前列腺癌组织中血管生成拟态形成的分子通路研究进展
文章导读:血管生成拟态(vasculogenic mimicry,VM)是近年来发现的一种肿瘤血液供应的新方式,随着研究的深入,正受到越来越多的关注。前列腺癌组织中亦发现有VM的存在,其形成可能与通路HIF-1α→VEGFα→EphA2→MMPs→Laminin5γ2→VM有关。本文综述了近几年国内外对该通路中相关因子的研究进展,为下一步前列腺癌VM的基础研究提供思路。 |
前列腺癌是一种常见的男性泌尿生殖系统恶性肿瘤,已成为危害男性健康的重大疾病。前列腺癌可引起类似于男性泌尿系统梗阻、刺激等临床不适,也可因骨转移造成转移灶骨痛、病理学骨折,甚至出现压迫脊髓而发生下肢瘫痪等症状。而前列腺癌的治疗则可能会导致患者性功能障碍,前列腺癌放射治疗(外照射及近距离治疗)对性功能均有不同程度的损害,前列腺癌根治术可能损伤勃起相关神经、血管和平滑肌,从而导致勃起功能障碍,严重影响患者的生活质量。目前关于前列腺癌的发病机制尚不完全清楚。长期以来,内皮依赖性血管(edothelium dependent vessel,EDV)一直被认为是肿瘤获得血液供应的唯一途径,但近年来在肿瘤血管生成上有了新的发现,某些高度恶性的肿瘤细胞可以模拟EDV的结构形成一种新的血液供应模式,称为“血管生成拟态”。VM是肿瘤(特别是早期肿瘤)血液供应的主要途径,其发现充实了已有的肿瘤血液供给理论,构成了三阶段式的肿瘤血供模式,其中第一阶段为形成VM微循环通道,第二阶段为内皮细胞长入肿瘤细胞之间形成马赛克血管,第三阶段则是进一步成熟为EDV。VM普遍存在于前列腺癌组织中,通过这种类似血管的通道,能持续的提供营养物质促进肿瘤细胞生长,是肿瘤发生侵袭与转移的重要原因。前列腺癌组织中VM形成的通路逐步成为研究重点。研究表明,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可通过缺氧诱导因子1α(hypoxiainduciblefactor-1α,HIF-1α)→VEGFα→上皮细胞激酶-2(erythropoietin-producing human hepatocelluar A2,EphA2)→基质金属蛋白酶家族(Mateixmetalloproteinases,MMPs)→层粘连蛋白5γ2 (laminin5γ2,LN-5γ2)→VM路径诱导肿瘤细胞形成VM,尤其在生殖系肿瘤当中,VEGF的表达程度与VM形成密切相关。在前列腺癌的发展进程中,HIF-1α作为通路起始分子,对VM有显著诱导作用,能直接调控VEGF,后者的表达对VM的形成具有重要意义,二者相互作用是启动VM的关键。EphA2在VEGF的作用下被活化,活化后的EphA2可结合并激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase,PI3K),后者能通过调控MMps的表达,降解细胞外基质,降解后产物能促进VM的形成,参与肿瘤细胞的侵袭与转移。因此前列腺癌VM的形成与通路HIF-1α→VEGFα→EphA2→MMPs→Laminin-5γ2→VM有关,以下是对该通路中各相关因子近年来的研究进展进行综述。
1 VEGF
VEGF属于血小板源生长因子(platelet derived growth factor,PDGF)家族,有刺激血管内皮细胞增殖、增加血管通透性、改变细胞外基质等生物学作用。VEGF-A即是通常所称的VEGF,因为VEGF-A是祖内皮细胞分化和新生血管形成的重要调控因子。VEGF-A过表达于人类多种肿瘤中,它与细胞膜酪氨酸受体结合后通过信号级联反应,使下游蛋白如PI3K,有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activited protein kinase,MAPK)等被激活,介导相应的生物学功能,致使肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。VEGF几乎影响了血管发生的所有过程,它不仅能够促进血管内皮细胞的增殖,还能抑制其凋亡。