趋化因子CXCL12及其受体CXCR4、CXCR7与肿瘤的生物学行为

趋化因子CXCL12及其受体CXCR4、CXCR7与肿瘤的生物学行为

金栋;王琦

【摘 要】@@ 近年来研究表明CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴在多个肿瘤生物学行为中起着重要作用.本文旨在综述CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴的生物学特性及其在肿瘤生物学行为中的重要作用,进而探讨其研究趋势和应用前景.

【期刊名称】《宁夏医科大学学报》

【年(卷),期】2010(032)008

【总页数】4页(P936-939)

【关键词】CXCL12;CXCR4;CXCR7;肿瘤

【作 者】金栋;王琦

【作者单位】宁夏医科大学研究生学院,银川,750004;宁夏医科大学附属医院肝胆外科,银川,750004

【正文语种】中 文

【中图分类】R730.231

近年来研究表明CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴在多个肿瘤生物学行为中起着重要作用。本文旨在综述CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴的生物学特性及其在肿瘤生物学行为中的重要作用，进而探讨其研究趋势和应用前景。

1 CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴的结构和生物特性

CXCL12又称基质细胞衍生因子1(stromal cell－derived factor1，SDF－1)或前B细胞刺激因子(pre－B cell stimulatory factor，PBSF)，将其归属于 CXC亚家族，系统命名为CXCL12，1988年首先由日本学者 Nishikawa等［1］通过基因单克隆技术获得。CXCL12最初由Nagasawa等［2］通过信号序列捕集方法在P6系小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中发现，被认为是B系祖细胞生长因子。通过克隆表达方法分离到它的cDNA长1776bp，其非编码区富含A+T序列，编码区仅含有一个267bp核苷酸序列，含有89个氨基酸残基多肽，CXCL12的N－端氨基酸残基是与CXCR4相互作用的关键区域。人的CXCL12基因目前定位已明确，不同于其他趋化因子基因位于4号、17号染色体，而CXCL12基因位于10号染色体长臂。SDF－1因蛋白质不同部位水解造成两种亚型SDF－1α和SDF－1β，分别含89和93个氨基酸残基。与其他趋化因子有一个最大的区别，就是CXCL12由基质细胞持续产生，为持续表达性趋化因子无病原体侵入时在体内就有稳定表达，而不是由炎症等因素诱导表达，其广泛地表达于多种细胞和组织中，包括免疫细胞、脑、心脏、肾、肝、肺和脾等。

CXCR4是一个编码352个氨基酸且高度保守的G蛋白耦联7次跨膜蛋白受体，属G蛋白偶联受体超家族。其编码基因位于染色体2q21，有1个胞外的N端，3个胞内环，3个胞外环和1个胞内的C端，N－端及胞外环与CXCL12都具有较高的亲和力。C端位于胞浆内，有Ser/Thr位点，与受体配体结合无关，但直接参与信号转导［3］。CXCR4不仅表达于细胞表面，而且可以在胞浆中检测到，其主要功能性表达的细胞为嗜中性细胞和单核－巨噬细胞。对CXCR4的初期研究集中在HIV感染方面所起重要作用，近期研究提示该受体在肿瘤方面也取得了不可忽视的重要作用。 CXCR7最初从狗的甲状腺cDNA库中克隆得到，起初命名为狗受体基因

1(Receptor Dog cDNA1，RDC1)［4］，随后RDC1被命名为孤儿受体或清道夫受体。最近Burns JM等［5］在研究CXCR4基因被敲除小鼠的第13天胚胎时，意外地发现其胎肝细胞仍然能结合CXCL12，通过一系列的研究发现这个能够与CXCL12结合的新位点是其基因早已被克隆出的，一直被当作孤儿受体的RDC1，并将其重新命名为CXCR7。RDC1与CXCR2有33%的同源性，与CXCR4有31%的同源性，根据染色体图谱其基因定位于鼠的1号染色体和人的2号染色体，而此区域正是编码CXCR1、CXCR2、CXCR4 的区域［6－7］。与其他趋化因子受体一样 CXCR7也是细胞膜表面七次跨膜受体，属G－蛋白偶联受体(G－protein

coupled receptor，GPCR)家族。CXCR7主要表达于许多肿瘤细胞系、活化的内皮细胞及胎肝细胞 ，其它细胞很少表达。进一步研究发现CXCR7主要表达于转化细胞表面而在大多数正常细胞表面不表达，随后通过Northern分析发现，虽然这些细胞表面不表达CXCR7分子，但其细胞内却表达 CXCR7mRNA［5］。

