CD13與惡性腫瘤相關性研究進展

劉廣宇(綜述)，張躍偉(審校)

(大連大學附屬中山醫院介入治療科，遼寧 大連 116001)

Keywords：CD13/Aminopeptidase N; Cancer; Correlation

CD13/氨基肽酶N(aminopeptidase N，APN)早期被定義為髓樣細胞表面標志物，后經證實同樣分布于多種細胞。其蛋白水解活性，使其在不同組織細胞中發揮著截然不同的功能。大量研究顯示，血清、胸腹腔滲出液及外周血中可檢測到可溶性CD13/APN陽性表達，并已證實可溶性CD13的表達高低與腫瘤進展及轉移等密切相關，從而表明CD13的高表達對惡性腫瘤的發生、發展起積極作用，同時對愈后產生負面影響[1]。近年來研究發現，其與腫瘤干細胞的自我更新及分化成腫瘤有一定關系。

1 CD13/APN的表達及分子結構

人CD13/APN基因編碼序列擁有20個外顯子，其定位于人第15號染色體長臂25～26區，全長35 kb，其表達受近端和遠端兩個啟動子調節[2]。成熟后的APN是由967個氨基酸組成的相對分子質量為150×103的Ⅱ型跨膜糖蛋白，通過近N端的跨膜螺旋區錨在細胞膜上，胞內區僅8～10個氨基酸，胞外區很長并高度糖基化，有10個N型糖鏈和11個O型糖鏈結合位點[3]。其天然底物包括：神經肽激素、血管活性肽、細胞因子和免疫調節性肽類等；APN同時隸屬于鋅離子結合金屬蛋白酶超級家族，其酶活性來源于氨基酸[His-Glu-Ala-His][4]。

CD13通過其蛋白水解功能，在腫瘤細胞的對細胞外基質降解遷移，干擾抗原呈遞，逃避免疫識別，抑制腫瘤細胞凋亡中發揮不同的作用[4-6]。并且，CD13通過對血管生成因子的調控，在新毛細管形成的過程中起著關鍵作用[7-9]。

2 CD13/APN與惡性腫瘤的關系

2.1降解細胞外基質的蛋白水解酶 腫瘤的侵襲轉移過程開始于本身的同質型黏附降低及腫瘤細胞與細胞外基質異質型黏附增加，腫瘤細胞通過整合素的介導黏附于細胞外基質，因此對細胞外基質的降解是腫瘤侵襲轉移的關鍵一步。而細胞外基質是由細胞分泌到細胞外間質中的大分子物質構成的復雜網架結構，其主要成分是膠原蛋白、蛋白多糖和糖蛋白等，起支持并連接組織結構、調節組織的發生和細胞的生理活動作用，同時對腫瘤細胞的轉移起到了屏障作用。當腫瘤細胞與細胞外基質形成黏附時，CD13分子可以通過該蛋白酶對組成基膜的Ⅳ型膠原水解作用，進行組織消化穿透，從而形成局部溶解區，構成了腫瘤細胞轉移運行通道，使腫瘤細胞穿透細胞外基質及脈管系統的基膜，進入循環系統[10-11]。從而證明了APN促進了腫瘤細胞的生長與擴散。有研究顯示，大量表達CD13的細胞株和內皮細胞共培養時，由于CD13可以水解白細胞介素8，導致可抵御內皮源性白細胞介素8所誘導的凋亡，而其抑制劑恰恰可以抵消CD13的這種抗凋亡作用[12]。

