甲狀腺癌中參與上皮-間質性轉化的生物學改變

吉麗銀 符策崗

(1中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院乳甲外科，海南 海口 570208；2上海市第六人民醫院海口醫院骨科)

甲狀腺癌以甲狀腺上皮腫瘤(甲狀腺濾泡細胞來源)最常見，根據病理可分為3種類型：乳頭狀甲狀腺癌(PTC)、濾泡狀甲狀腺癌(FTC)和未分化甲狀腺癌(ATC)〔1，2〕。此外，髓樣癌(5%～10%)來源于甲狀腺的C細胞〔3〕。大多數甲狀腺癌在行根治性切除術+放射性碘治療后，長期生存率極高，但部分不可切除、易復發、對放射性碘治療頑強抵抗和發生轉移的甲狀腺癌仍然是致死的主要原因。研究已證實甲狀腺癌侵襲性與上皮-間充質轉變(EMT)緊密相關〔2,4〕。EMT本質上是一種細胞的形態學變化過程，上皮細胞通過觸發轉錄事件獲得成纖維細胞才具備間充質細胞特點〔5〕。在EMT中，上皮細胞脫分化并擺脫原有的組織結構限制，從原本的卵石形狀轉變為細胞融合形態(與細胞骨架的重排有關)〔6〕。這一過程涉及多種細胞-細胞接觸有關蛋白地水解、細胞運動黏附分子活性地增加、細胞表面蛋白酶地激活、細胞外基質(ECM)成分的逐步消化等〔5〕。最終表現為癌細胞將上皮細胞中常見的E-鈣黏蛋白和細胞角蛋白轉換為間充質細胞常備的纖維連接蛋白、波形蛋白或神經鈣黏蛋白(N-鈣黏蛋白)，這與腫瘤侵襲性增加密切相關〔6〕。EMT過程涉及多種信號轉導途徑、轉錄因子(TF)和特異性蛋白，本文對在甲狀腺癌中參與EMT的生物學改變進行綜述，重點關注信號轉導途徑、TF和特異性蛋白的變化。

1 多種信號途徑參與EMT

轉化生長因子(TGF)-β信號轉導途徑在EMT中扮演重要的角色，TGF-β激活受體調節的Smad并與Smad4結合，后被轉運到細胞核中并發揮調節基因轉錄的作用〔7〕。在正常甲狀腺細胞中觀察到TGF-β/Smad依賴性信號成分的表達，但PTC腫瘤中的表達明顯高于正常甲狀腺組織〔7〕，并介導EMT中的間質轉化和E-鈣黏蛋白的丟失〔8〕。此外，TGF-β/Smad途徑的激活還可通過p27抑制Bax，并促進甲狀腺腫瘤的生長〔9〕。此外，TGF-β還通過BRAFV600E激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)且觸發肉瘤(Src)/黏著斑激酶(FAK)途徑，并改變細胞間的黏附性從而促進EMT〔4〕。BRAFV600E還可激活甲基乙基酮(MEK)-胞外調節蛋白激酶(ERK)途徑，上調Snail并介導E-鈣黏蛋白的缺失〔4,10〕。MAPK的激活將促進腫瘤壞死因子-α和干擾素-γ在細胞中表達，并以此抑制E-鈣黏蛋白并促進調N-鈣黏蛋白和波形蛋白表達，從而促進PTC的EMT〔11〕。據報道，表皮生長因子(EGF)與其受體(EGFR)結合，可激活ERK/環磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)途徑，從而促進波形蛋白表達并抑制E-鈣黏蛋白表達，促進ATC中EMT〔12,13〕。肝細胞生長因子(HGF)與其受體c-Met結合可激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)途徑，促進甲狀腺細胞地侵襲和EMT，當使用c-Met和PI3K抑制劑時，可反向上調E-鈣黏蛋白和下調N-鈣黏蛋白，從而實現對HGF誘導EMT的逆轉〔14〕。研究發現，盤狀結構域受體酪氨酸激酶(DDR)2在PTC中上調，并通過激活ERK2和Snail1誘導EMT〔15〕。目前已證明Notch1在甲狀腺癌中表達活化，并參與EMT〔16〕。研究表明Notch可通過調節錨蛋白重復蛋白(NRARP)控制Notch和Wnt通路，并參與EMT〔17〕。Wnt/β-連環蛋白途徑的激活能引起細胞核中β-連環蛋白的積累，促進EMT，沉默Wnt的整聯蛋白共同受體(SDC4)可反向抑制EMT并促進PTC細胞凋亡〔18〕。此外，SDC4、H-RasV12和CSN6也被證實參與β-連環蛋白核組裝，并參與EMT〔19,20〕。

