晚期糖基化終末產(chǎn)物受體及其配體的腫瘤生物學效應

馮華國 魯 靈 吳傳新 (重慶市江津區(qū)中心醫(yī)院肝膽外科，重慶 4060)

晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)作為信號傳導受體介導晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGE)、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)、鈣粒蛋白(S100)、β粉樣肽(A)等配體在細胞表面結(jié)合，激活細胞內(nèi)多種信號傳導機制，參與了糖尿病慢性并發(fā)癥、炎癥反應、神經(jīng)再生、Alzheimer病、透析相關性淀粉樣變(DRA)、動脈粥樣硬化以及腫瘤生長、浸潤轉(zhuǎn)移等的生物學效應〔1，2〕。但由于RAGE擁有多種配體，所以功能極為復雜。不同配體作用于RAGE后所激活的信號傳導途徑以及引起的效應不同〔3〕。近年有關RAGE及其配體的研究進展很多，現(xiàn)就RAGE及其配體(AGEs、S100、HMGB1)在腫瘤生物學方面的效應作一綜述。

1 RAGE的結(jié)構

RAGE是細胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一員，在體內(nèi)分布非常廣泛，可表達于血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、Ⅱ型肺上皮細胞、肝星狀細胞、腎小球細膜細胞、神經(jīng)元細胞以及腫瘤細胞等。人RAGE基因位于6p21.3，含有11個外顯子，其原始翻譯產(chǎn)物含有383個氨基酸殘基，其中氨基端22個氨基酸殘基為信號肽。Neeper等〔4〕鑒定了RAGE的cDNA序列，人RAGE cDNA為1 406 bp，牛RAGE cDNA為1 440 bp，人、牛、大鼠、小鼠的RAGE cDNA序列皆高度同源，約90%相似，其中人和牛 RAGE cDNA的一致性達83.6%。RAGE是一完整的膜蛋白，由400多個氨基酸組成，其完整結(jié)構包括胞外域(牛332個氨基酸殘基，人321個氨基酸殘基)、胞膜域(19個氨基酸殘基)及短的胞內(nèi)域(牛43個氨基酸殘基、人41個氨基酸殘基)3個部分組成，分子量約為35 kD。氨基酸序列分析表明：在胞外段，為配體結(jié)合部位，有三個免疫球蛋白樣結(jié)構：1個V區(qū)，2個C區(qū)，每個都含有一對保守的半胱氨酸殘基，V區(qū)片段還含有兩個與“N”偶聯(lián)的糖基化位點，這些對于RAGE分子結(jié)構的穩(wěn)定性和特異識別配體的功能具有重要意義。在胞外段之后是一個跨膜區(qū)和一條高度電荷的胞質(zhì)尾巴。胞內(nèi)段RAGE與B細胞激活標記CD20具有高度同源性，該段很可能在配體占領受體后結(jié)合胞質(zhì)內(nèi)信號傳導分子，產(chǎn)生細胞效應。

RAGE蛋白不同于免疫球蛋白超家族其他受體成員，RAGE基因可因mRNA的選擇性剪切而產(chǎn)生多種異形體，其中N端缺乏免疫球蛋白區(qū)域V型的異形體稱為N端截短的RAGE，一般不能結(jié)合配體。缺乏C端部分序列的異形體稱為C端截短的RAGE，此種異形體可由細胞分泌出來形成所謂可溶性RAGE(sRAGE)或稱為內(nèi)源性分泌性RAGE(esRAGE)。實驗研究發(fā)現(xiàn)，sRAGE可與 RAGE競爭結(jié)合其配體，抑制RAGE誘導的細胞信號傳導途徑，對多種病理狀態(tài)有保護作用。有些C端截短的RAGE僅缺乏胞內(nèi)的一段，仍固著于細胞膜上，無信號傳導的功能但可結(jié)合RAGE配體，因而能與全長RAGE競爭配體。這類異形體類似于顯性負突變，因此也稱為顯性負RAGE(DN-RAGE)。

