膠原蛋白Ⅵ在腫瘤中的作用研究進展*

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院 呼吸內(nèi)科，江蘇 常州 213003）

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤微環(huán)境有著密不可分的關(guān)系，腫瘤微環(huán)境中不同的成分與腫瘤細胞之間存在相互刺激作用，從而促進腫瘤進展和腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。其中細胞外基質(zhì)（extracellular matrix, ECM）不僅為周圍細胞提供結(jié)構(gòu)支架，還提供能夠影響細胞行為的細胞因子和生長因子，調(diào)節(jié)細胞的增殖、遷移和分化。膠原蛋白Ⅵ（collagen Ⅵ, COL6）是一種廣泛分布的ECM 蛋白，能誘導(dǎo)產(chǎn)生多種細胞效應(yīng)，如細胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡，以下就COL6 與腫瘤的最新研究進展作一綜述。

1 生物學(xué)特征

腫瘤微環(huán)境中的ECM 是一種高度動態(tài)和異質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其為周圍細胞提供結(jié)構(gòu)支架，同時提供能夠影響細胞行為的細胞因子和生長因子，調(diào)節(jié)細胞的增殖、遷移和分化，從而促進腫瘤的進展。COL6 是一種主要的ECM 蛋白，由a1（Ⅵ）、a2（Ⅵ）和a3（Ⅵ）組成，這3 條鏈由不同的基因編碼（分別為COL6a1、COL6a2和COL6a3）組成。a1（Ⅵ）和a2（Ⅵ）鏈的分子量為140～150kDa，而a3（Ⅵ）鏈約為其2倍（250～300kDa）。每條鏈的特征在于短的三螺旋區(qū)域，其側(cè)翼是大的N-和C-末端球狀區(qū)域。a1（Ⅵ）和a2（Ⅵ）鏈具有1 個N 端（N1）和2 個C 端（C1和C2），而a3（Ⅵ）鏈具有較大的N-和C-末端，其由12 個vWA 模塊（N1-N10、C1 和C2）和3 個不同的C-末端結(jié)構(gòu)域（C3～C5）組成。膠原蛋白Ⅵ亞基-a4（Ⅵ）、a5（Ⅵ）和a6（Ⅵ）包含由7 個vWA 模塊組成的N 端區(qū)域，1 個類似于a3（Ⅵ）的膠原三螺旋區(qū)域，以及1 個包含2～3 個vWA 模塊的C 端子區(qū)域，以及1 或2 個獨特的序列[1]。

COL6 廣泛存在于骨骼肌、皮膚、肺、血管、腸、周圍神經(jīng)和脂肪組織中。COL6 通過與其它細胞外基質(zhì)分子相互作用并為細胞提供結(jié)構(gòu)支撐而形成一個珠狀微絲網(wǎng)絡(luò)，這有助于微環(huán)境中ECM 發(fā)揮特性作用[2]。此外，它調(diào)節(jié)了細胞凋亡、自嗜、增殖、血管再生、纖維化及炎癥的信號通路。鑒于COL6 在調(diào)節(jié)細胞和組織中的作用，有必要闡述COL6 在腫瘤進展過程中的分子機制。

2 COL6 在腫瘤進展中的作用機制

2.1 參與腫瘤轉(zhuǎn)移

用COL6 處理過的人肺癌細胞的運動性顯著增強，提示COL6 促進腫瘤轉(zhuǎn)移，定量分泌蛋白組分析顯示COL6a1 是與肺癌細胞轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白[3]。低表達COL6a1 抑制了肺癌細胞的轉(zhuǎn)移。COL6 以自分泌方式在人膠質(zhì)母細胞瘤細胞中高度表達，具有促進膠質(zhì)母細胞瘤細胞黏附和擴散的強大能力，從而增強腫瘤細胞的延伸、穿透和侵襲[4]。此外，COL6A3 的裂解物c5 片段endotrophin 肽（endotrophin,ETP）通過體內(nèi)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）依賴性上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）來增強乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[5]。盡管相關(guān)實驗室及臨床數(shù)據(jù)都支持COL6 在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用，但仍需進一步的研究來驗證靶向COL6 在癌癥治療中的作用。

