橋粒膠蛋白2及其在腫瘤疾病中的研究進(jìn)展

魏盈盈，徐敏娟，謝水祥，王烈峰

（1.贛南醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；2.贛州市人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，江西 贛州 341000）

上皮細(xì)胞存在幾種類型的細(xì)胞連接，可分為黏附連接、緊密連接、橋粒和間隙連接，它們將組織中的細(xì)胞進(jìn)行連接，并在組織屏障功能、細(xì)胞增殖和遷移過程中調(diào)節(jié)組織的平衡。細(xì)胞連接的缺陷引起了廣泛的組織異常，破壞了內(nèi)穩(wěn)態(tài)，在遺傳異常和癌癥中很常見［1］。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞黏附成分對腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移非常重要，這不僅與細(xì)胞黏附變化有關(guān)，還參與了關(guān)鍵的分子信號通路［2］。橋粒（Desmosome，DSM）是一種細(xì)胞間錨定連接結(jié)構(gòu)，對于維持經(jīng)歷機(jī)械應(yīng)力組織（如皮膚、心肌和胃腸道黏膜）的完整性至關(guān)重要。橋粒是一種黏連方式，將細(xì)胞骨架中的中間絲錨定在細(xì)胞表面。橋粒膠蛋白（Desmocollins，DSCs）屬于鈣黏蛋白超基因家族，在細(xì)胞間黏附中發(fā)揮重要作用［3］。與經(jīng)典鈣黏蛋白相比，橋粒鈣黏蛋白家族可以分為2種類型：橋粒芯蛋白（Desmogleins，DSG 1~4）和橋粒膠蛋白（Desmocollins，DSC 1~3），它們以細(xì)胞類型和分化依賴的方式表達(dá)［4］。DSG3和DSC3是在基底表皮中表達(dá)的主要亞型，基底表皮是尋常型天皰瘡形成水皰的部位。而DSG1和DSC1主要在表皮淺表皮中表達(dá)，在基底層中幾乎沒有表達(dá)［5］。DSC2介導(dǎo)細(xì)胞間黏附并參與腫瘤進(jìn)展［6］。DSC2對上皮細(xì)胞的統(tǒng)一性至關(guān)重要，并在上皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生、分化、傷口愈合、細(xì)胞凋亡、遷移和增殖等過程中充當(dāng)重要的調(diào)節(jié)器［7］。本文綜述了DSC2的結(jié)構(gòu)和功能，探討了DSC2的分子機(jī)制及其表達(dá)異常與腫瘤的關(guān)系。

1 DSC2功能與作用機(jī)制

1.1 DSC2的分子結(jié)構(gòu)橋粒是連接相鄰細(xì)胞角蛋白中間絲的細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)［8］。橋粒可錨定角蛋白中間絲并在細(xì)胞之間提供強(qiáng)大的黏附力，因此是維持組織結(jié)構(gòu)和完整性的關(guān)鍵［9］。橋粒由許多蛋白質(zhì)組成，包括橋粒鈣黏蛋白、犰狳蛋白和血小板親和蛋白，它們負(fù)責(zé)介導(dǎo)細(xì)胞間黏附［10］。橋粒膠蛋白（DSCs）細(xì)胞質(zhì)尾部由細(xì)胞內(nèi)錨定（Intracellular anchor，IA）和細(xì)胞內(nèi)鈣黏蛋白樣序列（Intracellular cadherin-like sequence，ICS）組成［11］。其通過選擇性剪接產(chǎn)生一個較長的“a”形式和一個較短的“b”形式［12］。已證明3個DSC基因（DSC1~3）和4個DSG基因（DSG1~4）具有類似的結(jié)構(gòu)，DSCs和DSGs之間大約有30%的序列相同［13］。與所有的橋粒鈣黏蛋白一樣，人類DSC2基因位于18號染色體的長臂上，由32 kb以上的DNA組成，分為17個外顯子，大小在46~258 bp之間。其中，第16個外顯子可以選擇性剪接，產(chǎn)生2種異構(gòu)體，一個較長的“a”異構(gòu)體DSC2a和一個較短的“b”異構(gòu)體DSC2b。DSC2蛋白含有901個氨基酸，分子量為99 962 Da。DSC2是一種跨膜蛋白，包含細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域［7］。DSC2蛋白結(jié)構(gòu)如圖1所示。DSC2胞外結(jié)構(gòu)域含有4個鈣黏蛋白重復(fù)序列（Extracellular cadherin，EC）。每一個都有2個Ca2+結(jié)合位點，第5個結(jié)構(gòu)域稱為細(xì)胞外錨定（Extracellular anchor，EA）結(jié)構(gòu)域［14］。在細(xì)胞質(zhì)中，DSC2a的C端區(qū)域包含一個ICS，與斑珠蛋白（Plakoglobin，PG）或γ-catenin連接形成復(fù)合物錨，將中間絲與細(xì)胞膜結(jié)合，形成一個細(xì)胞外支架，從而抵抗機(jī)械應(yīng)力。而DSC2b異構(gòu)體不能在無ICS的情況下連接PG。因此，DSC2a與PG或γ-catenin的連接受損不能由DSC2b來補(bǔ)償［7］。

