骨形态发生蛋白-2与上皮性肿瘤间的关系

作者：叶明福综述 郑有华审校    作者单位：中山大学光华口腔医学院·附属口腔医院口腔颌面外科 广东 广州 510055【摘要】  研究表明，骨形态发生蛋白-2（BMP-2）与骨组织肿瘤之间存在高度相关性。随着对肿瘤分子机制研究的深入，近年来上皮性肿瘤与BMP-2之间的关系已成为研究的热点。本文就BMP-2的生物学特性和信号通路作一简单回顾，并对BMP-2在上皮性肿瘤中的表达、肿瘤血管生成、肿瘤侵袭性及其相关药物对肿瘤的治疗几方面进行综述。

【关键词】  骨形态发生蛋白-2； 上皮性肿瘤； 血管生成； 侵袭性

    Bone morphogenetic protein-2 and epithelial tumor  YE Ming-fu, ZHENG You-hua. （Dept. of Oral and Maxi-

    llofacial Surgery, Guanghua College of Stomatology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510055, China）

    [Abstract]  Previous studies have indicated the close relation between bone tumors and bone morphogenetic protein-2（BMP-2）. As the knowledge of tumorigenesis mechanism being more profound and extensive, scientists have focused on the correlation between epithelial tumors and BMP-2. Thus, this review will overview the biological characteristics of BMP-2, mechanism of BMP-2 signaling pathway, the expression of BMP-2 in tumors, the relationships between BMP-2 and angiogenesis in tumors, tumors growth, tumors invasiveness, the potential application of BMP-2 and related drugs in tumor therapy.

    [Key words]  bone morphogenetic protein-2； epithelial tumor； angiogenesis； invasiveness

    骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic pro-tein-2，BMP-2）属于转化生长因子-β（transfor-ming growth factor beta，TGF-β）超家族成员。它是一种多功能的细胞因子，参与调控广泛多样的生理基因活性，如中胚层形成、神经系统发生、体节和骨骼发育、肢体形成和肾、胃肠、肺和牙齿等的发育过程[1]。BMP-2基因的异常表达与骨关节炎、骨质疏松症、肺癌、乳腺癌、结肠癌、胰腺癌、前列腺癌和口腔鳞癌等[2]疾病的发生有关。以往研究已经明确指出，BMP与骨肿瘤之间的关系，本文着重回顾近几年有关BMP-2与上皮性肿瘤间关系的报道。

    1  骨形态发生蛋白-2的分子生物学特性

    BMP-2由114个氨基酸组成。人类以及小鼠和大鼠BMP-2的氨基酸序列是高度保守的。成熟的BMP-2是由单肽和前肽蛋白分解去除产生的，是一种二硫键同型二聚体蛋白，不溶于水，也不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂，对低浓度的尿素也不溶解，易溶于6 mol/L尿素和4 mol/L盐酸胍。在酸性条件下BMP-2较稳定，当pH值大于8.5时则易丧失活性，双链rhBMP-2的相对分子质量为3.0×104。BMP-2是多能的细胞因子，它不但能全程参与诱导软骨内成骨的过程，还能促使不同细胞系的迁移、分化、增殖和凋亡。在胚胎发育的早期阶段需要BMP-2的参与。BMP-2功能敲除的动物6.5~9.5 d即死亡，并只有少量甚至没有中胚层的分化[3]。

    2  骨形态发生蛋白-2的作用机制

    成熟的BMP-2由细胞分泌，并通过旁分泌和（或）自分泌的形式发挥功能。BMP-2配基通过丝氨酸-苏氨酸激酶受体（ⅠA型、ⅠB型、Ⅱ型）来传送信号，BMP配基可直接结合到现有的受体聚合物，也可以首先结合到BMP受体Ⅱ（bone morphogenetic protein receptor Ⅱ，BMPRⅡ），然后再募集Ⅰ型受体。当配基结合到BMPR Ⅱ后使BMPR Ⅰ磷酸化，接着磷酸化胞内SMAD-1/-5/-8的碳端，再接着后者联合SMAD4和配合物转位到胞核内，从而调控细胞增殖、分化、凋亡及各种基因的转录表达[4]。同时该信号通路也参与了肿瘤的发生、发展及转归。