2 RAGE與腫瘤

RAGE參與多種腫瘤細胞增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移。Sasahira等〔5〕用免疫組化檢測RAGE在74例口腔鱗狀細胞癌中的表達，其中有30例高表達，而這高表達的RAGE與浸潤深度和局部復發(fā)有關，進一步證實高表達RAGE比低表達RAGE的口腔鱗狀細胞癌患者的預后差，這就表明RAGE可作為診斷口腔鱗狀細胞癌復發(fā)的相關指標。Kiyokazu等〔6〕用免疫組化檢測了65例肝癌患者中 RAGE的表達;進一步在體外實驗中，將RAGE轉(zhuǎn)染入Cos7細胞系，發(fā)現(xiàn)在缺氧的環(huán)境下，高分化/中分化的肝癌細胞表達RAGE增加，并且比未轉(zhuǎn)染RAGE的肝癌細胞成活率明顯延長，這就表明在低血供環(huán)境下肝癌的早期，肝癌對低氧環(huán)境的耐受是通過誘導RAGE的表達獲得的。但是Taro等〔7〕用免疫組化檢測了216例食管癌患者中RAGE的表達，其陽性表達率為50%，RAGE的表達與腫瘤浸潤深度及血管浸潤呈反比，并且RAGE陽性表達的患者比陰性表達的患者有更好的預后;進一步用多變量分析，發(fā)現(xiàn)RAGE的表達是獨立的預后因素，與腫瘤浸潤深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有密切關系。由此可見，RAGE作為新發(fā)現(xiàn)的腫瘤相關基因，可能在不同腫瘤中發(fā)揮不同生物學作用。

3 RAGE/配體與腫瘤

3.1 RAGE/AGEs與腫瘤 AGE是蛋白質(zhì)及脂類的氨基與糖的醛基之間非酶性糖化氧化反應的終產(chǎn)物。AGEs的主要分子結(jié)構類型有：吡咯醛、苯妥西定、羧甲基絲氨酸、咪唑酮以及一些交聯(lián)產(chǎn)物?，F(xiàn)已證明，在機體的不同組織中，都有AGEs存在。體內(nèi)各種蛋白，如血紅蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可發(fā)生糖基化反應，導致復雜的功能變化。這些不同的蛋白質(zhì)以多種形式形成糖基化產(chǎn)物，通過與特殊的AGEs受體(RAGE)作用，進而介導多種病理反應。

RAGE/AGEs在糖尿病并發(fā)癥、腎病、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的研究較多，而在腫瘤中的研究表明：RAGE/AGEs的結(jié)合在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮重要作用。RAGE/AGEs的結(jié)合會促進細胞因子和一些生長因子的產(chǎn)生，同時細胞遷移增加以及 NF-κB 激活等。Diamanti-Kandarakis等〔8〕用免疫組化檢測12例多囊卵巢綜合征患者，發(fā)現(xiàn)RAGE、AGEs在多囊卵巢綜合征患者組織中比相對的正常組織明顯增高，同時發(fā)現(xiàn)NF-κB p65僅出現(xiàn)于多囊卵巢綜合征患者組織的細胞核內(nèi)，這就表明：多囊卵巢綜合征患者內(nèi)RAGE、AGEs的結(jié)合，能激活NF-κB，從而引起一系列的信號傳導，在多囊卵巢綜合征疾病中發(fā)揮重要作用。RAGE/AGEs的結(jié)合除了在癌前病變中發(fā)揮重要作用外，在惡性腫瘤中也處于重要地位。Uetz-von Allmen等〔9〕用腺癌獨立高浸潤性前列腺癌與腺癌依賴非浸潤性前列腺癌與RAGE結(jié)合，從而發(fā)現(xiàn)細胞系與RAGE的V區(qū)結(jié)合能促進前列腺癌的浸潤;進一步的研究發(fā)現(xiàn)，用S100B、整合素抗體以及HMGB1抗體不能阻斷其RAGE與前列腺癌細胞系的結(jié)合，而用抗AGEs抗體或RAGE抗體能阻斷其結(jié)合;這就表明：AGEs與RAGE的V區(qū)結(jié)合，能促進前列腺癌的浸潤。

