血清BMP－2檢測在惡性腫瘤中的意義研究進展

劉書中，張海英，張海龍＊

（1.上海交通大學醫學院，上海200025；2.吉林大學中日聯誼醫院，吉林長春130033）

血清BMP－2檢測在惡性腫瘤中的意義研究進展

劉書中1，張海英2，張海龍2＊

（1.上海交通大學醫學院，上海200025；2.吉林大學中日聯誼醫院，吉林長春130033）

骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein－2，BMPs）是轉化生長因子β（transforming growth factor－β，TGF－β）超家族中的成員，具有廣泛生物學作用。Urist等在1965年首次發現骨形態發生蛋白，至今已發現30多種BMPs，其中BMP－2、4含量占BMPs的92%且與腫瘤發生關系最為密切。BMPs廣泛存在于人體組織細胞和血液中，BMP－2作為超家族中的一員在調節細胞的增殖、趨化、分化、凋亡和細胞外基質重建等行為上發揮作用，研究表明BMP－2參與體內肺、心、骨骼、中樞神經和上皮等多器官系統的進化。

近年來，有關血清BMP－2水平及其與多種疾病關系的研究不斷開展。已在多器官水平尤其是在多種惡性腫瘤診療領域取得較大突破。腫瘤細胞可合成BMP－2，通過自分泌或旁分泌途徑發揮生理功能。血清BMP－2水平可由酶聯免疫吸附法（ELISA）測定，研究證實血清BMP－2水平可反映惡性腫瘤侵襲能力及腫瘤組織原位BMP－2含量［1］。鑒于血清BMP－2水平與多種惡性腫瘤的相關性逐漸被發現并證實，本文就近年血清BMP－2水平在惡性腫瘤診療及預后評估領域的研究進展做一綜述。

1 BMP－2分子生物學特征

1.1 BMP－2分子結構

BMP－2是天然骨形態發生蛋白提取物中的最主要形式，其編碼基因位于第20號染色體p12區，人類BMP－2的cDNA全長1587bp，可編碼約396個氨基酸。BMP－2是一種低分子量的糖蛋白，不溶于水且在酸性條件下較為穩定。成熟BMP－2分子是一個二硫鍵同型二聚體蛋白，每個單體由114個氨基酸組成，其重要結構的40%－50%與TGF－β高度同源。BMP－2以前體蛋白的形式合成，包括前域、氨基末端信號序列和其間的羧基末端成熟肽。蛋白水解酶作用后形成的二聚體為BMP－2活性形式，其可通過與腫瘤細胞表達的BMP－2受體結合進而調控腫瘤細胞的增殖、生長、侵襲及轉移等多種生物學行為。BMP－2既可通過同源二聚體起作用，也可通過異源二聚體發揮作用。

