上皮間質轉化的機制研究進展

李漢清，可 燕

(上海中醫藥大學教學實驗中心，上海 201203)

上皮間質轉化的機制研究進展

李漢清，可 燕

(上海中醫藥大學教學實驗中心，上海 201203)

上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮細胞轉化為能動的間質細胞的過程，在胚胎發育、創傷愈合、器官纖維化、腫瘤發生發展中均發揮著重要作用。它的發生與多種轉錄因子、蛋白分子及生長因子等相關，其中涉及到復雜的分子機制和信號轉導通路。該文主要對EMT的調節機制做一綜述，并簡要概括了以EMT為靶向的天然化合物的研究進展。

上皮間質轉化；轉錄因子；生長因子；蛋白分子；分子機制；天然化合物

上皮細胞在機體中起著分泌、支持等作用，通常情況下，細胞的極性以及細胞間的黏附連接限制了上皮細胞任意遷移的能力。但在特定的生理、病理狀況下，上皮細胞可向間質細胞形態轉化，導致細胞極性喪失、黏附能力下降、細胞骨架發生變化，從而增強細胞遷移和運動的能力，這種變化稱為上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。EMT是哺乳動物胚胎發育的基礎，胚胎發育早期較為常見，尤其對器官形成和神經系統分化至關重要。除此之外，在機體病理狀態下，尤其是炎癥、器官纖維化和高轉移性癌癥中，EMT也扮演著重要角色。因此，研究EMT這一重要生理病理現象的調節機制具有重要意義。

1 EMT的調節機制

EMT是一個動態的、復雜的過程，它的發生與多種生長因子、蛋白分子、轉錄因子以及它們所調控的通路之間的相互合作密不可分。

1.1轉錄因子調節EMT基因表達的變化促進了上皮細胞表型向間質細胞表型的變化，主要包括Snail、堿性螺旋-環-螺旋蛋白(basic helix-loop-helix，bHLH)和E盒結合鋅指類蛋白(zinc finger E-box binding homeobox，ZEB)轉錄因子。這些轉錄因子通過不同的信號通路以及各通路間的相互作用共同調控EMT的產生和發展。

1.1.1Snail轉錄因子 Snail家族成員編碼具有鋅指結構的轉錄因子，包括Snail1(Snail)、Snail2(Slug)、Snail3(Smuc)，其中Snail1、Snail2在胚胎發育(中胚層、原腸胚形成，神經嵴發育)、組織纖維化和腫瘤的EMT進程中發揮重要作用。Snail可以與E盒DNA序列綁定，通過抑制上皮基因的表達[1]，促進EMT表型變化；也可通過抑制緊密連接蛋白(claudin)和閉合蛋白(occludin)的表達，破壞細胞間的相互作用，促進EMT進程。另外，受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase，RTKs)[2]、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)[3]等在EMT相關通路中也可以通過調控Snail的表達變化影響EMT進程。

1.1.2bHLH轉錄因子 同型和異型bHLH轉錄因子在遺傳和分化方面發揮著重要作用。其家族包含的各種成員在功能上也有一定的差異。其中E12和E47、Twist1和Twist2以及分化抑制蛋白(inhibitor of differentiation proteins，ID)在EMT進程中發揮主要作用[4]。同Snail一樣，Twist可以通過抑制E-鈣黏蛋白表達，調控EMT進程[5]。 但與Snail不同的是，Twist主要以二聚體形式發揮作用，Twist1和Twist2可以形成同源二聚體，也可以與E12或E47形成異源二聚體，調節與E盒DNA的綁定。而ID蛋白可以結合Twist、E12或E47，但不能與它們相關的DNA結合，從而可以競爭性地抑制Twist的功能。因此，在EMT進程中可以通過抑制ID的表達來活化Twist (或其他bHLH蛋白)[6]。

1.1.3ZEB轉錄因子 ZEB主要包括ZEB1和ZEB2，是十分重要的細胞核內轉錄因子。ZEB發揮轉錄抑制功能主要是在C末端結合蛋白(C-terminal binding protein，CTBP)的協助下完成。另外，ZEB的表達通常伴隨著Snail的活化，Snail1單獨或者與Twist1協同作用均能誘導ZEB1的表達，促進EMT進程。

1.1.4其它轉錄因子 除了上文提到的機制研究比較明確的幾種轉錄因子外，其他一些轉錄因子在調控EMT方面也有重要的作用。例如具有翼狀螺旋結構的叉頭框轉錄因子(forkhead box，FOX)以及具有鋅指類結構的GATA轉錄因子，可改變上皮細胞的極性和連接功能。SOX(SRY box)轉錄因子可以協同Snail1或Snail2共同促進細胞的轉移侵襲[7]。這些轉錄因子均已被證明會對EMT進程產生影響，但其機制還不完全明確。

1.2RNA水平的EMT調控除了EMT相關轉錄因子對基因表達的直接作用外，miRNA調控、RNA剪接也可以對EMT相關蛋白的結構和功能產生重要影響。

1.2.1可變剪接調控EMT 可變剪接是基因表達調控的一種重要機制，通過RNA的選擇性剪接使EMT相關蛋白具有廣泛的同型變化，使有限的基因編碼出遠遠超過自身數量的蛋白，從而廣泛參與EMT進程[8]。

1.2.2miRNA調控EMT 非編碼miRNA可選擇性的與mRNA綁定，通過抑制其轉錄或促進其降解，從而對上皮表型和EMT進程產生影響。例如，miRNA不僅可以調控EMT關鍵轉錄因子的表達[9-10]，也可以直接作用于一些黏附連接蛋白和極性復合蛋白[11-12]，通過相互作用、相互調節形成復雜的EMT調控網絡。