2 多種轉錄因子參與EMT

鋅指E盒同源結合蛋白(Zeb)1的上調與甲狀腺癌細胞EMT密切相關。已經證明，Bcl-2關聯抗死亡基因(BAG)3刺激β-連環蛋白在細胞核的積累并促進Zeb1過表達，過表達的Zeb1然后能直接結合E-鈣黏蛋白基因啟動子中的E-box，抑制其轉錄并促進EMT〔6〕。Twist1是一種基本的螺旋-環-螺旋TF，能直接與E-box位點(5- CANNTG-3)結合并下調E-鈣黏蛋白表達〔21,22〕。Slug(Snail2)是E-box結合家族的成員，在甲狀腺癌細胞及其轉移中高表達，可作為轉錄抑制因子，抑制E-鈣黏蛋白表達和間充質表型增加〔22,23〕。目前已經確定，性別決定區Y框蛋白(Sox)9在PTC中過表達，當沉默Sox9時，能抑制β-連環蛋白、周期蛋白D1和c-Myc(Wnt途徑相關因子)，并扭轉EMT(抑制N-鈣黏蛋白，促進E-鈣黏蛋白)〔24〕。研究證實，Runx2通過刺激基質金屬蛋白酶(MMP)、血管內皮生長因子及EMT相關蛋白(包括Sox9，Snail2/Slug)過表達，對癌細胞轉移具有促進作用〔25,26〕。與TF相反，FOXD3在EMT中發揮抑制作用，遺憾的是在腫瘤組織中檢測到其表達降低，這與E-鈣黏蛋白低表達并促進EMT有密切的內在聯系〔27〕。此外，TBX1作為T-box TF家族的成員，可上調E-鈣黏蛋白的同時下調N-鈣黏蛋白、波形蛋白和E-鈣黏蛋白抑制因子(Snail，Slug和Twist)，從而抑制EMT，但是在甲狀腺癌組織中也是低表達狀態〔28〕。

3 多種特異性蛋白參與EMT

E-鈣黏蛋白作為表皮細胞中主要的鏈接蛋白，在EMT過程中主要變化是下調，是多種信號通路和轉錄因子參與EMT的靶向蛋白〔5〕。波形蛋白(一種中間絲的組分，其重組有助于細胞遷移)主要在間充質細胞中表達，其過度表達參與EMT地誘導〔6〕。骨膜素和纖維連接蛋白(FN)1在EMT期間分泌增加并改變細胞外基質(ECM)的組成，幫助腫瘤侵襲〔29,30〕。研究證實，在侵襲性PTC中骨膜素呈現過度表達，并參與EMT和腫瘤侵襲〔31〕。免疫組織化學證據表明，FN1表達上調并與BRAFV600E協同促進EMT進程〔29〕。另一個與轉移過程相關的ECM蛋白家族是S100蛋白，已經證實S100蛋白在ECM中上調，并破壞細胞間黏附和促進ECM降解和轉移，促進EMT〔32〕。IQGAP1作為在人體組織中廣泛表達的支架蛋白，其表達增加與甲狀腺癌細胞侵襲呈正相關，下調IQGAP1將阻斷甲狀腺癌細胞中的Wnt /β-連環蛋白信號并抑制EMT〔33〕。BAG3通過維持細胞死亡調節因子Bcl-2家族的活性實現抗細胞凋亡，以此抑制腫瘤轉移時引發的anoikis凋亡(失巢凋亡，一種由細胞脫離ECM引發程序性細胞死亡)，參與甲狀腺癌細胞的EMT和轉移〔34,35〕。此外，BAG3還能通過活化β-連環蛋白上調Zeb1，從而增強甲狀腺癌細胞的EMT和轉移〔6〕。高遷移率族(HMG)A蛋白，在甲狀腺癌細胞中證實，TGF-β1可通過PI3K和ERK信號誘導HMGA表達，并在促進EMT中發揮重要作用〔36〕，下調HMGA1能降低Snail和MMP-2的表達，而增加E-鈣黏蛋白的表達〔36,37〕。