1.2 BMP－2的信號傳導途徑與腫瘤的關系

BMP－2受體為跨膜絲／蘇氨酸蛋白激酶，包括Ⅰ型（BMPRI）和Ⅱ型（BMPRII）。BMP－2信號傳導途徑主要包括經典的Smad信號途徑和非經典信號途徑。其中經典信號途徑為BMPs－BMPRs－Smads－細胞核內基因轉錄－相應蛋白質產生，BMP－2的信號傳導是通過與兩種BMP－2受體即BMPRI和BMPRII的復合體相互作用來實現的。BMP－2I型和Ⅱ型受體形成復合物后才與BMP－2有較高的親和力。BMP－2前體蛋白經水解后與Ⅰ、Ⅱ型受體的復合物結合，Ⅱ型受體使下游Ⅰ型受體磷酸化，后者依次磷酸化細胞內信號轉導分子Smad l、Smad 5、Smad 8C末端并決定信號傳導的特異性。Smad l／5／8與Smad 4形成異源聚合體移入細胞核，進而激活下游基因的轉錄，如堿性磷酸酶（ALP）等。此外，BMP－Smad信號通路可與細胞內多種基因及信號途徑建立交聯（crosstalk）并可通過細胞內各通路間的廣泛聯系協同調節腫瘤細胞的生物學行為，構成BMP－2發揮作用的多條非經典信號通路：如（1）分化抑制因子（inhibitor of differentiation，Id）蛋白為螺旋－環－螺旋結構，其可與含有堿性螺旋－環－螺旋結構的轉錄因子結合形成異源二聚體從而發揮抑制細胞分化，促進細胞增殖、侵襲及腫瘤血管生成的功能。BMPs信號通路可誘導多種癌細胞中Id基因表達及致癌性Id蛋白生成，且與腫瘤惡性程度密切相關［2］；（2）抑癌基因PTEN（Phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN）具有蛋白及脂質雙重磷酸酶活性，主要通過負向調控PI3K／Akt信號通路、破壞E－cadherin轉錄抑制因子Snail穩定表達而抑制腫瘤細胞生長、侵襲及血管生成，促進腫瘤細胞凋亡。BMP－2的表達可通過減少PTEN與UbCH7、UbC9的結合而提高PTEN水平并呈時間和劑量依賴性。相反，BMP拮抗劑Noggin、chordin及spp24等卻可導致PTEN失活［3，4］；（3）BMP－2尚可通過上調細胞周期依賴性蛋白激酶（CDK）調控Rb蛋白及Bcl－xL而調節腫瘤生長，其中Rb蛋白可與調控DNA復制和轉錄的蛋白結合抑制腫瘤細胞從G1期進入S期進而抑制細胞增殖，而Bcl－xL可抑制腫瘤細胞增殖、遷移并在多種惡性腫瘤中表達升高［5］。最新研究表明BMP－2信號轉導還與Wnt、Ras信號通路等一些較為特殊的信號途徑有關［6，7］。

近年來，關于BMP－2對多種惡性腫瘤作用機制的研究不斷開展，而這種特異性作用與惡性腫瘤的細胞系類型及BMP－2作用微環境密切相關。

1.3 BMP－2與腫瘤細胞上皮間質轉化（epithelialmesenchymal transition，EMT）的發生

上皮間質樣轉化（epithelial－mesenchymal transition，EMT）是指通過增強腫瘤細胞的轉移和侵襲能力而使其更為趨向惡性表型的過程。已有研究表明EMT與肺癌在內的多種上皮性腫瘤進展密切相關，該過程可使腫瘤原位基底膜和細胞外基質（ECM）退化并促進其他器官轉移病灶形成［1］。EMT過程除細胞形態學改變外，亦表現為多種蛋白表達水平的變化，即：（1）上皮細胞標志物E－cadherin等細胞黏附分子減少，導致立方上皮細胞相互作用減弱；（2）原立方上皮細胞的細胞角蛋白結構改變，使細胞逐漸向紡錘形或梭形纖維細胞演變；（3）致使腫瘤細胞向纖維細胞或間質細胞進展，成纖維細胞標志物波形蛋白、N－cadherin及間質蛋白Snail、Slug等表達上調［7，8］。

1.4 BMP－2與腫瘤血管生成

BMP－2在胚胎血管生成過程中發揮重要的調控作用，且在內皮細胞和血管平滑肌細胞中均可表達。在體及體外研究均表明BMP－2可促進腫瘤血管生成［9］，其可能機制可歸納如下：（1）增加在腫瘤新生血管形成過程中起關鍵作用的轉錄因子分化抑制劑－1（Id1）表達；（2）可選擇性介導p38MAPK磷酸化，進而激活p38MAPK通路；（3）可作為促進造血祖細胞生成的細胞因子的主要成分；（4）促進多能成體祖細胞（MAPCs）分化產生胎盤生長因子（PIGF），擴充內皮祖細胞［10］。

