晚期糖基化終末產物受體及其配體的腫瘤生物學效應

馮華國 魯 靈 吳傳新 (重慶市江津區中心醫院肝膽外科，重慶 4060)

晚期糖基化終末產物受體(RAGE)作為信號傳導受體介導晚期糖基化終末產物(AGE)、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)、鈣粒蛋白(S100)、β粉樣肽(A)等配體在細胞表面結合，激活細胞內多種信號傳導機制，參與了糖尿病慢性并發癥、炎癥反應、神經再生、Alzheimer病、透析相關性淀粉樣變(DRA)、動脈粥樣硬化以及腫瘤生長、浸潤轉移等的生物學效應〔1，2〕。但由于RAGE擁有多種配體，所以功能極為復雜。不同配體作用于RAGE后所激活的信號傳導途徑以及引起的效應不同〔3〕。近年有關RAGE及其配體的研究進展很多，現就RAGE及其配體(AGEs、S100、HMGB1)在腫瘤生物學方面的效應作一綜述。

1 RAGE的結構

RAGE是細胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一員，在體內分布非常廣泛，可表達于血管內皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、Ⅱ型肺上皮細胞、肝星狀細胞、腎小球細膜細胞、神經元細胞以及腫瘤細胞等。人RAGE基因位于6p21.3，含有11個外顯子，其原始翻譯產物含有383個氨基酸殘基，其中氨基端22個氨基酸殘基為信號肽。Neeper等〔4〕鑒定了RAGE的cDNA序列，人RAGE cDNA為1 406 bp，牛RAGE cDNA為1 440 bp，人、牛、大鼠、小鼠的RAGE cDNA序列皆高度同源，約90%相似，其中人和牛 RAGE cDNA的一致性達83.6%。RAGE是一完整的膜蛋白，由400多個氨基酸組成，其完整結構包括胞外域(牛332個氨基酸殘基，人321個氨基酸殘基)、胞膜域(19個氨基酸殘基)及短的胞內域(牛43個氨基酸殘基、人41個氨基酸殘基)3個部分組成，分子量約為35 kD。氨基酸序列分析表明：在胞外段，為配體結合部位，有三個免疫球蛋白樣結構：1個V區，2個C區，每個都含有一對保守的半胱氨酸殘基，V區片段還含有兩個與“N”偶聯的糖基化位點，這些對于RAGE分子結構的穩定性和特異識別配體的功能具有重要意義。在胞外段之后是一個跨膜區和一條高度電荷的胞質尾巴。胞內段RAGE與B細胞激活標記CD20具有高度同源性，該段很可能在配體占領受體后結合胞質內信號傳導分子，產生細胞效應。

RAGE蛋白不同于免疫球蛋白超家族其他受體成員，RAGE基因可因mRNA的選擇性剪切而產生多種異形體，其中N端缺乏免疫球蛋白區域V型的異形體稱為N端截短的RAGE，一般不能結合配體。缺乏C端部分序列的異形體稱為C端截短的RAGE，此種異形體可由細胞分泌出來形成所謂可溶性RAGE(sRAGE)或稱為內源性分泌性RAGE(esRAGE)。實驗研究發現，sRAGE可與 RAGE競爭結合其配體，抑制RAGE誘導的細胞信號傳導途徑，對多種病理狀態有保護作用。有些C端截短的RAGE僅缺乏胞內的一段，仍固著于細胞膜上，無信號傳導的功能但可結合RAGE配體，因而能與全長RAGE競爭配體。這類異形體類似于顯性負突變，因此也稱為顯性負RAGE(DN-RAGE)。

2 RAGE與腫瘤

RAGE參與多種腫瘤細胞增殖、浸潤和轉移。Sasahira等〔5〕用免疫組化檢測RAGE在74例口腔鱗狀細胞癌中的表達，其中有30例高表達，而這高表達的RAGE與浸潤深度和局部復發有關，進一步證實高表達RAGE比低表達RAGE的口腔鱗狀細胞癌患者的預后差，這就表明RAGE可作為診斷口腔鱗狀細胞癌復發的相關指標。Kiyokazu等〔6〕用免疫組化檢測了65例肝癌患者中 RAGE的表達;進一步在體外實驗中，將RAGE轉染入Cos7細胞系，發現在缺氧的環境下，高分化/中分化的肝癌細胞表達RAGE增加，并且比未轉染RAGE的肝癌細胞成活率明顯延長，這就表明在低血供環境下肝癌的早期，肝癌對低氧環境的耐受是通過誘導RAGE的表達獲得的。但是Taro等〔7〕用免疫組化檢測了216例食管癌患者中RAGE的表達，其陽性表達率為50%，RAGE的表達與腫瘤浸潤深度及血管浸潤呈反比，并且RAGE陽性表達的患者比陰性表達的患者有更好的預后;進一步用多變量分析，發現RAGE的表達是獨立的預后因素，與腫瘤浸潤深度和淋巴結轉移有密切關系。由此可見，RAGE作為新發現的腫瘤相關基因，可能在不同腫瘤中發揮不同生物學作用。