研究表明,VEGF可促进血管新生,而抑制VEGF也会抑制血管生成。VEGF通过作用于内皮细胞,可促进一氧化氮的释放,舒张血管;通过上调MMps表达,减少金属蛋白酶抑制剂的释放;分解内皮细胞间紧密连接,提高血管的通透性。近年来关于VEGF与VM的关系有大量研究。在三维培养中,经VEGF-A干预后的卵巢癌细胞能形成典型的管道结构。VEGF也是骨肉瘤细胞形成VM的关键影响因素,只有高表达VEGF的细胞才有形成VM的潜能。临床研究显示,几乎全部子宫内膜癌细胞VEGF均表达阳性,证明内皮细胞表型可被子宫内膜癌细胞模拟表达出来,肿瘤细胞这种模拟的特性是其形成VM的物质基础。另一个研究表明,在加入外源性的VEGF-A后,卵巢癌细胞VM形成能力显著加强。VEGF是前列腺癌发生和进展的重要因子,其过度表达可能在前列腺癌的骨转移中起重要作用。VEGF高表达于前列腺癌组织,通过促进VM及微血管生成,可以为癌组织的持续及进行性生长提供充足的营养物质。Harper等研究发现绝大多数前列腺癌组织VEGF呈阳性表达,且其表达强度与肿瘤恶化程度正相关。非恶性病变前列腺组织中VEGF阳性表达率显著低于前列腺癌组织。
2 HIF-1
细胞缺氧时可产生一种特异性核蛋白HIF-1,它与靶基因结合后可激活包括VEGF等在内血管形成诱导因子基因,参与肿瘤对缺氧的耐受和侵入与转移。HIF-1α是HIF-1的主要异二聚体亚单位,通过与一种特异的VEGF的DNA低氧性应答物质连接,诱导包含VEGF等在内的多种生物活性因子的表达,从而影响肿瘤的血管形成。HIF-1α是细胞耐受缺氧的关键性转录调控因子,参与缺氧条件下肿瘤恶化的初始步骤,可直接导致肿瘤VM的形成,其形成主要有2个途径:(1)调控EphA2\PI3K\MMPs信号途径影响VM形成。(2)通过PI3K\AKT\mTOR信号通路调节VM的形成。研究发现在13种肿瘤组织中HIF-1α蛋白表达明显增高,在部分组织的癌前病变及肿瘤远处转移灶中HIF- 1α蛋白也有不同程度增高,而正常组织及良性病变中未发现HIF-1α的过度表达。肺癌中高表达HIF-1α是VM形成的重要原因之一。HIF-1α高表达率也与原发性胆囊癌VM的形成密切相关。HIF-1在缺氧条件下,能特异性地与缺氧基因启动子或增强子的缺氧反应元件结合,通过转录调控,最终导致黑色素瘤血管VM的形成。HIF-1α是前列腺肿瘤的发生和进展的重要参与因子之一。有学者研究34例前列腺癌标本,结果显示HIF-1α在90%以上的癌组织标本中呈强阳性表达,显著高于良性前列腺增生和正常组织。另一个研究显示,HIF-1α表达率在高级别前列腺上皮内瘤变损害区域中为78%,而正常组织、前列腺增生组织表达率则较低。HIF-1α在前列腺癌组织中呈过度表达状态,其与肿瘤临床分期密切相关,而且沉默HIF-1α基因能增强多西紫杉醇(docetaxel,DTX)对前列腺癌PC-3细胞的生长抑制作用。相比于正常前列腺组织和良性增生前列腺组织,HIF-1α在前列腺癌组织中明显拥有更加高的阳性表达率,并且与前列腺癌的分期有关,前列腺癌组织中HIF-1α与VEGF表达呈正相关。HIF-1α在前列腺癌骨转移的病例也发现有明显上调。
3 EphA2
Eph受体分布广泛,结构上高度保守,是受体酪氨酸激酶家族中最大的分支,参与肿瘤的生成与进展。EphA和EphB两个亚族共同组成Eph受体,其中前者包括8个成员,EphA2是其中第二个,1990年Lindberg等从人角化上皮细胞DNA文库中筛选获得EphA2,其是该亚族成员首先被发现有酪氨酸激酶活性的基因。EphA2广泛表达于肺脏、卵巢组织等人类上皮来源的细胞,功能包括胚胎发育的调控、细胞增殖和迁移以及血管生成。EphA2的过表达可导致正常组织恶化转变,并且能增强肿瘤细胞的侵袭能力,致使肿瘤的侵润、转移。EphA2在乳腺癌、结肠癌、前列腺癌等许多肿瘤组织中均呈高表达状态。EphA2是VM形成的关键因子之一,国内研究发现膀胱移行细胞癌EphA2表达阳性率明显高于正常膀胱黏膜组织,与EphA2有关VM也被证实存在于中低分化膀胱癌。在有VM存在的肝细胞肝癌组织中EphA2蛋白表达显著高于无VM存在的肝细胞肝癌组织,显示出EphA2在VM形成过程中的重要地位。EphA2是前列腺癌发生、发展过程中重要因子,EphA2在恶性前列腺癌及转移病例中表达最强,且其表达与癌症分级、分期及转移相关,其过表达可能介导了某些致癌信号级联反应,并形成某种反馈循环,导致其蛋白表达维持于高水平状态,最终导致肿瘤进一步恶化。
