㊃综述㊃D O I :10.3760/c m a .j .i s s n .1673-436X.2012.017.019作者单位:200433同济大学附属上海市肺科医院呼吸内科通信作者:李惠萍,E m a i l :l i w 2013@126.c o m上皮间质转化的分子标志物张霞 李惠萍ʌ摘要ɔ 上皮间质转化(e p i t h e l i a lm e s e n c h y m a l t r a n s i t i o n ,E M T )参与胚胎发生与器官发育㊁组织修复与器官纤维化㊁肿瘤转移等多种生理病理过程,体现了上皮细胞的可塑性㊂用于E M T 过程标识的分子标志物多种多样,主要包括细胞表面标志物㊁细胞支架标志物㊁细胞外基质蛋白和转录因子这四类㊂对其中一些常见分子标志物进行检测,其表达在E M T 过程中或升或降;而明确分子标志物在不同类型E M T 过程中的变化规律,对E M T 相关疾病的研究具有重要意义㊂ʌ关键词ɔ 上皮间质转化;分子标志物;器官纤维化;肿瘤B i o m a r k e r s o f e p i t h e l i a lm e s e n c h y m a l t r a n s i t i o n Z HA N GX i a ,L IH u i -p i n g .D e p a r t m e n t o f R e s p i r a t o r y M e d i c i n e ,t h e S h a n g h a iP u l m o n a r y H o s p i t a l ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 200433,C h i n a C o r r e s p o n d i n g a u t h o r :L IH u i -p i n g ,E m a i l :l i w 2013@126.c o m ʌA b s t r a c t ɔ E p i t h e l i a lm e s e n c h y m a l t r a n s i t i o n (E M T ),w h i c he x h i b i tt h e p l a s t i c i t y o fe pi t h e l i a l c e l l s ,p l a y s a ni m p o r t a n tr o l ei n e m b r y o n i c d e v e l o p m e n t ,t i s s u e r e p a i r ,o r g a n f i b r o s i s ,a n d t u m o r m e t a s t a s i s .Av a s t v a r i e t y o f b i o m a r k e r s h a v e b e e nu s e d t od e m o n s t r a t e a l l s u b t y p e s o fE M T ,a n dm a i n l yi n v o l v ec e l l -s u r f a c e m a r k e r s ,c y t o s k e l e t a l m a r k e r s ,e x t r a c e l l u l a r p r o t e i n s ,t r a n s c r i p t i o n f a c t o r s .T o e x a m i n e a f e wo f t h em o r e c o mm o nm a r k e r s ,s o m e o fw h i c h a r e a c q u i r e d a n d s o m e o fw h i c h a r e a t t e n u a t e d d u r i n g t r a n s i t i o n ,a n d t o c l e a r h o wb i o m a r k e r s c h a n g e i n d i f f e r e n t s u b t y pe s of E M Tc a n p r o v i d e a v a l u a b l e t h e r a p e u t i c s t r a t eg y fo r t h e d i s e a s e s .