3 RAGE/配體與腫瘤

3.1 RAGE/AGEs與腫瘤 AGE是蛋白質及脂類的氨基與糖的醛基之間非酶性糖化氧化反應的終產物。AGEs的主要分子結構類型有：吡咯醛、苯妥西定、羧甲基絲氨酸、咪唑酮以及一些交聯產物。現已證明，在機體的不同組織中，都有AGEs存在。體內各種蛋白，如血紅蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可發生糖基化反應，導致復雜的功能變化。這些不同的蛋白質以多種形式形成糖基化產物，通過與特殊的AGEs受體(RAGE)作用，進而介導多種病理反應。

RAGE/AGEs在糖尿病并發癥、腎病、神經系統等疾病的研究較多，而在腫瘤中的研究表明：RAGE/AGEs的結合在腫瘤的發生、發展、浸潤轉移方面發揮重要作用。RAGE/AGEs的結合會促進細胞因子和一些生長因子的產生，同時細胞遷移增加以及 NF-κB 激活等。Diamanti-Kandarakis等〔8〕用免疫組化檢測12例多囊卵巢綜合征患者，發現RAGE、AGEs在多囊卵巢綜合征患者組織中比相對的正常組織明顯增高，同時發現NF-κB p65僅出現于多囊卵巢綜合征患者組織的細胞核內，這就表明：多囊卵巢綜合征患者內RAGE、AGEs的結合，能激活NF-κB，從而引起一系列的信號傳導，在多囊卵巢綜合征疾病中發揮重要作用。RAGE/AGEs的結合除了在癌前病變中發揮重要作用外，在惡性腫瘤中也處于重要地位。Uetz-von Allmen等〔9〕用腺癌獨立高浸潤性前列腺癌與腺癌依賴非浸潤性前列腺癌與RAGE結合，從而發現細胞系與RAGE的V區結合能促進前列腺癌的浸潤;進一步的研究發現，用S100B、整合素抗體以及HMGB1抗體不能阻斷其RAGE與前列腺癌細胞系的結合，而用抗AGEs抗體或RAGE抗體能阻斷其結合;這就表明：AGEs與RAGE的V區結合，能促進前列腺癌的浸潤。

3.2 RAGE/S100與腫瘤 S100蛋白，最初由Moore發現，是一種酸性的鈣離子結合蛋白。S100蛋白是一個至少由20種具有鈣粘連能力的蛋白組成的大家族。它們是由兩種不同的亞基(A和B)構成的同源或異源二聚體。S100蛋白的mRNA共有1 135個堿基。由這段基因編碼的蛋白是S100家族成員之一。S100家族的蛋白基序均包含有兩個EF手。在多數細胞中，S100蛋白定位在胞質和(或)胞核，對于細胞的生長起了重要的調節作用。在不同的腫瘤中，S100蛋白家族的基因在染色體上的重組方式不同。

并非所有 S100蛋白都能與 RAGE結合，如 S100A2、A3、A5、A10、A14、G、Z等?，F已研究表明多數 S100蛋白在多種腫瘤中高表達：腎癌(S100A1、S100A11)、前列腺癌(S100A2、S100A11、S100P)、肺癌(S100A2、S100A4)、乳腺癌(S100A2、S100A4、S100A6、S100A7、S100A8/9、S100A11)、黑 色 素 瘤(S100A2、S100A4、S100B)、結 直 腸 癌 (S100A4、S100A6、S100A8/9、S100A11)、膀胱癌(S100A4、S100A7、S100A11)、胃癌(S100A8/9、S100A11、S100P)、胰腺癌(S100G)等。Yammani等〔10〕研究表明，S100A4與RAGE結合可以上調 MMP-13，從而造成組織重塑。Omori等〔11〕研究顯示，RAGE與S100A6結合可以激活JNK通路，活化Caspase3/7，從而造成細胞凋亡。Donato等〔12〕研究認為，分泌性的S100A12與RAGE結合能促進細胞黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)以及 NF-κB活化。Maren等〔13〕用免疫組化、RT-PCR、Western印跡檢測結腸癌中RAGE、S100P的表達發現，RAGE、S100P均在腫瘤組織表達增加，進一步研究發現S100P與RAGE結合能刺激SW480結腸癌細胞增生、浸潤轉移、MAPK磷酸化以及 NF-κB活化。同樣 S100P，Arumugam等〔14〕研究發現S100P通過激活RAGE，從而促進胰腺癌細胞浸潤轉移。Hermani等〔15〕用免疫組化檢測75例前列腺癌患者中S100A8，S100A9以及RAGE表達，同時用原位雜交檢測S100A8與S100A9，結果發現，S100A8，S100A9以及RAGE在腫瘤組織中高表達于良性及正常組織，這就表明在前列腺癌發中S100A8，S100A9以及RAGE發揮了重要作用，能促進腫瘤的發生、發展、浸潤轉移。但是雖然S100蛋白結構相似，但可能與RAGE結合后發揮不同的作用。Leclerc等〔16〕等研究發現，盡管S100B與S100A6結構相似，但他們能與RAGE的不同區域結合，從而發揮不同的作用。S100B與RAGE的V區和C1區結合，而S100A6與RAGE DE C1區和C2區結合，在低濃度，S100B與RAGE結合能促進細胞增生;在相同濃度，S100A6與RAGE DE C1區和C2區結合能促進細胞凋亡。

