LI-cadherin—一种新的胃腺癌标记物
发表时间：2010-03-15 浏览次数：621次
作者：刘仕琪，牛建华 作者单位：832000 新疆石河子，石河子大学医学院第一附属医院普外三科 【摘要】 在组织形态形成和分化过程中，钙黏蛋白起着十分重要的作用，而钙黏蛋白超家族是由众多黏附分子组成的。LI-cadherin是钙黏蛋白超家族中一种最新发现的类型，在结构和功能上不同于其他经典钙黏着蛋白。在鼠和人类，LI-cadherin选择性地表达于小肠与大肠上皮细胞和杯状细胞的基底外侧区表面，鼠类还表达于肝细胞膜。LI-cadherin不依赖于细胞骨架而具有Ca2+依赖性介导同源上皮细胞间黏附功能，这表明它可能是对肠黏膜上皮细胞中经典钙黏蛋白和桥粒钙黏蛋白功能的补充。经典钙黏着蛋白的黏附功能依赖于链蛋白，链蛋白在钙黏蛋白与肌动蛋白细胞骨架间起链接作用。而LI-cadherin在鼠体内表达时，既不与链蛋白接合，也不导致β-catenin的上调。在CDX-2调节肠道细胞最终分化方向的过程中，LI-cadherin是关键环节。在结直肠癌发生中CDX-2调控着LI-cadherin，二者的mRNA在癌变组织中较非肿瘤组织中的表达水平显著升高。最新的相关研究发现，在胃腺癌中，CDX-2的过度表达与LI-cadherin显著相关，在肠化生中CDX-2的表达总是与LI-cadherin呈现很强的成对性。癌细胞的淋巴结转移与LI-cadherin的表达水平也明显相关。LI-cadherin作为胃癌的一种新的标记物和靶分子，对于研究胃癌发病的分子机制和生物学行为以及寻找新的抗转移措施是非常有用的。
【关键词】 肝肠钙黏蛋白
钙黏蛋白（cadherin，CD）超家族由许多细胞黏附分子组成，其中有几种表达在胃肠道中，E-cadherin（E-CD）是一种Ca2+依赖性上皮黏附分子，在脊椎动物和无脊椎动物体内具有调节细胞间紧密链接以维持组织结构和形态的功能，其氮末端位于细胞外域，由5个重复串联的同源结构单元组成，其最远端由CAD1中βCFG形成的凹面是决定嗜同种结合特异性的黏着界面［1］。E-CD分子的羧基末端位于细胞内域，与细胞内的β或γ链蛋白相结合发挥细胞间黏附功能。LI-cadherin（liver-intestine cadherin，肝肠钙黏蛋白）作为钙黏蛋白家族的一位新成员，在结构和功能上不同于其他经典钙黏蛋白。
1 LI-cadherin分子起源
Jacobs实验室［2］于1997年利用荧光法在成年斑马鱼的肾脏中鉴别分泌性蛋白时发现了一种新黏附分子，根据其分子结构特点命名为CDH17。2002年Julia等［3］在斑马鱼体内提取了与人类LI-cadherin具有正向同源基因的钙黏蛋白。在斑马鱼胚胎发育时期，LI-cadherin（CDH17）仅表达于前肾管中，而在幼鱼和成鱼则表达于中肾管奥肯体，与哺乳动物一样，LI-cadherin在成鱼体内亦表达于肝脏和肠道，并发现CDH17表达于中胚层却与其造血功能无关。在斑马鱼前肾管形成过程中，如果用反义的吗啉代寡核苷酸剪切掉CDH17则细胞间黏附功能丧失。研究表明，在斑马鱼的胚胎发育时期CDH17对于维持前肾管的完整性是必不可少的。将这一发现与哺乳动物的CDH17相对比，则后者并不参与到肾脏的发育过程中。Wendeler等发现在哺乳动物和硬骨鱼体内有超过40个具有广泛相似性的巨碱基，其中就包括Ksp-和LI-cadherin基因。而其他的钙黏蛋白基因却还没发现有相似的可比性。这一研究发现提示，CDH17起源于脊椎动物发育早期的染色体复制［4］。
2 LI-cadherin的分子结构特征