2.2 參與腫瘤血管重塑

血管生成是由先前存在的脈管系統(tǒng)形成的新的毛細血管，是典型的腫瘤標志，在癌癥生長和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在大多數(shù)實體瘤中，癌癥進展期間血管顯著增加，這種新血管生成過程受到腫瘤微環(huán)境的影響，包括ECM 蛋白[6]。來自神經(jīng)元膠原抗原2 基因敲除小鼠實驗的證據(jù)表明，腫瘤脈管系統(tǒng)是異常的，包括壁細胞與內(nèi)皮細胞的相互作用受損，壁細胞成熟缺陷和血管滲漏，這些都可能是由于COL6 錨定的喪失，研究結(jié)果表明COL6 在癌癥重塑血管中的作用[7]。并且最近在野生型和Col6a1 小鼠腦中生長的B16F10黑色素瘤細胞的研究為COL6 重塑腫瘤血管提供了直接證據(jù)，結(jié)果顯示COL6 的缺乏可以通過抑制壁細胞成熟和內(nèi)皮細胞的萌芽、存活而影響血管功能，從而導(dǎo)致血管滲漏和抑制血管生成[8]。COL6 ETP 肽不僅可以作為一種化學(xué)引誘劑，將內(nèi)皮細胞募集到腫瘤微環(huán)境中，而且還可以作為促血管生成因子在體外顯著增加內(nèi)皮細胞的遷移和小管形成，并且這兩種功能都可以通過ETP 抗體來消除[5]。這些發(fā)現(xiàn)表明，COL6的ETP 肽通過增加內(nèi)皮細胞的募集、遷移和小管形成，在促進血管生成方面發(fā)揮著重要作用。總之，這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了COL6 是作為參與腫瘤血管重塑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，并且對潛在機制的進一步研究可能有助于設(shè)計更有效的靶向腫瘤血管的藥物。

2.3 通過募集巨噬細胞促進腫瘤炎癥

炎癥在腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移過程中起重要作用。炎癥腫瘤微環(huán)境的特征是募集大量的炎癥細胞以及炎癥反應(yīng)的激活[9]。在炎癥細胞中，腫瘤相關(guān)巨噬細胞是最顯著可以抑制抗腫瘤免疫、促進腫瘤血管生長和轉(zhuǎn)移的細胞類型。巨噬細胞有一系列表型，從經(jīng)典活化（M1）表型到替代活化（M2）表型，它們分別表現(xiàn)出抗腫瘤活性或促進腫瘤惡性發(fā)展。腫瘤相關(guān)巨噬細胞主要偏向M2 表型[10-11]。盡管腫瘤相關(guān)巨噬細胞對腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的潛在分子機制尚不完全清楚，但腫瘤相關(guān)巨噬細胞可能代表了治療的新靶點。

COL6 主要由人類和小鼠的巨噬細胞系表達[12-13]。巨噬細胞合成和分泌COL6 取決于它們的活化狀態(tài)、分化階段和細胞密度。值得注意的是，COL6 顯著增強了巨噬細胞的體外粘附，這表明COL6 在巨噬細胞募集中的潛在作用[13]。而且有研究發(fā)現(xiàn)COL6 ETP 肽能夠通過增加巨噬細胞募集和上調(diào)炎癥因子如IL-6和TNF-α 來促進腫瘤炎癥[5]。因此，靶向COL6 抑制可能為一種有效的腫瘤治療方法。