2.2促進血管生成和腫瘤轉移 無論在原發病灶的快速增長階段還是發生轉移的過程中，血管發生都是至關重要的一步。研究表明，原發腫瘤超過1～2 mm3，就會有新生血管生成，以供給營養促進腫瘤繼續增大[13]。近年來的研究發現，腫瘤新生血管或其他新生血管形成過程中，在缺氧、血管內皮生長因子等促血管生成因素的共同作用下，新生血管內皮細胞內CD13mRNA及表達上調，而正常組織血管內皮細胞無CD13表達；有學者認為，CD13在毛細血管形成的過程中，參與了新生血管的發生并調節血管生成信號，可作為血管生成的標志[4,7,14]。在進一步的研究中闡述了誘導表達信號經Ras絲裂原活化的蛋白激酶和Ras/磷脂酰肌醇-3激酶途徑傳至核內，活化Ets-2，激活CD13近端啟動子，從而啟動轉錄表達[15-16]。Tokuhara等[17]應用免疫組織化學和反轉錄-聚合酶鏈反應法對194例非小細胞肺癌患者進行研究，結果顯示CD13表達陽性組5年生存率顯著低于CD13陰性組，CD13表達與血管生成呈顯著相關。Pasqualini等[18-19]應用噬菌體活化等技術篩選出天冬氨酸-甘氨酸-精氨酸、半胱氨酸-天冬氨酸-甘氨酸-精氨酸-半胱氨酸、凝血酶相關肽等歸巢于腫瘤血管床的多肽序列，也稱為腫瘤跟蹤肽，其中天冬氨酸-甘氨酸-精氨酸、半胱氨酸-天冬氨酸-甘氨酸-精氨酸-半胱氨酸可與CD13特異性結合。Di Matteo等[20]通過免疫組織化學法對其表達進行研究，將三種CD13單克隆抗體(WM15,3D8,BF10)應用于正常的和病態的人體組織標本中；在腫瘤組織中，WM15反映了腫瘤組織中幾乎所有的毛細血管，而動脈和小靜脈則只是偶爾帶有飾紋；相較于WM15，BF10與3D8的免疫反應性不同。它們對大血管及部分毛細血管的內皮有反應；WM15幾乎結合了所有的腫瘤血管，而BF10和3D8結合了大的癌旁血管和一些極少的血管。三種抗體在正常組織的血管中反應性極小，只染色了一小部分血管。

2.3促進腫瘤細胞增殖及抑制腫瘤細胞凋亡 研究顯示，在體外培養下，應用CD13單抗或CD13抑制劑的情況下，單核細胞的增殖速度顯著下降，反向證明CD13對單核類細胞的增殖有直接促進作用[20]。基礎研究表明，CD13可以促進T細胞和單核細胞的DNA合成；通過caspase-3信號途徑和磷脂質酰肌醇-3激酶-糖原合成酶集美信號途徑誘導凋亡[1]。1993年,Saiki等[10]在研究卵巢癌化療藥時發現,有轉移能力的癌細胞表面有CD13/APN高表達，將CD13的互補脫氧核糖核酸轉染非轉移癌株模型鼠,發現癌細胞獲得了轉移能力。在臨床病例中很多腫瘤滲出物或瘤內液中能檢測到可溶性的CD13/APN，對腫瘤患者血漿可溶性CD13活性進行測定，發現其活性與腫瘤的負荷呈顯著的正相關，提示可溶性CD13/APN活性增高與腫瘤體積增大有關，推測高水平的可溶性CD13/APN是腫瘤細胞或內皮活化的標志[1]。

3 CD13與腫瘤干細胞的關系

在人體生長不同時期的造血組織基質細胞表面均發現CD13/APN的表達。Sakane等[21]在一項將胎肝細胞和造血干細胞的共同培養實驗中，加入APN抑制劑后，造血干細胞存活周期顯著降低，并且證實在其他造血組織的實驗中得到同樣的結果，據此推測，APN可能是造血肝細胞在造血微環境中存活的關鍵性因素，并且其作用于造血干細胞發育的每一個階段。

在血細胞中，CD13/APN表達于粒細胞-巨噬細胞集落形成單位和分化發育各階段的髓樣細胞，由于在多種白血病細胞中高表達，多年來作為白細胞抗原被用于白血病免疫分型；雖然對CD13酶活性的抑制可減弱各種細胞的增殖和發育，但其作用機制還有待進一步明確[22-24]。