圖1 DSC2蛋白結(jié)構(gòu)域

1.2 DSC2參與橋粒黏附脊椎動物中存在4種類型的細(xì)胞間連接：橋粒、黏附連接、緊密連接和間隙連接［15］。緊密連接選擇性調(diào)節(jié)水、離子和溶質(zhì)的細(xì)胞旁運動，而黏附連接介導(dǎo)細(xì)胞間黏附。黏附連接的存在是橋粒形成的先決條件，它們在細(xì)胞之間形成“點焊”，并具有增強(qiáng)細(xì)胞間黏附的功能［16］。橋粒不僅是靜態(tài)同時也是高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，它們是上皮細(xì)胞間黏附和支持上皮細(xì)胞動態(tài)重新排列的基礎(chǔ)，能夠在組織的形態(tài)發(fā)生和重塑過程中快速組裝和拆卸。研究表明，橋粒膜和斑塊的個別成分在初始階段以可溶性成分的形式合成，然后通過空間和生化分隔轉(zhuǎn)移，最終變得不溶并進(jìn)入細(xì)胞膜形成橋粒［14］。橋粒黏附由橋粒芯蛋白（DSGs）和橋粒膠蛋白（DSCs）介導(dǎo)［16］。YULIS M等［17］提出，將橋粒中的DSC2進(jìn)行熒光標(biāo)記，并通過成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)在整個細(xì)胞周期中，熒光標(biāo)記點在細(xì)胞-細(xì)胞接觸位點保持不動。然而，光漂白后熒光恢復(fù)實驗證明，DSC2能夠在必要時迅速做出反應(yīng)并且能夠重塑黏附結(jié)構(gòu)［18］。在體外，通過延時熒光成像技術(shù)觀察到橋粒鈣黏蛋白DSG2和DSC2定位于不同的囊泡群，并在活細(xì)胞中獨立移動到質(zhì)膜［19］。

橋粒形成在2 h內(nèi)分2個階段發(fā)生，第1個階段發(fā)生在轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基的30 min內(nèi)，在60 nm囊泡中，主要含有DSC2和較低濃度的DSG2及E-鈣黏蛋白（E-cadherin，E-cad）分布到整個細(xì)胞表面，這些物質(zhì)隨后大部分被內(nèi)吞。第2個階段涉及DSG，E-cad、血紅蛋白和β-catenin在更復(fù)雜的大小約200 nm的囊泡中轉(zhuǎn)運，指向發(fā)育中的基底外側(cè)表面上可能的成核位點，隨后加入斑塊蛋白，如橋粒蛋白Ⅰ/Ⅱ。第2個階段的囊泡可以通過19 ℃預(yù)先標(biāo)記的多囊體的逆行運輸進(jìn)入內(nèi)吞標(biāo)志物內(nèi)［20］。橋粒鈣黏蛋白DSCs和DSGs與由黏附連接的E-cad、P-鈣黏蛋白（P-cadherin，P-cad）和N-鈣黏蛋白（N-cadherin，N-cad）組成的經(jīng)典鈣黏蛋白家族密切相關(guān)［21］。DSCs和DSGs在細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域中具有鈣結(jié)合口袋，使橋粒的從頭組裝為鈣依賴性過程［16］。DSC2的缺失與細(xì)胞間連接組裝過程中DSG2介導(dǎo)的橋粒張力變化有關(guān)，在鈣耗竭和補(bǔ)充后，DSC2缺失導(dǎo)致鈣轉(zhuǎn)換后組裝過程中DSG2靶向細(xì)胞間連接出現(xiàn)延遲，這表明DSC2有助于鈣依賴性橋粒組裝［22］。