2 血清BMP－2檢測在惡性腫瘤診斷、病情進展及預后評估領域的研究進展

2.1 血清BMP－2水平與非小細胞肺癌（non－small cell lung cancer，NSCLC）

NSCLC是呼吸系統常見的惡性腫瘤，約占所有肺癌患者的80%。轉移率高，易轉移至頭顱、骨骼等重要臟器，約2／3的NSCLC患者確診時即為Ⅲ或Ⅳ期，而對于晚期NSCLC患者1年生存率僅為35%，治療效果差，預后不佳。早期發現患者是否存在遠處轉移并進行有效治療對患者預后改善至關重要。研究發現BMP－2在98%的肺癌中過表達，而在肺良性腫瘤及正常肺組織中幾乎無表達。PCR結果顯示NSCLC患者標本BMP－2蛋白及mRNA水平均較正常肺組織顯著升高［11］。

有研究證實在體外條件下重組BMP－2可以通過促進腫瘤細胞發生上皮間質樣轉化進而增強人類非小細胞肺癌A549和H7249細胞系的轉移和侵襲能力［12］。Hsu等［8］進一步提出其作用機制可能與腫瘤細胞發生EMT過程中MAPK／Runx2／Snail信號通路激活相關，即通過分子和基因水平檢測證實BMP－2可激活ERK1／2／Runx2／Snail和p38／Runx2／Snail信號途徑促進肺癌細胞發生EMT過程，從而增強肺癌細胞的侵襲及轉移能力。

Choi等［11］及Fei等［12］分別通過各自研究證實了NSCLC患者血清BMP－2水平與疾病臨床分期及轉移灶數量呈正相關，并認為其可作為NSCLC治療效果及預后判斷的重要指標。更具有臨床意義的是，Fei等［12］首次提出將血清BMP－2水平作為獨立檢測指標用以判斷順鉑化療NSCLC患者的治療效果，其相對常規CT檢查更經濟實用，且可彌補CT對合并胸腔積液、癌腫邊界不清等特殊病灶分辨率低的不足。但該研究中選取樣本量較小（n＝84）且均為晚期NSCLC患者，研究者并未對研究對象進行化學治療效果的持續性評估，國內外的相關研究也較為少見。因此，血清BMP－2水平與NSCLC化療效果的相關性及血清BMP－2檢測與CT復查在NSCLC患者療效觀察及預后評估領域的互補性尚有待進一步研究。

2.2 血清BMP－2水平與原發性肝癌（primary hepatic carcinoma，PHC）

PHC在臨床上確診多已屬于中晚期，治療價值有限，且晚期肝癌治療后復發率高，易發生轉移。甲胎蛋白（AFP）是目前臨床最為常用的肝癌腫瘤標志物，但其敏感性為39%－65%，特異性為80%－94%，均難令人滿意且隨著新技術的開發有逐漸下降的趨勢。

溫彪等［13］對70例已按臨床或病理診斷分組的慢性肝病患者（其中PHC 30例、慢性病毒性肝炎20例、肝炎后肝硬化20例）及17例正常對照者血清BMP－2進行檢測，研究發現肝癌組患者血清BMP－2較正常對照組、肝炎組、肝硬化組降低，且差異均具有統計學意義（P＜0.05）；結果顯示利用血清BMP－2水平檢測診斷PHC的敏感性為90%，特異性為100%，準確率為96.55%；BMP－2診斷PHC的敏感性高于傳統肝癌腫瘤標志物AFP（χ2＝22.78，P＝0.001）。研究表明血清BMP－2水平在PHC臨床診斷中具有極為廣闊的應用前景。但研究者在研究過程中并未對HCC患者進行疾病分期及分型研究，而且在選取不同陽性臨界值的情況下，各種檢測指標的敏感性、特異性和準確率變化很大，因此結論尚有一定的局限性，需深入探討血清BMP－2檢測在肝癌不同分型及分期情況下的預測價值和聯合檢測多種指標相對單獨應用AFP檢測的優越性。