1.3生長因子調控EMT

1.3.1TGFβ調控EMT 轉化生長因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β) 是調節EMT進程的重要細胞因子。TGF-β超家族由33個成員組成，包括3個TGF-β亞型、兩類激活素(activins)、骨生成蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)等。其在胚胎發育、創傷修復、組織纖維化和惡性腫瘤發展中發揮重要作用。

1.3.1.1TGFβ通過Smad通路調控EMT TGF-β家族成員與絲氨酸/蘇氨酸激酶受體結合，可以使TGF-βⅡ型受體(TβRⅡ，亦稱TGFR2)磷酸化，繼而激活TGF-βⅠ型受體(TβRⅠ，亦稱TGFR1)。之后TβRⅠ磷酸化下游R-Smads (Smad2和Smad3)，R-Smads 與Smad4結合，形成三聚體復合體發揮作用。在BMP信號中，Smad1和Smad5與Smad4協同發揮作用，通過與轉錄輔激活物或轉錄輔抑制物相互作用，活化或抑制相關基因的轉錄[13]。除此之外，Smads還可以直接激活一些間質細胞相關基因如波形蛋白、纖連蛋白和膠原蛋白的表達[14-15]，調控EMT進程。

1.3.1.2TGFβ通過非Smad通路調控EMT 在非SMAD通路中，TGF-β主要通過小G蛋白中的Rho家族、PI3K-Akt和MAPK通路調控EMT進程。激活Rho、Rac等GTP酶可誘導肌動蛋白的重組及板狀偽足和絲狀偽足的形成[16-17]，抑制Akt可抑制Snail1的表達水平，升高E-鈣黏蛋白的表達，從而調控EMT進程[18]。除此之外，TGF-β還可以激活ERK、p38、JNK MAPK通路，例如TAK1是p38 MAPK和JNK通路的上游激酶，當受到TGF-β刺激時可激活TAK1，從而活化p38 MAPK和JNK通路[19]；c-Jun是激活蛋白1(activator protein 1，AP1)復合體的組成部分，JNK可以激活c-Jun，并與Smad3-Smad4協同作用，調控TGF-β誘導的轉錄[20]。

1.3.2其它生長因子調控EMT 除去TGF-β家族之外，其它生長因子在EMT進程中也發揮著重要作用。主要包括成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)、肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)、胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1，IGF1)、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、血小板生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等，均可誘導上皮細胞表型向間質細胞表型轉化。

此外，組織或腫瘤微環境也可以誘導EMT產生和發展。在腫瘤中低氧可促進缺氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表達，從而激活Twist促進EMT進程，增強細胞侵襲能力[21]。免疫細胞、內皮細胞、腫瘤相關的纖維母細胞釋放的炎性因子也可以促進EMT進程。

2 天然植物提取物與EMT

目前，以EMT為靶向的研究主要集中在腫瘤轉移方面。西藥帕尼單抗、吉非替尼、尼羅替尼等均有報道可靶向抑制EMT進程，抑制腫瘤轉移。但上述藥物毒副作用較大，患者依從性差，從而導致治療效果不佳。而天然產物具有來源廣、類型多、不良反應小等優點，我國作為傳統中藥大國，具有幾千年的中草藥的使用經驗，對發展植物來源的抗EMT藥物具有無可比擬的優勢。例如筋骨草與茯苓配伍使用可抑制p-ERK1/2、p-p38、p-JNK等MAPK通路靶蛋白的含量變化，從而調控乳腺癌細胞的EMT進程[22]；胃腸安可通過抑制Twist、Snail的表達，抑制胃癌細胞的EMT進程[23]。諸如此類的藥物，如植物多糖、復方制劑或中藥提取物在現代研究中越來越多，如何利用我國豐富的藥物資源和用藥經驗尋找靶向抑制EMT的藥物，越來越受到研究人員的關注。

3 結語

細胞與細胞之間的連接物質和連接方式是其維持自身特性的必要條件，多種信號調控的通路使細胞的連接物質丟失，細胞特性喪失是EMT發生的基礎條件。另外，隨著EMT研究的不斷深入，新的作用機制和新的調節子不斷被發現，也為EMT相關疾病的治療提供了新的思路和方法，為相關疾病的靶向治療提供依據。

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Mechanismofepithelial-mesenchymaltransition

LI Han-qing, KE yan

(ExperimentalCenterforTeachingandLearning,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a process by which the epithelial cells change to a mesenchymal phenotype. The highly conserved and fundamental process is integral in development, wound healing and contributes pathologically to fibrosis and cancer progression. The process can be activated by many transcription factors, growth factors or protein molecules, which involves complex molecular mechanism and signal transduction pathways. This paper reviews the development of molecular mechanisms of epithelial-mesenchymal transition and briefly summarizes the research progress of natural compounds targeting the EMT.

epithelial-mesenchymal transition; transcription factor; growth factor; protein molecule; molecular mechanism; natural compound

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.10.003

A

：1001-1978(2017)10-1342-03

R-05；R284.1；R329.24；R394

時間：2017-9-5 9:25 網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170905.0925.006.html

2017-05-20,

2017-08-22

上海市衛生局課題(No 20144Y0152)；上海市教委預算內課題(No 2015YSN25)

李漢清(1990-)，男，碩士生，研究方向：中藥活性成分篩選，E-mail:13127516810@163.com； 可 燕(1969-)，女，博士，教授，碩士生導師，研究方向：中藥活性成分篩選，通訊作者，Tel：021-51322539，E-mail: keyantcm@163.com