DSC2在連接形成過程中控制橋粒介導(dǎo)的機(jī)械張力。DSC2缺失與橋粒斑蛋白Ⅰ/Ⅱ（DesmoplakinⅠ/Ⅱ，DPⅠ/Ⅱ）磷酸化的變化有關(guān)。DPⅠ/Ⅱ是一種橋粒支架蛋白（200~250 kDa），通過中間絲-細(xì)胞骨架與橋粒鈣黏蛋白連接，在橋粒上產(chǎn)生張力［23］。角蛋白中間絲通過DP連接到DSC和橋粒芯蛋白DSG上［11］。DSC2通過調(diào)節(jié)DPⅠ/Ⅱ和細(xì)胞角蛋白結(jié)合，控制橋粒中的張力。DSC2缺乏導(dǎo)致細(xì)胞膜上DPⅠ/Ⅱ和角蛋白-中間絲的共定位增強(qiáng)，DPⅠ/Ⅱ和中間絲-細(xì)胞骨架之間的關(guān)聯(lián)使DSC2缺乏在橋粒上產(chǎn)生更高的拉力［22］。

1.3 DSC2分子作用機(jī)制研究表明，DSC2的上調(diào)抑制了肝癌細(xì)胞中p-ERK1/2和c-MYC的表達(dá)，相應(yīng)地，DSC2的下調(diào)促進(jìn)了其表達(dá)，提示DSC2可能通過ERK/c-MYC信號通路調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和侵襲［24］。影響腫瘤發(fā)生和發(fā)展的DSC2表達(dá)異常主要與β-catenin/γ-catenin信號通路有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，DSCs通過激活β-catenin信號通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲，從而促進(jìn)惡性腫瘤的疾病進(jìn)展［24］。DSC2通過E-cadherin依賴的方式抑制β-catenin信號傳導(dǎo)來抑制細(xì)胞侵襲［25］。DSC2可通過對γ-catenin的影響間接調(diào)節(jié)β-catenin信號傳導(dǎo)，γ-catenin是與DSCs相互作用的連環(huán)蛋白家族成員，當(dāng)γ-catenin過量時，可能與E-cadherin“競爭”并取代β-catenin［26］。

KOLEGRAFF K等［26］研究發(fā)現(xiàn)，DSC2的缺失通過3種方式激活A(yù)kt/β-catenin信號通路促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化和增殖，如圖2所示。⑴DSC2的下調(diào)導(dǎo)致結(jié)腸上皮細(xì)胞中表皮生長因子受體（Epidermal growth factor receptor，EGFR）激活和激磷脂酰肌醇3激酶（Phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/Akt依賴性β-catenin/TCF轉(zhuǎn)錄激活。該途徑的激活導(dǎo)致體內(nèi)外細(xì)胞增殖和腫瘤生長增強(qiáng)。⑵AKT通過可磷酸化激活殘基Ser-473和Thr-308的PH結(jié)構(gòu)域被招募到質(zhì)膜上富含磷脂酰肌醇-（3，4，5）-三磷酸（Phosphatidylinositol-3，4，5-triphosphate，PIP3）的區(qū)域。活化的Akt可通過在Ser-9處磷酸化含糖原合酶激酶3β（Glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）或 直 接 在Ser-552處磷酸化β-catenin來增強(qiáng)其信號。⑶在沒有Wnt信號的情況下，β-catenin被復(fù)合物結(jié)合并靶向降解。在Wnt配體存在的情況下，Wnt與Fz/LRP受體結(jié)合，導(dǎo)致GSK-3的復(fù)合物與β-catenin解離，促進(jìn)β-catenin積累［26］。DSC2的下調(diào)誘導(dǎo)EGFR激活，從而刺激PI3K活性并提高PIP3水平。Akt通過與PIP的相互作用被募集到膜中并被磷酸化激活。活化的Akt磷酸化并直接抑制GSK-3β和磷酸化β-catenin，增加β-catenin的核定位和轉(zhuǎn)錄活性。DSC2的缺失可能通過“孤立”或過量的DSG2導(dǎo)致Akt/β-catenin信號的激活［27］。