历来认为，CXCL12是通过与CXCR4这个唯一的受体结合来调控生物学功能的，但最近研究发现新趋化因子受体CXCR7它能够与CXCL12结合发挥生物学作用，从而打破了CXCL12只能与CXCR4受体结合这一传统观点，为趋化因子及其受体的研究开辟了新的空间［5，8］。CXCR7除了能够与CXCL12具有高亲和力结合外，还能与另外一个趋化因子CXCL11结合，以前的研究表明CXCL11、CXCL9和CXCL10这三个趋化因子只能与趋化因子受体CXCR3结合。通过文献学习［5，8－12］发现 CXCL12/CXCR4、CXCL12/CXCR7轴的生物学特性如图1。

图1 CXCL12信号传递通路

2 CXCR12/CXCR4轴对肿瘤中生物学行为的影响

研究表明CXCL12/CXCR4生物学轴对肿瘤的影响是多方面的，在多种肿瘤的发生、发展和转移过程中发挥重要作用［13］，包括乳腺癌、神经胶质细胞瘤、直结肠癌、前列腺癌、黑色素瘤、肾细胞癌、卵巢癌、小细胞肺癌等。已有大量文献报道CXCL12/CXCR4轴在肿瘤细胞的增殖、黏附、迁移、侵袭、转移等生物学行为中发挥着重要的作用。2001年Muller等首先报道，人乳腺癌细胞系高表达趋化因子受体CXCR4及CCR7，乳腺癌原发灶及转移灶高表达CXCL12及CXCL11，乳腺癌最常见的转移部位如淋巴结、肺、肝脏和骨髓也高水平地表达CXCL12和CCL21，从而证明了CXCL12/CXCR4轴在乳腺癌转移中的作用，因此Muller等认为CXCL12/CXCR4是趋化乳腺癌转移的调控者。Phillips等［14］证实了CXCL12/CXCR4生物轴在非小细胞肺癌器官特异性转移中的重要作用。该研究在基因和蛋白水平上检测到非小细胞肺癌肿瘤组织和肺癌细胞系(A549和CALV21)中均高表达CXCR4，并发现CXCR4在非小细胞肺癌细胞系中具有功能性。通过裸鼠接种A549肺癌细胞系建立肺癌转移动物模型发现，非小细胞肺癌好发转移部位如肾上腺、肝、肺和骨髓中CXCL12高表达，而肺癌转移灶中高表达CXCR4。另外实验发现CXCL12的缺失可显著抑制非小细胞肺癌的转移，但对原发肿瘤的大小和血管生成无明显影响。该实验说明CXCL12/CXCR4生物轴在非小细胞肺癌器官特异性转移中起着关键指挥作用，并为未来的靶向治疗提供了有力的证据。迄今为止，CXCL12/CXCR4生物轴在诸如乳腺癌、小细胞肺癌、前列腺癌等一系列肿瘤转移中的作用已在研究中得到证实。

Barbero等［15］发现CXCR4与其受体CXCL12结合可以活化ERK1/2和AKT信号通路，诱导胶质瘤细胞增殖 。CXCL12诱导肿瘤细胞增殖是通过自分泌和旁分泌方式实现。CXCL12/CXCR4可以活化抗凋亡通路，并且间接调节肿瘤细胞黏附从而抑制药物的促凋亡作用。例如，CXCL12/CXCR4可以活化血管内皮细胞表面的整合素α4，进而保护上皮性卵巢癌中浆细胞性树突状细胞的凋亡［16］。研究还发现，CXCR4介导小细胞肺癌黏附于骨髓基质细胞，从而抑制依托泊苷诱导肺癌细胞凋亡的作用，而这一作用可以被CXCR4特异性抑制剂以及整合素α4阻断剂所拮抗［17－18］。目前认为CXCR4信号可调节细胞表面黏附分子的功能，但黏附分子也影响CXCR4表达，黏附分子激活增加 CXCR4 的表达，二者相互促进［17，19－20］。