ʌK e y wo r d s ɔ E p i t h e l i a lm e s e n c h y m a l t r a n s i t i o n ;B i o m a r k e r ;O r g a n f i b r o s i s ;T u m o r 上皮间质转化(e p i t h e l i a l m e s e n c h ym a l t r a n s i t i o n ,E MT )参与机体多个生理病理过程,尤其是在肝㊁肺㊁肾等器官纤维化㊁肿瘤侵袭与转移相关的E MT 成为了研究热点㊂体现了上皮细胞的可塑性㊂关于E MT 的研究多数是在某种特定条件刺激下进行的,主要判断依据为形态观察以及细胞标志物的检测,种类繁多而又缺乏可重复的特异性指标㊂那么这些不同条件刺激产生的E MT 之间有何异同,又有何内在联系?是否拥有共同的基础机制呢?想要解答这些问题,了解各型E MT 的分子标志物的变化情况,对于E MT 相关疾病的研究具有重要意义㊂1 E M T 概述E MT 是指上皮细胞通过特定程序向间质细胞转化的生物学过程㊂是由G r e e n b e r g 和H a y 在1982年首先发现的,他们在凝胶中培养的晶状体上皮细胞失去了极性,转变为具有伪足的间质样细胞,从而提出了E MT 的概念㊂随后的研究发现E MT 现象存在于人体多个生理和病理过程中,并依据E MT 的特定发生生物学环境㊁功能的不同及其对机体的不同影响将其大致分为3种类型[1]:Ⅰ型E MT 与胚胎发生㊁器官发育相关,一方面原始上皮细胞转化为间质细胞参与原肠胚形成和神经胚形成,另一方面通过与E MT 相反的间质上皮转化(m e s e n c h y a l e p i t h e l i a l t r a n s i t i o n ,M E T )过程产生次级上皮细胞,实现胚胎形成过程中细胞类型的多样化;Ⅱ型E MT 与创伤愈合㊁组织再生和器官纤维化相关,主要生物学作用是机体对创伤和炎症的应答,通过次级上皮细胞向成纤维细胞转化来修复组织损伤,一旦刺激消失,E MT 过程也随之停止,如果刺激持续存在,这一过程也将持续存在,最终导致器官纤维化;Ⅲ型E MT 与肿瘤侵袭和转移相关,是指与上皮细胞恶性肿瘤相关的表型转化,这类E MT发生于部分恶性肿瘤细胞中,肿瘤上皮细胞通过E MT 获得了很强侵袭和转移能力,随血流转移至不同部位,进一步通过M E T 过程形成上皮细胞的肿瘤转移灶㊂至今对3种类型E MT 的研究中所涉及的分子标志物多种多样㊁有异有同,以下就常见的分子标志物进行综述㊂2E M T分子标志物2.1细胞表面标志物近年来研究发现,E MT过程涉及多种钙黏蛋白表达水平的改变,被称为钙黏蛋白转换㊂E-钙黏蛋白是最经典的上皮细胞标志物,表达于上皮细胞中,在各型E MT过程中表达均下降,且E-钙黏蛋白的丢失可进一步促进E MT的发生[2]㊂N-钙黏蛋白是间质细胞标志物,表达于间质细胞㊁成纤维细胞㊁肿瘤细胞和神经组织中,在E MT过程中表达增加㊂这种钙黏蛋白由E-钙黏蛋白向N-钙黏蛋白的转换现象在胚胎发育与肿瘤进展研究中已经常被用于监测E MT进程[3-4]㊂E MT过程存在上皮细胞的重定位现象,是指上皮细胞从基底膜微环境转移到纤维性细胞外基质(e x t r a c e l l u l a rm a t r i x,E C M)中㊂而整合素对细胞和E C M的黏附起介导作用,E MT过程涉及不同类型整合素表达水平的改变(即整合素转换),通常反映了细胞与E C M相互作用的变化㊂由于整合素广泛表达于上皮细胞和间质细胞中,故其作为广泛的E MT分子标志物的实用性大打折扣㊂实际应用中,多以整合素特殊表达的方式发挥E MT分子标志物功能㊂如在直肠肿瘤中,只有发生了Ⅲ型E MT㊁具转移性表型的肿瘤细胞会高表达整合素β6,而正常上皮细胞和未转移肿瘤细胞均低表达整合素β6,此时整合素β6可以用作Ⅲ型E MT分子标志物㊂在原肠胚形成期间,Ⅰ型E MT与整合素α5β1(纤维连接蛋白受体)的早期表达相关㊂相似地,实验性肾纤维化研究发现Ⅱ型E