總之，S100/RAGE在腫瘤的發生、發展、浸潤轉移過程中發揮重要作用，雖然許多學者在S100/RAGE促進腫瘤或是抑制腫瘤方面存在爭議，但是均有研究發現，S100、RAG蛋白在腫瘤患者中過度表達，S100/RAGE在腫瘤方面的具體信號傳導通路需要更進一步研究。

3.3 RAGE/HMGB1與腫瘤 HMGB1的分泌機制尚未完全明了，目前已知HMGB1釋放到細胞外有兩種方式：一種是活化的單核巨噬細胞主動“分泌”;一種是壞死細胞的被動“釋放”。

近年發現染色質蛋白HMG于腫瘤生長、浸潤轉移有密切的關系，在多種腫瘤和未成熟細胞中表達豐富。Fiuza等〔17，18〕發現，重組人HMGB1(r-HMGB1)與微血管內皮細胞共同孵育，HMGB1能夠以時間劑量依賴方式增加ICAM-1、VCAM-1以及RAGE的表達，并能促使 IL-8、TNF、PAI-1和 t-PA的分泌，使P38MAPK、ERK、JNK磷酸化并使核轉錄因子 NF-κB和Sp1發生核移位。這就可以提示HMGB1能夠影響血管內皮細胞的正常功能，通過細胞間黏附分子的作用可以促進腫瘤的浸潤轉移。Taguchi等〔19〕發現，HMGB1通過與晚期 RAGE結合，激活MAPK、P38、JNK、及 P42/P44等信號通路，繼而引起 MMP-2和MMP-9的激活，后兩者是纖維蛋白溶酶激活級聯的下游目標，能使細胞外基質降解，從而促進腫瘤的浸潤和轉移。Sasahira等〔20〕用免疫組化和原位雜交檢測了96例結直腸癌中RAGE、HMGB1的表達，發現，RAGE和HMGB1的表達明顯高于對照組，進一步研究發現RAGE與HMGB1的共同表達也高于對照組，這就表明，RAGE/HMGB1在結直腸癌腫發揮重要作用。Harada等〔21〕用免疫組化檢測了50例trophinin和HMGB1的表達，并將 trophinin轉染入 SW480細胞，發現 trophinin陽性SW480細胞的HMGB1和RAGE表達明顯高于trophinin陰性的SW480細胞，并且trophinin陽性SW480細胞浸潤性明顯高于對照組，表明trophinin通過RAGE/HMGB1能促進腫瘤浸潤。RAGE/HMGB1在腫瘤的各個方面都發揮腫瘤作用，但RAGE/HMGB1在腫瘤中的具體機制還需要進一步研究。

4 以RAGE及其配體軸為靶點的抗腫瘤治療

以上研究均顯示，RAGE與腫瘤各個相關環節都密切相關。因此，以RAGE為靶點來治療腫瘤可能是個理想的靶點。Abe等〔22〕研究發現，用抗RAGE抗體可以明顯抑制原發性黑色素瘤小鼠的自發性肺轉移，并能延長小鼠的生存期。Kuniyasu等〔23〕研究發現，RAGE反義寡核苷酸可明顯抑制 Colo320和OWIDR大腸腺癌細胞的侵襲和轉移能力。Van Beijnum等〔24〕研究發現，HMGB1能有助于腫瘤的新生血管形成，體外實驗表明，抗HMGB1抗體可抑制內皮細胞出芽和血管形成。丙酮酸乙脂(EP)是一個糖代謝的中間產物，一個有效的氧化反應清道夫，可以抑制TNF的產物，并通過抑制由NF-κB和P38MAPA介導的信號通路而影響巨噬細胞的活性，通過濃度抑制的負反饋方式抑制巨噬細胞釋放HMGB1，從而降低循環中HMGB1的水平。Lim等〔25〕研究報道，EP可以通過抑制HMGB1的表達而抑制A549肺癌細胞的生長。這也表明EP可能成為抑制RAGE/HMGB1腫瘤的信號通路。但是以RAGE及其配體的抗腫瘤治療機制還不清楚，有待進一步研究。

5 應用前景

惡性腫瘤已經成為人類死亡的首要病因，早期診斷，有效治療，能降低癌癥患者的死亡率。已有的研究均表明RAGE及其配體在不同人類腫瘤中高表達，RAGE及其配體與腫瘤關系密切。綜上所述，RAGE-配體的研究可以建立一種全新的腫瘤生物模式，在腫瘤各個方面都密切相關。RAGE與不同配體在不同腫瘤的信號通路調控機制仍需進一步研究，相信隨著這些問題的解決，RAGE/配體軸可能成為腫瘤疾病診斷，治療和預防提供新的方向，因此具有重要意義。

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