Taichan等［21］研究发现，CXCR4在正常前列腺组织中低表达，但在前列腺癌组织中高表达。前列腺癌细胞上CXCR4与CXCL12结合，其体外黏附、迁移和侵袭能力增强，导致前列腺癌骨转移，而CXCR4抗体或合成抑制剂可以阻止这种迁移和侵袭。其机制可能是CXCR4通过与其配体CXCL12的相互作用，诱导细胞骨架的重排，引起细胞内肌动蛋白的聚合和伪足的形成，从而调节细胞的运动和迁移，CXCL12/CXCR 4表达水平的高低决定着肿瘤细胞迁移能力的强弱，其高表达可增强肿瘤细胞的迁移能力。Brunn等［22］发现原发性中枢神经系统淋巴瘤的瘤细胞均表达CXCL12和CXCR4等数种趋化因子和相应受体，这些细胞因子及其受体加速了肿瘤细胞穿透血脑屏障和颅内播散的进程。CXCR4与CXCL12结合后，可直接导致肿瘤细胞的迁移，穿透内皮细胞、骨髓基质、单层纤维母细胞而侵袭生长。Sutton等［23］证实CXCL12刺激人肝癌细胞生长、迁移和侵袭，而CXCL12与CXCR4的结合可引起肝癌细胞内骨架蛋白的聚合与再分布，增强癌细胞的迁移和侵袭。

3 CXCR12/CXCR7轴对肿瘤中生物学行为的影响

已有文献报道［5］CXCR7在肿瘤的发生发展中具有潜在作用。Miao Z等［24］研究发现CXCR7能够促进乳腺肿瘤、肺肿瘤的生长以及在免疫缺陷的癌症小鼠模型上促进肺转移，并且利用免疫组织化学方法证实在人乳腺癌及肺癌中CXCR7高表达，肿瘤血管内皮细胞也高表达CXCR7，但不表达于正常血管。Orimo等［25］研究表明，从人乳腺癌中分离的肿瘤相关性成纤维细胞，较从同一患者正常乳腺部位分离的成纤维细胞，能显著地促进乳腺肿瘤细胞的生长，原因是其分泌的CXCL12与其受体结合后刺激肿瘤细胞增殖。所有这些都表明CXCL12/CXCR7轴可能在乳腺癌发生发展过程中起着重要作用。

Karl Balabanian等人将CXCR7基因导入T细胞并表达于细胞膜表面，通过竞争结合试验证实，CXCR7和CXCL12之间有高度亲合力。CXCL12通过与CXCR7的结合可以提高CXCR7的内摄作用。而受体内摄是趋化因子传递信号的一种常见形式。在体外试验中，还发现CXCL12可趋化CXCR7阳性细胞的迁移。最近的研究发现［11］CXCR7在人类前列腺癌细胞系中高表达，并且通过组织芯片免疫组织化学的方法证实CXCR7蛋白在前列腺癌组织和许多高转移性肿瘤中高表达。此外在已建立的前列腺癌细胞系中，发现CXCR7能够促进肿瘤细胞增殖、黏附、趋化性和促血管生成以及抑制凋亡，这一系列过程可能是CXCR7信号通过激活AKT途径刺激上游CXCL12来完成的。另外他们还利用免疫组织化学方法证实在前列腺癌中CXCR7的表达与AKT途径的活化有关。进一步研究发现在前列腺癌细胞系中CXCR7可以影响与肿瘤侵袭性有关的一些分子物质的表达，比如 CD44、钙黏蛋白 －11、IL －8、VEGF、TGF －β。Burns JM等［5］发现CXCR7与其它趋化因子受体不同的是，当配体活化CXCR7并不引起细胞内钙流的变化，也不引起细胞迁移，因此他们提出CXCR7的信号转导通路有别于其他CXCRs典型的G－蛋白偶联受体机制来完成其信号传递过程。在体外CXCR7具有促进细胞存活和黏附的作用，但对细胞增殖无影响。他们经过一系列的实验研究筛选出了CXCR7的2个拮抗剂即CCX754和CCX451，并将表达CXCR7的肿瘤细胞接种至小鼠，同时给予拮抗剂CCX754处理后结果显示，接受拮抗剂处理组的小鼠肿瘤生长速度明显低于对照组小鼠，从而提示CXCR7具有促进肿瘤生长的作用。也有发现CXCR7与Kaposi’s肉瘤的发生、发展具有一定联系［26］。Iwakiri等［27］选用 127 例非小细胞肺癌患者外科术后标本，研究发现CXCR7mRNA的高表达与术后转移复发及病理I期非小细胞肺癌的低无瘤生存率有关，但在5年总生存率中没有意义。Meijer等［28］发现CXCR7能够影响细胞增殖、凋亡和趋化性。