MT与整合素α5表达上调有关㊂在肿瘤研究中发现,整合素α5可以直接被Z E B2上调表达,促进E MT,增强肿瘤细胞的转移潜[5]㊂以上提示了整合素α5参与3种类型的E MT过程㊂盘状结构域酪氨酸激酶受体-2(d i s c o i d i n d o m a i n r e c e p t o r t y r o s i n e k i n a s e2,D D R2)是另一个E MT标志物,它反映了细胞对E MT相关E C M微环境改变的适应性㊂根据D D R2所连接的胶原类型的不同,可介导基质金属蛋白酶(m a t r i x m e t a l l o p e p t i d a s e,MM P)表达水平和细胞能动性的改变[6]㊂在成熟组织中,D D R2的表达局限于成纤维细胞和血管平滑肌细胞,而D D R2在内皮细胞的早期表达与Ⅱ型E MT过程相关㊂肿瘤细胞中D D R2的表达与肿瘤侵袭能力增强有关,这证明了D D R2可以用于识别Ⅲ型E MT[7]㊂2.2细胞支架标志物成纤维细胞特异性蛋白1(f i b r o b l a s t s p e c i f i c p r o t e i n1,F S P1)属于钙结合蛋白质S100家族,是经典的成纤维细胞标志物,常用于检测Ⅱ型和Ⅲ型E MT过程[8-9]㊂在器官纤维化形成中,大部分发生Ⅱ型E MT的上皮细胞在转化早期即表达F S P1;同时在肝肾纤维化转基因小鼠研究中发现,1/3的F S P1+成纤维细胞是E MT来源的[9]㊂另外,在肿瘤模型中,转移性肿瘤细胞经常表达F S P1,提示F S P1表达参与Ⅲ型E MT分子进程[8]㊂在成熟上皮细胞和肿瘤细胞中,F S P1异常表达自身即具有促进E MT的作用[8-9]㊂对于胚胎发育,小鼠从E8.5开始表达F S P1,这一时期恰好是间质细胞第一次出现之后㊂由于F S P1的表达主要局限于过渡阶段的上皮细胞和成纤维细胞,而在原始间质细胞中不表达,因此F S P1在检测Ⅰ型E MT 方面的作用有限㊂中间丝波形蛋白一直以来是一个备受争议的E MT标志物㊂它表达于多种细胞中,包括成纤维细胞㊁内皮细胞㊁造血细胞和胶质细胞㊂在小鼠胚胎发育中,波形蛋白首先表达于E6.5-E7.0,并被用于原肠胚形成期的Ⅰ型E MT检测㊂但是,成熟的上皮细胞响应多种损害时均一过性表达波形蛋白,因此波形蛋白不能够用于Ⅱ型E MT的定位㊂与之相比,由于波形蛋白表达正相关于肿瘤侵袭性和转移能力,故常用于识别发生Ⅲ型E MT的肿瘤细胞[10]㊂α-平滑肌肌动蛋白(α-s m o o t h m u s c l ea c t i n,α-S MA)是6种肌动蛋白家族之一㊂在发育成熟的个体中,α-S MA显著表达于血管平滑肌细胞和肌性上皮细胞中㊂而在胚胎发育期,心内膜垫发育相关E MT是以α-S MA早期表达为标志的㊂器官纤维化相关的Ⅱ型E MT,同样有时与表达α-S MA的肌性成纤维细胞有关㊂虽然有部分同时表达α-S MA 和F S P1的细胞被公认为是肌性成纤维细胞,但是仍有大部分细胞仅仅表达α-S MA且与E MT来源的成纤维细胞大大不同㊂在肿瘤研究中,与α-S MA 相关的Ⅲ型E MT的证据局限于乳腺癌中,其中大量检测到α-S MA表达的是基层表型乳腺癌[11]㊂β连环素是一种细胞质斑蛋白,在E MT过程中扮演了双重角色:一方面它连接钙黏素到细胞支架上,另一方面它作为T细胞因子(T C F)/L E F的共转录激活剂参与调节E MT[12]㊂β连环素活化主要受细胞质中β连环素水平的调节,而β连环素与钙黏素结合或者泛素化降解均会影响其细胞质中水平[13]㊂在正常上皮细胞和未转移肿瘤细胞中,β连环素位于细胞膜上;而发生E MT的细胞中,β连环素定位于细胞质中(与E-钙黏蛋白分离的结果)或者细胞核中(发挥其转录激活剂作用)㊂β连环素已作为E MT标志物被广泛用于胚胎发育㊁肿瘤和器官纤维化等多项研究中[10]㊂2.3细胞外基质蛋白纤维连接蛋白是一种高分子糖蛋白,是纤维性E C M的支架㊂由于它是E C M 形成过程中最早出现的分子之一,故常被用于检测原肠胚形成㊁腭融合㊁神经胚形成时期的Ⅰ型E MT㊂尽管纤维连接蛋白是组织纤维化相关纤维性E C M 和肿瘤相关促结缔组织增生性间质的不可分割的组成部分,其作为Ⅱ型和Ⅲ型E