上皮-間質轉化及其相關分子標志物在肺癌中的研究進展

張莉琳 房冬冬 黃 爽，2

1.上海中醫藥大學中醫復雜系統研究中心，上海201203；2.美國佛羅里達大學解剖細胞生物學系，美國甘斯威爾32610

上皮-間質轉化及其相關分子標志物在肺癌中的研究進展

張莉琳1房冬冬1黃 爽1，2

1.上海中醫藥大學中醫復雜系統研究中心，上海201203；2.美國佛羅里達大學解剖細胞生物學系，美國甘斯威爾32610

肺癌已成為全球死亡率最高的疾病之一。上皮細胞向間質細胞的轉化（EMT）在腫瘤的侵襲與轉移過程中發揮重要作用，而這一現象也存在于肺癌中，且與肺癌的侵襲和轉移密切相關。對肺癌上皮間質轉化的機制及其EMT相關標志物的研究有助于尋找精確的肺癌分子靶向治療方式并為肺癌的臨床診斷提供切實可行的方法。文章對肺癌EMT現象與機制以及EMT相關腫瘤標志物的研究進展進行綜述。

肺癌；上皮間質轉化；分子標志物；上皮-鈣黏素；波形蛋白

肺癌已成為世界上發病率和死亡率增長最快的肺原發性惡性腫瘤［1］。在我國每年大約有40萬人死于肺癌［2］。肺癌的轉移是肺癌患者死亡及治療失敗的常見原因。絕大多數肺癌患者由于肺癌早期癥狀不明顯及診斷方法敏感性不高，導致確診時已處于腫瘤晚期而錯過最佳的治療時機［3］。大量研究已表明［4-6］，在腫瘤的侵襲和轉移過程中上皮細胞向間質細胞的轉化（epithelial-mesenchymal，EMT）扮演著十分重要的角色。EMT是肺癌發生侵襲轉移的主要方式之一。在這個過程中，上皮細胞失去原來的特性，細胞間的黏附和連接逐漸減少，漸漸獲得間質表型，運動性和侵襲能力有所增強，凋亡開始受抑，細胞形態開始發生間質樣的改變等［7］。EMT發生的過程不僅是細胞形態的改變，還伴隨著E-cadherin、Vimentin等相關分子標志物的改變。近年來，EMT在肺癌轉移方面研究受到了廣泛關注。因此闡明EMT在肺癌中的分子機制研究及標志物的研究進展有助于肺癌分子靶向治療方式并為肺癌的臨床診斷提供理論依據。

1 EMT概述

EMT這一概念早在1982年已由Greenberg提出，在體外培養雞胚上皮細胞研究過程中發現晶體狀體細胞出現上皮細胞轉變為間質樣細胞的現象［8］。EMT的發生過程是指細胞處于某些生理和病理的情況下，出現的一系列由上皮表型轉變為間質表型的現象。在多種動物胚胎發育過程中EMT也發揮著重要作用，此種現象存在于胚胎早期發育過程以及外胚層和下腮弓間質融合的過程中，可導致鼻咽腔和口咽腔發生分離［9］。而通過對惡性腫瘤細胞株以及一些動物模型的研究表明［10］，EMT的現象同樣存在于惡性腫瘤細胞侵襲周圍組織和轉移至遠處器官的過程中。EMT使上皮源性腫瘤細胞失去相互間的連接，細胞形態發生改變，遷移能力得到增強，侵襲轉移能力便由此獲得。由此可見，原有細胞形態發生改變，向成纖維細胞等間質細胞樣轉變。

2 肺癌中的EMT現象及機制研究

腫瘤患者死亡的主要原因為腫瘤的復發及轉移，90%惡性實體腫瘤的死因為遠處轉移［11］。已有研究證實［6］，在肺癌的侵襲和轉移過程中也有EMT的發生，并且腫瘤的惡性程度由腫瘤細胞的EMT程度決定。惡性腫瘤中上皮間質轉化現象的發生是引起腫瘤遠處轉移的關鍵步驟。在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）組織以及胸腔轉移灶中螺旋-環-螺旋轉錄因子Twist會過度表達，其機制可能是通過分別下調和上調E-cadherin、Vimentin的表達，從而在NSCLC的發生與發展以及浸潤轉移的過程中發揮極大的作用［12］。而肺泡上皮細胞轉化為間質細胞的過程可能是通過細胞形態學的一些改變和基質金屬蛋白酶表達的增加，使癌細胞的侵襲性有一定增強，對肺癌的轉移起到促進作用。抑制肺癌的轉移可能可以通過阻斷肺癌細胞的EMT過程及其信號轉導途徑來實現［13］。同時，也有研究表明［14］，在肺癌中存在EMT現象，并可引起多藥的耐藥，從而促進腫瘤的發生。