圖2 AKT/β-catenin信號通路

2 DSC2與腫瘤的關(guān)系

超過90%的癌癥起源于上皮細(xì)胞，因此上皮細(xì)胞之間的連接蛋白復(fù)合物如橋粒可能與癌癥的進(jìn)展有關(guān)。有研究［28］強(qiáng)調(diào)了橋粒在誘導(dǎo)癌癥進(jìn)展方面的潛在作用，特別是它們在癌癥進(jìn)展中的分解作用。橋粒是一種復(fù)雜的連接中間絲的細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)，在暴露于機(jī)械應(yīng)力的組織中提供強(qiáng)大的細(xì)胞間黏附力［29］。近年來，橋粒蛋白已成為癌癥研究的一個關(guān)注點。通過對蛋白類型和原發(fā)性腫瘤定位發(fā)現(xiàn)，橋粒蛋白在腫瘤中表達(dá)水平的上調(diào)/下調(diào)對腫瘤的發(fā)生發(fā)展會產(chǎn)生增強(qiáng)/抑制作用［4］。

2.1 DSC2與結(jié)直腸癌橋粒復(fù)合物的失調(diào)與結(jié)直腸癌典型的組織結(jié)構(gòu)紊亂有關(guān)［30］。腸道中的橋粒由黏附分子DSG2和DSC2組成，可通過增強(qiáng)細(xì)胞間 黏 附 力 而 促 進(jìn) 黏 膜 穩(wěn) 態(tài)［22，31］。腸 上 皮 細(xì) 胞（Intestinal epitheliel cells，IEC）中DSC2的缺失導(dǎo)致橋粒變小和橋粒內(nèi)膜間隙增加，并導(dǎo)致體內(nèi)腸上皮屏障缺陷，增加了體內(nèi)腸道通透性，肯定了DSC2在調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能中的作用［22］。GROSS A等［32］研究發(fā)現(xiàn)，與對照組小鼠相比，DSC2敲低小鼠的IEC屏障功能缺乏顯著。IEC中DSC2的急性缺失導(dǎo)致在硫酸葡聚糖鈉誘導(dǎo)的損傷中上皮恢復(fù)受損，表明DSC2在腸黏膜修復(fù)中具有保護(hù)作用［33］。DSC2通過調(diào)節(jié)整合素β1和β4蛋白以及Rap1活性來控制從IEC到細(xì)胞外間質(zhì)的力的轉(zhuǎn)導(dǎo)，而Rap1可以有效調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移和傷口愈合能力［33］。DSC2在結(jié)直腸癌中的抑制可歸因于同源框轉(zhuǎn)錄因子CDX1和CDX2（腸分化的常見調(diào)節(jié)因子）缺失。在結(jié)直腸癌中，DSC2缺失通過調(diào)節(jié)Akt/β-catenin信號通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖［26］。

2.2 DSC2與乳腺癌研究發(fā)現(xiàn)，多種類型的腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲行為與DSC2異常表達(dá)相關(guān)，且DSC2水平高表達(dá)提高了細(xì)胞之間的聚集能力［34］。原發(fā)性乳腺癌組織中較高水平的DSC2顯著影響HER2陽性和三陰性乳腺癌患者的疾病進(jìn)展，LANDEMAINE T等［35］將DSC2鑒定為乳腺癌肺轉(zhuǎn)移的潛在預(yù)測標(biāo)志物。從功能上講，腫瘤細(xì)胞中DSC2表達(dá)水平直接影響其聚集能力，進(jìn)而影響其化學(xué)敏感性［36］。敲低橋粒蛋白會破壞乳腺癌細(xì)胞的聚集并降低失巢凋亡抗性［37］。DSG2和DSC2通過促進(jìn)細(xì)胞聚集和提高腫瘤細(xì)胞傳播過程中的存活率，從而提高乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力［38-39］。DSC2在乳腺癌細(xì)胞中的上調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞聚集能力增強(qiáng)，而DSC2沉默后的腫瘤細(xì)胞聚集體顯示出更松散的結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到機(jī)械應(yīng)力時迅速解離［36］。