人类CDH17定位于8q22.1染色体［5］，Crosier［6］分离出了N末端有131个碱基对的cdh17基因片段和全部长度的cDNA，该cDNA由3381个碱基对和一个编码由868个氨基酸组成的蛋白的开放阅读框。其起始密码子由cDNA起始端的112个核苷酸组成，而终止密码框由下游区的21个核苷酸组成。第3321个核苷酸有一个假定的多核苷酸标志。同源性检索揭示了这种蛋白是跨膜糖蛋白钙黏附分子家族的一个成员。该蛋白的胞外域是高度保守的，包括七个序列片段：由七个重复序列（EC）组成，其中四个重复序列由DXNDN和DXD序列基元组成为特征或修改代替经典的钙黏蛋白中的Ca2+结合位点，在其NH-2末端区域，LI-cadherin同时缺乏经典的钙黏蛋白中的前体片段和内生性的蛋白酶切割位点RXKR，在胞外域EC1区域，而且这种新的黏附分子包含AAL序列以代替经典的钙黏蛋白的HAV序列。胞浆区仅由18个氨基酸组成，有一个非常短的COOH-末端，可能与细胞黏附功能有关。
LI-cadherin作为钙黏蛋白超家族中的一位特殊新成员，在鼠和人体中仅表达于肝和肠组织中且特异地位于肝细胞的基底外侧区及小肠与大肠上皮细胞和杯状细胞的外侧区［7］。依靠细胞骨架的相互作用，LI-cadherin且有钙离子依赖性嗜同种细胞间黏附功能，这提示了在肠黏膜上，这种新的钙黏蛋白的黏附功能是对经典的钙黏蛋白和桥粒钙黏蛋白功能的补充［8］。除了内含子，其外显子和外显子-内含子界线是完全保守的。
3 LI-cadherin与经典钙黏蛋白结构和功能差异
3.1 结构差异 Berndorff等［7］从鼠的肝细胞中提取了编译LI-cadherin的cDNA序列，使用多克隆抗体抑制肝癌细胞中Ca2+依赖性细胞间黏附分子，从而分离出cDNA，经分析该序列后发现LI-cadherin在以下几个方面不同于经典的E-、P-和N- cadherin （见图1）：（1）在胞外域经典cadherin仅有5个同源染色体重复序列片段，而LI-cadherin的胞外部分却由7个重复序列片段组成。（2）较之经典cadherin，LI-cadherin胞内域的18个氨基酸残基检测转染的S2细胞发现尽管这些结构不同，但是这种黏附分子仍然具有Ca2+依赖性细胞间黏附作用。（3）与经典的E-、P-和N-cadherin的细胞黏附功能有关的胞外域中的HAV基序在LI- cadherin中被AAL序列所代替。（4）LI-cadherin的氨基酸序列中缺少所有已熟知的cadherin前体中表达的前序列。Jung等［9］克隆了鼠类LI-cadherin基因并将其结构与其他钙黏蛋白相比较，发现内含子和外显子结构，包括内含子的位置和阶段在LI-cadherin的第3～7重复序列之间和经典的钙黏蛋白的第1～5适于重复序列之间是完全保守的。此外，LI-cadherin的第1～2和第3～4重复序列是相同的，并且与经典的钙黏蛋白的第1～2重复序列具有很高的相似性。这一发现证明了LI-cadherin由于其部分基因重复片段而起源于有5个外显子序列的祖先钙黏蛋白。
3.2 功能差异 经典的钙黏蛋白必须与链蛋白结合形成复合体才能发挥其黏附功能，链蛋白在钙黏蛋白与肌动蛋白细胞骨架间起着链接作用［10］。虽然CDH17显著较短的胞浆区与经典的钙黏蛋白的这一高度保守的区域显示没有同源性，但LI-cadherin作为钙黏蛋白家族的一位特殊成员，仍间接作用于钙离子依赖性细胞间黏附。Bertolt等研究了LI- cadherin的黏附功能是否也依赖于与链蛋白、肌动蛋白细胞骨架及其他细胞质成分的相互作用。结果发现，与经典的钙黏蛋白相反，当LI-cadherin在小鼠的L细胞中表达时既没有与链蛋白结合形成复合体也没有诱导β-catenin的上调。与此发现相一致的是，LI-cadherin对去污剂提取没有抵抗力，也不诱导肌动蛋白细胞骨架的重组。为了分析LI-cadherin要发挥其功能是否需与链蛋白之外的其他蛋白相互作用，Bertolt发现了一种糖基，是由LI-cadherin形成的一种磷脂酰肌醇（LI-cadherinGPI），表达于果蝇属的S2细胞中，这种突变蛋白能诱导钙离子依赖性细胞间黏附，而且其黏附性质与野生型LI-cadherin没有区别［11］，这一发现证明LI-cadherin的黏附功能与其他细胞质成分的相互影响是独立的，因此对与经典的钙黏蛋白与链蛋白和细胞骨架接合的影响的调节机制是不敏感的，由此推断LI-cadherin的黏附功能是对共表达的经典的钙黏蛋白细胞间黏附功能的补充，甚至后者表达下调时亦发挥其这种黏附功能［8］。但是与经典钙黏蛋白家族成员在消化系统肿瘤中呈低表达或表达缺失［12］不同的是，CDH17是在进展期胃癌中呈现上调表达的蛋白之一，并且受CDX-2的调控。
