骨桥蛋白与头颈肿瘤

骨桥蛋白与头颈肿瘤作者：郭艳 综述，阮宏莹    作者单位：天津医科大学第一中心临床学院， 天津 300192    【摘要】  　　骨桥蛋白是具有多种功能的细胞外基质蛋白，广泛存在于人体多种组织器官中，其生物学性质特殊，表达受多种因素调控。骨桥蛋白参与细胞粘附及迁移，与多种恶性肿瘤的发生发展及浸润转移有密切关系。我们就骨桥蛋白在肿瘤发生转移过程中的作用及其在头颈肿瘤中的研究现状作一综述。    【关键词】  骨桥蛋白 肿瘤转移 头颈肿瘤1  OPN分子结构与基因表达调控  　　人类OPN的编码基因位于染色体4q13位点上，由7个外显子和6个内含子组成，外显子有3个单核苷酸多态性区域。其分子内部富含高度保守序列——RGD (ArgGlyAsp)序列，该序列是促进细胞粘附的蛋白质中的特有结构，如果变异或缺失，细胞粘附功能将丧失。同时，OPN还具有α9β1/α4β1结合域、糖基化、钙离子及肝素结合位点及凝血酶裂解位点。OPN经凝血酶裂解后，其氨基端经磷酸化后可以和整合素受体结合，如整合素αvβ3和αvβ5，与外分泌有关；羧基端可以和黏附分子CD44结合,参与粘附功能的调节［1］。　　OPN表达调控机制复杂，转录过程及启动子区是调节的主要靶点。生长因子如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子，癌基因如Ras、Src,肿瘤促进剂如TPA，低氧，糖皮质激素等均可影响OPN转录［2］。OPN启动子区含有多种反应元件，其中同肿瘤发生及转移较为密切的是：① Ras活化的增强子(Ras activated enhancer, RAE)  RAE存在于所有已被描述的OPN启动子中，是一个含有9个核苷酸的保守区域，可与Ras反应因子形成复合物影响转录。癌基因Hras转染NIH3T3细胞能使获得致瘤性，Ras表达水平升高的同时OPN分泌增加，细胞的转移能力增强［3］；②特异性阻遏元件1（repressor element1，RE1)  OPN启动子RE1区域(-94～-24)有增强转录的功能。用定向诱变的方法分析RE1显示，它分为RE1a(-86～-55)和RE1b(-45～-22) 两个部分，两者有协同作用。转录因子Spl，GR(糖皮质激素受体)，Cmyc和USF(上游激活因子)可以与RE1a结合，OCT1／-2(八聚体转录因子家族)则与RE1b结合；③T细胞因子4（T cell factor4，Tcf4)结合序列  Tcf4是一个与转录有关的T细胞家族中的一员，可识别CAAAG序列，这个序列在OPN启动子中显示出对OPN表达的抑制。当OPN与Tcf4蛋白结合，可阻止OPN的转录。另外，肿瘤抑制蛋白P53（Tumor Suppressor Protein p53，P53）结合序列、异源性核糖核蛋白A／B(hnRNPA／B)结合序列、维他命D（VitaminD ，VitD）结合序列、糖皮质激素结合序列及激活蛋白1（Activator Protein,AP1）结合序列等均可作为OPN转录调节的靶点。2  OPN与肿瘤转移   　　2.1  促进细胞黏附、迁移  细胞粘附、迁移是肿瘤发生转移的必要条件。OPN通过RGD序列与肿瘤 细胞的整合素受体结合后引起聚集黏附激酶(Focal adhesion kinase, FAK)磷酸化，通过Grb2／SOS或FAK／Src激活Ras和分裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)细胞信号转导途径，调节细胞骨架蛋白组装、促进细胞迁移。细胞内OPN与透明质酸(HA)CD44ERM(Ezrin，Radixin和Moesin)结合成复合体，改变细胞骨架促进细胞运动［4］。　　2.2  降解细胞外基质  细胞外基质(Extracellular matrixc,ECM)对细胞的基本生命活动发挥全方位的作用，包括连接、支持、保护及参与细胞的迁移等。ECM遭受破坏，将促进肿瘤细胞向周围间质侵袭浸润。肿瘤细胞合成和分泌OPN，并与自身细胞表面的整合素受体结合，尤其是对整合素αvβ3 (在恶性肿瘤中表达异常丰富)和αvβ5(广泛存在于正常组织)特异性结合能力较强，通过磷脂酰肌醇3激酶(Phosphatidy1inosito13 kinase，PI3K)及MAPK信号转导途径，活化基质金属蛋白酶2(Matrix metalloproteinase2，MMP2)及MMP9, 引起肿瘤细胞合成、分泌尿激酶型纤溶酶原激活物，从而降解细胞外基质，导致肿瘤细胞发生转移［5］。　　2.3  促进肿瘤血管生成  新生血管的生成对于肿瘤的生长转移必不可少，随着肿瘤组织血管数目的增加，其浸润转移等恶性潜能也相应增加。