4 MMPs
MMPs是一类能降解细胞外基质蛋白并含锌原子的内切蛋白水解酶,与肿瘤的侵袭、转移和预后相关。MMPs家族成员在肿瘤中的作用机制包括:(1)降解细胞外基质,现今认为它是降解ECM最核心的酶。(2)促进血管新生,MMPs可降解基底膜(basement membrance,BM)成分、促进细胞运动,参与血管新生过程,同时它还可提高促血管生成因子如VEGF、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)及转化生长因子-α(transforming growth factor-β,TGF-α)的作用。(3)调节肿瘤细胞与基质的粘附。(4)调节细胞生长,MMP-7通过降解细胞膜上的死亡配体Fas L,抑制细胞凋亡,这是肿瘤细胞持续生长的重要原因。肿瘤细胞高表达MMPs、降解ECM,是VM形成的前提条件。Hess等研究发现,MMP-2是恶性黑色素瘤VM的重要载体,国内研究也发现在乳腺癌浸润转移的VM机制中MMP-2同样起着非常重要的作用。MMP-9在胃肠道间质瘤(GIST)VM形成机制中也起着非常重要的作用,GIST的存在与MMP-9蛋白表达呈正比。目前已有研究显示MMPs在前列腺癌发生和进展过程中发挥重要作用。已有研究表明MMP-2、MMP-7和MMP-9与前列腺癌侵袭和转移相关。MMP-9可以降解BM成分,破坏BM的完整性,促进血管新生,导致前列腺癌的侵袭和转移。研究显示,MMP-9的表达与前列腺癌细胞PC-3骨转移组织中破骨细胞活性增加以及破骨细胞募集到骨重塑处密切相关。MMP-7是LN的底物,LN是一种糖蛋白,能使基底膜与肿瘤细胞粘附后发生分解,形成一个侵入点,使肿瘤细胞得已突破基质膜发生侵袭和转移,这是MMP-7促进前列腺癌侵袭和转移的基本机制。也有研究表明强力霉素抑制PC-3侵袭及转移的作用与其抑制MMP-2的表达有关。
5 laminin5γ2
1979年,Timpl等在研究中发现小鼠肿瘤基质中除了胶原成分外,还有一种非胶原成分,这是一种大分子糖蛋白,并将它命名为LN。LN作为BM的主要成分之一,是BM的构建及细胞粘附、生长、迁移和分化重要参与因子,参与肿瘤的侵袭与转移。现今已发现的LN超过10种,laminin5γ2是其中主要的一型。laminin5γ2是VM形成的重要参与因子,细胞过表达血管生成素2(angiopoietin 2)可使laminin5γ2表达增加。laminin5γ2和MMP-2相互作用可以形成VM,应用laminin5γ2抑制剂可抑制VM的形成,laminin5γ2可能是VM形成的信号通路中的下游因子。研究表明,活化的HIF-1α可提高MMP-2和MMP-9的表达水平,活化的MMP-2可使laminin5γ2链的水解增强,加速VM的形成,因此推测laminin5γ2可能是HIF-1α下游基因产物的作用靶点。laminin5γ2与肿瘤细胞上的层黏连蛋白的受体结合后可促进前列腺癌细胞的黏附、侵袭和转移。LN在细胞膜的表达与癌细胞之间或癌细胞与ECM、血管基膜之间的粘附和迁移密切相关。LN在粘附因子粘合素等因素协同作用下,可使人肝细胞的增殖,而缺乏这些因素则可导致肝细胞的存活、增殖明显降低,表明这些具有协同作用的因素也是LN发挥生物学功能重要参与者。
6 结语
目前研究表明VM在前列腺癌的发生、发展中发挥着重要作用,虽然涉及前列腺癌VM形成通路的发生、进展的因素很多,且涉及前列腺癌通路各因子的临床研究有待继续深入,但前列腺癌的VM形成通路对于其预防和治疗来说仍然值得进一步深入研究,因此,研究该通路中各个相关因子有利于临床上判断前列腺癌患者肿瘤侵袭性的严重程度及预后,并有望成为药物治疗前列腺癌新的靶点。
来自《中国性科学》杂志 转载请注明出处