近年來，研究人員通過EMT標志物對肺癌發生機制進行了探索。轉化生長因子β（TGF-β）具有調節細胞生長、凋亡、分化和遷移等多種功能。TGF-β1使肺癌細胞發生了上皮間質轉化，細胞失去極性，上皮標志分子E-cadherin表達下降，而間質標志分子Vimentin和Snail表達上升［15］。E盒結合鋅指蛋白ZEB1是EMT的關鍵轉錄因子之一，在肺癌EMT發生中起到重要作用，能與其輔助因子共同結合在E-cadherin啟動子的E盒上，可抑制基因轉錄和E-cadherin的表達［7］。TLE1已被證明是肺部的特異性致癌基因，以人的肺腺癌A549細胞作為模型，通過抑制E-cadherin蛋白的表達促進EMT的發生，對E-cadherin蛋白的抑制揭示了TLE1調節EMT的作用，探討了TLE1致癌活性的機制研究［16］。

因此闡明肺癌EMT的分子機制有助于為肺癌治療提供新的思路和靶點。

3 EMT分子標志物在肺癌研究中的進展

本文選取對肺癌EMT相關的分子標志物E-cadherin和Vimentin進行敘述。

3.1 上皮-鈣黏素（E-cadherin）

E-cadherin是維持上皮細胞極性和上皮完整性不可缺少的細胞膜黏附蛋白，生理條件下E-cadherin蛋白具有調節細胞-細胞之間、細胞-基質之間的黏附，維持細胞組織結構完整性及穩定性的功能。E-cadherin蛋白若發生表達的下調則會使同種細胞之間黏附作用減弱或者失去，從而使得正常組織的發育成型不能完成；而當發生在惡性腫瘤細胞中時，細胞極性則會消失殆盡，進而使得細胞具備了侵襲性生長的特性。對E-cadherin的深入研究將對肺癌轉移機制探索帶來新突破。E-cadherin僅在上皮細胞中表達，而不在間葉細胞中表達［17］。

E-cadherin蛋白在肺癌中的表達具有一定的臨床意義。孫菊杰等［18］對62例NSCLC患者肺癌組織和20例患者癌旁組織進行免疫組織化學檢查，其中54.8%癌組織中E-cadherin蛋白表達增加，E-cadherin降低與肺癌臨床分期和淋巴結轉移有關，E-cadherin檢測有助于評估肺癌惡性程度及預后。米麗麗等［19］采用免疫組織化學方法檢測138例NSCLC肺組織發現，E-cadherin蛋白的低表達與肺癌的分化程度、TNM分期、淋巴結轉移及術后生存時間明顯相關。彭海員等［20］通過流式細胞免疫法定量檢測78例肺癌患者肺組織石蠟標本也發現，E-cadherin的低表達可能參與了肺癌的發生、發展以及轉移的過程。

肺癌發生侵襲轉移的一個重要原因就是EMT，藥物靶向EMT這個過程或許是個有效的肺癌治療策略。通過劃痕實驗和Transwell檢測發現，采用我國傳統中藥人參皂苷Rg3，對肺癌細胞的遷移和侵襲能力具有抑制作用。人參皂苷Rg3通過增加E-cadherin可以明顯的改變EMT標志蛋白，但是Snail、N-cadherin和Vimentin的表達下調了，同時還下調了肺癌中FUT4基因和蛋白的表達［21］。白雪峰等［22］采用免疫組化檢測97例NSCLC術后病理標本中上皮性鈣黏蛋白（E-cad）、β-連環素（β-cat）和神經性鈣黏蛋白（N-cad）、纖連蛋白（Fibronectin，FN）、波形蛋白（Vimentin）等EMT相關標志物的表達情況，發現E-cad、β-cat表達發生了下調，而N-cad、FN、VIM表達升高，此結論證實了NSCLC中存在EMT現象，且與腫瘤侵襲轉移相關，均可以作為NSCLC惡性程度、轉移復發、預后的判斷指標。上述研究結果均表明E-cadherin可能參與了肺癌的發生、發展，檢測E-cadherin或許可以作為肺癌治療、預后的判斷指標。

3.2 波形蛋白（Vimentin）

Vimentin是細胞骨架蛋白之一，特異性的分布于間質細胞中。波形蛋白是一種穩定表達于間葉細胞的中間微絲蛋白，通常在上皮組織不表達，癌細胞中一旦出現了波形蛋白的表達就預示著癌細胞從上皮表型向間葉表型發生了轉變。經研究發現［23-24］，波形蛋白在NSCLC中的表達與癌細胞的分化程度低、侵襲性強和易轉移密切相關，可作為評判腫瘤患者預后的一個指標。Vimentin蛋白表達與腫瘤細胞的侵襲和轉移能力增加正相關［25］。

