初級纖毛在常見皮膚腫瘤中的研究進展

楊京潤 鄭力強 黃敏 巴偉 李承新

解放軍總醫院皮膚科，北京 100853

初級纖毛（primary cilia）是一種高度保守非擺動型的特殊細胞器，它存在于大多數哺乳動物的細胞中，并長期被認為是退化的器官［1］。但后來發現初級纖毛可影響細胞中心體形成紡錘體的過程，從而阻滯細胞周期，抑制細胞增殖［2］。近來研究又發現，初級纖毛不僅是多個細胞信號傳導通路相關的重要的結構部位，而且還能直接與腫瘤細胞自噬共同影響腫瘤的侵襲轉移［3］。初級纖毛對正常胚胎發育起著重要作用，維持各器官的正常生理功能，其異常表達或功能障礙與腫瘤細胞的發生與發展關系密切。

一、初級纖毛的組成與結構

1.基本組成：初級纖毛是一種突出于細胞表面、主要由微管組成的非運動型“天線樣”亞細胞結構，進化上高度保守［4-5］。主要由基于微管結構來源的軸絲、基體和外包纖毛膜構成。軸絲為由9 個平行的微管雙聯體組成的“9+0”環形結構，有別于運動型纖毛中央微管對所形成的“9+2”結構。微管蛋白翻譯后可經過多種修飾，包括乙?；?、谷氨?；透拾滨；?，這些修飾有助于調節和維持纖毛結構。因此，針對這些修飾微管蛋白的抗體與識別中心體蛋白的抗體聯合使用，可以高度特異性鑒定初級纖毛數量和功能［6］。

2.基礎結構：由于初級纖毛來源于細胞胞體，缺乏蛋白質合成細胞器，其形成和維持所需的相關蛋白分子必須由胞質轉運而來。纖毛內轉運蛋白（IFT）復合體在該雙向運輸過程中發揮著重要作用，該復合體由IFT-A和IFT-B兩種結構和功能不同的復合體構成，其中IFT-B蛋白主要參與從胞質到初級纖毛頂端的順向運輸，而IFT-A 主要負責從初級纖毛頂端向胞質的逆向運輸［7-8］。IFT復合體的雙向運輸分別由驅動蛋白（kinesin）和動力蛋白（dynein）驅動，使其能夠沿著微管運動［2］（圖1）。

IFT 復合體與驅動蛋白和動力蛋白不僅為初級纖毛內部蛋白運輸提供驅動力，而且還是維持初級纖毛結構和功能必不可少的分子。在低等生物和小鼠中敲除或者基因突變動力蛋白2 的組分，可導致初級纖毛變短或者功能不全，由于逆向運輸障礙導致IFT 分子積累而使初級纖毛腫脹［7］。增強IFT-B 的表達能夠延長初級纖毛長度，而敲除IFT-B 復合體的某些成分可使初級纖毛長度變短或缺失［9］。

圖1 初級纖毛的基本結構：主要由軸絲、基體和外包纖毛膜構成，纖毛內轉運蛋白（IFT）-B主要參與從胞質到初級纖毛頂端的順向運輸，而IFT-A 主要負責從初級纖毛頂端向胞質的逆向運輸。IFT復合體的雙向運輸分別由驅動蛋白和動力蛋白驅動

3.初級纖毛是多個細胞信號轉導通路的重要結構：大量研究證實，初級纖毛不僅是機械感覺器和化學傳感器，還是一個整合多種細胞生長和發育信號的傳導通路，參與和調控多個信號通路的轉導，包括 Hedgehog（Hh）、Wnt、PDGFR、Notch和轉化生長因子β（TGF-β）等相關信號通路，與腫瘤的的發生發展、增殖和侵襲等過程密切相關［10］。例如，Hedgehog 信號通路的活化很大程度上取決于纖毛功能。在缺乏Hh 配體時，patched1 受體定位于纖毛基底部，阻止smoothened（SMO）分子進入纖毛，位于纖毛基底部的動力蛋白Kif7 與Gli 轉錄因子及Hh 通路中其他成分，如信號通路的抑制因子suppressor of fused 形成復合體，與轉錄因子Gli1、Gli2 和Gli3 在纖毛內相互作用，產生抑制型的轉錄因子GliR，抑制核內基因轉錄。當Hh 結合配體patched1后，釋放smoothened 并使其轉位至纖毛，解除suppressor of fused（Sufu）蛋白對信號通路的抑制，促進Gli在纖毛頂端積聚，產生活化型轉錄因子GliA（Gli activator），隨后GliA通過動力蛋白和IFT 從纖毛進入胞質，再入核激活Hedgehog 信號通路［10］。在Hh依賴的基底細胞癌小鼠模型中，選擇性敲除小鼠中KIF3a 或IFT88 這兩個促進纖毛生成所必需的蛋白，可明顯抑制腫瘤的生成［11］。