2.3 DSC2與食管癌在食管鱗狀細(xì)胞癌（Esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）中DSC2的表達(dá)從食管增生到不典型增生和原位癌逐漸降低［40］。FANG W K等［25］也發(fā)現(xiàn)DSC2在ESCC中表達(dá)降低，并且與腫瘤轉(zhuǎn)移增強(qiáng)和預(yù)后不良有關(guān)。DSC2的過表達(dá)可以抑制ESCC的細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移。ESCC中DSC2下調(diào)導(dǎo)致游離γ-catenin增加，游離γ-catenin可與E-cad/β-catenin復(fù)合物中的β-catenin競爭，與E-cad形成復(fù)合物。從而使得游離β-catenin增加，導(dǎo)致β-catenin核易位和轉(zhuǎn)錄活性增加，進(jìn)而導(dǎo)致侵襲相關(guān)基因表達(dá)，提高ESCC細(xì)胞侵襲能力［2］。此外，研究表明DSC2在ESCC侵襲和轉(zhuǎn)移中有重要作用，它的缺失通過激活β-catenin途徑啟動腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化［25］。DSC2下調(diào)通過控制細(xì)胞-細(xì)胞附著和細(xì)胞骨架重排以及激活β-catenin信號傳導(dǎo)的機(jī)制促進(jìn)ESCC細(xì)胞侵襲［41-42］。提示DSC2的缺失與腫瘤分化程度低、局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和預(yù)后差密切相關(guān)，其可能成為預(yù)測食管鱗狀細(xì)胞癌患者預(yù)后的新分子標(biāo)志物。

2.4 DSC2與其他腫瘤疾病DSCs是跨膜蛋白，屬于橋粒鈣黏蛋白家族，是橋粒的關(guān)鍵組成部分。在正常胃組織中DSCs的3種亞型（DSC 1~3）僅觀察到DSC2。Ⅰ/Ⅱ期 胃 癌（Gastric cancer，GC）組 織 中DSC2的mRNA水平顯著高于Ⅲ/Ⅳ期患者［43］。通過大腸桿菌氨芐青霉素分泌陷阱鑒定得知DSC2是胃癌上調(diào)的基因之一［43］。ANAMI K等［43］發(fā)現(xiàn)，DSC2在腸型GC中過表達(dá)，CDX2可以誘導(dǎo)DSC2的表達(dá)，表明DSC2的表達(dá)可能是腸型GC的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。有研究［44］發(fā)現(xiàn)，胰腺導(dǎo)管腺癌中DSC2表達(dá)降低與患者生存期縮短、腫瘤分級增加和淋巴結(jié)陽性狀態(tài)顯著相關(guān)，表明DSC2在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起作用。研究發(fā)現(xiàn)，與人肝細(xì)胞系相比，肝癌細(xì)胞特別是在LM3細(xì)胞中，DSC2的表達(dá)顯著下調(diào)，表明DSC2可能在肝癌的發(fā)展中發(fā)揮作用［24］。

3 小結(jié)與展望

多細(xì)胞生物的細(xì)胞間包含多種連接復(fù)合物，其中橋粒對保持組織完整性和維持生物體整體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。DSC2普遍存在于所有含有橋粒的組織中，是橋粒的組成部分。DSC2缺失或異常表達(dá)會降低細(xì)胞間黏附，破壞組織的完整性，表皮分化的誤差調(diào)節(jié)，增加細(xì)胞增殖的傾向，侵入周圍組織和轉(zhuǎn)移，并導(dǎo)致某些疾病的發(fā)生發(fā)展。對于DSC2在某些疾病發(fā)展中作用的認(rèn)識仍在不斷深入，其可能作為一種癌基因，在腫瘤進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。研究人類不同疾病中DSC2的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制的差異可為診斷和個體化治療提供潛在靶點。DSC2在腫瘤進(jìn)展中的作用需要進(jìn)一步的研究來證明。