巢蛋白在胰腺癌中的研究進展

石 圍(綜述)，張海蓉(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院消化內科，昆明 650032)

巢蛋白是一種連接蛋白，參與細胞骨架的構成；最早發現其表達于神經干細胞，近年來發現它也在許多癌癥中表達，其中包括胰腺癌。由于最初在胚胎胰或成體胰腺組織中分離得到巢蛋白陽性細胞，獲得大量的干細胞而進行體外培養、誘導分化及克隆治療糖尿病，可為胰腺癌切除后胰島移植打下基礎。近年來發現巢蛋白與胰腺癌干細胞及腫瘤血管生成也有密切關系，通過巢蛋白來研究胰腺癌腫瘤干細胞、抑制胰腺癌的血管生成，并且聯合靶向抑制與巢蛋白相關的血管生成因子，可能被作為胰腺癌的一個新的治療策略。

1 巢蛋白及其基因結構特點

巢蛋白最早由Hockfield等[1]發現并特異性地表達于神經干細胞；隨后Lendahl等[2]克隆出編碼該蛋白的基因，該基因的結構具有一般中間絲的特征，由該基因編碼的蛋白顯示其中間段有螺旋桿結構域的氨基酸序列與已被發現的其他五類中間絲蛋白有16%～29%的同源性。但因其基因的內含子位置，蛋白的N端(頭，較短，只有11個氨基酸)、C端(尾，較長，有479個氨基酸，且含有許多帶電荷的氨基酸重復序列)以及在組織細胞的分布等方面均有別于其他五類中間絲蛋白而被單獨定為第Ⅵ類中間絲蛋白，并將其命名為巢蛋白。人的巢蛋白家族有巢蛋白1與巢蛋白2兩個成員，相對分子質量分別為150×103和200×103，兩者46%的序列相同，有類似的三維結構，由3個球形結構域(G1、G2、G3)組成，兩種巢蛋白共表達于各種組織中，作用可能類似。生理學上巢蛋白與細胞受體分子相互作用，也參與控制細胞的極化、遷移和侵襲等過程。通過與整合素的反應，在炎癥時巢蛋白促進嗜中性粒細胞趨化；在細胞和基膜之間的相互作用中，巢蛋白調控包括分化、增殖和凋亡等過程。

2 巢蛋白與胰腺干細胞

以前研究發現巢蛋白主要表達于神經系統，但Schwitzgebel等[3]研究發現，雖然成人胰腺和中樞神經系統為不同的組織，并且具有不同的功能，但兩種器官的發育控制機制相似。胰腺和神經系統中都存在表達巢蛋白的干細胞[4]。Zulewski等[5]首次提出，巢蛋白是胰腺干細胞的標志物，同時也證實了大鼠和成人胰腺組織中均存在巢蛋白陽性細胞，該細胞具有干細胞的特性，體外培養這種細胞可分化為胰腺內分泌細胞。從成年小鼠胰腺組織中以巢蛋白陽性細胞來源的細胞也建立了單克隆的多能胰腺干細胞，并且在體外可誘導分化為胰島素分泌細胞[6]。楊最素等[7]對人胚胎胰發育過程中巢蛋白的表達變化做了研究，認為巢蛋白在胚胎胰腺發育過程中表達于胰腺干細胞，同時巢蛋白也代表著胰腺的增殖水平。而巢蛋白陽性細胞主要分布于胰島和間充質中，隨著胎齡的變化，胰腺巢蛋白陽性細胞數也會發生變化。Huang等[6]報道了人胎胰組織來源的胰腺干細胞可誘導分化為胰腺內分泌細胞，將分化后細胞移植到糖尿病小鼠體內可糾正高血糖。糖尿病與胰腺癌可能互為因果，因此治療糖尿病對胰腺癌也是一個預防方法。