MT标志物的实用性却有限,其中一部分原因是因为纤维连接蛋白可以由多种细胞产生,包括成纤维细胞㊁单核细胞㊁上皮细胞等㊂但是体外实验发现Ⅱ型和Ⅲ型E MT均与纤维连接蛋白高表达有关㊂Ⅳ型胶原㊁层连蛋白㊁巢蛋白㊁硫酸蛋白多糖等基底膜主要组成成分在E MT过程中表达均降低,其中层连蛋白是最稳定的E MT标志物㊂而关于E MT的研究大部分集中在层连蛋白1(α1β1γ1)上,它在着床前胚胎早期发育期即开始存在,而其丢失标志着Ⅰ型E MT的发生[14]㊂体外实验发现Ⅰ型和Ⅱ型E MT与层连蛋白1的表达下调有关;体内实验亦证明Ⅰ型和Ⅱ型E MT与层连蛋白1的破坏㊁丢失有关[11]㊂与之相比,层连蛋白5(α3β3γ2)表达上调与Ⅱ型㊁Ⅲ型E MT相关㊂有研究发现层连蛋白5非连续黏连方式与转移性肿瘤相关;在肺癌[15]㊁导管型乳腺癌[16]㊁口腔鳞状细胞癌[17]中均发现Ⅲ型E MT与层连蛋白5的表达相关㊂相似地,层连蛋白5参与构成了特发性肺纤维化患者纤维性E C M[18]㊂而层连蛋白5与Ⅰ型E MT的关系至今未有报道㊂2.4转录因子 S n a i l是最广为人知的E-钙黏蛋白抑制基因,但是它也通过其他方式参与调控E MT 过程,比如增强间质细胞/成纤维细胞标志物表达(纤维连接蛋白㊁玻连蛋白),减弱多种上皮细胞标志物表达(紧密连接蛋白㊁封闭蛋白㊁细胞角蛋白),通过抑制细胞周期蛋白D㊁周期素依赖性激酶4而抑制细胞增殖,增强MM P的表达,通过抑制凋亡蛋白酶㊁D N A片段化因子㊁b c l相关死亡激动剂的表达对细胞死亡起到保护作用㊂S n a i l转录活性调节是通过控制其亚细胞定位来实现的,即S n a i l磷酸化后会从细胞核向细胞质输出,从而丢失了其作为转录因子的功能㊂S n a i l信号通路参与介导损伤修复所致肺泡上皮Ⅱ型E MT过程[19]㊂在人肾组织活检中发现纤维化的发生与S n a i l1高表达相关,激活三苯氧胺诱导的S n a i l1转基因小鼠表达S n a i l基因,会诱发Ⅱ型E MT并最终导致肾纤维化㊂T w i s t是一个碱性螺旋-环-螺旋蛋白,在细胞谱系决定和细胞分化时激活转录㊂在早期胚胎形成[20]㊁组织纤维化发生[21]㊁肿瘤形成与转移[22]时表达上调㊂在转移性肿瘤细胞发生Ⅲ型E MT的过程中,T w i s t可不依赖S n a i l单独发挥抑制E-钙黏蛋白表达而增强纤维连接蛋白和N-钙黏蛋白表达的作用㊂叉头框蛋白C2(F o r k h e a db o xC2,F O X C2)是另一种具有多效E MT诱导作用的转录因子㊂在胚胎发育中,F O X C2表达广泛,参与血管生成㊁肌肉生成和心㊁肾㊁泌尿道器官形成[23]㊂研究发现F O X C2也表达于导管型乳腺癌和转移性乳腺癌细胞系,而过表达T G F-β1㊁S n a i l㊁T w i s t或G o o s e c o i d等任何一种E MT诱导剂,均会增加F O X C2的表达,过表达F O X C2同样可以诱导E MT发生,这提示了F O X C2在Ⅲ型E MT中发挥重要作用㊂至于F O X C2在胚胎发育相关E MT和组织纤维化相关E MT中的作用至今未有报道㊂3肺纤维化中的E M T分子标志物E MT在肺部疾病中作用的研究早期主要集中在肺癌相关E MT的研究,而近年来2型E MT参与肺纤维化过程的研究成为了热点㊂大量研究证明, E MT通过促进上皮细胞向成纤维细胞分化,参与成纤维细胞/肌成纤维细胞灶的构成,参与肺纤维化过程㊂E MT分子标志物同样是肺纤维化过程中E MT的主要检测手段㊂尤其在体内实验中,由于炎症及修复过程会破坏多种分子标志物,对E MT 的检测更为困难㊂在此介绍体内实验中判定E MT 存在的主要标准:①使用上皮细胞报告基因对新生成纤维细胞进行示踪检测[24];②邻近破损基底膜的上皮细胞表达F S P1蛋白;③部分F S P1+上皮细胞Ⅰ型胶原蛋白表达量增加;④E-钙黏蛋白㊁角蛋白㊁Z O-1丢失⑤晚期可见α-S MA表达增加㊂4展望多种分子标志物在三型E MT中表现出相同的变化规律,包括细胞表面蛋白㊁细胞骨架蛋白㊁细胞外基质蛋白㊁转录因子的改变㊂这提示了三型E MT 过程可能拥有一个共同的基础机制,为E MT机制研究及E MT过程相关器官纤维化㊁肿瘤转移等疾病研究提供了更多途径和手段㊂。