3.2 RAGE/S100與腫瘤 S100蛋白，最初由Moore發(fā)現(xiàn)，是一種酸性的鈣離子結(jié)合蛋白。S100蛋白是一個至少由20種具有鈣粘連能力的蛋白組成的大家族。它們是由兩種不同的亞基(A和B)構成的同源或異源二聚體。S100蛋白的mRNA共有1 135個堿基。由這段基因編碼的蛋白是S100家族成員之一。S100家族的蛋白基序均包含有兩個EF手。在多數(shù)細胞中，S100蛋白定位在胞質(zhì)和(或)胞核，對于細胞的生長起了重要的調(diào)節(jié)作用。在不同的腫瘤中，S100蛋白家族的基因在染色體上的重組方式不同。

并非所有 S100蛋白都能與 RAGE結(jié)合，如 S100A2、A3、A5、A10、A14、G、Z等?，F(xiàn)已研究表明多數(shù) S100蛋白在多種腫瘤中高表達：腎癌(S100A1、S100A11)、前列腺癌(S100A2、S100A11、S100P)、肺癌(S100A2、S100A4)、乳腺癌(S100A2、S100A4、S100A6、S100A7、S100A8/9、S100A11)、黑 色 素 瘤(S100A2、S100A4、S100B)、結(jié) 直 腸 癌 (S100A4、S100A6、S100A8/9、S100A11)、膀胱癌(S100A4、S100A7、S100A11)、胃癌(S100A8/9、S100A11、S100P)、胰腺癌(S100G)等。Yammani等〔10〕研究表明，S100A4與RAGE結(jié)合可以上調(diào) MMP-13，從而造成組織重塑。Omori等〔11〕研究顯示，RAGE與S100A6結(jié)合可以激活JNK通路，活化Caspase3/7，從而造成細胞凋亡。Donato等〔12〕研究認為，分泌性的S100A12與RAGE結(jié)合能促進細胞黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)以及 NF-κB活化。Maren等〔13〕用免疫組化、RT-PCR、Western印跡檢測結(jié)腸癌中RAGE、S100P的表達發(fā)現(xiàn)，RAGE、S100P均在腫瘤組織表達增加，進一步研究發(fā)現(xiàn)S100P與RAGE結(jié)合能刺激SW480結(jié)腸癌細胞增生、浸潤轉(zhuǎn)移、MAPK磷酸化以及 NF-κB活化。同樣 S100P，Arumugam等〔14〕研究發(fā)現(xiàn)S100P通過激活RAGE，從而促進胰腺癌細胞浸潤轉(zhuǎn)移。Hermani等〔15〕用免疫組化檢測75例前列腺癌患者中S100A8，S100A9以及RAGE表達，同時用原位雜交檢測S100A8與S100A9，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，S100A8，S100A9以及RAGE在腫瘤組織中高表達于良性及正常組織，這就表明在前列腺癌發(fā)中S100A8，S100A9以及RAGE發(fā)揮了重要作用，能促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤轉(zhuǎn)移。但是雖然S100蛋白結(jié)構相似，但可能與RAGE結(jié)合后發(fā)揮不同的作用。Leclerc等〔16〕等研究發(fā)現(xiàn)，盡管S100B與S100A6結(jié)構相似，但他們能與RAGE的不同區(qū)域結(jié)合，從而發(fā)揮不同的作用。S100B與RAGE的V區(qū)和C1區(qū)結(jié)合，而S100A6與RAGE DE C1區(qū)和C2區(qū)結(jié)合，在低濃度，S100B與RAGE結(jié)合能促進細胞增生;在相同濃度，S100A6與RAGE DE C1區(qū)和C2區(qū)結(jié)合能促進細胞凋亡。

總之，S100/RAGE在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，雖然許多學者在S100/RAGE促進腫瘤或是抑制腫瘤方面存在爭議，但是均有研究發(fā)現(xiàn)，S100、RAG蛋白在腫瘤患者中過度表達，S100/RAGE在腫瘤方面的具體信號傳導通路需要更進一步研究。