4 LI-cadherin与胃癌的关系
胃癌在全世界一直为癌症死亡原因的第二位，在日本、中国和南美洲等地发病率最高［13］，局部侵犯或发生远处转移通常发生于疾病的进展期，患者往往是在癌灶局部侵犯或发生远处转移后才就诊，而这时已到了晚期。与钙黏蛋白有关的细胞间黏附分子与癌细胞的侵犯和转移过程密切相关，在癌组织中E-cadherin表达的丢失与其侵犯和转移有着紧密关联［14］，在腺瘤到腺癌的转变中也有同样明显的关联［15］。Guilford研究了丹麦的三个有家族性胃癌病史的家庭后发现了E-cadherin基因的种系突变［16］，E-cadherin种系突变导致家族性胃癌的报道也曾在韩国，尤其是在弥漫型胃癌患者中多见［17］，这一发现表明了家族性胃癌发生的分子学基础。
LI-cadherine最近被发现在胃癌中过度表达［18］，而且与肠化生有关［19］。因此LI-cadherine的表达可能在胃癌的早期阶段就已起作用。Samuel等利用RT-PCR和相应的临床病理诊断研究了71对胃癌患者和无癌变的胃黏膜，调查LI-cadherin表达水平后发现LI-cadherin的mRNA在肿瘤组织中的表达高于无瘤变黏膜。用免疫组化检测了早期胃腺癌CDH17的表达，并分析了CDH17与组织临床病理诊断和患者的预后的相关性，而且CDH17的表达在进展期胃癌中较早期胃癌阳性率更高。Reiko等对基因表达采用了多元分析发现CDH17在进展期胃癌是呈上调表达的基因之一，而且被CDX-2所诱导。CDH17阳性的患者较阴性患者预后更差，多元分析发现CDH17不是独立的预后因素［20］。多元分析表明：病理分期和LI-cadherin表达与淋巴结转移明显相关［18］。
近年来有研究表明血清可溶性的E-cadherin可作为胃癌预后的指标［21，22］，但是目前还没有关于LI-cadherin血液成分中检测的报道。
5 LI-cadherine的调控机制
CDXs是肠特异性尾相关家族同源异形盒转录因子，在肠发育和分化过程中CDX-2起着关键作用。在动物、植物和果蝇属的黑素原的早期发育过程中，同源异形盒基因是关键的调节环节［23］。CDX-2（尾侧型同源转录因子）和LI-cadherine均是肠特异性标志物，而且二者在正常生理情况下均表达于小肠和结肠黏膜。最近一些研究表明，在结肠癌和胃癌中CDX-2调节LI-cadherine的表达水平。半定量RT-PCR展示在癌组织中CDX-2和LI-cadherine的mRNA表达水平明显高于非癌组织黏膜。在胃癌组织中CDX-2的过度表达与LI-cadherine的表达水平明显相关。而且在肠化生时，CDX-2和LI-cadherine蛋白的表达呈现很强的配对特性。
LI-cadherine过度表达的机制仍未明确。最近研究发现在结直肠细胞系HT-29中CDX-2与LI-cadherine的表达相关［24］，后者被前者所诱导，在其他的结直肠癌系中内生性的CDX-2和LI-cadherine密切相关，甚至在蛋白质合成抑制物存在的情况下，CDX-2配位体调节物的激活仍快速诱导着CDH17表达。染色质的免疫沉淀作用测定发现CDH17基因的5’-侧冀区是CDX-2的首先作用的靶基因，对该区域的分析可以确定CDX-2效应元件。在结直肠癌的早期和胃黏膜肠化生组织中，CDX-2和LI-cadherine表达紧密相关。在胃肠道上皮细胞正常、化生、新生瘤组织中，CDX-2均在CDH17的5’-侧冀区调节表达，对于肠道细胞结局的确定，LI-cadherine是CDX-2功能间接维持细胞形态形成和分化的关键因素。因此，CDH17的表达与CDX-2紧密相关［25］。
图1 钙黏蛋白超家族的主要结构特征
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