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编号:10221898
粘附分子在骨肉瘤研究中的进展
http://www.100md.com 《福建医科大学学报》 1999年第3期
     作者:陈 雷

    单位:福建医科大学附属第一医院骨科(福州 350005)

    关键词:骨肉瘤;转移;粘附分子

    福建医科大学学报990338 骨肉瘤是一种好发于青少年的骨原发性恶性肿瘤,约占所有骨肿瘤的20%。它以发病年龄小、恶性度高、转移率高、预后差为特点,而其预后差是与该肿瘤的高侵袭性、高转移性有关,这涉及到肿瘤的侵袭、转移方面的机制。

    恶性肿瘤的侵袭、转移是一个复杂的多步骤的肿瘤细胞与宿主细胞相互作用的连续过程,它包括肿瘤细胞增殖、肿瘤性血管生成、肿瘤细胞运动、粘附和蛋白水解。研究表明,粘附分子可介导肿瘤细胞与细胞外基质、肿瘤细胞与血管内皮细胞等的粘附作用,肿瘤细胞之间的粘附分子发生改变使细胞与细胞、细胞与细胞外基质粘附力下降,与恶性肿瘤的侵袭转移有关。目前发现的细胞粘附分子可分四大类:免疫球蛋白超家族、整合素家族、选择素家族、钙依赖粘附素家族以及其他一些未定类的粘附分子。
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    1 免疫球蛋白超家族(igsf)与骨肉瘤

    这类分子主要包括细胞间粘附分子(ICAM)、神经细胞粘附分子(NCAM)、血管内皮细胞粘附分子(VCAM)、血小板/内皮细胞粘附分子(PECAM)、粘膜细胞粘附分子(MACAM-1)、癌胚抗原(CEA)和抗癌基因产物(deletedin colon cancer,DCC)等亦属此类。它介导钙非依赖性细胞间的粘附作用,参与同型(NCAM)、异型细胞间的粘附(VCAM-1与α4β1、ICAM-1与LFA-1等)[1],与细胞形态的维持及细胞分化、迁移等均密切相关,这类分子的丢失将使细胞间粘附力降低,有利于癌细胞脱离原发灶发生侵袭、转移[2]。目前认为ICAM-1与急性白血病、霍奇金病、尤因瘤、Wilim’s瘤的临床分期有关,上述肿瘤进展至Ⅲ期,ICAM-1含量升高,肿瘤复发时,ICAM-1量增高,缓解期则恢复正常[3]。一般癌细胞CEA表达升高,DCC则下降,DCC介导细胞与细胞之间,细胞与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)之间的相互作用而诱导细胞分化,DCC的活性改变,可导致调节细胞生长的细胞内的信号传导作用发生改变,而维持癌细胞的恶性表型,提示该基因的缺失与肿瘤细胞侵袭、转移能力的增强有关。
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    最近发现,鼠成骨性骨肉瘤细胞株(ROS 17/2.8)上,ICAM-1基因的表达升高与肿瘤坏死因子(TNF-α)有关[4])。在体外培养人骨肉瘤细胞系(OS-732)中,肿瘤坏死因子TNF-α在一定浓度能诱导ICAM-1升高,INF-α对骨肉瘤细胞有一定程度的诱导分化作用,能抑制骨肉瘤的浸润和转移,对骨肉瘤的治疗有积极的作用[5]。Kurokouchi等[4]在对鼠骨肉瘤细胞株(ROS/17 2.8)的研究中,通过对NF-Kappab的激活后观察TNF-α的效应,发现TNF-α能提高IL-6和ICAM-1的基因表达。DCC不仅和细胞粘附有关,而且具有肿瘤抑制基因的功能,它可能是出现最早的抗癌基因缺失[6];Horstmann等[7]运用RT-PCR及免疫组化技术检测发现,与正常成骨细胞相比,在高分化骨肉瘤细胞及大多数细胞株上均可发现DCC基因表达的缺失或明显减少,提示DCC基因是骨肉瘤发生或发展过程中的特殊位点。