二、初級纖毛可調控腫瘤細胞的增殖和侵襲

1.初級纖毛與腫瘤細胞增殖：研究發現，初級纖毛能夠阻滯細胞周期，抑制細胞增殖。眾多研究發現，初級纖毛的形成始于基體，成熟中心體轉化為基體，然后自基體組裝軸絲。這一組裝過程與細胞周期密切相關。在大多數細胞中初級纖毛的組裝開始于細胞周期的靜止期（G0期），解聚則始于S 或M 期［12］。在初級纖毛組裝前，中心體可作為S/G2期中的復制模板，并在有絲分裂時形成紡錘體的兩極。由于中心體相對固定在纖毛膜頂端的下方，在細胞有絲分裂前初級纖毛必須解聚以釋放捕獲的中心體，促進紡錘體的形成，以使細胞進入S或M期。因此，纖毛的存在可延長G0期細胞進入S 期的時間，阻滯細胞于G0/G1 期，從而抑制細胞增殖［12］。

在乳腺癌［13］、黑素瘤［14］、卵巢癌［15］、腎癌［16］、前列腺癌［17］等多種腫瘤細胞表面發現初級纖毛形成減少，特別是在膽管癌中［18］，HDAC6（histone deacetylase 6）過度表達可使纖毛生成減少，促進細胞增殖。相反，強制性促進初級纖毛的生成則導致細胞周期阻滯［19］，抑制細胞增殖［20］。shRNA 敲低或藥物抑制HDAC6 表達能促進纖毛表達，抑制細胞增殖［18］。

2.初級纖毛可通過調控信號轉導促進部分腫瘤細胞侵襲：初級纖毛在不同腫瘤中所發揮的作用是不同的，在有的腫瘤中初級纖毛的數量與腫瘤的惡性程度呈負相關（如黑素瘤）。但在另一些腫瘤中，初級纖毛可顯著促進部分腫瘤的侵襲、轉移。如，在胰腺、肺、結腸的腫瘤和淋巴瘤中，與正常組織相比，初級纖毛陽性表達率增加，而且存在結構異常，表現為軸絲的伸長，出現多個基體和軸絲的分支［6］。在宮頸癌HeLa 細胞、人MG63 骨肉瘤細胞、小鼠NIH3T3 成纖維細胞和MC3T3-E1 前成骨細胞系中，經饑餓處理后初級纖毛形成明顯增加［21］。在膠質母細胞瘤中，初級纖毛與腫瘤侵襲相關的轉錄因子ZEB1 表達均升高［22］。另外，Hh 通路抑制劑-4可通過干擾人軟骨肉瘤中Hh通路調控初級纖毛生成，抑制初級纖毛轉運蛋白IFT88的表達，顯著降低人軟骨肉瘤細胞的侵襲和遷移能力［23］。不僅如此，Gencer等［24］研究表明，TGF-β 與其受體結合后，在初級纖毛內聚集，促進腫瘤遷移相關蛋白的表達，而神經酰胺通過與TGF-β 受體的抑制因子 Smad7 結合，阻止 TGF-β 受體在初級纖毛聚集，阻止細胞遷移。在轉移性頭頸鱗狀細胞癌和腎細胞癌等腫瘤組織中神經酰胺水平顯著下降，容易發生遠處轉移，可見初級纖毛是神經酰胺抑制腫瘤細胞增殖和轉移的核心。此外，研究還發現，初級纖毛可調控PDGFRa和EG-VEGF信號，分別促進成纖維細胞的遷移［25］及子宮內膜滋養層細胞的侵襲［26］。

與之相反的是，在黑素瘤中，侵襲性的黑素瘤與轉移性的黑素瘤中初級纖毛表達幾乎消失。且在結構不良痣組織中，惡性結構不良痣與良性結構不良痣相比，初級纖毛的表達量顯著降低，也就是說初級纖毛與結構不良痣的惡性程度負相關。

3.自噬在初級纖毛促進腫瘤細胞侵襲中的作用：自噬作為細胞內降解的途徑，通過與溶酶體的融合，清除異常的蛋白質及衰老受損的細胞器，維持機體內環境的穩定。已有大量研究證實，自噬在腫瘤的發生發展和侵襲轉移中發揮重要作用，而初級纖毛又與自噬有著密切的聯系［27］。