Zheng等［14］通過研究證明在體外條件下BMP－2可抑制肝癌SK－Hep－1、Hep G2、Hep 3B等細胞系生長和轉移，其原因可能與BMP－2下調PI3K／AKT通路抑制肝癌細胞生長和遷移有關。上述研究共同提示PHC發生與肝細胞合成BMP－2減少密切相關，而BMP－2減少又進一步解除了對肝癌細胞的抑制作用，通過這種級聯效應使病情迅速進展。

2.3 血清BMP－2水平與胰腺癌

胰腺癌起病隱匿，侵襲和轉移能力極強，手術切除率低，預后差，5年生存率僅為5%左右。目前臨床應用最廣泛的腫瘤標志物為血清糖類抗原19－9（CA19－9），但其難以對早期胰腺腫瘤做出準確提示，且膽道疾病、胰腺良性疾病也可致使血清CA19－9升高。

陳雄等［15］選取53例不同分期和分化程度的胰腺癌患者、7例慢性胰腺炎患者和20名健康志愿者，胰腺癌及慢性胰腺炎患者于手術清晨、健康志愿者于手術當日凌晨空腹抽血行ELISA檢測。結果顯示：胰腺癌患者血清BMP－2水平顯著高于健康志愿者（P＜0.05）和慢性胰腺炎患者（P＜0.05）；慢性胰腺炎和健康志愿者血清BMP－2水平無顯著差異。胰腺癌患者中，各分化程度組間血清BMP－2水平無顯著差異，而Ⅲ＋Ⅳ期組血清BMP－2水平較Ⅰ＋Ⅱ期組顯著增高（P＜0.05）；有遠處轉移組患者血清BMP－2水平比無轉移組顯著升高（P＜0.05）。

研究結果表明，胰腺癌患者血清BMP－2水平顯著升高，且其水平與胰腺癌分期相關，即胰腺癌患者BMP－2高表達可能提示預后不良。Chen等［16］經進一步深入研究提出BMP－2可激活Panc－1細胞系EMT過程中PI3K／Akt信號通路而促進胰腺癌進展，且證實尚有其他信號通路參與該過程。

2.4 血清BMP－2水平與胃癌

胃癌是我國最常見的惡性腫瘤之一。體外情況下BMP－2可通過下調胃癌細胞CDK4表達并使其停留在細胞周期G1期而抑制胃癌BGC823、SGC7901細胞增殖，并呈濃度依賴性［17］。最新研究表明BMP－2可通過激活PI3K／AKT和MEK／ERK通路引發胃癌細胞EMT過程［18］，并增加基質金屬蛋白酶－9（MMP－9）表達而促進胃癌細胞發生轉移［19］。

Park等［20］選取55例胃癌轉移患者、6例早期無淋巴結累及胃癌患者和10例健康對照者，檢測術前血清BMP－2水平。結果顯示早期胃癌組與對照組平均血清BMP－2水平分別為84.50pg／ml、87.95pg／ml，二者無統計學差異，而胃癌轉移組平均血清BMP－2水平顯著升高達179.61pg／ml（P＜0.0001）。研究表明檢測血清BMP－2水平在預測胃癌（尤其是晚期胃癌）侵襲和轉移上具有重要應用價值，其水平顯著升高預示胃癌已發生骨轉移的可能性較大。

Park等［1］在先前研究的基礎上，進一步選取54例擬行胃大部切除聯合D2淋巴結清掃術患者及20名健康對照者檢測血清BMP－2水平。結果證實血清BMP－2水平與各期胃癌的進展均具有密切相關性，也為臨床上應用血清BMP－2檢測預測和診斷胃癌及其進展提供了可靠依據。

Park等［20］根據已取得研究結論首次提出了胃癌骨轉移中BMP－2的可能作用機制，即由腫瘤細胞產生的BMP－2可激活其受體表達，通過BMP－2與其受體（BMPR）的化學吸附作用致使高表達BMPR腫瘤細胞集聚至骨骼中而造成胃癌骨轉移的發生。Park等［1］又進一步通過免疫組織化學技術證實了胃癌患者血清中增高的BMP－2來源于胃癌細胞的自分泌。