, 百拇医药     2 整合素与骨肉瘤

    整合素是异二聚体跨膜糖蛋白,它分为α和β二个亚类,目前已知至少有14种α和8种β,其配体是细胞外基质蛋白,如胶原Ⅳ、层粘蛋白、纤维连接蛋白等。多数组织的细胞表达α1β1、α2β1、α3β1和α6β1型,而α5β1(纤维连接蛋白受体)主要在大血管内皮细胞上表达,上皮细胞多含有α5β5和α5β6(又称透明连接蛋白,vitronectin),白细胞则表达β2、α4β1、α4β7、α5β1和α6β1,而α2bβ3主要在血小板上表达。
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    整合素蛋白是介导细胞与细胞外基质及细胞与细胞间直接粘附的细胞表面受体家族,对细胞生长、肿瘤发生、转移等都起到重要作用。各种整合素β亚基胞内区高度保守,而α亚基则互不相同,因此不同整合素传递不同信息主要是由α亚基来决定的[8]。Kawano等[9]报道,β1糖基化改变可降低与纤维连接蛋白和层粘蛋白的粘附,使癌细胞转移能力提高。

    Wong等发现整合素α5β3能拮抗性抑制骨肉瘤细胞株(MG63)或鼠破骨细胞株骨桥蛋白(osteopotin)重组体的结合[10]。Liu等[11]发现骨桥蛋白在成骨细胞的早期分化中可能起着扳机点的作用。Stuiver等在骨肉瘤细胞株(MG63)上发现二价金属离子Zn2+能调节整合素的结构,认为二价金属离子对整合素进入灶性粘附区起调节作用[12]。Judware等[13]发现在骨肉瘤细胞株上N-myc的过表达可使α3β1整合素表达下调;Nissinen等[14]对2例成骨肉瘤细胞株的研究中,发现骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic portein-2,BMP-2)可下调整合素α3的合成,在mRNA水平可使α3整合素亚单位的表达降低,而对α1、α2、α5和α6的表达没有影响。BMP-2能使骨肉瘤细胞株Saos与层粘蛋白-5的结合力降低,而层粘蛋白-5是α3β1的配体,这就提示BMP-2在α3β1所介导的细胞与层粘蛋白-5的粘附过程中起着特殊作用,BMP-2在骨组织及骨肉瘤的发生、发展中起着重要作用,同时可以认为特殊改变的细胞粘附可能有部分介导BMP-2下调α3功能的作用;Vihinen等[15]分析骨肉瘤细胞株(HOS)在肿瘤细胞胶原间的相互作用中不同整合素胶原受体的表达及作用,认为骨肉瘤细胞株上的α2β1整合素通过Ⅰ型胶原的相互作用来调节细胞粘附、迁移和侵袭,同时他还发现α2整合素的过表达并不是肿瘤形成的充分条件;Nissinen等[16]发现肿瘤刺激因子(TPA)能促进骨肉瘤细胞株(MG63)中的α2整合素的转录及其在细胞表面上的表达,从而推测α2整合素与肿瘤的发展有较强的联系,而与其他整合素相比,α2整合素具有更独立的调节作用。Yudoh等[17]在研究Dunn骨肉瘤细胞株层粘蛋白的粘附性高低的特性及通过ECM的侵袭性和肺转移潜能之间的关系时发现,与层粘蛋白高粘附的淋巴结转移阳性细胞与基质凝胶的粘附力明显高于淋巴结转移阴性细胞,表明层粘蛋白在肿瘤细胞穿过ECM侵袭和形成转移灶的过程中起着重要的作用;Pasqulini等[18]通过用纤维连接蛋白聚合体(SFN)处理人骨肉瘤细胞的实验,SFN不但能在实验转移模型上减少肿瘤细胞在肺部的转移灶,也能在自发转移模型上减少肺部转移灶。由于SFN在体外能阻碍细胞扩散和移动,提示SFN可能具有抗转移的能力。
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    3 其他粘附分子与骨肉瘤