不同條件的自噬對初級纖毛的影響不同。營養充足情況下發生的基礎自噬可降解IFT20，阻止初級纖毛持續生長［9］。而饑餓誘導的自噬則選擇性降解纖毛生成抑制因子OFD1，從而明顯促進初級纖毛生長［27-28］。上調自噬通路負調控因子mTOR 的活性抑制自噬，可明顯降低初級纖毛的長度［3］。同時，饑餓誘導自噬小體的形成也依賴于初級纖毛的存在。Pampliega 等［27］發現，饑餓條件下，敲除或下調IFT88或IFT20的表達不僅使初級纖毛形成障礙，同時也抑制了饑餓誘導的自噬。

三、在皮膚腫瘤中的研究進展

1.初級纖毛與黑素瘤：Kim等［14］于2014年提出，初級纖毛可以作為黑素瘤的組織生物標記物，他們發現，在惡性黑素瘤細胞中初級纖毛的表達量較良性痣細胞明顯下降。Lang 等［29］近期研究發現，在侵襲性黑素瘤與轉移性黑素瘤中初級纖毛表達幾乎消失，更重要的是，在19 例結構不良痣（dysplastic nevi）組織中，惡性結構不良痣與良性結構不良痣相比，初級纖毛的表達量顯著降低，表明初級纖毛與結構不良痣惡性程度呈負相關，初級纖毛的結構與功能改變在黑素瘤發生和發展的過程起重要作用。

2.初級纖毛與基底細胞癌（BCC）：BCC 的發生與表皮角質形成細胞中Hedgehog（Hh）途徑的失調密切相關［30］。突變初級纖毛形成必須基因Kif3A 或Ift88 后會明顯抑制Smoothened 通路所轉錄的 BCC，促進 Gli2 通路的激活［11］。Inturned（INTU）是一種纖毛和平面極性效應器（CPLANE），在皮膚組織纖毛形態與功能形成過程中發揮重要功能。Yang 等［31］發現，INTU 基因的表達在人類BCC 中異常升高，這與初級纖毛的增加和Hedgehog（Hh）信號通路的活化是一致的。在致癌突變Smo（SmoM2）驅動的BCC 小鼠模型中，敲低INTU 可以通過抑制初級纖毛形成和Hh 信號傳導來阻止 BCC 的形成，表明 INTU 對 BCC 形成有促進作用［31］。進一步研究發現，INTU 是纖毛運輸蛋白復合體IFT-A 的必備組合因子之一，并且INTU可以直接激活Gil2上游從而促進BCC發展。但過表達INTU并不促進初級纖毛與Hh信號通路傳導［31］。以上結果提示，INTU可能通過調控初級纖毛的形成從而影響BCC的進展。

3.初級纖毛與鱗狀細胞癌（鱗癌）：以往研究顯示，皮膚鱗癌與 Rab 家族成員小 GTP 酶之一的 Rab23 關系密切［32］。有報道顯示，Rab23 能夠引起鱗癌細胞Sa3細胞G1期阻滯，顯著抑制Sa3細胞的增殖［33］。不僅如此，Rab23還可以通過調控Rac1 促進鱗癌侵襲［34］。眾所周知，Rab23 主要功能是參與調控細胞膜及重要生物活性物質的囊泡轉運，近期研究發現，Rab23-GTP形式的表達可增加細胞初級纖毛長度，而Rab23-GDP形式則抑制初級纖毛生成和長度［35-36］。進一步研究發現，Rab23 調控初級纖毛形成與轉運動力蛋白KIF17密切相關。免疫共沉淀表明，Rab23與KIF17、核轉運蛋白β2（importinβ2，一種 KIF17 纖毛轉運載體）以復合體形式存在，敲除Rab23 后初級纖毛中則無KIF17，表明KIF17 需要與Rab23 等結合共同促進初級纖毛的生成［36］。這些結果高度提示，初級纖毛極有可能在Rab23 調控鱗癌細胞的增殖與侵襲中扮演重要角色。

四、結語

皮膚腫瘤的發生是一種極復雜的生物學現象，這種現象與很多因素有關，包括多條信號通路的共同作用以及細胞內外環境的改變。皮膚信號轉導發生平臺的異?？稍斐杉毎惓Ｔ鲋场，F如今，初級纖毛結構功能的異常與多種皮膚腫瘤之間的關聯得到廣泛認同。隨著人們對初級纖毛的深入了解，科學家們對于初級纖毛的結構及其功能，與信號轉導途徑及腫瘤發育發展的關系又有了新的認識。這些新的認識和發現對推動初級纖毛與皮膚腫瘤關系的進一步研究具有積極意義，并將為皮膚腫瘤的干預和治療提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突