癌症发生的分子机制

癌症发生的分子机制摘要:癌症（cancer），亦称恶性肿瘤（malignantneoplasm），为由控制细胞生长增殖机制失常而引起的疾病。癌细胞除了生长失控外，还会局部侵入周遭正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。肿瘤的浸润和转移是癌症的致死主因。由于对其机制缺乏深入了妥，阻碍了采以有效防治癌侵入和转移的措施。最近在肿瘤分子机制的研究方面取得了令人鼓舞的进展，并正在控索新的防治策略。关键字:肿瘤细胞的侵入、粘附、降解、移动一、侵入是所有肿瘤恶性化的标志。肿瘤自原位生长转变成转移性疾病，取决于肿瘤细胞侵犯局部组织及穿透组织屏障的能力。当瘤细胞脱离起源的组织，开如侵入和在局部扩散，并向局部淋巴结和远处器官中转移时，肿瘤变成恶性。癌细胞的转移首先要穿透上皮的基底膜，在后侵犯间质，帮上皮基底膜的缺失好是癌症的的标志。肿胞在进一步侵入脉管、侵犯神经或肌肉时，也要穿过基底膜屏障。一旦进入循环，肿瘤细胞必须经得起宿主的免疫攻击，然后方可停留在的血管床或外逸，选择继发部位定居。并在继发组织中增生而形成转移仁。转移灶的癌细胞又可进入新一轮多步骤的浸润过程，形成转移灶的转移，即多处转移，在转移的细胞集落生长到超过1mm3时需要实体瘤的血管化，肿瘤诱发的血管生成不仅允许原发肿瘤扩展，而且使之容易接近血管内部。由于新形成血管的基底膜有缺陷，肿瘤血管生成有利于肿瘤的血道扩散。可见转多是一个涉及肿瘤细胞-宿主细胞-细胞外基质（ECM）之闪相互作用的我步骤分子生物化学变化的过程。二、Liotta等间提出癌细胞浸润转移的三步学说1、粘附肿瘤细胞粘附（adhesion）于其他肿瘤细甩、宿主细胞或ECM成分的能力影响其侵入和转移。粘附在浸润过程中起双重作用：肿瘤细甩必须先从其原发灶的粘附部位脱了才能开妈浸润，故粘附可在抑制浸润主面起作用；另一方面，肿瘤细胞又需藉粘附才能移动，肿瘤细胞从连续的粘附基质和解除粘附中获得移动的牵引力，如果粘附得太牢，它们就不能脱离而移动，因此，癌症侵入和转移的过程首先是粘附的交替过程。现已鉴定多种细胞表面粘附分子（CAMs）家族，其每种都有不同的功能和特点。这些CAMs包括钙粘附蛋白、免疫球蛋白超家族、选择素及整合蛋白。钙粘附蛋白（cadherin,简写Cad）是一组依赖钙离子的介导同种细胞与细胞粘附的分子，根据组织分布的不同分成三种亚型（E-上皮性，N-神经性和P-胎盘性）。免疫球蛋白超家族由不依赖二价阳离子的受体组成，包括神经细胞粘附分子（N-CAM）、细胞间粘附分子（ICAM-1及ICAM-2）、血管细胞粘附分子（VCAM-1）、癌胚抗原（CEA）及DCC等，它们介导同种或异种细胞与细胞粘附。选择素（Selectins,也称白细胞内皮细胞粘附分子，LEC-CAM）以与血细胞与内皮细胞之间异胞与细胞的粘附。整合蛋白（integrins,简写Ints）是一组由α和β亚单位通过二硫键非共价结合而成的异二聚体糖蛋白，主要介导细胞粘附ECM(图6-1B)。迄今至少已鉴定了14种α和8种β亚单位，产生至少20余种不同的Ints。它们在受体和配体水平上都有过剩，一个Int受体常能结合一种以上的ECM蛋白配体，而一种配体ECM蛋白质能被一各以上的Int所识别。还有不属于这些大家族的粘附分子，如相对分子质量为67000层粘蛋白受体及软骨连接蛋白的骨源物CD44，具有淋巴细胞归巢（homing）分子的功能，为透明质酸的细胞表面受体。除了作为细胞表面的粘附受体的作用外，这些cAMs还可激活和调节各种细胞。