李世武等［26］采用Cochrane系統評價方法，Meta分析免疫組化檢測NSCLC患者腫瘤組織波形蛋白表達水平發現，波形蛋白高表達不利于NSCLC患者總生存期和無病生存期預后。郭凱等［27］采用免疫組化法對72例鱗癌及腺癌患者肺組織進行檢測發現，波形蛋白在癌組織中陽性表達率為59.72%，Vimentin蛋白隨肺癌分化程度的降低，表達逐漸增高。Dauphin等［28］通過對164例鱗癌細胞，108例腺癌細胞及23例其他非小細胞肺癌組織進行免疫組化法檢測，在145例肺癌組織中發現了Vimentin蛋白，且其表達顯著高于神經內分泌大細胞，波形蛋白的高表達與肺癌的轉移，分化程度密切相關。但也有研究表明［29］，上皮細胞可誘導出Vimentin蛋白的異常表達，在人類肺癌等許多上皮性腫瘤細胞尤其是低分化癌中確實存在Vimentin蛋白表達，且在上皮性腫瘤細胞中的異常表達與腫瘤局部浸潤和轉移的潛能密切相關。

4 討論

隨著對肺癌的不斷深入研究，預防和治療癌細胞轉移已被公認為臨床治療癌癥的關鍵。EMT通過增強癌細胞的流動性，浸潤性和耐凋亡性刺激使得癌細胞具有轉移的特性。確定EMT在肺癌的侵襲和轉移的細胞及分子機制是研究重點。有研究表明，中藥復方通過上調E-cadherin蛋白、下調Vimentin蛋白的表達從而阻礙肺癌組織EMT的發生，進而抑制腫瘤的增殖、侵襲、轉移。因此藥物作用于EMT途徑是治療肺癌的一個行之有效的方法。

綜上所述，深入研究EMT在腫瘤侵襲轉移中的作用及其調控機制，對于防治肺癌與開發抗肺癌藥物具有重要意義，而尋找高敏感性與特異性的腫瘤標志物將對肺癌患者的腫瘤預防、早期診斷、預后判斷發揮重要作用。

［1］Andrea E，Lina J，Felipe A，et al.Lung cancer survival in Germany：A population-based analysis of 132，612 lung cancer patients［J］.Lung Cancer，2015，90（3）：528-533.

［2］Yang L，Yang G，Zhou M，et al.Body mass index and mortality from lung cancer in smokers and nonsmokers：A nationally representative prospective study of 220，000 men in China［J］.Int J Cancer，2009，125（9）：2136-2143.

［3］王柳倩，馬為.腫瘤標志物在肺癌的早期診斷及預后評估中的研究進展［J］.現代腫瘤醫學，2014，22（12）：3004-3006.

［4］馮蕓，唐旭東.ZEB1在肺癌上皮-間質轉化中作用的研究進展［J］.生命科學，2013，25（5）：478-483.

［5］Ansieau S，Collin G，Hill L.EMT or EMT-Promoting Transcription Factors，Where to Focus the Light？［J］.Front Oncol，2014，4：353.

［6］Nakashima H，Hashimoto N，Aoyama D，et al.Involvement of the transcription factor twist in phenotype alteration through epithelial-mesenchymal transition in lung cancer cells［J］.Mol Carcinog，2012，51（5）：400-410.

［7］馮蕓，唐旭東.ZEB1在肺癌上皮-間質轉化中作用的研究進展［J］.生命科學，2013，25（5）：478-483.

［8］Greenburg G，Hay ED.Epithelia suspended in collagen gels can lose polarity and express characteristics of migrating mesenchymal cells［J］.J Cell Biol，1982，95：333-339.

［9］Hugo H，Ackland ML，Blick T，et al.Epithelial-mesenchymal and mesenchymal-epithelial transitions in carcinoma progression［J］.J Cell Physiol，2007，213：374-383.

［10］Huber MA，Kraut N，Beug H.Molecular requirements for epithelial-mesenchymal transition during tumor progression［J］.Curr Opin Cell Biol，2005，17（5）：548-558.

［11］Jemal A，Tiwari RC，Murray T，et al.Cancer statistics，2004［J］.CA Cancer J clin，2004，54（1）：8-29.

［12］陳鯤，李明珠，李淼，等.Twist、E-cadherin和Vimentin在非小細胞肺癌中的表達及意義［J］.遼寧大學學報：自然科學版，2011，38（3）：235-240.

［13］黃振杰，鄭金旭，湯燕，等.肺泡上皮細胞間質轉化對肺癌細胞轉移影響的研究［J］.中華腫瘤防治雜志，2011，18（16）：1230-1234.