    3  骨形态发生蛋白-2与上皮性肿瘤

    已有研究发现，BMP及其受体在影响骨肉瘤、软骨肉瘤、钙化的纤维性牙龈瘤、唾液腺的良恶性肿瘤、舌鳞癌细胞系、牙龈癌细胞系等的生长和增殖方面起重要作用[5-7]，提示肿瘤性细胞能够表达BMP[1]。在骨组织肿瘤中，产生BMP的骨肉瘤往往是低分化的而且预后较差，表明BMP可能参与这些肿瘤细胞的增殖和转移[5]。正常的BMP-2可抑制某些组织中的肿瘤，而BMP-2的异常表达可能会刺激它向恶性转化。

    3.1  骨形态发生蛋白-2在上皮性肿瘤中的异常表达

    Jin等[1]应用BMP-2/4、BMPR-IA型受体牛的BMP（bBMP-McAb）抗体进行免疫细胞化学研究，比较了口腔上皮恶性肿瘤和癌旁组织与正常和良性病变黏膜之间BMP及其受体表达的差异性。结果发现，除了癌旁组织，鳞癌组织着色的深度和阳染细胞比例均比正常黏膜组织和良性病变组织明显增加。有淋巴转移的原发灶癌细胞BMP-2/4表达强阳性，提示在口腔黏膜的高危癌前病变和恶性病变中过度表达BMP-2/4，且BMP-2/4可能参与了口腔癌细胞的转移。Langenfeld等[6]研究了42例非小细胞肺癌中BMP-2蛋白的表达，结果有41例高表达BMP-2，正常肺组织中也有微量表达，但前者的表达量是后者的17倍。这也进一步表明了，BMP-2的异常表达与肿瘤之间存在着高度的相关性。

    3.2  骨形态发生蛋白-2与上皮性肿瘤的血管生成

    BMP-2可明显增加上皮性肿瘤的血管生成。Langenfeld等[3]研究了BMP-2对人肺癌A549细胞所形成肿瘤的血管生成的影响，发现BMP-2能增加A549细胞形成的肿瘤血管的生成。同时他们还指出，重组BMP-2使裸鼠体内A549细胞形成肿瘤的血管数目和大小明显增加，BMP-2还可刺激鼠类动物前成骨样细胞产生血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF），后者具有很强的促使胎鼠骨移植物血管生成的潜能。此外，BMP-2还起到协同VEGF的血管生成作用[3]。随后，Raida等[7]发现，在鼠科乳腺癌异体移植模型中，稳定表达BMP-2的人MCF-7细胞发展成血管化的肿瘤，而空载的MCF-7不能形成肿瘤。这可能是BMP信号通路被BMP-2激活后促进肿瘤血管的生成。但到目前为止，BMP-2促进肿瘤血管形成的确切作用机制尚不明了。

    3.3  骨形态发生蛋白-2与上皮性肿瘤的细胞增殖和凋亡

    作为多能的细胞因子，BMP-2也参与调控不同肿瘤细胞的增殖和凋亡。BMP-2可通过诱导胰腺癌细胞的生长而促进胰腺癌的发展[8]。Langen-feld等[6]报道了BMP-2使肺癌A549细胞形成的肿瘤体积增加50%，而BMP-2拮抗剂头蛋白能使肿瘤生长速度明显减慢。他们还提到，高质量浓度的BMP-2抑制了肺癌A549细胞的生长。Beck等[4]发现，BMP-2使结肠癌细胞的生长抑制近20%。Feeley等[9]研究指出，BMP-2抑制了同时表达SMAD-1和SMAD-4的乳腺癌细胞系的增殖，并且使周期素激酶抑制剂p21WAF1的表达上调。BMP-2对雄性激素敏感的前列腺癌细胞系LNCAP的生长起到抑制作用，但对雄性激素不敏感的PC-3和DU145细胞系却无作用[10]。将肺癌A549细胞置于含5%血清的DMEM培养液中，BMP-2可瞬时地引起细胞增殖增加。当置于无血清培养液时，出现了生长抑制。可见，BMP-2对细胞生长的影响可能存在培养条件的差异性[6]。

