結(jié)締組織生長因子與惡性腫瘤的研究進展

天津醫(yī)科大學總醫(yī)院天津市肺癌研究所ICU 徐蕭洪

臨床上，80%以上的惡性腫瘤病人死于腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移，可見惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致治療失敗和死亡的主要原因。隨著分子生物學的進展和對腫瘤發(fā)生遺傳機制的進一步了解，以及對惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程和預(yù)后的細致深入研究，人們發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個多階段多因素共同參與的生物學過程。腫瘤的轉(zhuǎn)移過程包括腫瘤細胞從原發(fā)腫瘤中脫落、腫瘤細胞侵襲間質(zhì)組織、腫瘤細胞進入血管以及腫瘤細胞在第二位置的溢出和生長[1,2]。為了進行轉(zhuǎn)移，腫瘤細胞必須通過激活和(或)抑制作用來調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化及遷移運動。

結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF) 是1991年Bradham 等[3]在應(yīng)用血小板源性生長因子(platete rivied growth factor,PDGF) 抗體篩選人類臍靜脈內(nèi)皮細胞cDNA(互補脫氧核糖核酸) 文庫時首次發(fā)現(xiàn)。

1 CTGF的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

C T G F屬于C C N家族，此家族包括結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、Cyr61(cysteine-fich 61)、腎母細胞瘤過度表達基因(nephroblastoma overexpressed gene，Nov)、elml (expressed low in metastasis 1) 或稱WISP-1(Wnt-1 induced secreted protein 1)、HICP(heparin-inducible CTGF／cyr6 1／nov-like protein或rcop-1或WISP-2)和WISP-3，已在人、小鼠、大鼠、豬、牛、鵪鶉和蛙等組織中檢測到該家族成員的表達。大部分CCN家族成員的翻譯產(chǎn)物是含有343～381個氨基酸殘基的相對分子質(zhì)量為35 000～40 000的分泌蛋白，這些蛋白都含有38個保守的半胱氨酸，由4個結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成。它們均屬于即刻早期基因(immediate early gene)，直接參與生長因子對細胞生長分化的調(diào)控。它們的共同結(jié)構(gòu)特點是具有很高的序列同源性和序列結(jié)構(gòu)類似性。CTGF蛋白的相對分子質(zhì)量約為38 000，富含半胱氨酸，是肝素結(jié)合型，由成纖維細胞、平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞合成分泌。CTGF mRNA可以在成年哺乳動物的心、腦、腎、肺、肝、肌肉和胎盤中表達。人類CTGF基因定位于染色體6q23. 1，包括5個外顯子和4個內(nèi)含子，起始位點為ATG 其3′端包含3個ATTTA位點。CTGF蛋白的38個保守的半胱氨酸殘基分成2個節(jié)段，其中22個在N末端區(qū)，16個在C末端區(qū)，4個主要的蛋白結(jié)構(gòu)區(qū)為胰島素樣生長因子的結(jié)合蛋白區(qū)、von Wille-brand因子C型重復(fù)、血小板反應(yīng)蛋白( throm bospondin) I 型重復(fù)以及生長因子半胱氨酸群，這些區(qū)域都由獨立的外顯子編碼。

2 CTGF的生物學功能

CCN家族蛋白分泌細胞外基質(zhì)聯(lián)合蛋白，調(diào)節(jié)細胞生長過程(例如黏著、轉(zhuǎn)移、有絲分裂、分化和殘存)，他們也調(diào)節(jié)更多復(fù)雜的生物過程(如血管發(fā)生、軟骨形成、腫瘤形成、纖維變性和血管疾病)。CTGF蛋白除具有上述功能外，還有自己特有的生物學功能。

2.1 促進血管形成 動物正常組織內(nèi)各種管腔內(nèi)皮細胞均可產(chǎn)生CTGF，CTGF在血管內(nèi)皮細胞中呈原位表達，目前認為是堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)或血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)激活轉(zhuǎn)錄所致。CTGF可作用于內(nèi)皮細胞，調(diào)節(jié)其生長，維持正常內(nèi)皮細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，純凈的重組體CTGF(rCTGF)促進血管內(nèi)皮細胞黏附、增殖和遷移，并呈劑量依賴性。損傷修復(fù)和纖維化疾病常同時出現(xiàn)細胞外基質(zhì)沉積和血管形成。CTGF可促進ECM成分的產(chǎn)生，被認為在結(jié)締組織細胞增殖和ECM沉積中占有重要地位。CTGF在成纖維細胞中過度表達可引起MMP1、MMP2和MMP3的表達增強，從而證實CTGF與ECM的產(chǎn)生和降解關(guān)系密切[4]。CTGF是一種有效的血管生成因子，rCTGF可顯著地促進血管內(nèi)皮細胞形成管腔，同時誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞形成管狀，比堿性成纖維細胞生長因子或血管內(nèi)皮生長因子作用強。

