癌細胞中鈣離子通道的研究進展

何建林，鄭仕中，陸 茵，徐長安，唐 旭，易瑞灶

(1.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門 361005;2.南京中醫藥大學藥學院，江蘇 南京 210029)

鈣離子在機體內保持穩態，對維持機體功能有重要作用［1］。細胞內鈣離子濃度的增加主要來源于細胞外鈣離子內流和細胞內鈣源的的釋放。鈣的內流和釋放被細胞的各種調控系統精密控制。鈣離子通透性通道主要包括電壓門控鈣通道(voltage-gated calcium channels，VGCC)、配體門控鈣通道(ligand-gated calcium channels，LGCC)、瞬時感受器電位(transient receptor potential，TRP)、鈣庫調控的鈣通道［2］(store-operated calcium channels，SOCs)和花生四烯酸調控的鈣通道 (arachidonate-regulated Ca2+entry channel，ARC)［3］等。其中，VGCC屬于Cav家族，主要分布于可興奮細胞，一般在去極化時激活;LGCC主要在神經系統的快速化學突觸傳導中起作用，神經系統外也有分布，如P2X通道［4］;TRP通道分布廣泛，門控機制多樣，表面受體刺激產生的第二信使、細胞膜的拉伸、細胞微環境等物理或化學的性狀改變均可引起鈣離子內流［5］;SOCs在非興奮細胞中廣泛分布，STIM1和Orai1是其重要調控蛋白［6］，STIM1位于內質網膜，當細胞腔內鈣離子濃度下降時，分布至細胞膜附近，與Orai1反應，引起鈣離子內流;ARC被受體介導的花生四烯酸激活，在腮腺細胞、胰腺腺泡細胞等細胞中產生和調節激動劑誘導的鈣信號。

近年來，離子通道與腫瘤細胞的關系逐漸被認識和研究。鈣離子通道種類繁多，功能復雜，被證實參與腫瘤細胞的多個生物學過程。以下將從四個方面闡明鈣離子通道在癌細胞中的角色。

1 鈣離子通道與腫瘤細胞增殖

腫瘤細胞的一個特性就是不可控制的增殖。除了大量分泌細胞分裂原之外，腫瘤細胞還可以改變細胞膜受體和離子通道的功能表達，接受外來信號，從而對細胞分裂原超敏。鈣離子內流是這個過程中必須的。細胞分裂原誘導鈣內流，而鈣內流的減少可使細胞生長終止。

Cav3是電壓門控鈣離子通道亞型，在許多腫瘤細胞株中均有表達。Cav3通道的表達增加和S期［7］有關。其特異性最強的阻斷劑咪拉地爾對腫瘤細胞株有抗增殖作用。在某些食管癌細胞株中，通過SiRNA沉默Cav3.1可以激活p53通路，上調細胞周期抑制蛋白p21而達到減少細胞增殖的目的［8］。Cav在非興奮細胞中表達有限，即便有也需要去極化來激活。盡管如此，這些通道也可以調節增殖，因為腫瘤細胞的靜息膜電位極化降低［9］，而有絲分裂原的活動可能包含了去極化。在人類SPC-A1肺腺癌細胞株中，通過L型鈣通道的鈣內流被證實與內皮素-1(endothelin-1，ET-1)有關而促進腫瘤增殖［10］。

腫瘤細胞中 TRP通道表達也發生變化［11］。比如，TRPM7基因在乳腺癌細胞株MCF-7中過表達。基因沉默后，細胞內基礎鈣離子濃度和細胞的增殖都減少，提示TRPM7很有可能通過調節鈣離子內流而參與乳腺癌細胞的增殖［12］。又如，在原位前列腺癌、直腸癌、乳腺癌、甲狀腺癌和卵巢癌和它們衍生的細胞株中，TRPV6的表達均增加。在乳腺癌組織中，TRPV6的mRNA表達水平比正常乳腺組織高2～15倍。TRPV6的表達水平在高級別的前列腺癌中明顯增高，從而成為一個預后的指標。基因沉默TRPV6后，人類前列腺癌細胞LNCaP在S期的積累減少，增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表達減少。TRPV6的促增殖作用與鈣/鈣調蛋白/鈣神經素依賴的轉錄因子——激活性T細胞的細胞核因子(nuclear factor of activated T cell，NFAT)的激活有關［13］。它的轉錄活性會改變細胞周期調控因子的表達。另有研究表明［14－16］，TRPC6在人膠質瘤、食管癌和胃癌中的表達均明顯高于正常組織，特異地阻斷TRPC6通道都能將上述癌細胞周期阻斷在G2期，抑制其增殖。

2 鈣離子通道與腫瘤細胞凋亡

正常水平的細胞凋亡可維持組織穩態，過度凋亡可引起組織降解，而抑制凋亡可引起癌癥。腫瘤細胞可通過減少鈣離子流入或下調鈣通透性通道及其相關的信號通道而避免凋亡。

鈣庫調控的鈣流入(store-operated calcium entry，SOCE)在正常細胞和腫瘤細胞中均扮演重要角色。比如，荷爾蒙耐受且凋亡拮抗的前列腺癌細胞表型的SOCE水平明顯降低［17］，從而阻止促凋亡刺激引起的鈣過載，降低了線粒體和細胞質的凋亡通路活性。丁酸鈉可引起人結腸癌細胞株HCT-116內質網的鈣釋放，從而激活SOCE，引起凋亡;通過RNA干擾STIM1或藥物阻斷SOC均可抑制 HCT-116凋亡［18］。但是，SOCs的分子成員及其形成SOCE的機制還有待深入研究。