4 小 結

目前，少數分化良好的甲狀腺癌患者和大多數復發及轉移的低分化甲狀腺癌(PDTC)和ATC患者對放化療并不敏感。此外，大多數對放化療不敏感的甲狀腺癌細胞通常表現出EMT傾向。因此，更深入地了解EMT對探索和制定新的甲狀腺癌治療策略具有重要的意義。目前，研究主要集中于開發靶向EMT起始因子及其信號轉導途徑的低分子量化合物，目前有許多蛋白激酶抑制劑，如索拉非尼和樂伐替尼已經批準用于放射性碘難治性甲狀腺癌患者，其他激酶抑制劑如達帕菲尼(BRAF抑制劑)和曲美替尼(MEK1/2抑制劑)用于治療復發性甲狀腺癌〔38〕。沉默Wnt/β-連環蛋白和C-Met/PI3K/AKT信號轉導途徑也被證實具有抑制甲狀腺癌中的EMT作用〔14,39〕。

表觀遺傳學是近年研究熱門之一，越來越多的證據表明表觀遺傳改變在EMT啟動和維持中扮演重要的角色，而表觀遺傳學改變的可逆性也為逆轉EMT提供了更多的可能。研究已經證實，MAPK信號途徑在甲狀腺癌中的激活與miR-21、miR-221、miRNA-222、miRNA-146b和miRNA-181的上調及miR-137、miR-375、miR-4728、miR-195和miR-9的下調有著密不可分的內在聯系〔40〕。PI3K信號途徑的激活也與miR-146a、miR-146b、miR-21、miR-34a、miR-221和miR-222的上調及miR-137、miR-375、miR-126、miR-451a、miR-145和miR-99a的下調關系密切〔40〕。同樣的，TGF-β途徑激活與miR-146b、miR-29b和miR-23b的上調及miR-663、miR-7、、miR-144、miR-200(Zeb1靶向)和miR-30的下調密切相關〔40,41〕。除了miRNA，目前已經證實多種長鏈非編碼RNA(lncRNAs)在甲狀腺癌中失調并參與EMT過程，上調的lncRNAs包括：與TGF-β信號途徑相關的ANRIL、MALAT1、SPRY4-IT1；與BRAFV600E或MAPK信號途徑相關的BANCR、ENSG00000230498.1、ENSG00000273132.1、LOC1-00507661等；下調的lncRNAs包括：與BRAFV600E相關的ENSG00000235070.3、ENSG00000255020.1；與PI3K/AKT信號途徑相關的LINC003121；與MAPK信號途徑相關的NAMA；與TGF-β信號途徑相關的MALAT1等〔42〕。異常DNA甲基化是主要的表觀遺傳改變之一，PTEN是一種終止PI3K/Akt通路的磷酸酶，在甲狀腺癌中檢測到PTEN啟動子高度甲基化，同時降低FTC的分化程度〔43〕。研究發現，在PTC樣本中E-鈣黏蛋白基因CDH1啟動子高甲基化，導致E-鈣黏蛋白表達減少，促進EMT〔44〕。

綜上，大量研究證實EMT參與甲狀腺腫瘤發生、轉移和耐藥性。EMT涉及多種信號轉導途徑、轉錄因子、特異性蛋白等生物學改變。這些生物學變化同時涉及多種表觀遺傳學改變，包括miRNA、lncRNAs和基因甲基化等，而表觀遺傳學的的可逆性可能會為逆轉EMT帶來新的出路。深入且全面的闡明EMT過程，并研發EMT新的特異性靶向藥物或實現表觀遺傳學調控，對提高甲狀腺腫瘤患者的生存率及生活質量具有重要的意義。