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Twist在惡性腫瘤發生發展中作用及其中醫藥研究進展?

2017-01-16 15:11:57王婧筱胡凱文
中國中醫基礎醫學雜志 2017年10期
關鍵詞:耐藥乳腺癌研究

王婧筱,周 天,胡凱文

(1.北京中醫藥大學,北京 100029;2.北京中醫藥大學東方醫院,北京 100078)

【綜述】

Twist在惡性腫瘤發生發展中作用及其中醫藥研究進展?

王婧筱,周 天△,胡凱文△

(1.北京中醫藥大學,北京 100029;2.北京中醫藥大學東方醫院,北京 100078)

在惡性腫瘤的發展進程中,Twist對多條通路均有調節作用,是作為節點調控的重要靶點。Twist轉錄因子是一種高度保守的堿性螺旋-環-螺旋分子,其異常表達在惡性腫瘤中可誘導腫瘤細胞上皮間質轉化、腫瘤干細胞表型形成、能量代謝重調等諸多方面,可能成為診斷及預后的新指標。目前各種研究發現,中藥可通過引起Twist表達改變抑制腫瘤進展,故將針對Twist在惡性腫瘤中的作用機制最新進展及相關中醫藥研究進行綜述,以期對未來研究提供新思路。

Twist;轉錄因子;中藥;中醫藥

Twist是近期腫瘤研究中的一個熱點,它與多條通路相關聯,其異常高表達與腫瘤進展、上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)、腫瘤干細胞形成(cancer stem cell, CSC)、能量代謝重調(Energy metabolism reprogramming, EMR)及細胞耐藥等多方面相關,是多條通路的上游調控因子。惡性腫瘤的發生、發展、侵襲和轉移由許多分子通路調控,在尋求腫瘤治療靶點時,單點調控單一通路雖精確但往往較為低效,找到多個通路之間的節點,并對節點進行調控或可事半功倍,故針對Twist的研究日益豐富,也使其成為治療癌癥的潛在靶點。

中醫藥是中華民族文化的凝練和醫學瑰寶,在治療惡性腫瘤中逐漸被研究與認識。本文將就Twist在惡性腫瘤中的作用機制及中藥干預對其影響的最新研究進展進行綜述,以期拋磚引玉,為惡性腫瘤治療尋找新的治療靶點和治療策略提供思路。

1 Twist的基本功能及生理作用

Twist是一種高度保守的堿性螺旋-環-螺旋轉錄因子[1],在不同種屬中具有很高的同源性。其最早在果蠅胚胎中被發現,1987年Bernard等首次報道Twist蛋白參與到胚胎背腹布局[2]。Twist通常在成人的中胚層組織中表達,是正常發育過程中一個關鍵的調控蛋白[3],其對早期胚胎發育中的細胞運動和組織分化起重要作用[4-5],主要參與原腸胚形成[6]、神經嵴細胞的遷移和分化[7-8]及成肌細胞、成骨細胞分化[5-9]等過程。在果蠅中,Twist是NF-κB樣轉錄因子Dorsal的下游基因[4],而在人乳腺癌中NF-κB的激活與EMT及轉移關系密切[10]。

在脊椎動物中,有2個Twist基因即Twist-1和Twist-2,它們編碼的蛋白都有bHLH結構域,但在-NH2末端區域不同。Twist-1缺失可導致異常的腦間質生長,從而引起顱神經管不閉合而致胚胎死亡[6]。Twist-2缺失可引起圍產期嬰兒死亡,通過使機體過度表達促炎癥細胞因子,從而導致嚴重的惡病質、發育停滯及糖原和脂肪庫枯竭[11]。

2 Twist在惡性腫瘤發生發展過程中的作用

Twist具備介導胚胎期細胞運動、中胚層分化等生理特性,但在病理狀態下其異常表達可誘導上皮間質轉化、抑制細胞凋亡、促進干細胞表型生成、調解能量代謝等不同生物學過程。

2.1 Twist誘導上皮間質轉化促進細胞遷徙轉移

腫瘤轉移需要原位腫瘤中表層細胞間黏附消失,細胞活動力增加,進而從上皮細胞間脫落,偽足運動能力增強,獲得局部侵襲的能力。EMT通常被認為是腫瘤轉移發生的第一個環節[12]。EMT在正常胚胎發育中非常重要,成人時期只在損傷修復、組織再生、器官纖維化及癌癥進展轉換時才被重新激活[13],其過程表現為上皮細胞失去極性和細胞間接觸,從上皮表型向間質表型轉變,并發生細胞骨架的重塑[14]。