2.2 介導(dǎo)細胞粘附 CTGF促進細胞黏附、增殖和存活的功能是通過內(nèi)皮細胞的α5β3整合素、血小板的α2bβ3整合素和αbβ1整合素及成纖維細胞表面的乙酰肝素硫酸酯蛋白聚糖(heparansulfate proteoglycans，HSPGs)介導(dǎo)完成的。Chen等[5]研究發(fā)現(xiàn)，CTGF能夠介導(dǎo)成纖維細胞的黏附作用，其過程必須要有整合素和硫酸乙酰肝素糖蛋白的參與。此外，與成纖維細胞黏附至纖維結(jié)合素、層黏連蛋白和Ⅰ型膠原相比，CTGF介導(dǎo)黏附作用的范圍更加廣泛，表現(xiàn)為形成線狀和扁平偽足的時間更長，可以激活細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子如黏連激酶，至少可以維持p42／p44 MAPKs(mitogen activated protein kinase，絲裂原激活的蛋白激酶)的激活狀態(tài)達9 h，以及延長基因表達的時間。

2.3 促進軟骨發(fā)生和骨骼發(fā)育 CTGF基因在兔的軟骨細胞和人的軟骨肉瘤細胞中均有強陽性表達，而成骨細胞中則無表達。原位雜交結(jié)果顯示，CTGF主要表達于胎鼠的肋軟骨細胞和脊柱的肥大軟骨細胞中。以上結(jié)果表明，CTGF參與軟骨內(nèi)成骨。XU等[6]發(fā)現(xiàn)大鼠骨硬化病模型和正常大鼠的骨骼之間存在CTGF基因表達的顯著差異。此外，前列腺素E(2)可以上調(diào)CTGF基因的表達，而前者已知可以調(diào)節(jié)成骨細胞的分化，在骨骼發(fā)育過程中起重要作用。因此，CTGF在軟骨的發(fā)生和骨骼的發(fā)育、塑形以及重塑過程中發(fā)揮著重要作用。

2.4 刺激細胞遷移 Fan等[7]發(fā)現(xiàn)，在體外實驗中，如果CTGF表達過度，血管平滑肌細胞的生長率和遷移率都將有顯著增加，而且該作用可被CTGF中和性抗體逆轉(zhuǎn)。在培養(yǎng)皿中只有那些處于增殖期和正在遷移至空白區(qū)域的細胞CTGF表達呈陽性，CTGF這種趨化細胞的作用可以促進它的促新生血管形成活性，并且可能在創(chuàng)傷愈合過程中趨化成纖維細胞至傷處起重要用。

2.5 在器官纖維化中的表達 在生理狀態(tài)時，機體組織細胞可有基礎(chǔ)量的CTGF分泌；病理狀態(tài)下，CTGF過度表達與某些增生性或纖維化疾病的發(fā)生密切相關(guān)。CTGF與多種組織器官纖維化有密切的關(guān)系，包括肺纖維化、腎臟纖維化、系統(tǒng)性硬化、動脈粥樣硬化和肝臟纖維化。

2.5.1 在肺纖維化中的表達 SATO等[8]應(yīng)用Northern雜交方法觀察了CTGF mRNA在bleomycin誘導(dǎo)的人、大鼠和小鼠肺纖維化模型中各個階段的表達特點，首次證明人、鼠肺成纖維細胞也表達CTGF，其表達規(guī)律與TGF-β1有著密切的聯(lián)系，與肺纖維化的程度密切相關(guān)。

2.5.2 在腎纖維化中的表達 國外有關(guān)腎臟疾病的研究發(fā)現(xiàn)，CTGF參與了腎纖維化的發(fā)生、發(fā)展，可能是各種腎臟疾病所致腎纖維化中的一個共同的關(guān)鍵生長因子。初步研究表明，在腎臟疾病狀態(tài)下，CTGF主要表達于腎臟中起源于中胚層的固有細胞，如臟層上皮細胞、壁層上皮細胞、系膜細胞以及腎小球和腎小管周圍的間質(zhì)細胞。

3 影響CTGF表達的因素

3.1 TGF-β1 在體外TGF-β1可以誘導(dǎo)人包皮的成纖維細胞產(chǎn)生高水平的CTGF以及細胞外基質(zhì)成分，而其他生長因子如血小板源生長因子、表皮生長因子和堿性成纖維細胞生長因子等則沒有這種作用。環(huán)己亞胺不能阻斷這種刺激作用，這表明CTGF基因的表達是由TGF-β1直接調(diào)控。在組織創(chuàng)傷修復(fù)時，再生組織中TGF-β1表達的增高發(fā)生在TGF表達增高之前，這表明體內(nèi)存在著控制組織再生和修復(fù)的級聯(lián)反應(yīng)。