例如Ints、Cad及CD44能形成细胞表面与细胞骨架成分之是的结构联系。CD44是具有内在GTP酶活性的GTP结合蛋白质。这些分子同为一组，在决定细胞形态、运动能力及分化状态等细甩特征中起重要作用。毋庸置疑，肿瘤细胞表面上有无CAMs表达与侵入转移的潜能相关。图6-1层粘蛋白及整合蛋白的结构与信号转导A：层粘蛋白的结构由A、B1、B2三条多肽链组成，呈十字形，分别与蛋白糖、胶原、巢蛋白及细胞表面受体结合B:整合蛋白的结构是由α、β两个透膜的亚单位组成的异二聚体。α亚单位结合二价阳离子（M2+），而由两个亚单位的一部份组成结合细胞外基质的区域C：整合蛋白结合细胞外基质中的蛋白质来介导惭部的粘附。整合蛋白的胞质域藉踝蛋白和纽带蛋白结合由肌动蛋白丝和α-辅肌动蛋白交叉连接形成的应力纤维。D：整合蛋白结合细胞外基质激活局部粘附激酶（FAK），导致其自家磷酸化。然后，由Src衔接子结合FAK自家磷酸化位点，并在另外的酪氨点，导致激活Ras和MAPK级联反应，及其他下游信号分子绝大部分癌症起源于上皮细胞。正常时，上皮细胞通过贤能密连接、粘附连接及桥粒结构紧密连接，与细胞内的肌动蛋白和中间丝细胞骨架密切联系。在粘附小带处依赖Ca2+的细胞粘附分子E-Cad介导的同种亲和作用，对建立和维持这些连接复合物很重要。E-Cad和连环蛋白（cateninsα、β、γ）的相互作用使E-Cad与连环蛋白复合物的任何障碍都会引胞粘附的丧失。这就解释了为何有些癌似乎Cad表达正常但仍呈侵入性生长。最近有报道，用E-Cad的cDNA转染具有侵入的浸润提供了一种可能途径。此外，E-Cad介导的细胞粘附还参与透膜信号的转导以调节基因表达和细胞的命运。研究发现大部分上皮性癌，包括乳腺、结肠、前列腺、胃、肝、食管、皮肤、肾和肺等癌中，均有E-Cad粘附功能的缺失，如E-Cad基因的缺失或突变失活。在家族性胃癌中发现E-Cad基因的种系突变。这表E-Cad基因的突变足以诱发癌症。α或β连环蛋白表达异常（截短的蛋白）可消除E-Cad的功能，而β连环蛋白表达的下调亦与恶性转化有关。E-Cad功能异常与去分化、浸润性生长及转移相关。E-Cad在细胞-细胞交界处表达的减少，与肿瘤分级有关，是预后不良的标志。图6-2钙粘附蛋白介导的细胞-细胞的粘附钙粘附蛋白是一种透膜蛋白，其胞质域结合连环蛋白（α、β、γ），并作为肌动蛋白丝束的附着位点，介导细胞-细胞在粘附连接处的接触。这些连接形成一条围绕每个细胞的肌动蛋白丝连续带整合蛋白质是大多数细胞表面表达的ECM分子受体，为细胞与基底膜相互作用及细胞通过间质移动所需，故在肿瘤的侵入转移中起作用。整合蛋白结合细胞外基分（如层粘蛋白，纤维连接蛋白等）而介导局部粘附，并通过激活局部粘附激酶（FAK）而激活细甩内信号转导途径。Src适配子的SH2域结合FAK的自家灰酸化位点，并在另伴的酪氨酸残基上使FAK磷酸化，为其他下激信号分子的SH2域提供结合位点（包括PI3激酶，及Grb2-SOS复合物），导致Ras的活化和MAPK级联反应。整合蛋白质通过FAK活化及Src非受体蛋白质酪氨酸激酶活化，改变了连接基因表达的细胞附以及对粘附反应的细胞行为（图6-1CD）。2、降解在癌细胞的浸润和转移过程中会遇到一系列的组织迸屏障，这些屏障的ECM中的基底膜及间质基质所组成，其主要成分民括：各型胶原、层粘蛋白（laminin,Ln）、纤维连接蛋白（fibronectin,Fn）、弹力蛋白（elastin）及蛋白聚糖（proteoglycans）等。不同的基质成分是由不同的蛋白水解酶降解的。这些酶有的由肿瘤细胞直接分泌，有的则由肿瘤细胞诱导宿主的其他细胞产生。