    选择素(selectin)是一类钙依赖性碳水化合物结合蛋白。目前发现该家族中有三个成员:L-selectin、P-selectin和E-selectin。它们具有类似凝集素样的结构,介导异型细胞间的粘附反应,该族分子还介导细胞运动。选择素的表达与肿瘤侵袭转移的器官选择性有关。循环肿瘤细胞识别靶器官血管内皮细胞的过程中选择素的表达起着重要作用。选择素结构上所共有的外源性植物凝血素区是肿瘤细胞受体与配体间结合的部位,介导循环中肿瘤细胞与血管壁的粘附,这种粘附可促进肿瘤转移[19]。Zhu等[20]发现黑色素瘤细胞表达Lu-ECAM-1选择素与其肺转移密切相关。目前认为唾液酸化的路易斯果糖(S-Lewis)抗原在选择素介导的粘附作用起着决定性的作用,在结肠癌细胞株上S-Lewisx抗原的表达与该肿瘤转移潜能增加有关[21,22]

    钙粘素是一组介导同种细胞相互粘附的钙依赖性跨膜蛋白,参与形成和维护正常细胞间的连接。目前已知该家族有3个成员:E-钙粘素、N-钙粘素和P-钙粘素。不同的钙粘素分子在体内有独特的组织分布,E-钙粘素主要见于成人上皮细胞,是调节细胞与细胞间粘附反应的主要媒介;N-钙粘素主要见于成人肌肉与神经组织;P-钙粘素与发育有关,主要见于人胎盘和上皮细胞,此外,还有其相关蛋白:链蛋白、纽蛋白和盘状球蛋白等。钙粘素以其独特的方式相互作用,其配体是与自身相同的钙粘素分子。目前认为,钙粘素与肿瘤侵袭转移密切相关,其中E-钙粘素被认为是一种重要的肿瘤转移抑制基因[23]。体外实验发现,将钙粘素cDNA转染入高侵袭肿瘤细胞株后,该肿瘤细胞株就丧失了侵袭性,而当钙粘素的抑制性活性被抑制时,转染的细胞又重新获得了侵袭性[21]。对E-钙粘素与癌转移之间关系的研究表明,E-钙粘素的表达与肿瘤细胞的运动、侵袭能力以及肿瘤的转移呈负相关,E-钙粘素表达的减少可能意味着肿瘤细胞的脱落、转移。研究发现,E-钙粘素在肿瘤侵袭中的作用与其相关蛋白catenin密切相关[1,24,25]。体内外研究均表明,E-钙粘素-catenins复合物的缺失与肿瘤细胞的活动能力和侵袭性升高有关。钙粘素与临床常见肿瘤的分化程度、侵袭转移力和病期进展相关,且与术后复发及病人预后相关[26]。目前有许多证据支持这一假设:在肿瘤团块中,E-钙粘素及catenin低水平表达或不表达的细胞将离开肿瘤主体,开始进入转移迁行状态[25,27,28]
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    其他一些粘附分子如CD44分子,是一种由单一基因编码的具有高度异质性的多功能单链跨膜糖蛋白,属白细胞粘附分子类,其分布十分广泛,如:细胞、胸腺细胞、B细胞、粒细胞、神经胶质细胞等,主要介导淋巴细胞归巢、活化、炎症细胞迁移以及肿瘤细胞侵袭转移等,其配体为细胞外基质,主要有透明质酸、层粘蛋白、纤维连接蛋白、Ⅳ型胶原。CD44不但能与其配体结合,导致细胞形态发生游动性改变,参与肿瘤细胞侵润过程[29],还能与细胞骨架蛋白结合,参与细胞伪足形成和迁移运动,并能作为淋巴细胞“归巢”受体与淋巴组织高皮静脉(HEV)内皮细胞结合,参与淋巴细胞归巢。CD44包括标准型CD44s和拼接变异体CD44v。目前认为与肿瘤转移有关的是CD44v,而CD44s可能充当一种侵袭性抑制分子的作用。已知CD44v有10余种,其差异体现在中间的部分序列中,癌细胞表达CD44v可能使其披上伪装的外衣,在转移过程中逃避宿主免疫系统识别杀伤,使癌细胞发生转移[30]。Gunthert[31]等报道胰腺肿瘤细胞中CD44v的表达与其转移潜能有关。也有人认为胃结肠癌病人血浆中CD44v的水平可作为肿瘤负荷尤其是转移的一个指标[32]。对恶性肿瘤组织中的各种CD44分子进行检测,发现许多类型的恶性肿瘤均不同程度地有CD44v分子的表达,与肿瘤的生长和发展密切相关。由于CD44v常出现在已发生转移的肿瘤中,因此CD44v的表达被许多人认为是肿瘤转移的一种标志,它的检测将对临床肿瘤的诊断治疗和预后起到一个重要的指导作用。
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    目前,以上几种粘附分子在骨肉瘤方面的研究国内外均未见报道,还有待于进一步研究与探讨。总之,粘附分子与肿瘤的侵袭、转移有关,而肿瘤的侵袭和转移是一复杂的多步骤的连续过程,虽然对其研究已取得较大进展,但对侵袭和转移的具体发生细节和转移机理尚未充分了解,尤其是在骨肉瘤方面,目前大多数的研究主要集中在免疫球蛋白、整合素方面的作用上,对选择素、CD44及其他粘附分子在骨肉瘤侵袭、转移中的作用知之甚少,因此有必要进一步对其进行探讨,以明确粘附分子在骨肉瘤的侵袭、转移中所起的作用。