有研究表明，OPN可通过自分泌及旁分泌途径活化乳腺肿瘤激酶（Breast tumor kinase,Brk）/核因子诱导激酶（Nuclear factorinducing kinase）/核因子KappaB（Nuclear factorkappaB，NFkappaB）/活化转录因子4（Activating transcription factor4,ATF4)，进而触发血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）依赖性肿瘤血管生成［6］；VEGF可作用于微小血管内皮，使OPN与αvβ3表达增加， OPN与VEGF相互协调，共同促进肿瘤组织血管生长、肿瘤转移。反之，Tang等［7］应用小干扰RNA(Small interfering，siRNA)技术抑制肿瘤移植小鼠OPN表达，可明显降低肿瘤组织微血管密度及抑制血管发生。　　2.4  促进肿瘤淋巴道转移  淋巴系统在肿瘤细胞播散过程中发挥重要作用，目前关于OPN在肿瘤经淋巴道转移过程中的作用方面的报道尚不多见。Allan等［8］应用野生型OPN、突变型(缺乏RGD序列)OPN及空表达载体转染人类乳腺癌细胞系MDAMB468，并将上述细胞注入去胸腺裸鼠乳房脂肪垫内，应用Northern印迹、Western印迹及流式细胞仪等方法首次证实OPN不仅与肿瘤淋巴道转移相关，而且在功能上促进这一过程发生。OPN主要促进肿瘤细胞在原发灶中的淋巴管侵袭能力，并通过与RGD序列依赖型整合素受体相互作用，调节肿瘤细胞的黏附并增强肿瘤细胞在淋巴系统中的生存能力，进而促进肿瘤经淋巴道转移。 　　2.5  参与宿主免疫反应  人体的免疫系统正常发挥功能，不仅可以防御外来病源生物侵袭，还能杀死肿瘤细胞。巨噬细胞产生的氧爆发能杀死循环血液中的肿瘤细胞，而氧爆发的发生依赖于一氧化氮合酶，OPN则可以抑制局部微环境中诱生型一氧化氮合酶的合成，氧爆发不能发生，从而使癌细胞在血液循环中得以存活，进而发生远处转移［9］。Freeman等［10］通过稳态荧光等方法检测发现，肿瘤细胞分泌的OPN与其受体整合素αvβ3或CD44结合后，可进一步与补体因子H结合，使肿瘤细胞穿上“分子隔离衣”，免受补体系统攻击。3  OPN与头颈肿瘤　　虽然较多研究已证实OPN与多种恶性肿瘤的行为密切相关，但OPN与头颈肿瘤(Head and neck cancer,HNC)关系的研究报道尚不多见。　　3.1  OPN与头颈肿瘤发生及转移  OPN在头颈肿瘤发生过程中发挥重要作用。Jin等［11］以7，12二甲基苯并蒽(7,12dimethylbenz［a］anthracene，DMBA)连续处理金仓鼠颊囊上皮，以Northern印迹及原位杂交法监测OPN mRNA表达，发现OPN mRNA表达于4周后出现，15周后达高峰，且标本逐渐呈现鳞状细胞癌的组织学特点，说明OPN在口腔鳞癌发生早期发挥一定作用。Muramatsu等［12］在高表达OPN的口腔癌细胞株BSFOF应用针对OPN的反义寡核苷酸，结果表明实验组肿瘤细胞生长速度明显慢于对照组，侵袭能力也明显下降，同样说明OPN可能促进口腔鳞癌发生及侵袭转移。Matsuzaki［13］等应用免疫组化法及半定量RTPCR检测46例早期浸润型舌鳞状细胞癌(Tongue squamous cell carcinoma，TSCC)组织，发现浸润前沿OPN表达明显高于非浸润区，提示OPN在舌癌发生浸润转移方面发挥一定作用。　　肿瘤细胞常过度表达CD44各种变体，其中v6外显子编码区在OPN结合过程中起重要作用［14］，且OPNCD44v6信号轴在调节细胞侵袭转移过程中发挥重要作用，这一点在Guarino V等的实验中得以证实。应用乳头状甲状腺癌(Papillary thyroid carcinomas，PTC)原癌基因转染甲状腺细胞，OPN及其受体CD44v6表达明显增加，同时应用重组外源性OPN处理PTC，发现CD44v6表达明显增加，癌细胞基质胶侵袭能力明显增强，进一步利用流式细胞仪检测发现CD44v6主要于细胞表面表达，二者通过激活细胞外信号调节激酶及丝氨酸/苏氨酸激酶（Serine/threonine kinase,AKT/PKB）信号转导途径，调节肿瘤细胞粘附及转移［15］。　　3.2  OPN与头颈肿瘤预后  HNC患者血清、肿瘤组织中均表达OPN，且其表达水平高低与肿瘤转移及患者预后密切相关。　　Celetti等［16］以免疫组化法、免疫印迹法及反转录PCR法检测发现喉鳞状细胞癌(Laryngeal squamous cell carcinomas，LSCC)肿瘤组织OPN表达与肿瘤临床分期、病理分级、淋巴结转移及远处转移密切相关，高临床分期、病理分级、发生淋巴结及远处转移者OPN染色强度明显强于低临床分期、病理分级及未发生淋巴结及远处转移者，且通过KaplanMeier生存曲线分析认为OPN染色强度与LSCC患者整体生存率相关,强阳性患者5年生存率明显低于弱阳性患者；于体外应用重组OPN处理鳞状细胞癌细胞，将明显促进肿瘤细胞增殖、基质胶侵袭能力；反之应用siRNA技术沉默OPN基因，上述反应则受到抑制。　　Eto等［17］以酶联免疫吸附实验测定头颈部肿瘤患者血清OPN水平，发现HNC患者血清OPN水平(99.5ng/mL)明显高于正常对照者(55.3ng/mL)，且血清OPN水平同肿瘤临床分期密切相关，晚期患者明显高于早期患者。　　