Twist高表達可誘導上皮細胞發生EMT,其可抑制細胞間黏附蛋白E-cadherin、β-catenin等表達,使由其所調控的黏附作用失效,同時間質標記物Vimentin、纖維連接蛋白(Fibronectin)產生并誘導細胞運動[15]。

在5種不同的人肺癌細胞株中,高表達Twist的細胞株有Vimentin/ E-cadherin比值更高的傾向,且其基質金屬蛋白酶(MMPs)活性較低表達Twist細胞株高10倍,使得其遷移侵襲能力更強。誘導Twist表達通過EMT過程使肺癌細胞可能獲得更具轉移能力的細胞表型[16]。EGFR陽性的肺癌中Twist-1的激活也可通過EMT過程促使腫瘤進展[17]。

在人類乳腺癌中[15],約70%浸潤性小葉癌,即一種E-cadherin表達缺失的高度浸潤性腫瘤出現Twist表達升高,而其他類型乳腺癌Twist表達升高僅為30%左右,正常組織中未發現Twist升高,這提示其與不同腫瘤細胞轉移活性的相關性。另外發現,在高度轉移性乳腺癌中抑制Twist表達可以抑制其肺轉移的能力。

2.2 Twist抗凋亡促進腫瘤發展

Twist可以通過抑制凋亡來促進腫瘤的發展,其作用與調節p53的表達水平密不可分。Twist可直接與p53 DNA結合區域相互作用,抑制其DNA結合與轉錄活性,也可間接通過抑制ADP核糖基化因子(ARF)/鼠雙微基因2(MDM2)/p53通路[18],增強MDM2介導的p53降解[19],減少p53表達從而抑制c-Myc誘導的細胞凋亡。Twist也可與HOXA5相互作用在轉錄及轉錄后層面抑制p53通路活性,對其進行負調節[20]。

2.3 Twist與腫瘤干細胞形成的關系

高表達Twist的正常乳腺細胞能促進乳腺癌干細胞表型的產生,而此過程獨立于EMT。Twist過度表達的乳腺癌細胞具備CSC特性,其通過ABCC1(MRP1)轉運體表達增加促進Hoechst 33342和Rhodamine 123外排,同時Twist是直接抑制CD24啟動子活性的轉錄因子[21]。

2.4 Twist參與腫瘤細胞能量代謝重調

能量代謝重調(Energy metabolism reprogramming, EMR)近年來被認為是癌細胞的一個重要特征[22],能量代謝的改變可為細胞持續提供能量并促使癌細胞生長和遷移。無論氧氣是否充足,部分癌細胞都將可利用的葡萄糖通過有氧酵解轉化為乳酸,即Warburg效應[23]。糖酵解中間產物進入多種核苷酸、氨基酸和脂肪酸合成途徑,加速細胞增殖所需的各種生物合成代謝[24-25]。

Li等[26]研究顯示,Twist可激活細胞EMR過程。高表達Twist的MCF10 A正常乳腺上皮細胞會消耗更多葡萄糖產生更多乳酸,并伴隨線粒體質量降低,低氧環境更促進了這些變化。Twist可通過下調或抑制野生型p53表達激活戊糖磷酸途徑和糖酵解途徑,從而促進EMR形成Warburg效應,誘導MCF10 A及Twist陽性乳腺癌細胞發生EMR和細胞遷移。

2.5 Twist介導耐藥

用siRNA干預降低肺癌A549細胞的Twist表達,可顯著提高其對順鉑藥物的敏感性及細胞活動力,同時伴JNK/線粒體途徑誘導激活,提示Twist在A549細胞化療耐藥中起關鍵作用。它意味著在肺癌治療中可通過聯合順鉑和Twist抑制劑來減少順鉑用量,從而減輕其帶來的毒副作用[27]。

在鼻咽癌細胞中研究發現,Twist高表達與微管破壞類藥物耐藥相關,其通過AKT信號通路介導紫杉醇耐藥,且其機制是防止細胞凋亡而非抵抗有絲分裂阻滯[28]。在對非雄激素依賴型前列腺癌的研究中[29],通過siRNA使Twist失活可以提高紫杉醇類抗癌藥物的誘導凋亡作用。異常表達Twist的乳腺癌MCF-7細胞株也表現出紫杉醇耐藥,研究發現Twist是AKT2的上游正向調控因子,且其耐藥、促進侵襲轉移等作用部分由AKT2完成[30]。