    参考文献

    1 Honn KV,Tang DG. Adhesion molecules and tumor cell interaction with endothelium and subendothelial matrix. Cancer Metastasis Rev, 1992;11:353

, 百拇医药     2Fujisawa M,Miyazaki J,Takechi-Yarakawa S,et al. The significance of E-adherin in transitional-cell carcinoma of the human urinary bladder. World J Urol, 1996;14(Suppl 1):12

    3 Vink J,Thomas L,Bruijn JA,et al. Role of beta-1 integrins in organ specific adhesion of melanoma cells in vitro. Lab Invest, 1993;68:192

    4 Kurokouchi K,Kambe F,Yasukawa K,et al. INF-alpha increased expression of IL-6 and ICAM-1 genes through activation of NF-kappaB in osteoblast-like ROS17/ 2.8 cells. J Bone Miner Res, 1998;13:1290
, http://www.100md.com
    5 刘 光,高奉浔,冯素珍. 干扰素-α对人骨肉瘤细胞ICAM-1,CEA和Vimentin表达的调节作用. 中国组织化学与细胞化学杂志, 1998;7:66

    6 Simon B,Weinel R,Hohne M,et al. Frequent alterations of the tumor suppressor genes p53 and DCC in human pancreatic carcinoma. Gastroenterology, 1994;106:1645

    7 Horstmann MA,Posl M,Scholz RB,et al. Frequent eduction or loss of DCC gene expression in human osteosarcoma. Br J Cancer, 1997;75:1309

    8 Pavalko FM,Otey CA. Role of adhesion molecule cytoplasmic domains in mediating interactions with the cytoskeleton. Proc Soc Exp Biol Med, 1994;205:282
, 百拇医药
    9 Kawano T,Takasaki S,Tao TW,et al. Altered glycosylation glycosylation of beta 1 integrins associated with reduced adhesiveness to fibronectin and laminin. Int J Cancer, 1993;53:91

    10 Wong A,H1wang SM,McDevitt P,et al. Studies on alpha Ⅴ bata 3/ligand interactions using a 3 H SK&F-107260 binding assay. Mol Pharmacol, 1996;50:529

    11 Liu YK,Uemura T,Nemoto A,et al. Osteopontin involvement in integrin-mediated cell signaling and regulation of expression of alkaline phosphatase during early differentiation ation of UMR cells. Febs Lett, 1997;420:112
, 百拇医药
    12 Stuiver I,Ruggeri Z,Smith JW. Divalent cations regulate the organization of integrins alphaⅤ beta 5 on the cell surface. J Cell Physiol, 1996; 168:521

    13 Judware R,Culp LA. N-myc overexpression downregulate alpha 3 beta 1 integrin expression in human Saos-2 osteosarcoma sarcoma cells. Clin Exp Metastasis, 1997;15:228