实体肿瘤缺氧是目前肿瘤的研究热点之一，缺氧可诱导OPN分泌，进一步研究发现，低氧通过RAE(-731～-712)序列诱导OPN转录，此过程与AKT信号通路激活有关［3］。Le等［18］通过酶联免疫吸附实验及微电极法测定发现，晚期头颈鳞状细胞癌患者血浆OPN水平与肿瘤组织氧分压呈负相关，且血清OPN水平越高，患者近期复发率越高，预后越差。Bache［19］等通过免疫组化染色发现，晚期HNC患者肿瘤表达OPN与肿瘤组织缺氧程度相关，提示联合检测缺氧诱导因子1α(Hypoxia inducible factor1α，HIF1α)、碳酸酐酶IX(Carbonic anhydrase IX，CA IX)，可有效判断晚期头颈肿瘤患者的整体生存率。4  展望　　作为一个肿瘤相关蛋白，OPN及其受体在多种肿瘤中过度表达，并通过多种机制调节肿瘤细胞粘附、浸润及转移，这使OPN成为一种优质的诊断标记物、治疗肿瘤的一个新的理想靶点；若进一步明确其在促进肿瘤发生、转移过程中的具体机制，针对OPN及其受体从基因启动到信号传导途径的成功干预，并成功阻断肿瘤发生浸润转移的途径，将有效降低肿瘤的生物学恶性程度，延长患者的生存时间，提高其生存质量。【参考文献】［1］ Takahashi K, Takahashi F, Tanabe K K, et al．The carboxylterminal fragment of osteopontin suppresses glycineasparatic acid dependent cell adhesion ［J］．Biochem Mol Biol Int， 1998， 46(6)：1081．［2］ Gallego M I, Bierie B, Hennighausen L. Targeted expression of HGF/SF in mouse mammary epithelium leads to metastatic adenosquamous carcinomas through the activation of multiple signal transductionpathways［J］. Oncogene, 2003, 22(52):84988508.［3］ Zhu Y, Denhardt D T, Cao H. Hypoxia upregulates osteopontin expression in NIH3T3 cells via a Rasactivated enhancer［J］. Oncogene, 2005, 24(43):65556563.［4］ Zohar R， Suzuki N， Suzuki K， et al．Intracellular osteopontin is an integral component of the CD44ERM complex involved in cell migration［J］．J Cell Physiol， 2000， 184(1)：118130．［5］ Furger K A, Allan A L, Wilson S M, et al. Beta(3) integrin expression increases breast carcinoma cell responsiveness to the malignancyenhancing effects of osteopontin［J］. Mol Cancer Res, 2003, 1(11):810819.［6］ Chakraborty G, Jain S, Kundu G C. Osteopontin promotes vascular endothelial growth factordependent breast tumor growth and angiogenesis via autocrine and paracrine mechanisms［J］. Cancer Res, 2008, 68(1):152161.［7］ Tang H, Wang J, Bai F,et al. Inhibition of osteopontin would suppress angiogenesis in gastric cancer［J］. Biochem Cell Biol, 2007, 85(1):103110.［8］ Allan A L, George R, Vantyghem S A, et al. Role of the integrinbinding protein osteopontin in lymphatic metastasis of breast cancer［J］. Am J Pathol, 2006, 169(1):233246.