［14］Shang Y，Cai X，Fan D.Roles of epithelial-mesenchymal transition in cancer drug resistance［J］.Curr Cancer Drug Targets，2013，13（9）：915-929.

［15］崔小川，丁軍利，萬小蘞，等.肺癌上皮間質轉化后引起Nrf2介導的多藥耐藥的研究［J］.腫瘤防治研究，2015，42（5）：432-435.

［16］Yao X，Ireland S K，Pham T，et al.TLE1 promotes EMT in A549 lung cancer cells through suppression of E-cadherin［J］.Biochem Biophys Res Commun，2014，455（3-4）：277-284.

［17］Peinado H，Portillo F，Cano A.Transcriptional regulation of cadherins during development and carcinogenesis［J］. Int J Dev Biol，2004，48（5-6）：365-375.［18］孫菊杰，魏玲，張德賢，等.非小細胞肺癌中Snail、HIF-1α和E-cadherin表達的臨床意義及相關性［J］.腫瘤防治研究，2015（1）：37-40.

［19］米麗麗，楊大運，顧瀟，等.E-cadherin和MMP-2在非小細胞肺癌組織中的表達及相關性［J］.河北醫藥，2015，37（17）：2569-2571.

［20］彭海員，馬杰，朱慧芳，等.MMP-9和E-cadherin在肺癌中的表達及臨床意義［J］.臨床肺科雜志，2015，20（10）：1774-1776.

［21］Tian L，Shen D，Li X，et al.Ginsenoside Rg3 inhibits epithelial-mesenchymal transition（EMT）and invasion of lung cancer by down-regulating FUT4［J］.Oncotarget，2016，7（2）：1619-1632.

［22］白雪峰，張維琨，殷玉敬，等.非小細胞肺癌上皮間質轉化的實驗研究［J］.內蒙古醫科大學學報，2013，35（S1）：1-6.

［23］Dauphin M，Barbe C，Lemaire S，et al.Vimentin expression predicts the occurrence of metastases in non small cell lung carcinomas［J］.Lung Cancer，2013，81（1）：117-122.

［24］石永利，吳鴻雁，樊祥山，等.上皮-間葉轉變相關蛋白在非小細胞肺癌中的表達及其預后意義［J］.中國肺癌雜志，2011，21（5）：342-347.

［25］McInroy L，Maatt a A.Down-regulation of vimentin expression inhibits carcinoma cell migration and adhesion［J］. BiochemBiophysResCommun，2007，360：109-114［PMID：17585878 DOI：10.1016/j.bbrc.2007.06.036］.

［26］李世武，陳瑤，虞麗麗，等.波形蛋白表達對非小細胞肺癌患者預后影響的Meta分析［J］.中國新藥與臨床雜志，2015，34（6）：441-448.

［27］郭凱，王曉東.肺組織中EMT相關蛋白的表達及意義［J］.山東醫藥，2012，52（2）：70-71.

［28］Dauphin M，Barbe C，Lemaire S，et al.Vimentin expression predicts the occurrence of metastases in non small cell lung carcinomas［J］.Lung Cancer，2013，81（1）：117-122.

［29］Thompson EW，Newgreen DF，Tarin D.Carcinoma invasion and metastasis：a role for epithelial-mesenchymal transition［J］.Cancer Res，2005，65（14）：5991-5995.

Advances in research of epithelial-mesenchymal transition and EMT related molecular markers in lung cancer cells

ZHANG Lilin1FANG Dongdong1HUANG Shuang1，2
1.Research Center for Traditional Chinese Medicine Complexity System，Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai201203，China；2.Department of Anatomy and Cell Biology，University of Florida，Gainesville 32610，USA

Lung cancer has become one of the diseases with highest mortality throughout the world.Epithelial mesenchymal transformation（EMT）played an important role in the process of the invasion and metastasis of tumor，including the lung cancer.Researches focusing on the processes of EMT and its related markers in lung cancer helped seeking for accurate ways for molecular targeted therapy and to provide practical and feasible methods to make clinical diagnosis.In this paper，it summarized the phenomenon of EMT and EMT-related lung cancer markers to provide a new way for anti-tumor therapy.

Lung cancer；EMT；Molecular markers；E-cadherin；Vimentin

R734.2

A

1673-7210（2016）07（b）-0041-04

2016-03-15本文編輯：趙魯楓）

上海高校特聘教授（東方學者）崗位計劃（No.2010-51）。

張莉琳（1990-），女，碩士；研究方向：中藥調控EMT活性產物的機制研究。

黃爽（1961-），男，博士，教授，博士生導師；研究方向：腫瘤轉移的機制研究。