    此外，BMP-2还可以诱导肿瘤细胞凋亡。BMP-2可抑制胃癌细胞系MKN74的增殖，并使它停滞在G1期，从而诱导细胞凋亡[11]。Kodach等[12]发现，他汀类药物通过诱导BMP-2的产生，而诱导结肠癌细胞的凋亡，这也间接证实了BMP-2诱导癌细胞凋亡的作用。以上不同的细胞对BMP-2的反应性不尽相同，但确切机制还不得而知。

    3.4  骨形态发生蛋白-2与上皮性肿瘤细胞的侵犯和转移

    BMP及其受体mRNA在高转移潜能的乳腺癌细胞中的表达水平比低转移潜能的乳腺癌细胞中表达水平要高得多[4]。这也侧面反映了BMP在肿瘤转移中的作用。研究表明，BMP-2可增加肺癌细胞系的侵袭性[6]，且BMP-2的mRNA的水平与Ⅰ期非小细胞肺癌的预后存在相关性[13]。Feeley等[14]研究表明，BMP-2刺激前列腺癌细胞的迁移和侵犯，并呈剂量依赖性。头蛋白基因抑制了BMP-2诱导的LAPC-4细胞的迁移和侵犯。李泽良等[15]应用Western印迹法检测48例前列腺癌组织中BMP-2的表达情况后发现，前列腺癌组织中BMP-2蛋白表达高于正常前列腺组织中BMP-2蛋白的表达，同时在有骨转移的前列腺癌组织中BMP-2表达的增高更明显，且BMP-2的增高预示预后不良。Bobinac等[16]应用免疫组化研究显示，在有骨转移的前列腺癌组织中BMP-2和BMP-4的表达明显增高，这可用来监测前列腺癌骨转移的状况。Brubaker等[10]研究发现，在体外，BMP-2刺激溶骨性前列腺癌细胞系PC-3的增殖、迁移及侵袭。以上研究表明BMP-2与肿瘤细胞的转移关系密切。

    与此相反的是，Kumagai等[17]研究了BMP-2对人非雄激素依赖前列腺癌细胞TSU-Pr1的影响，结果发现，BMP-2通过抑制TSU-Pr1细胞的迁移及减少基质金属蛋白酶-9的分泌从而抑制了TSU-Pr1细胞的浸润。这是BMP信号通路减少癌细胞侵袭性的第一个相关报道。出现这样两种截然不同结果的原因尚不明了，但可肯定是，BMP-2在前列腺癌骨转移中起到了重要作用。

    4  骨形态发生蛋白-2及其相关药物在肿瘤治疗中的潜在应用

    肿瘤的生物治疗策略可从4个方面着手，分别是直接抑制肿瘤细胞生长和增殖、减少或切断血供、减少侵袭性以及促进细胞凋亡。血供是肿瘤存在、生长和发展的生命线。BMP-2明显地增加了肿瘤的血管生成[3]，表明BMP-2在肿瘤早期血管系统的建立中起到重要作用。作为BMP的天然拮抗剂，头蛋白已显示出在抑制肿瘤细胞增殖和迁移中的作用。头蛋白能明显减慢裸鼠体内A549细胞形成肿瘤的生长速度[6]。Feeley等[14]指出，头蛋白抑制了BMP-2和BMP-7诱导的前列腺癌细胞系LAPC-4细胞的迁移和侵犯。通过头蛋白或反义转染抑制BMP-2的作用，从而减少肿瘤的血管系统，这也为通过控制肿瘤的血供从而治疗肿瘤提供了全新的策略[3]。流行病学证实，他汀类药物通过诱导BMP-2的产生能预防结肠癌[14]。Kumagai等[17]报道了BMP-2还可通过抑制前列腺癌TSU-Pr1细胞的迁移及减少基质金属蛋白酶-9的分泌从而抑制了TSU-Pr1细胞的侵袭性。故推断，在治疗多发性骨髓瘤患者中，BMP-2有望成为全新的治疗药物，因为它有着对治疗骨髓瘤和骨疾病的双重功效。以上研究也从正侧面反映了BMP-2及其相关药物在肿瘤治疗中的作用，但同时也强调了它对组织细胞的反应差异性。

    5  结束语

    随着人们对肿瘤中BMP-2作用机制或信号通路研究的进一步深入，可望最终确定各个特定组织中BMP-2的基础构成并以此为基准，人为地重建BMP-2在该组织内的平衡。这将为人类在治疗肿瘤中提供了全新的切入点，也更符合人们倡导的生物治疗。

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