有研究者將TGF-β1和CTGF注射至新生小鼠的皮下，以觀察這兩種生長因子在體內(nèi)的促纖維化作用。結(jié)果表明，持續(xù)纖維化組織的形成需要幾種生長因子的共同作用，其中TGF-β1誘導(dǎo)纖維化，而CTGF則維持纖維化的發(fā)展。此外，應(yīng)用CTGF反義寡核苷酸或中和性抗體則能抑制TGF-β1誘導(dǎo)皮膚纖維化的作用，表明TGF-β1是通過CTGF的介導(dǎo)才能發(fā)揮其促纖維化作用。

3.2 腫瘤壞死因子 最近的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子(TNF)對促進炎性反應(yīng)的發(fā)生和誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶基因的表達是十分必要的，并在創(chuàng)傷愈合的早期階段發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的成纖維細胞中TNF能夠抑制TGF-β1誘導(dǎo)CTGF蛋白的表達。這種作用能夠被核轉(zhuǎn)錄因子kappaB(NF-kappaB)的抑制劑阻斷，表明TNF可能通過NF-kappaB的信號通路發(fā)揮作用。

4 CTGF在惡性腫瘤中的作用機制

CCN家族具有廣泛的生物學特性，在腫瘤病理方面有著復(fù)雜多樣的表現(xiàn)。有證據(jù)表明，CCN的表達異常與惡性腫瘤之間有著明顯的相關(guān)性。CTGF屬于CCN家族，也是CCN家族中研究較多的一個。

CTGF在腫瘤中的作用目前還不是很清楚，有研究顯示CTGF可能在腫瘤生長和血管生成中起作用。近來研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌和軟骨肉瘤中CTGF的表達水平升高，在約6l%的急性淋巴細胞白血病患者的骨髓中也出現(xiàn)CTGF的過度表達[9]。Xie等[10]采用實時定量PCR法對44例原發(fā)性乳腺腫瘤和7例正常乳腺組織中CTGF、WISP-1、Cyr61和Nov mRNA的表達水平進行定量分析時發(fā)現(xiàn)，在原發(fā)性乳腺腫瘤中存在CTGF mRNA(55%)、WISP-1 mRNA(46%)、Cyr61 mRNA(39%)和Nov mRNA(11%)的過度表達。統(tǒng)計學單變量分析CCN基因表達和臨床病理參數(shù)的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，CTGF與病程、腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀況和確診時年齡顯著相關(guān)。在一類兒童成肌纖維細胞性腫瘤中，如嬰兒肌纖維瘤病、惡性血管外皮瘤和纖維組織細胞瘤的內(nèi)皮細胞和彈性蛋白陽性的瘤細胞中CTGF均有高度表達，而在血管纖維瘤中CTGF只表達在Ⅷ因子陽性的內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞中。用原位雜交法在腫瘤組織炎性細胞內(nèi)沒有檢測到CTGF mRNA[11]。Croci等[12]將CTGF反義寡核苷酸和反義RNA導(dǎo)入橫紋肌肉瘤細胞，2種處理方法都使瘤細胞的生長得到抑制，提示可能存在一個以CTGF為基礎(chǔ)的自分泌環(huán)狀通路。CTGF反義核苷酸介導(dǎo)的生長抑制是由于其顯著促進了細胞凋亡，而對細胞增殖沒有影響。重組的CTGF大大增加了肌球蛋白陽性細胞的比例。Shimo等[13]發(fā)現(xiàn)，CTGF的反義寡核苷酸和反義RNA均可抑制內(nèi)源性CTGF引起的血管內(nèi)皮細胞增殖和游走，從而抑制血管形成。在大血管的內(nèi)皮細胞中，cAMP可抑制CTGF降解，增加CTGF蛋白的產(chǎn)生，而TGF-β1對CTGF mRNA和蛋白沒有影響；但在微血管內(nèi)皮細胞中，TGF-β1則可增加CTGF mRNA的產(chǎn)生，且TGF-β1與cAMP均促進CTGF的降解。CTGF在抑制惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移方面可能也有作用，有報道CTGF可通過一種CRMP-1(collapsing response mediator protein-1)依賴的通路抑制肺腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[14]。

5 小結(jié)

總之，CTGF具有多種生物學特性，在不同的腫瘤、不同的病理類型中其功能可能不一樣。CTGF作為腫瘤轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)因子之一，提示其可成為防治腫瘤轉(zhuǎn)移的一個很有前途的新靶點。但目前CTGF的基因調(diào)控機制及活化機制尚不清楚，因此進一步探討CTGF在肺癌的轉(zhuǎn)移和侵襲中的表達將有一定的理論和臨床意義。

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