2.5 血清BMP－2水平與膀胱癌（bladder cancer，BCa）

BCa是我國泌尿系統常見的惡性腫瘤，易發生侵襲和轉移，復發率及死亡率高，臨床早期診斷存在一定困難。

Yang等［21］研究發現，在膀胱癌骨轉移中，BMP－2和TNF－α具有關聯性，即BMP－2和TNF－α的相互作用可以促進膀胱癌的局部浸潤和遠處轉移，特別是骨轉移。近年來有學者提出中介復合體亞基19（mediator complex subunit 19，Med19）可能與BMP－2共同參與膀胱癌的骨轉移過程［22］。

康元上等［23］利用ELISA法檢測58例經膀胱鏡和組織病理學確診膀胱移行細胞癌患者、20例健康對照者血清BMP－2和VEGF含量，應用SPSS13.0統計軟件分析數據。結果表明膀胱移行細胞癌患者血清中BMP－2、VEGF的表達與腫瘤的浸潤深度、分化程度、淋巴結轉移、遠處轉移、臨床分期密切相關，且兩者間存在明顯相關性。其提出血清聯合檢測血清BMP－2和VEGF含量有望成為判斷膀胱移行細胞癌病情、預測轉移、評估療效及預后的檢測指標，并可能找到抗腫瘤治療的新靶點，有助于臨床診療及預后評估。

2.6 血清BMP－2水平與前列腺癌（prostate cancer，PCa）

由于前列腺位置隱蔽，前列腺癌臨床表現缺乏特異性，目前尚無理想的早期診斷方法。晚期易發生骨轉移而表現為全身性、多發性、成骨性等特點，臨床尚無有效治療手段，預后差。最新研究表明BMP－2可促進前列腺癌PC－3細胞系增殖，但對TSU－Pr1細胞系則為抑制作用，對于LnCap細胞系，在無雄激素情況下為促進作用，而在雄激素存在情況下則為抑制作用［24］。Whiteland等［25］證實BMP－2可促進侵襲性PCa發生EMT而增強其轉移能力，并研究發現人前列腺癌組織中BMP－2過度表達，其水平與Gleason評分密切相關。而血清中BMP－2水平與PCa的相關性尚有待進一步闡明。

3 結語及展望

血清BMP－2在多種惡性腫瘤中均有異常表達，并且其水平隨著惡性腫瘤病情進展而相應改變。研究表明血清BMP－2水平可作為多種惡性腫瘤診斷、病情進展及預后評估的新型生化指標，并且存在腫瘤差異性。血清BMP－2水平在NSCLC、胰腺癌、胃癌、膀胱癌等惡性腫瘤中異常高表達，而在肝癌中則為異常低表達，其可能為腫瘤細胞生物學行為與機體調控機制共同作用的結果，即不同腫瘤細胞均可表達BMP－2，腫瘤細胞在不同細胞微環境影響下BMP－2合成和釋放過程可發生相應改變，而BMP－2又可通過前述多種信號通路調控腫瘤細胞增殖、生長、侵襲及腫瘤血管生成等多種生物學行為，通過這種級聯式作用而最終體現為血清BMP－2水平的相應變化。

近年來，針對BMP－2的研究已成為國際上熱點研究內容之一，對血清中BMP－2的研究也逐漸開展。由于BMP－2作用的多重性，使有關血清中BMP－2的研究方向得以不斷擴展。但其特異性作用機制等尚需進一步探討，以期早日應用于臨床。隨著研究內容不斷深入，血清BMP－2檢測將在多種疾病的早期診斷、鑒別診斷、治療及預后判斷等諸多方面展現出更為廣泛的應用價值，并且為疾病的診斷、治療及預后推測起到推動作用。

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