除了SOCs外，其他鈣通透通道的表達降低的激活機制也對腫瘤細胞逃離凋亡的能力有幫助。比如，在大鼠胰島瘤RIN-5F細胞和U937單核細胞系中，通過反義引物沉默TRPM2很大程度上抑制了鈣離子內流，從而抑制了H2O2和TNF-2引起的程序凋亡。反之，TRPM2的大量異源表達可以增強H2O2引導的凋亡。又如，TRPV6通道的缺失，抑制了經過辣椒素處理的胃癌細胞株的細胞凋亡［19］。

此外，離子型的P2X7受體在宮頸癌細胞的抗凋亡中也起到重要作用。在正常宮頸表皮細胞中，P2X7受體的激活通過鈣依賴的線粒體途徑誘導凋亡。而在宮頸癌細胞中，P2X7功能受體表達下調，而主要表達一種不起作用的P2X7-j剪接變體，這阻止了引發凋亡所需的鈣內流［20］。

3 鈣離子通道與腫瘤細胞血管生成

鈣通透性通道和鈣依賴的信號對腫瘤血管生成起到重要作用［21］。羥胺三唑(carboxyamidotriazole，CAI)是一種口服抗腫瘤藥物，它是非電壓門控的鈣離子通道的阻斷劑。CAI通過阻斷鈣通道介導的信號傳導引起血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號、內皮增殖和血管生成的阻斷。利用這個化合物已經證明在臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中鈣流入對于成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2，FGF2)刺激的增殖和侵襲有重要作用［22］。在B16F1小鼠黑色素瘤細胞的肝轉移灶中，CAI減小微血管的密度和尺寸，而不影響其周圍正常肝組織的血管容量［23］。VEGF-A介導的內皮細胞增殖過程中鈣離子濃度的上升可被CAI抑制，這種情況與鈣離子內流在血管生成中扮演的角色相一致。

許多鈣庫依賴的和非依賴的TRP通道家族在內皮細胞中也有表達，他們也可能參與血管生成的進程。研究表明DAG配體門控的TRPC3和TRPC6通道與VEGF誘導的微脈管內皮細胞彌漫有關［24］。TRPV4是花生四烯酸激活的鈣通道，其在乳腺癌中高表達，可能對內皮細胞的遷移和血管生成起關鍵作用［25］。內皮細胞也表達氧化還原敏感的TRPM家族通道，如TRPM2、TRPM6和TRPM7。但是，他們在新血管生成中的作用還沒有被很好的闡明。

總之，鈣的內流可能促進內皮細胞釋放VEGF、FGF和PDGF，以自分泌和旁分泌的方式刺激血管生成。

4 鈣離子通道與腫瘤細胞轉移

在細胞遷移過程中，形態學和黏附特性的變化伴隨著胞質鈣離子濃度的反復變化［26］。腫瘤細胞的轉移與細胞局部張力有關，張力激活的鈣通道被認為是把局部張力轉化為鈣信號的傳導器。比如，TRPM7的高表達促進細胞解黏附，而沉默則可以增加細胞周邊黏附復合物的數量而增強黏附［27］。

TRP通路家族在腫瘤細胞的轉移中影響較廣。使用咪拉地爾、CAI和Gd3+研究HT1080纖維肉瘤細胞的能動性和侵襲性與鈣信號通路的動態變化，表明其轉移行為有可能和TRPC1通路有關［28］。肝母細胞瘤表達 TRPV1和 TRPV4。這種細胞瘤的轉移被TRPV1通道的激動劑激活，而被TRPV1的拮抗劑抑制，TRPV4對其影響不大［29］。

研究表明SOCE及其分子組成在正常和病理細胞轉移中扮演重要角色。在血管平滑肌細胞的遷移中，STIM1和Orail蛋白都有參與［30］。體外和小鼠試驗證明，Orail和STIM1對乳腺癌細胞的轉移是必需的。在人高轉移性乳腺癌細胞株中，使用藥物或者siRNA干預STIM1和Orail的表達，可引起動物模型腫瘤轉移的下降。值得注意的是，Orai1介導的SOCE水平的下降，使前列腺癌對細胞凋亡耐受。通過SOCs的鈣離子內流在癌細胞的凋亡和轉移中似乎扮演相反的角色。這可能是因為不同種類的癌細胞在不同狀態下對鈣離子的依賴程度不同，還有可能是因為鈣離子在癌細胞凋亡中的濃度變化是全細胞的，而在癌轉移中的濃度變化則是局部的。這在抗腫瘤藥物設計中需要引起特別注意。

5 展望

目前的研究表明鈣離子通道與癌細胞的增殖、血管生成、凋亡以及轉移均有密切關系，但是不同的鈣通道類型對腫瘤進程的影響不能一概而論。控制鈣離子通道表達和激活的信號通路有待闡明。鈣離子通道分布廣泛，以鈣離子通道分子為靶標的藥物研發面臨特異性不強的關鍵問題。同一個離子通道在正常細胞和腫瘤細胞中可能有不同的剪接變體，這可能可以提供新的治療靶標。

鈣離子通道與腫瘤的關系尚有較大的研究空間，關鍵的通路及其分子組成有待進一步挖掘。隨著研究的不斷深入，人們對于腫瘤生物學的了解將更加詳細和透徹，以鈣離子通道為靶標進行癌癥的診療將有所作為。

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