3 巢蛋白與胰腺癌腫瘤干細胞

腫瘤干細胞的概念源于腫瘤細胞與干細胞自我更新機制相似性的觀察上。腫瘤干細胞理論認為，腫瘤干細胞是在腫瘤組織的特定區域內少數存在的，具有不定增殖潛能、可驅使腫瘤形成和生長，在腫瘤的發生、發展過程中起關鍵作用的特殊細胞。因此腫瘤干細胞可以說是腫瘤的種子和源泉；胰腺腫瘤生長和轉移的能力依賴于胰腺腫瘤干細胞的存在[8]。另外，放化療主要是通過誘導凋亡來殺死腫瘤細胞，腫瘤細胞耐受凋亡而導致治療失敗。最近的研究認為，治療失敗的根本原因也可能是由于腫瘤干細胞的存在[9]。胰腺癌早期診斷率低，耐藥性高，復發及轉移率高，臨床治療效果一直不理想，這可能是由于一群為數較少的胰腺癌腫瘤干細胞存在所致。Wang等[10]從Panc-1胰腺癌胞株中分離出一個亞群細胞且命名為癌癥干樣細胞，它們高表達CD133/CD44/Oct4/巢蛋白，含Panc-1癌干細胞的存在可能是胰腺癌多重耐藥和廣泛轉移的潛在主要原因。在胰腺癌腫瘤干細胞中檢測到了巢蛋白的表達，由此證實胰腺癌干細胞中也有巢蛋白存在[11]。巢蛋白可能是通過調控腫瘤干細胞的功能來實現調節其他細胞的功能；然而，胰腺癌中的巢蛋白陽性細胞是否就是胰腺癌干細胞仍存在一定爭議。因為癌干細胞的起源仍沒被闡明，但活化的胰腺星狀細胞可能是胰腺癌干細胞的一部分，星狀細胞能加強癌干細胞形成腫塊的能力，還能使癌干細胞密切相關的基因(如巢蛋白基因)明顯增加[12]。曾有報道，巢蛋白是活化的胰腺星狀細胞的一個標志物[13]。關于巢蛋白與癌干細胞和胰腺星狀細胞之間的相關機制及關系需要更多的研究予以證實。

4 巢蛋白與胰腺腫瘤血管生成

癌是實體腫瘤，其特點是異常的血管系統，稱為腫瘤血管。腫瘤血管生成供給腫瘤細胞更多的氧氣和營養，且新形成的腫瘤血管基膜的高滲透和易滲漏性，較成熟的血管，腫瘤細胞更容易穿透新形成的腫瘤血管，這樣就增加了腫瘤細胞進入體循環的風險[14]。因此，當腫瘤血管形成時腫瘤能更容易和快速的生長。研究認為，巢蛋白在血管內皮細胞中高表達，與腫瘤血管生成密切相關[15]。Yamahatsu等[16]認為，通過抑制胰腺癌腫瘤血管的生成來治療胰腺癌，巢蛋白是一個新穎的分子靶點。

觀測新生血管的數量和生成狀況對判斷腫瘤的復發和轉移有重要參考價值。如何判斷新生血管的形成，并將其與組織內的原有血管區分開，巢蛋白是一個指標。Suzuki等[17]發現，巢蛋白在血管內皮祖細胞中表達而在成熟的血管內皮細胞中不表達，并且認為巢蛋白可作為新生血管的標志蛋白。標記巢蛋白的轉基因鼠可以使新生血管內皮同時被標記，從而觀測到新生血管的生成。由于只標記了新生血管，可以更方便與組織內的原有血管區分開。這使標記巢蛋白的轉基因鼠成為研究循環系統發育以及腫瘤新生血管的一種方便工具。用抗原相關分子CD34、CD31、凝血酶原因子Factor-Ⅷ確定腫瘤微血管密度普遍被作為腫瘤血管內皮細胞的標志，但哪種標志物最適合作為微血管密度的標志物一直存在爭議[18]。Takagi等[19]研究認為，在胰腺癌組織中確定微血管密度，CD34較CD31和Factor-Ⅷ更適合作為血管內皮細胞標志物。但是Yamahatsu等[16]對巢蛋白和CD34的表達作了對比研究，結果認為巢蛋白特定表達于小且高增殖能力的血管，而CD34表達于所有的血管。另外，巢蛋白與一些血管生成的相關因子表達高度一致，如血管內皮生長因子[20]。血管內皮生長因子對于原始胚胎血管干細胞的分化是極其重要的，血管內皮生長因子被視為參與神經發生和血管生成的一個調制器，但具體機制仍未闡明[21]。還有研究認為，致癌基因K-ras的激活在巢蛋白陽性細胞的大鼠胰腺祖細胞中能充分誘發胰腺上皮內瘤變[22]。

總之，巢蛋白在胰腺癌組織的小血管中表達，并且可能成為測量胰腺癌微血管密度的一個有用的標志物；通過抑制腫瘤血管生成進而抑制腫瘤生成和(或)靶向抑制與巢蛋白相關的血管生長因子的治療，提示巢蛋白可能成為治療胰腺癌的一個新的分子靶向目標；并且通過詳細分析巢蛋白的表達模式，明確其表達機制，對于腫瘤入侵尋找新的治療靶點將會有很大作用。