2.4 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

有研究提出了幾種假定的COL6 受體，如β1-整聯(lián)蛋白和神經(jīng)元膠原抗原2/硫酸軟骨素蛋白多糖[14-15]。這些受體在腫瘤中高度表達并在調(diào)節(jié)腫瘤進展中發(fā)揮重要作用，能夠通過幾種不同的機制介導(dǎo)COL6 對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的影響。COL6 與乳腺癌細胞中神經(jīng)元膠原抗原2/硫酸軟骨素蛋白多糖的結(jié)合觸發(fā)了Akt-GSK-3β-β-catenin 下游途徑T 細胞因子/淋巴細胞增強因子的激活，從而促進腫瘤生長[2，16]。有體外研究結(jié)果表明過量COL6 刺激單核細胞產(chǎn)生IL-23，而IL-23 能促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[17-18]。COL6 能激活單核細胞和上皮細胞中FAK 分子的信號通路，在COL6 刺激后黏著斑激酶（focal adhesion kinase, FAK）的下游分子絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶也在肺上皮細胞中被激活[17]。已知細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶促進細胞增殖、血管生成、細胞分化和細胞存活，這有助于發(fā)展各種類型的癌癥，包括非小細胞肺癌[19]。而FAK 的抑制也有利于延緩腫瘤進展。有使用小分子FAK 抑制劑的研究正在針對患有各種類型腫瘤的患者進行臨床試驗[20]。FAK 是抑制腫瘤進展以及在組織重塑期間消除COL6 介導(dǎo)活性的相關(guān)靶標。

EMT 是促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的基本過程，COL6 ETP 肽通過TGF-β 信號介導(dǎo)，有助于腫瘤細胞的EMT，從而促進腫瘤生長及轉(zhuǎn)移。進一步的研究表明，脂肪細胞來源的ETP 肽通過TGF-β 依賴性方式上調(diào)腫瘤組織纖維化，促進乳腺腫瘤的生長和進展[5]。

此外，COL6 可以在腫瘤微環(huán)境中與其他ECM 組分相互作用，例如I、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ及X Ⅳ型膠原、纖連蛋白和肌腱蛋白。這些ECM 蛋白在腫瘤中強烈表達，并廣泛影響腫瘤的發(fā)展和進展[6]，表明COL6 與其它ECM 蛋白的結(jié)合是促進腫瘤進展的另一種潛在機制。有體內(nèi)研究表明，COL6 的消除能夠通過減少腫瘤血管中膠原蛋白Ⅳ、膠原蛋白I 和層粘連蛋白-11的沉積，導(dǎo)致腫瘤血管基底層的缺陷，從而延遲腦腫瘤進展[7-8]。總之，這些發(fā)現(xiàn)揭示了COL6 在腫瘤中作用的分子機制，也為癌癥治療提供了潛在的靶點。

3 COL6 對免疫檢查點如：PD-L1/PD-1的影響

眾所周知，免疫系統(tǒng)可以識別和抑制腫瘤的生長。程序性死亡[蛋白]-1（programmed cell death-1,PD-1）是一種重要的免疫抑制分子，以PD-1 為靶點的免疫調(diào)節(jié)對抗腫瘤、抗感染、抗自身免疫性疾病及器官移植存活等均有重要的意義。程序性死亡[蛋白]配體-1（programmed cell death-ligand-1, PD-L1）也可作為靶點，相應(yīng)的抗體也可以起到相同的作用。PD-1 和PD-L1 結(jié)合啟動T 細胞的程序性死亡，使腫瘤細胞獲得免疫逃逸。COL6 ETP 肽可以通過增強的TGF-β 信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)EMT，從而促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。最近研究表明TGF-β 阻斷抗體與抗PD-L1 的治療性給藥能減少基質(zhì)細胞中的TGF-β 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進T 細胞滲透到腫瘤中心，并引起強烈的抗腫瘤免疫和腫瘤消退反應(yīng)[21]。前文已述，腫瘤相關(guān)巨噬細胞（腫瘤相關(guān)巨噬細胞）是最顯著可以抑制抗腫瘤免疫、促進腫瘤血管生長和轉(zhuǎn)移的細胞類型[10-11]。COL6 ETP肽能夠通過增加巨噬細胞募集和上調(diào)炎癥因子如IL-6和TNF-α 的產(chǎn)生來促進腫瘤炎癥[5]。另外，最近有研究表明，IL-6 信號阻滯劑可以通過減少TGF-β 信號傳導(dǎo)及下調(diào)PD-L1/PD-1 受體，有利于抗腫瘤因子發(fā)揮作用[22]。COL6 是一種廣泛分布的ECM 蛋白，過度的ECM 重塑和反應(yīng)性基質(zhì)可以影響腫瘤中的T 細胞浸潤和活性，從而影響對免疫檢查點抑制劑的反應(yīng)。這表明了進一步探索ECM 和基質(zhì)成分在研究免疫檢查點抑制劑時的重要性。