腫瘤干細胞一般都處于相對靜止或休眠狀態，位于細胞周期G0期，具有重新形成腫瘤的能力，與腫瘤的化療或放療耐藥性及腫瘤的復發和發展密切相關。Haraguchi等[25]通過實驗發現，CD13是人肝癌癌細胞株和臨床樣本中腫瘤干細胞的標志物，CD13+細胞主要處于G0期，治療后，這些細胞幸存下來并沿纖維囊分布，這些位置常是肝癌復發位置，并且通常在癌灶內形成細胞群；CD13通過減少在具有遺傳毒性的化療或放療的壓力下活性氧類誘導的DNA損害的方式保護細胞免于凋亡。在荷瘤小鼠模型中，CD13抑制劑可靶向控制腫瘤干細胞的自我更新及抑制其腫瘤形成能力；研究證明，CD13在肝癌細胞的生長中發揮重要作用，針對CD13的肝癌靶向治療具有顯著的療效[20]。

4 CD13/APN與機體腫瘤免疫應答的關系

CD13/APN高表達于樹突狀細胞等免疫細胞，并參與抗原呈遞及調節免疫應答[15]。樹突狀細胞是目前發現的抗原呈遞功能最強的專職性抗原呈遞細胞，是特異性免疫應答的始動者，并且樹突狀細胞細胞表面表達CD13/APN；APN可選擇性地降解抗原肽N端的部分氨基酸，導致抗原肽無法與主要組織相容性復合體Ⅱ類分子的溝槽結合或抗原肽/主要組織相容性復合體分子無法被T細胞表面的T細胞抗原受體識別，從而無法激活特異性免疫應答，形成免疫逃逸；研究證明，CD13/APN的這種免疫抑制可被其拮抗劑抵消，從而提高樹突狀細胞將抗原呈遞給特異性T細胞的成功率[26]。

5 結 語

CD13/APN作為一種功能多樣的細胞表面標志物，其可通過降解細胞外基質改變某些信號轉換通路，參與腫瘤的侵襲和轉移以及新血管生成等重要病理、生化過程，并與機體自身免疫力調節的關系密切。雖然目前CD13/APN作用于其中的具體機制尚未完全明確，但其抑制劑已顯示出廣泛而且良好的效果，因此，對CD13/APN的深入研究具有重要意義。

[1] van Hensbergen Y,Broxterman HJ,Hanemaaijer R,etal.Soluble aminopeptidase N/CD13in malignant and nonmalignant effusions and intratumoral fluid[J].Clin Cancer Res,2002,8(12):3747-3754.

[2] Bhagwat SV,Lahdenranta J,Giordano R,etal.CD13/APN is activated by angiogenic signals and is essential for capillary tube formation[J].Blood,2001,97(3):652-659.

[3] Ashmun RA,Look AT.Metalloprotease activity of CD13/aminopeptidase N on the surface of human myeloid cells[J].Blood,1990,75(2):462-469.

[4] Mina-Osorio P.The moonlighting enzyme CD13:old and new functions to target[J].Trends Mol Med,2008,14(8):361-371.

[5] Ikeda N,Nakajima Y,Tokuhara T,etal.Clinical significance of aminopeptidase N/CD13expression in human pancreatic carcinoma[J].Clin Cancer Res,2003,9(4):1503-1508.

[6] Wulfaenger J,Niedling S,Riemann D,etal.Aminopeptidase N(APN)/CD13-dependent CXCR4 downregulation is associated with diminished cell migration,proliferation and invasion[J].Mol Membr Biol,2008,25(1):72-82.

[7] Bauvois B,Dauzonne D.Aminopeptidase-N/CD13(EC 3.4.11.2) inhibitors:chemistry,biological evaluations,and therapeutic prospects[J].Med Res Rev,2006,26(1):88-130.

[8] Fukasawa K,Fujii H,Saitoh Y.Aminopeptidase N(APN/CD13) is selectively expressed in vascular endothelial cells and plays multiple roles in angiogenesis[J].Cancer Lett,2006,243(1):135-143.