5 巢蛋白與胰腺癌的侵襲及預后

體外研究發現，胰腺癌巢蛋白陽性細胞是通過選擇性地調節肌動蛋白的表達和細胞黏附分子來實現遷徙、侵入、轉移等過程，且不影響它們的增殖，這種行為是非目標效應的[23]。癌細胞的遷移及侵入，其中一個機制是由于細胞骨架蛋白(包括中間絲蛋白、微絲、微管)是組織細胞結構和細胞轉移的重要調制器[24]。巢蛋白扮演一個連接細胞骨架組成部件的角色，并且在細胞動力學方面協調其變化[25]。以上研究表明，巢蛋白通過調節細胞骨架，增強細胞活性和促進細胞運動，以此來調節細胞形態變化、遷徙、轉移、侵入等過程。

實際上32.5%的卵巢惡性腫瘤表達巢蛋白[26]。人腦膠質瘤組織中巢蛋白表達水平與病理級別呈正相關，與患者生存時間呈負相關[27]。室管膜瘤的巢蛋白是一個獨立的較差預后的標志物[28]。雖然Kim等[29]研究報道稱，并沒有發現胰腺癌巢蛋白的表達與臨床病理及預后有確切的關系，只與胰腺癌周圍神經侵入有關，但是根據Matsuda等[23]研究提示，剔除胰腺癌細胞中的巢蛋白基因將使胰腺癌轉移和侵襲力下降，恢復巢蛋白基因，轉移和侵襲力就增加，因此，進一步研究是必要的，以確定豐富的巢蛋白陽性細胞在瘤腺體周圍聚積的原因。

6 小 結

從人胰組織中的巢蛋白陽性細胞分離獲得胰腺干細胞，并建立單克隆人胰腺干細胞系來誘導、分化為胰島素細胞進而治療糖尿病；由于糖尿病與胰腺癌可能互為因果，治療糖尿病也可預防胰腺癌的發生；胰腺癌腫瘤切除術后預防糖尿病，巢蛋白可能是一個有效的靶點。另外，通過巢蛋白陽性細胞來研究胰腺癌腫瘤干細胞及腫瘤血管生成，通過抑制癌癥干細胞的能動性和腫瘤血管生成，巢蛋白可能也是一個腫瘤靶向治療的理想候選者。針對胰腺癌侵襲、轉移和預后等，可能需要更多的研究來探索為何豐富的巢蛋白陽性細胞會在腫瘤腺體周圍聚集。巢蛋白對于胰腺癌的發生、發展、治療可能是一個有效的靶點，以此了解胰腺癌的生物學行為，為更好地預測腫瘤的發展、轉歸提供幫助。

[1] Hockfield S,Mckay RD.Identification of major cell classes in the developing mammalian nervous system[J].J Neurosci,1985,5(12):3310-3328.

[2] Lendahl U,Zimmerman LB,Mckay RD.CNS stem cells express a new class of intermediate filament protein[J].Cell,1990,60(4):585-595.

[3] Schwitzgebel VM,Scheel DW,Conners JR,etal.Expression of neurogenin reveals an islet cell precursor population in the pancreas[J].Development,2000,127(16):3533-3542.

[4] Lumelsky N,Blondel O,Laeng P,etal.Differentiation of embryonic stem cells to insulinsecreting structures similar to pancreatic islets[J].Science,2001,292(5520):1389-1394.

[5] Zulewski H,Abraham EJ,Gerlach MJ,etal.Multipotential nestin-positive stem cells isolated from adult pancreatic islets differentiate ex vivo into pancreatic endocrine,exocrine,and hepatic phenotypes[J].Diabetes,2001,50(3):521-533.

[6] Huang H,Tang X.Phenotypic determination and characterization of nestinpositive precursors derived from human fetal pancreas[J].Lab Invest,2003,83(4):539-547.

[7] 楊最素,江峰,郁迪,等.人胚胎胰發育中巢蛋白和轉化生長因子β1表達的變化[J].解剖學雜志,2011,34(3):311-314.

[8] Suzuki A,Nakauchi H,Taniguchi H,etal.Prospective isolation of multipotent pancreatic progenitors using flow cytometric cell sorting[J].Diabetes,2004,53(8):2143-2152.