3.3 RAGE/HMGB1與腫瘤 HMGB1的分泌機制尚未完全明了，目前已知HMGB1釋放到細胞外有兩種方式：一種是活化的單核巨噬細胞主動“分泌”;一種是壞死細胞的被動“釋放”。

近年發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)蛋白HMG于腫瘤生長、浸潤轉(zhuǎn)移有密切的關系，在多種腫瘤和未成熟細胞中表達豐富。Fiuza等〔17，18〕發(fā)現(xiàn)，重組人HMGB1(r-HMGB1)與微血管內(nèi)皮細胞共同孵育，HMGB1能夠以時間劑量依賴方式增加ICAM-1、VCAM-1以及RAGE的表達，并能促使 IL-8、TNF、PAI-1和 t-PA的分泌，使P38MAPK、ERK、JNK磷酸化并使核轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB和Sp1發(fā)生核移位。這就可以提示HMGB1能夠影響血管內(nèi)皮細胞的正常功能，通過細胞間黏附分子的作用可以促進腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移。Taguchi等〔19〕發(fā)現(xiàn)，HMGB1通過與晚期 RAGE結(jié)合，激活MAPK、P38、JNK、及 P42/P44等信號通路，繼而引起 MMP-2和MMP-9的激活，后兩者是纖維蛋白溶酶激活級聯(lián)的下游目標，能使細胞外基質(zhì)降解，從而促進腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。Sasahira等〔20〕用免疫組化和原位雜交檢測了96例結(jié)直腸癌中RAGE、HMGB1的表達，發(fā)現(xiàn)，RAGE和HMGB1的表達明顯高于對照組，進一步研究發(fā)現(xiàn)RAGE與HMGB1的共同表達也高于對照組，這就表明，RAGE/HMGB1在結(jié)直腸癌腫發(fā)揮重要作用。Harada等〔21〕用免疫組化檢測了50例trophinin和HMGB1的表達，并將 trophinin轉(zhuǎn)染入 SW480細胞，發(fā)現(xiàn) trophinin陽性SW480細胞的HMGB1和RAGE表達明顯高于trophinin陰性的SW480細胞，并且trophinin陽性SW480細胞浸潤性明顯高于對照組，表明trophinin通過RAGE/HMGB1能促進腫瘤浸潤。RAGE/HMGB1在腫瘤的各個方面都發(fā)揮腫瘤作用，但RAGE/HMGB1在腫瘤中的具體機制還需要進一步研究。

4 以RAGE及其配體軸為靶點的抗腫瘤治療

以上研究均顯示，RAGE與腫瘤各個相關環(huán)節(jié)都密切相關。因此，以RAGE為靶點來治療腫瘤可能是個理想的靶點。Abe等〔22〕研究發(fā)現(xiàn)，用抗RAGE抗體可以明顯抑制原發(fā)性黑色素瘤小鼠的自發(fā)性肺轉(zhuǎn)移，并能延長小鼠的生存期。Kuniyasu等〔23〕研究發(fā)現(xiàn)，RAGE反義寡核苷酸可明顯抑制 Colo320和OWIDR大腸腺癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。Van Beijnum等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1能有助于腫瘤的新生血管形成，體外實驗表明，抗HMGB1抗體可抑制內(nèi)皮細胞出芽和血管形成。丙酮酸乙脂(EP)是一個糖代謝的中間產(chǎn)物，一個有效的氧化反應清道夫，可以抑制TNF的產(chǎn)物，并通過抑制由NF-κB和P38MAPA介導的信號通路而影響巨噬細胞的活性，通過濃度抑制的負反饋方式抑制巨噬細胞釋放HMGB1，從而降低循環(huán)中HMGB1的水平。Lim等〔25〕研究報道，EP可以通過抑制HMGB1的表達而抑制A549肺癌細胞的生長。這也表明EP可能成為抑制RAGE/HMGB1腫瘤的信號通路。但是以RAGE及其配體的抗腫瘤治療機制還不清楚，有待進一步研究。

5 應用前景

惡性腫瘤已經(jīng)成為人類死亡的首要病因，早期診斷，有效治療，能降低癌癥患者的死亡率。已有的研究均表明RAGE及其配體在不同人類腫瘤中高表達，RAGE及其配體與腫瘤關系密切。綜上所述，RAGE-配體的研究可以建立一種全新的腫瘤生物模式，在腫瘤各個方面都密切相關。RAGE與不同配體在不同腫瘤的信號通路調(diào)控機制仍需進一步研究，相信隨著這些問題的解決，RAGE/配體軸可能成為腫瘤疾病診斷，治療和預防提供新的方向，因此具有重要意義。

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