2.6 Twist誘導血管及淋巴管生成

Twist高表達的MCF-7乳腺癌細胞移植瘤相較正常MCF-7移植瘤中血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)合成增加約4倍,體外實驗也得到類似結果。活體MRI顯示,MCF-7/Twist移植瘤中血管通透性和血管體積都較正常移植瘤升高,證明乳腺癌細胞Twist高表達可誘導血管生成,并可介導乳腺癌細胞表型向更具侵襲性轉化[31]。同時,細胞核過表達Twist可使食管鱗癌EC9706細胞VEGF-C表達升高[32]。對人喉癌樣本的研究也顯示,Twist表達增加與VEGF-C和VEGFR-3的表達升高具有相關性,可促進淋巴管上皮細胞增生和淋巴管形成[33]。

2.7 Twist可作為腫瘤發展、轉移和預后的指標

Twist蛋白的表達可作為腫瘤預后指標,其上調與腫瘤分期、轉移、生存率低及化療耐藥都呈現相關性。目前已在多種惡性上皮細胞腫瘤中檢測出高表達的Twist,如肺癌[27]、乳腺癌[12,26]、前列腺癌[29]、卵巢癌[34]、胃癌[35]等。1項對137例I期非小細胞肺癌根治術后標本進行的研究顯示,包括Twist在內的3項EMT標志物的共表達與不良預后及短的無復發生存期呈關聯[36]。

Twist同時也可作為檢測指標,其高表達可見于90%前列腺癌組織并與轉移呈正相關,而只有6.7%良性前列腺增生組織可檢測出其異常表達[23]。

由于來源于中胚層,Twist表達的升高在間質來源的腫瘤如膠質瘤、骨肉瘤及神經母細胞瘤中更具重要意義。Twist在人腦膠質瘤中表達升高,可促進腫瘤侵襲能力[37]。骨肉瘤患者中Twist表達陽性與較差的總生存期和無疾病生存期顯著相關,并可作為骨肉瘤獨立預后因素[38]。

黑色素瘤和神經母細胞瘤皆來源于胚胎時期的神經嵴細胞。轉移性黑色素瘤中常見Twist異常高表達,并可以作為一個獨立的不良預后標記物[39]。Twist表達上調與高度惡性N-Myc基因擴增的神經母細胞瘤亞型之間存在相關性[40]。在脊椎動物中Twist主要表達于神經嵴,故而可推測這2種特殊腫瘤可較為容易地重新激活Twist重現細胞活動和遷移侵襲能力。

總而言之,Twist在腫瘤細胞及新生血管生長、侵襲轉移、糖代謝調節及細胞耐藥等多個過程中起到關鍵作用,研究其完整的通路和調節網絡,可以更好地理解癌癥并指導腫瘤臨床治療。

3 Twist相關中醫藥研究

中醫藥寶庫是目前尚待挖掘的醫療財富,針對各種中藥單體和復方對惡性腫瘤的作用效果也是目前研究的一個熱點。在此,將國內外涵蓋通過Twist變化影響腫瘤療效的中醫藥研究進行整理敘述。

3.1 石斛

石斛是養陰清熱類藥,近年對其抗腫瘤作用的研究也日益豐富。Pai等發現,石斛粉(Moscatilin)可通過抑制MDA-MB-231細胞Twist/AKT通路降低其遷移能力,同時在動物試驗中減少乳腺癌肺轉移[41]。石斛粉隨著作用時間和濃度的遞增,使抑制細胞Twist蛋白和mRNA表達的作用增強,并伴隨N-cadherin表達降低。

3.2 人參

人參為補氣固脫之品,其中的多種成分如人參皂甙、人參多糖是近年來研究的熱點。Cai等發現,人參多糖可通過濃度依賴的方式抑制Twist蛋白表達,其在體外可通過下調Twist表達、上調E-cadherin蛋白表達等途徑抑制胃癌HGC-27細胞的遷移和侵襲能力[42]。

3.3 半枝蓮

半枝蓮為清熱解毒藥,同樣在抗腫瘤治療中被廣泛關注。相關研究顯示,一定濃度(50 mg/kg)的半枝蓮可抑制結直腸癌細胞TWIST和MMP-2蛋白表達,對裸鼠結直腸癌移植瘤具有明顯的抑制作用[43]。

3.4 胡椒

胡椒有效成分(DMF)可使人卵巢癌SK2V3細胞系腫瘤球內細胞Twist蛋白表達降低,并能抑制細胞的增殖活性、皮下移植瘤生長和細胞自我更新。研究提示,DMF能下調干細胞細胞的信號分子Twist蛋白表達,影響其上皮-間質轉化能力,從而抑制卵巢癌的生長和轉移[44]。

