癌扩散，有效的治疗方法就会受到限制[38]。肿瘤浸润和随后的转移是癌症患者发病率和死亡率的主要原因。乳腺癌的经典组织学和分子亚型已经证实了EMT对乳腺癌预后的影响。基底样乳腺癌的临床组织学研究表明，基底样乳腺癌是最具侵袭性和致命性的乳腺癌亚型，具有较高的转移潜能，与间充质特征相关[39]。统计分析显示，经典EMT标志物（波形蛋白、平滑肌肌动蛋白、N-cadherin）的上调以及细胞外基质蛋白（层粘连蛋白和肌成束蛋白）的过表达以及特征性上皮标志物 （E-cadherin和细胞角蛋白）的减少都优先发生在具有“基底样表型”的乳腺肿瘤中[40]。

6 结论和展望

EMT在肿瘤侵袭和转移过程中扮演着重要的角色。可以通过激活不同的信号通路来诱导EMT的发生，尽管EMT所涉及的分子机制取得了实质性的进展，但是，EMT作为治疗耐药的潜在生物标志物和潜在药物靶点的临床意义值得进一步研究。研究表明，恩替司他，一种晚期乳腺癌的抗癌药物，可以通过增加E-cadherin的表达来逆转EMT过程，进一步减少转移。因此，寻找新的靶向药物逆转EMT，减少肿瘤侵袭转移具有重要的意义。