4 COL6 對腫瘤代謝重編程的影響

代謝重編程是腫瘤的重要標志。腫瘤細胞因喪失分化能力，且缺乏負反饋調(diào)節(jié)機制而處于瘋狂增殖狀態(tài)，為了維持腫瘤細胞持續(xù)快速的增殖，腫瘤細胞內(nèi)很多代謝途徑發(fā)生了改變。能量儲備和生物大分子合成是細胞增殖前的必須步驟，腫瘤細胞通過持續(xù)或異常激活磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K）/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白、低氧誘導(dǎo)因子-1、C-Myc等合成代謝的通路來增加糖酵解、促進谷氨酰胺代謝及脂肪酸的合成，從而支持腫瘤持續(xù)生長[23]。糖酵解通過低氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxiainducible factor-1α, HIF-1α）的下游效應(yīng)已成為獲得能量的主要方式，為了提高葡萄糖的供應(yīng)，HIF-1α介導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白3 轉(zhuǎn)錄和丙酮酸、乳酸脫氫酶的增加，從而為腫瘤的代謝生長提供充足的能量[24]。前文已述，ETP 可以通過上調(diào)HIF-1α 促進腫瘤血管生成，而抗ETP 抗體具有相反的效果[10]。同時有研究表明，COL6A3基因的沉默可以抑制胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲，同時通過PI3K-Akt信號傳導(dǎo)途徑促進細胞凋亡[25]。而在COL6 缺乏的小鼠模型中也可發(fā)現(xiàn)糖酵解減少和三羧酸循環(huán)通量的變化[26]。以上結(jié)果均表明，COL6 可以通過不同信號通路來影響腫瘤細胞的代謝，靶向COL6 從而干擾腫瘤細胞的合成代謝、抑制腫瘤的生長速度可能成為未來研究的新方向。

圖1 膠原蛋白VI 作用機制圖

5 COL6 在腫瘤中的表達及意義

與健康對照組相比，COL6a3 片段在結(jié)直腸癌患者的循環(huán)中上調(diào)[27]。且COL6a3 的敲除實驗表明可以減少結(jié)直腸癌細胞的增殖和侵襲，并增加凋亡。同時，COL1a2、COL6a3基因沉默抑制胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲，通過PI3K-Akt 信號傳導(dǎo)途徑促進細胞凋亡[25]。有實驗發(fā)現(xiàn)，COL6a3 在膀胱癌的組織和細胞中過表達，并可以抑制參與TGF-β/Smad 信號通路的分子，COL6a3 沉默顯著抑制膀胱癌細胞增殖、血管生成和EMT 過程[28]。同樣，1 項量化胰腺導(dǎo)管腺癌患者血清中COL6a3 的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，COL6a3 水平在胰腺導(dǎo)管腺癌患者血清中較高[29]。因此，血清中COL6 的上調(diào)是發(fā)展血清診斷生物標志物的有用發(fā)現(xiàn)。COL1a2、COL6a3基因沉默可以減少癌癥細胞的增殖、遷移和遷徙。由于腫瘤中COL6 穩(wěn)態(tài)的喪失，可以產(chǎn)生病理相關(guān)的COL6 片段并釋放到循環(huán)中。這些特異性COL6 片段可能在臨床環(huán)境中用作癌癥診斷生物標志物。最近1 項研究表明，基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）產(chǎn)生的COL6片段（C6Ma1，C6Ma3）具有作為癌癥生物標志物的潛力。與對照組相比，C6Ma1 和C6Ma3 在幾種不同的癌癥中顯著升高，且這兩種標志物在癌癥的所有階段均升高，因此它們可能用于患有早期和晚期癌癥的患者。但為了全面分析COL6 片段的診斷/預(yù)后適用性，還應(yīng)評估更多患者、其他類型的癌癥和具有相似病理（例如纖維化）的疾病[30]。

