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骨桥蛋白与肿瘤关系研究进展

首席医学网      2009年05月18日 17:45:42 Monday  
 
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作者:李婷 周建华    作者单位:中南大学基础医学院(410078) 湖南省自然科学基金(06JJ2098)

【关键词】  骨桥蛋白 肿瘤

骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是一富含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列的磷酸化糖蛋白,广泛分布于人体组织中且具有多种功能。它在骨组织的矿化与重建、动脉硬化、抗感染、免疫调节、缺血-再灌注损伤、信号转导等过程中发挥重要的作用[1,2] 。近年来,OPN在肿瘤发生发展中的作用受到人们的关注。本文就骨桥蛋白的生化特点及其在肿瘤发生发展中的作用综述如下。

    1  OPN的分子结构

    1979年,Senger等[3]首次在恶性转化的上皮细胞株中发现了骨桥蛋白, 称之为转化相关性磷酸蛋白。1986年, Franzen等[4]从骨组织中分离出一种磷蛋白, 其特性与Senger等发现的磷蛋白相似,因其具有连接骨细胞和骨细胞外基质的功能,最终被命名为骨桥蛋白。

    OPN属于小整合素结合配体N 端联结糖蛋白家族( small integrin binding ligand , N-linked glycoproteins , SIBLING) 中的一员, OPN及其相关亚基的相对分子质量约为41 kD~75 kD[2]。

    人类OPN基因定位于4q13,是一个独立编码基因,由7个外显子和6个内含子组成。已经发现, 其外显子有3个单核苷酸多态性(SNPs)区域,其中2个分别位于6号和7号外显子,另一个位于7号外显子翻译区。人的OPN 分子一般由信号肽序列、7个~10个连续ASP序列、GRGDS(甘氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸) 结构域、

    α9β1、α4β1 结构域和肝素结合结构域构成。OPN分子富含天门冬氨酸和丝氨酸残基,其组分包括30个单糖和10个唾液酸基[5],N端的多聚天门冬氨酸残基使OPN呈酸性。分子中部的区域对多种蛋白酶尤其是凝血酶高度敏感,此处把OPN分子分开成为两个功能区, 包括GRGDS 区在内的N 端片段经磷酸化后可以和胞外基质的整合素受体结合, 尤其是对整合素αvβ3 (在恶性肿瘤中表达异常丰富) 和αvβ5(广泛存在于正常组织)特异性较强;C端片段和黏附分子CD44结合。另外在RGD片段和CD44结合位点之间含有整合素β1识别位点SVVYGLR[5],整合素β1可能作为OPN的受体将其同整合素α链结合诱导细胞迁移,它还可以和CD44协同作为细胞膜表面的OPN受体。

    2  OPN的表达与调控

    OPN可表达于人类不同组织中,如骨、肾、肺、肝、膀胱、胰腺、乳腺、睾丸、脑和骨髓等。而许多不同类型的细胞也均能表达OPN,如骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞、神经细胞、上皮细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞(SMC)、活化的T 细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞(NK)亚群;OPN也存在于正常体液里,如血清、乳汁、尿液。

    OPN具有组织特异性和细胞特异性,受到多种激素和细胞因子的调节。①激素: 17β-雌二醇和孕酮都能诱导OPN的产生,并抑制SMC分泌OPN;维生素D3通过OPN启动子的VDRE应答元件刺激OPN基因转录;维生素E能抑制大鼠肾OPN mRNA表达。②细胞因子:表皮生长因子( EGF)能通过磷脂酰肌醇-3激酶(PI-3K)信号途径,增加OPN mRNA及蛋白质的表达,PI-3K的特异性抑制剂能引起EGF诱导的OPN表达明显减少[6];白细胞介素-1(IL-1)能上调大鼠新月体型肾小球肾炎表达OPN,并调节成骨细胞表达OPN mRNA;肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血小板源性生长因子(PDGF)也能上调OPN。③其他:低氧能刺激OPN mRNA转录水平及OPN的产生;高浓度的葡萄糖能上调OPN的表达。

    3  OPN的细胞信号转导

    目前,OPN的信号转导通路尚未完全阐明,但有研究发现其主要通过与整合素受体αvβ3和CD44结合后启动信号转导级联反应。

    3.1  OPN通过与整合素结合发挥作用

    整合素是OPN的受体,是细胞表面的一类膜表面受体糖蛋白,由α和β亚单位构成异源双聚体,含有RGD序列,可将细胞外基质和细胞骨架结合起来,影响细胞黏附和信号转导。与OPN 作用相关的整合素主要有αvβ3、αvβ1、αvβ5、α9β1、α4β1等,其中最具特征的是αvβ3。研究结果表明,OPN与αvβ3 整合素的结合能诱导肿瘤细胞中磷脂酰肌醇-3激酶(PI-3K)/蛋白激酶B (AKt)依赖的核因子-κB(NF-κB)的激活和尿激酶型纤溶酶原激活物 (uPA)的分泌,也能通过IκB激酶(IKK)/细胞外信号调节激酶(ERK)途径诱导核因子诱导激酶(NIK)依赖的NF-κB的激活,刺激uPA依赖的MMP-9的活化[7]。Chakraborty G等研究OPN在乳腺癌中的作用机制中发现,OPN与整合素受体αvβ3作用,刺激依赖乳腺癌激酶(Brk)/核因子诱导激酶(NIK)的NF-κB激活,从而启动依赖血管内皮生长因子(VEGF)的肿瘤的发生和新生血管生成。同时还证明了Brk的激活与PI-3K/ c-Src无关[8]。