[9] Sarkar FH,Li Y,Wang Z,etal.Pancreatic cancer stem cells and EMT in drug resistance and metastasis[J].Minerva Chir,2009,64(5):489-500.

[10] Wang D,Zhu H,Zhu Y,etal.CD133(+)/CD44(+)/Oct4(+)/Nestin(+) stem-like cells isolated from Panc-1 cell line may contribute to multi-resistance and metastasis of pancreatic cancer[J].Acta Histochem,2012,115(4):349-356.

[11] Kawamoto M,Ishiwata T,Cho K,etal.Nestin expression correlates with nerve and retroperitoneal tissue invasion in pancreatic cancer[J].Hum Pathol,2009,40(2):189-198.

[12] Hamada S,Masamune A,Takikawa T,etal.Pancreatic stellate cells enhance stem cell-like phenotypes in pancreatic cancer cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,421(2):349-345.

[13] Lardon J,Rooman I,Bouwens L.Nestin expression in pancreatic stellate cells and angiogenic endothelial cells[J].Histochem Cell Biol,2002,117(6):535-540.

[14] Liotta LA,Saidel MG,Kleinerman J.The significance of hematogenous tumor cell clumps in the metastatic process[J].Cancer Res,1976,36(3):889-894.

[15] Eaton CL,Colombel M,van der Pluijm G,etal.Evaluation of the frequency of putative prostate cancer stem cells in primary and metastatic prostate cancer[J].Prostate,2010,70(8):875-882.

[16] Yamahatsu K,Matsuda Y,Ishiwata T,etal.Nestin as a novel therapeutic target for pancreatic cancer via tumor angiogenesis[J].Int J Oncol,2012,40(5):1345-1357.

[17] Suzuki S,Namiki J,Shibata S,etal.The neural stem/progenitor cell marker nestin is expressed in proliferative endothelial cells,butnot in mature vasculature[J].J Histochem Cytochem,2010,58(8):721-730.

[18] Sullivan CA,Ghosh S,Ocal IT,etal.Microvessel area using automated image analysis is reproducible and is associated with prognosis in breast cancer[J].Hum Pathol,2009,40(2):156-165.

[19] Takagi K,Takada T,Amano H,etal.Analysis of microvessels in pancreatic cancer:by light microscopy,confocal laser scan microscopy,and electron microscopy[J].J Hepatobiliary Pancreat Surg,2008,15(4):384-390.

[20] Hlobilkova A,Ehrmann J,Knizetova P,etal.Analysis of VEGF,Fit-1,Flk-1,nestin and MMP-9 in relation to astrocytoma pathogenesis and progression[J].Neoplasma,2009,56(4):284-290.

[21] Kim BK,Kim SE,Shim JH,etal.Neurogenic effect of vascular endothelial growth factor during germ layer formation of human embryonic stem cells[J].FEBS Lett,2006,580(25):5869-5874.

[22] Carrière C,Young AL,Gunn JY,etal.Acute pancreatitis accelerates initiation and progression to pancreatic cancer in mice expressing oncogenic K-ras in the nestin cell lineage[J].PLoS One,2011,6(11):e27725.

[23] Matsuda Y,Naito Z,Kawahara K,etal.Nestin is a novel target for suppressing pancreatic cancer cell migration,invasion and metastasis[J].Cancer Biol Ther,2011,11(5):512-523.

[24] Chou YH,Flitney FW,Chang L,etal.The motility and dynamic properties of intermediate filaments and their constituent proteins[J].Exp Cell Res,2007,313(10):2236-2243.

[25] Herrmann H,Aebi U.Intermediate filaments and their associates:multitalented structural elements specifying cytoarchitecture and cytodynamics[J].Curr Opin Cell Biol,2000,12(1):79-90.

[26] Qin Q,Sun Y,Fei M,etal.Expression of putative stem marker nestin and CD133in advanced serous ovarian cancer[J].Neoplasma,2012,59(3):310-315.

[27] 丁鵬,許亮,蘭青,等.Nestin基因表達與膠質瘤惡性進展及預后相關性的初步研究[J].中國微侵襲神經外科雜志,2008,13(4):162-164.

[28] Milde T,Hielscher T,Witt H,etal.Nestin expression identifies ependymoma patients with poor outcome[J].Brain Pathol,2012,22(6):848-860.

[29] Kim HS,Yoo SY,Kim KT,etal.Expression of the stem cell markers CD133and nestin in pancreatic ductal adenocarcinoma and clinical relevance[J].Int J Clin Exp Pathol,2012,5(8):754-761.