同時，有研究還發(fā)現(xiàn)COL6 的高表達與癌癥預(yù)后有著一定的聯(lián)系，高COL6a1 表達與宮頸癌患者的不良臨床預(yù)后相關(guān)[31]。回顧性分析了來自300 多例膠質(zhì)瘤患者的公共基因表達數(shù)據(jù)集，并證實了患者預(yù)后不良和COL6a1 高表達的顯著相關(guān)性[32]。同樣，在1 項COL6a3 在結(jié)直腸癌中作用的研究表明，COL6a3 是結(jié)直腸癌中的獨立預(yù)后因子[33]。另外有數(shù)據(jù)表明，基質(zhì)COL6 表達與惡性腫瘤的關(guān)鍵特征相關(guān)，代表了1 種新的獨立預(yù)后因素，可能影響唾液腺癌對放療的反應(yīng)[34]。以上研究和數(shù)據(jù)均表明，COL6 在預(yù)測癌癥預(yù)后中扮演著重要的角色，但其中的機制還有待進一步探索。

6 COL6 在化療耐藥中的作用

對化療耐藥是臨床治療中的常見現(xiàn)象，并且是癌癥患者的主要死亡原因。然而，這種耐藥的分子機制在很大程度上是未知的。已知金屬硫蛋白在促進順鉑耐藥中發(fā)揮關(guān)鍵作用[35]。COL6 誘導(dǎo)腫瘤細胞中金屬硫蛋白-1E 和硫蛋白-1F 顯著上調(diào)，從而為COL6 在順鉑耐藥中提供機制聯(lián)系[16]。在奧沙利鉑耐藥與奧沙利鉑敏感的卵巢癌細胞系差異表達基因中，COL6a3上調(diào)最顯著，在奧沙利鉑耐藥細胞中增加62 倍[36]。總之，這些發(fā)現(xiàn)表明COL6 有助于化療耐藥。腫瘤細胞對化療的反應(yīng)部分受到腫瘤相關(guān)巨噬細胞的調(diào)節(jié)，進一步的研究表明，在乳腺癌中使用紫杉醇的化學(xué)療法顯著增強巨噬細胞浸潤，從而保護腫瘤細胞免于化療誘導(dǎo)的死亡[37]。miR-511 是由巨噬細胞強烈表達并在人類腫瘤中下調(diào)的miRNA，能強烈抑制腫瘤細胞增殖[38-39]。M2 巨噬細胞中miRNA-511-3P 的過表達誘導(dǎo)腫瘤相關(guān)巨噬細胞中COL6 表達的顯著下調(diào)，限制腫瘤相關(guān)巨噬細胞的功能，從而抑制腫瘤生長[40]。綜上所述，巨噬細胞大量表達和分泌COL6，表明miRNA-511 在調(diào)節(jié)COL6 表達中的潛在作用[13]。因此，COL6 可以作為腫瘤相關(guān)巨噬細胞和化療耐藥之間的重要聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了腫瘤相關(guān)巨噬細胞減弱化療反應(yīng)能力的分子機制，而且為提高患者化療療效提供了新的靶點。

7 展望

COL6 是腫瘤生長的突出啟動子，其在人類很多腫瘤中過表達，且與腫瘤不良預(yù)后密切相關(guān)。COL6通過不同的信號傳導(dǎo)方式激活轉(zhuǎn)錄因子、生長因子和激酶，從而促進腫瘤發(fā)生和進展。通過上調(diào)金屬硫蛋白促進了耐藥，通過TGF-β 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)促進EMT。此外，COL6 通過促進腫瘤代謝重編程、參與腫瘤免疫逃逸而利于腫瘤生長。同時，COL6 還直接作用于腫瘤微環(huán)境的細胞，如巨噬細胞和內(nèi)皮細胞，以促進炎癥和血管生成。總之，這些研究結(jié)果都表明了COL6是參與腫瘤生長和進展的重要調(diào)節(jié)因子。