［9］ Wai P Y, Guo L, Gao C,et al. Osteopontin inhibits macrophage nitric oxide synthesis to enhance tumor proliferation［J］. Surgery, 2006, 140(2):132140.［10］ Freeman K W, Gangula R D, Welm B E, et al. Factor H binding to bone sialoprotein and osteopontin enables tumor cell evasion of complement mediated attack［J］. J Bid Chem, 2000, 275(22):1666616672.［11］ Jin H, Valverde P, Chen J. Cloning of hamster osteopontin and expression distribution in normal tissues and experimentally induced oral squamouscell carcinoma［J］. Arch Oral Biol, 2006, 51(3):236245.［12］ Muramatsu T, Shima K, Ohta K, et al． Inhibition of osteopontin expression and function in oral cancer cell lines by antisense oligonucleotides［J］. Cancer Lett, 2005, 2l7(1)：8795.［13］ Matsuzaki H, Shima K, Muramatsu T, et al. Osteopontin as biomarker in early invasion by squamous cell carcinoma in tongue［J］. Oral Pathol Med, 2007, 36(1):3034.［14］ Ponta H, ShermanL, Herrlich P A. CD44: from adhesion molecules to signaling regulators［J］. Nat Rev Mol Cell Biol, 2003, 4(1):3345.［15］ Guarino V, Faviana P, Salvatore G, et al. Osteopontin is overexpressed in human papillary thyroid carcinomas and enhances thyroid carcinoma cell invasiveness［J］. Clin Endocrinol Metab, 2005, 90(9):52705278.［16］ Celetti A, Testa D, Staibano S, et al. Overexpression of the cytokine osteopontin identifies aggressive laryngeal squamous cell carcinomas and enhances carcinoma cell proliferation and invasiveness［J］. Clin Cancer Res, 2005, 11(22):80198027.［17］ Eto M, Kodama S, Nomi N. Clinical significance of elevated osteopontin levels in head and neck cancer patients［J］. Auris Nasus Larynx, 2007, 34(3):343346.［18］ Le Q T, Sutphin P D, Raychaudhuri S, et al. Identification of osteopontin as a prognostic plasma marker for head and neck squamous cell carcinomas［J］. Clin Cancer Res, 2003, 9(1):5967.［19］ Bache M, Reddemann R, Said H M, et al. Immunohistochemical detection of Osteopontin in advanced headandneck cancer: Prognostic role and correlation with oxygen electrode measurements, hypoxia inducible factor1alpharelated markers, and hemoglobin levels［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2006, 66(5):14811487.