[9] Yang E,Shim JS,Woo HJ,etal.Aminopeptidase N/CD13induces angiogenesis through interaction with a pro-angiogenic protein,galectin-3[J].Biochem Biophys Res Commun,363(2):336-341.

[10] Saiki I,Fujii H,Yoneda J,etal.Role of aminopeptidase N(CD13) in tumor-cell invasion and extracellular matrix degradation[J].Int J Cancer,1993,54(1):137-143.

[11] Kido A,Krueger S,Haeckel C,etal.Inhibitory effect of antisense aminopeptidase N(APN/CD13) cDNA transfection on the invasive potential of osteosarcoma cells[J].Clin Exp Metastasis,2003,20(7):585-592.

[12] Mishima Y,Matsumoto-Mishima Y,Terui Y,etal.Leukemic cell-surface CD13/aminopeptidase N and resistance to apoptosis mediated by endothelial cells[J].Natl Cancer Inst,2002,94(13):1020-1028.

[13] Hanahan D,Folkman J.Patterns and emerging mechanisms of the angiogenic switch during tumorigenesis[J].Cell,1996,86(3):353-364.

[14] Mahoney KM,Petrovic N,Schacke W,etal.CD13/APN transcription is regulated by the proto-oncogene c-Maf via an atypical response element[J].Gene,2007,403(1/2):178-187.

[15] Bhagwat SV,Petrovic N,Okamoto Y,etal.The angiogenic regulator CD13/APN is a transcriptional target of Ras signaling pathways in endothelial morphogenesis[J].Blood,2003,101(5):1818-1826.

[16] Petrovic N,Bhagwat SV,Ratzan WJ,etal.CD13/APN transcription is induced by RAS/MAPK-mediated phosphorylation of Ets-2 in activated endothelial cells[J].Biol Chem,2003,278(49):49358-49368.

[17] Tokuhara T,Hattori N,Ishida H,etal.Clinical significance of aminopeptidase N in non-small cell lung cancer[J].Clin Cancer Res,2006,12(13):3971-3978.

[18] Pasqualini R,Koivunen E,Kain R,etal.Aminopeptidase N is a receptor for tumor-homing peptides and a target for inhibiting angiogenesis[J].Cancer Res,2000,60(3):722-727.

[19] Pasqualini R,Koivunen E,Ruoslahti E.A peptide isolated from phage display libraries is a structural and functional mimic of an RGD-binding site on integrins[J].Cell Biol,1995,130(5):1189-1196.

[20] Di Matteo P,Arrigoni GL,Alberici L,etal.Enhanced expression of CD13in vessels of inflammatory and neoplastic tissues[J].J Histochem Cytochem,2011,59(1):47-59.

[21] Sakane N,Asano Y,Kawamura T,etal.Aminopeptidase N/CD13regulates the fetal liver microenvironment of hematopoiesis[J].Biol Pharm Bull,2004,27(12):2014-2020.

[22] Appasamy PM,Kenniston TW Jr,Amoscato AA.Requirement for surface aminopeptidase activities during development of CD8+fetal thymocytes[J].Cell Immunol,1997,177(1):1-8.

[23] Imamura N,Kimura A.Effect of ubenimex(Bestatin) on the cell growth and phenotype of HL-60 and HL-60R cell lines:up-and down-regulation of CD13/aminopeptidase N[J].Leuk Lymphoma,2000,37(5/6):663-667.

[24] Riemann D,Kehlen A,Langner J.CD13-not just a marker in leukemia typing[J].Immunol Today,1999,20(2):83-88.

[25] Haraguchi N,Ishii H,Mimori K,etal.CD13is a therapeutic target in human liver cancer stem cells[J].Clin Invest,2010,120(9):3326-3339.

[26] Dong X,An B,Salvucci Kierstead L,etal.Modification of the amino terminus of a class Ⅱ epitope confers resistance to degradation by CD13on dendritic cells and enhances presentation to T cells[J].Immunol,2000,164(1):129-135.