肿瘤细胞过其表面受体与ECM成分粘附后激活和释出各种蛋白溶解酶来降解（degradation）基质成分，为肿瘤细胞的移动形成通道。基质的深解发生在紧靠肿瘤细胞的局部，在该处活化的酶类与内源性抑制物相互作用。这些相应的蛋白质酶类抑制物可来自血液，或存在于基质内，或由相邻的正常细胞分泌。癌细胞的浸润与否主要取决于降解酶的局部浓度与其相京戏抑制物之间平衡的结果。根据酶催化的底物及其适宜pH值的不同，这些酶为四大类：基质金属蛋白质酶类、丝氨酸蛋白质酶类、半胱氨酸蛋白质酶类及天冬氨酸蛋白质酶类。癌细胞的侵袭性与蛋白酶水平之间的相关性在上述四大类蛋白质酶中均已被证实。而且这些酶的抑制物能够阴断癌细胞浸润组织屏障，进一步证明这些酶参与浸润转移过程。3、移动浸润性癌细胞与原位癌细胞的差别是前者有移动（motility）的能力。肿瘤细胞能对多种不同的刺激物起反应而移动，包括肿瘤细甩本身分秘的因子（自分泌移动因子）、宿主细胞分泌的因子（旁分泌移动因子）及ECM的成分等。被这些因子在液态中刺肿瘤细甩的移动反应可是随机的，称为“趋化性（chemotaxis）”；此外，肿瘤细胞还能在无可溶性吸引物时，以定向的方式向不溶性的基质蛋白质移动，称为“趋触性”（haptotaxis）。因此，肿瘤细胞能在不同的情况中对多种移动促进因子起反应，这种反应的可塑性使肿瘤细胞在转移的不同阶段适应不同的微环境。这些因子可通过各种受体，包括c-met、IGF-I、IGF-II、整合蛋白αvβ3及细胞表面糖蛋白质gp78等受体的作用，来刺激肿瘤细胞移动，还可对已到达血管的肿瘤细胞起归巢因子的作用，引导肿瘤细胞移动，还可对已到达血管的肿瘤细胞起归巢因子的作用，引导肿瘤细胞外逸到适宜其生长微环境的继发部位生长。由此说明，肿瘤转移部位和器官的特异性不能完全以解剖学自然引流途径来解释。宿主器官的特异性不能完全以解剖学自然引流途径为解释。宿主器官来源的化学趋向作用、肿瘤细胞与器官内皮经胞表面受体之间特异的粘附作用以及局部组织中的PMFs和生长因等，均影响肿瘤细胞的定向移动和最终选择转移器官定居，完成转移过程。ECM成分在肿瘤细甩移动中的作用有几种ECM的糖蛋白质成分能刺激肿瘤细胞的移动，包括:Vn、Fn、Ln、I和IV型胶原及血栓反应素（TSP）。如A2058黑素瘤细胞能对Ln、Fn、IV型胶原和TSP起趋化性和趋触性反应。TSP的氨基端可刺激趋化性，而其羧端刺激趋触性。有一些ECM蛋白质通过整合蛋白受体引起肿瘤细胞的转移和浸润。如抗β1单克隆抗体可在浓度低达1ug/ml时抑制人和小鼠肿瘤细胞的移动及在体外实验中的浸润。αvβ3对毛细胞白血病、黑素瘤及胰腺癌细胞的移动起重要作用。αvβ3和α5β1水平增高还与转移性癌细胞高度抵抗凋亡及化学耐药性有关。由此可见，对于我种受刺激肿瘤细胞能以移动的方式作用出反应。不同刺激物在转移过程中不同阶段中可起不同的作用，靠近原发肿瘤的起初移动刺激物可能是一种自分泌因子，如ATX；当肿瘤细胞移动到间质和侵犯局部血管和淋巴管时，ECM蛋白可在定向移动中起作用；一旦进入血管则依靠细胞因子，如IGF-I刺激生长和趋化性反应；由旁分泌因子，如HGF/SF来决定肿瘤细胞选择合适的部位定局和继发性生长。最近10余年来，有关癌细胞浸润和转移机制在分子水平上的研究已取得长足的进展。不仅从理伦上提出民粘附、降解和移动的三步假说，而且已发现许多与这些过程有关的细胞粘附分子，蛋白质降解酶类及其抑制物、移动因子及其受体等，并已制备了相应的抗体，合成了能阻断肿瘤细胞转移的多肽和降解酶的抑制剂，为探索防治癌的侵入及转移提出了新战略。