    14 Nissinen L,Pirila L,Heino J. Bone morphogenetic protein-2 is a regulator of cell adhesion. Exp Cell Res, 1997;230:377
, 百拇医药
    15 Vihinen P,Riikonen T,Laine A,et al. Integrin alpha 2 beta 1 in tumorigenic human osteosarcoma cell lines regulates cell adhesion,migration, and invasion by interaction with type Ⅰ collagen. Cell Growth Differ, 1996;7:439

    16 Nissinen L,Westermarck J,Koivisto L,et al. Transcription of alpha 2 integrin gene in osteosarcoma cells is enhanced by tumor promoters. Exp Cell Res, 1998;243:1

    17 Yudoh K,Matsui H,Kanamori M,et al. Characteristics of high and low laminin-adherent Dunn osteosarcoma cells selected by adhesiveness to laminin. Correlation between invasiveness through the extracellular matrix and pulmonary metastatic potential. Tumor Biol, 1996;17:332
, http://www.100md.com
    18 Pasqulini R,Bourdoulous S,Koivunen E,et al. A polymeric form of fibronectin has antimetastatic effects against multiple tumor types. Nat Med,1996;2:1197

    19 Stone JP,Wagner DD. P-selectin mediates adhesion of platelets to neuroblastoma and small cell lung cancer. J Clin Invest, 1993;92:804

    20 Zhu D,Caveney S,Kidder GM,et al. Transfection of C6 glioma cells with connexin 43 cDNA:analysis of expression,intercellular coupling,and cell proliferation. Proc Natl Acad Sci USA, 1991;88:1883
, 百拇医药
    21 Buck AC. Adhesion mechanisms controlling cell-cell and cell-matrix interactions during the metastatic process. In:Mendelson H(Ed). The molecular basis of cancer. Philadelphia:WB Saunders, 1995:172~245

    22 Gould VE,Shin SS,Manderino GL,et al. Selective expression of a novel mucin-type glycoprotein in human tumors:immunohistochemical demonstration with Mab- 80. Hum Pathol, 1988;19:623

    23 Oka H,Shiozaki H,Kobayashi K,et al. Expression of E- cadherin cell adhesion molecules in human breast cancer tissues and its relationship to metastasis. Cancer Res, 1993;53:1696
, http://www.100md.com
    24 Masayuki M. Cancer metastasis and adhesion molecules. Clin Orthop Related Res, 1995;312(3):10

    25 Jiang WG. E-cadherin and its associated protein catenins,cancer invasion and metastasis. Br J Surg, 1996;83:437

    26 Birchmeier W,Behrens J. Cadherin expression in carcinomas role in the formation of cell junctions and the prevention of invasiveness. Biochim Biophys Acta, 1994;1198:11

    27 Jonathan W,Karen H.Vousden,W,et al. E-cadherin transfection downregulates the epidermal growth factor receptor and reverse the invasive phenotype of human papilloma virus-transfected keratinocytes. Cancer Res, 1996;56(22):5285
, 百拇医药
    28 Miyaki M,Tanaka K,Yanoshita KR,et al. Increased cell-substration adhesion ,and decreased gelatinase secretion and cell growth induced by E-cadherin transfection of human colon carcinoma cells. Oncogene, 1995;11:2547

    29 Horwitz A,Duggan K,Buck C,et al. Interaction of plasma membrane fibronectin receptor with talin-a transmembrane linkage. Nature, 1986;320(6062):531

    30 Albelda SM. Role of integrins and other cell adhesion molecules in tumor progression and metastasis. Lab Inves, 1993;68:4
, http://www.100md.com
    31 Gunthert U,Hofmann M,Rudy W,et al. A new variant of glycoprotein CD44 confers metastatic potential to rat carcinoma cells. Cell, 1991;65:13

    32 Guo YJ,Liu G,Wang X,et al. Potential use of suluble CD44 in serum as indicator of tumor burden and metastasis in patients with gastric or colon cancer. Cancer Res, 1994;54:422

    (林建华 张 声 审校)

    (收稿:1999-05-14 修回:1999-07-13), 百拇医药