    3.2.  OPN通过与细胞表面CD44结合发挥作用

    CD44分子是一种胯膜糖蛋白,介导细胞与基质、细胞与细胞间的相互作用。透明质酸(hyaluronicacid , HA)是其主要配体,但其他的细胞外基质如OPN也可与CD44结合。人类CD44基因根据外显子的表达方式不同可分为标准型CD44 (CD44S) ,即仅含组成型外显子的CD44转录子;和拼接CD44(CD44V),为10个变异体外显子的选择性拼接。人多种肿瘤细胞表面存在CD44S和CD44V表达的上调,其中V6~V10剪接体在肿瘤细胞中表达频率较高。某些CD44的变异剪接体, 如CD44V6 ,已作为肝细胞癌、乳腺癌、结直肠癌及胃部肿瘤转移标志之一。

    CD44是OPN的受体,二者的相互作用是非RGD依赖的。OPN与CD44结合可引起CD44依赖的化学趋化性增高, 通过磷脂酶C-γ(PLC-γ)/蛋白激酶C(PKC)/PI-3K/Akt信号途径,而引起抗凋亡、黏附等作用。OPN与CD44相互作用,通过Rac介导的通路增强H-Ras-V12转化细胞的肿瘤的发生。而使用CD44阻断剂可抵抗这一作用[9]。在乳腺癌细胞中,OPN与CD44作用还可以诱导整合素αLβ2 (LFA-1)和α4β1(VLA-4)的表达,增强整合素介导的细胞粘附和迁移[10]。

    4  OPN在肿瘤发展与转移中的作用

    大量研究证实,OPN在许多人类肿瘤组织中表达增高, 如肝癌、胃癌、宫颈癌[11~13]等。OPN在肿瘤发展、转移中的作用主要表现在以下几方面。

    4.1  促进细胞趋化、黏附和迁移

    OPN是一个重要趋化因子,是肿瘤进展的启动因子,是各类肿瘤预后不良的指标[7]。OPN能引起巨噬细胞、T细胞和树突状细胞的趋化和迁移,OPN诱导乳房上皮细胞移行依赖细胞表面的整合素受体与之结合而引发,同时还需要多种生长因子受体激活的协同作用,如肝细胞生长因子受体,表皮生长因子受体等[14]。

    4.2  促进细胞外基质降解

    Gong M等[15]用OPN小干扰RNA(siRNA )分别瞬时、稳定转染胃癌细胞株BGC-823,与未转染组和空白质粒组比较,转染组OPN表达下调。进一步实验证明OPN表达下调可以降低MMP2和uPA的表达从而减弱细胞外基质降解,抑制胃癌的生长、浸润和转移能力。

    4.3  促进新生血管形成

    Cui R等[16]用OPN基因稳定转染人类肺癌细胞株SBC-3,并分别将转染组与非转染组细胞注入裸鼠体内,结果转染组显著增加裸鼠体内肿瘤增长及新生血管形成。Tang等[17]用OPN siRNA转染胃癌细胞株SGC7901,使OPN表达下调。同时将转染细胞注入裸鼠体内,经微血管密度分析发现转染组微血管密度远远低于未转染组,表明OPN可以促进新生血管形成。

    4.4  抑制细胞凋亡

    OPN可以抑制鼠前B细胞系BA/F3细胞凋亡,其机制为PI-3K/AKt通路的激活[18]。OPN还可以抑制Ⅰ型胶原介导的黑色素细胞凋亡。同时在很多黑色素瘤细胞系如:A375,Bro,IFB等实验中也证实了OPN具有抗凋亡作用[19]。Lee等研究发现,OPN通过与CD44V作用抑制肠癌HT29细胞凋亡,二者的作用依赖于Src的激活[20]。

    4.5  OPN与肿瘤侵袭

    Wong等[21]对72例非分化型鼻咽癌患者接受放疗前血清OPN水平检测证实,非分化型鼻咽癌组平均为184.66 μg/L, 远高于正常组的75.89 μg/L, 且OPN水平与患者临床病理分级及颈部淋巴结转移相关。Allan等[22]在体外将转染了野生型OPN基因的乳腺癌细胞种植于裸鼠后发现其淋巴管浸润、淋巴结转移及肺转移明显增加。Suzuki M 等[23]在乳腺癌转移细胞株(M-4A4LM3-2)中导入反义OPN cDNA导致此细胞株转移能力大大下降。相反,在乳腺癌非转移细胞株(NM-2C5)中导入OPN cDNA发现肺和淋巴结转移。大量研究发现, OPN与肿瘤的发生、发展关系密切, 在肿瘤的复发与转移中起重要作用。

    5  结论

    目前,有关OPN在肿瘤转移过程中的作用机制及相关的信号传导途径的研究还不是很广泛,从OPN受体的激活、信号转导到最终导致细胞内基因表达改变,参与的调节因子以及诸多细节仍不十分清楚。但是,OPN作为一个临床肿瘤筛查、监测肿瘤复发、判断患者预后的良好指标已成共识。一些学者对肠癌、胰腺癌、卵巢癌、肺癌、肝癌等肿瘤患者血浆OPN水平的分析也显示了OPN作为新的肿瘤标记物的潜在价值。总之,深入研究OPN与肿瘤发生和转移的机制,可以为临床上肿瘤筛查、判断预后提供新的思路,也为抗肿瘤药物的开发提供了新的切入点。

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