3.5 肺巖寧方

中藥復方肺巖寧是以益氣養精解毒為主,治療C57 Lewis肺癌小鼠后其肺轉移率顯著降低,Twist、Snail在腫瘤組織和轉移肺組織中mRNA表達降低,并伴隨E-cadherin表達增高,提示肺巖寧方通過調控核轉錄因子 Twist、Snail及蛋白E-cadherin,實現其抗腫瘤轉移的作用[45]。

3.6 胃腸安方

胃腸安方是邱佳信根據其主張“脾虛貫穿疾病始終,治瘤應從健脾著手”創制而成。在體內實驗中,胃腸安可抑制SGC-7901裸鼠移植瘤AKT磷酸化并下調 Twist 蛋白表達[46]。在體外實驗中,胃腸安可下調轉錄因子 Twist、Snail蛋白及AKT表達,并可抑制 AKT 磷酸化,提示胃腸安可能通過降低Twist、Snail表達及調控PI3K/AKT信號傳導通路而抑制人胃癌SGC-7901細胞EMT發生,進而起到抑制胃癌生長與轉移的作用[47]。

3.7 益氣化瘀解毒方

益氣化瘀解毒方針對肝癌“瘀、毒、虛”的基本病機組方,在對其復方及拆方的研究中,全方組、莪術、重樓組均可抑制Twist-1表達,全方可抑制HIF1a、MMP-2和MMP-9表達,促進E-cadherin表達,抑制血管生成擬態形成,呈現出較強的抑瘤效應[48]。

4 總結

Twist是正常胚胎發育中調控組織形態生成的關鍵轉錄因子,癌癥細胞無限增殖的特性與胚胎期細胞的幼稚性十分相似,而Twist的異常表達可以誘導許多生物化學及細胞生物學變化而導致惡性上皮細胞形態和類型轉變,促進腫瘤的發生發展。但究竟是什么激活了Twist表達,是細胞外基質即腫瘤微環境還是內在某種調控因子,以及Twist與其他相關通路,如NF-κB、基質金屬蛋白酶(MMPs)、整合素(Integrin)、轉化生長因子(TGF-β)及Wnt通路之間的聯系目前尚未闡明,細胞通路并非單一作用,不同旁路常形成網絡,對Twist所調控信號網絡的研究可成為進一步基礎研究的方向。

通過各種手段抑制Twist表達在不同程度上可降低腫瘤細胞侵襲性、逆轉耐藥、改善預后等,都具有重要的臨床意義。針對Twist這一治療靶點,進行多通路節點調控的臨床療效及機制研究,或可發展為新的治療策略。

在中醫方面,一些益氣解毒、行氣活血類藥及方劑可不同程度下調細胞Twist蛋白表達,從而抑制惡性腫瘤生長、轉移等,但是相關研究仍處于比較初級的階段,系統的體內體外聯合機制研究較少,未見針對臨床患者標本的回顧及前瞻性研究,應用中藥標準品或不同方劑針對Twist及相關通路的研究仍有很大空間,且具有臨床指導意義及應用價值。

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RoleofTwistintheDevelopmentandProgressionofMalignantTumorandTheRelatedTraditionalChineseMedicineResearches

WANG Jing-xiao, ZHOU Tian△, HU Kai-wen△

(1.BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100029,China;2.DongfangHospitalofBeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100078,China)

In the development of malignant tumor, Twist acts as an important regulatory factor of multiple pathways. Normally, it is a highly conservation helix-loop-helix molecule. The abnormal expression of Twist in malignancy can induce epithelial-mesenchymal transition, alternation to cancer stem cell phenotype, energy metabolism reprogramming, and many other biological behaviors. Also it may have the potential to become the new diagnostic and prognosis indicator. Many studies have shown that traditional Chinese medicine have an impact on the expression of Twist so as to inhibit tumor progression. This review will shed some light on the latest research on the mechanism of Twist in tumor malignancy and the role of TCM in it hoping to sparkle some new ideas for future study.

Twist; Transcriptional factor; Materia medica; Traditional Chinese medicien

R730.31

A

1006-3250(2017)10-1481-04

國家自然科學基金青年基金項目(81403250)-活血化瘀藥通過Twist介導的腫瘤轉移調控通路對肺癌轉移的干預作用研究

王婧筱(1989-),女,北京人,在讀博士,從事中西醫結合腫瘤學的臨床與研究。

△通訊作者:胡凱文(1963-),男,教授,從事中西醫結合臨床腫瘤學研究,Tel:13911650713,E-mail: kaiwenh@163.com;周 天(1984-),女,主治醫師,從事中西醫結合腫瘤學研究,Tel: 13466611847,E-mail: zhoutian_med@163.com。

2017-04-08

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