膠原蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

楊瑾，賈曉瓊

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，呼和浩特 010020

基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中具有至關(guān)重要的作用。細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是腫瘤微環(huán)境中最主要的成分，由基底膜（basement membrane，BM）和間質(zhì)基質(zhì)（interstitial matrix，IM）構(gòu)成。膠原蛋白是ECM中最豐富的成分。膠原蛋白構(gòu)成腫瘤微環(huán)境的支架，影響腫瘤微環(huán)境，膠原蛋白的降解和再沉積對ECM重構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用，且可促進(jìn)腫瘤浸潤、血管生成、腫瘤侵襲和遷移。本文對膠原蛋白的生物學(xué)特征、在腫瘤進(jìn)展中的作用機(jī)制及在常見消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膠原蛋白的生物學(xué)特征

膠原蛋白在人體中含量豐富，占總蛋白的1/3。膠原蛋白由3條α多肽鏈構(gòu)成3股螺旋結(jié)構(gòu)，3條α多肽鏈可由不同基因編碼，每條α多肽鏈具有N-端前肽和C-端前肽，通過裂解羥化酶、蛋白質(zhì)二硫異構(gòu)酶和氫鍵形成前膠原三螺旋；三螺旋結(jié)構(gòu)在中性情況下是穩(wěn)定的，在帶電荷情況下是不穩(wěn)定的。因此，前膠原三螺旋在前膠原N蛋白酶和前膠原C蛋白酶的作用下將N-端前肽和C-端前肽轉(zhuǎn)化為N-端肽和C-端肽，然后形成原膠原三螺旋，在賴氨酸氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的交聯(lián)和組裝作用下，形成膠原纖維或網(wǎng)絡(luò)[1]。

BM主要由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膠原蛋白構(gòu)成，如膠原蛋白Ⅳ（collagenⅣ，COLⅣ）、膠原蛋白Ⅷ（collagenⅧ，COLⅧ），其能夠提供結(jié)構(gòu)支撐，調(diào)節(jié)細(xì)胞行為；IM則主要由纖維狀膠原蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅺ組成，在細(xì)胞遷移、細(xì)胞黏附、血管生成、組織發(fā)育和修復(fù)中發(fā)揮重要作用。

2 膠原蛋白在腫瘤進(jìn)展中的作用機(jī)制

2.1 參與腫瘤轉(zhuǎn)移

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial mesenchymal transition，EMT）是腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的基本過程。劉雪影等[2]研究發(fā)現(xiàn)，以COL11A1為主的膠原蛋白會促進(jìn)EMT，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。COLⅠ是轉(zhuǎn)移性腫瘤的診斷標(biāo)志物，在乳腺癌小鼠模型中，隨著COLⅠ累積，COLⅠ致密的雌性小鼠循環(huán)腫瘤細(xì)胞數(shù)量較野生型小鼠增加，轉(zhuǎn)移灶也相對較大[3]。研究表明，COLⅠ在骨癌和腫瘤相關(guān)骨轉(zhuǎn)移中也發(fā)揮著重要作用[4]。

此外，研究發(fā)現(xiàn)存在COLⅢ的前列腺癌細(xì)胞的運(yùn)動性增強(qiáng)，COLⅢ可在作用2 h后誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞快速遷移，提示COLⅢ能夠促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移；骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞通過COLⅠ刺激前列腺癌細(xì)胞侵襲，進(jìn)一步表明COLⅠ參與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程[5]。因此，深入研究膠原蛋白對防治腫瘤轉(zhuǎn)移具有重要的臨床意義。

2.2 參與腫瘤新生血管生成

血管生成在腫瘤生長和轉(zhuǎn)移過程中至關(guān)重要。腫瘤新生血管生成的特征是分泌多種促血管生成因子，誘導(dǎo)血管生成，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和功能異常的血管系統(tǒng)發(fā)展。膠原蛋白是腫瘤新生血管生成所必需的，抑制膠原蛋白代謝已被證明具有抗血管生成作用，而且血管生成和細(xì)胞存活與BM中膠原蛋白合成和沉積有著密不可分的聯(lián)系[6]。血管BM中的COLⅣ在調(diào)節(jié)血管生成過程中具有關(guān)鍵作用，RAS蛋白家族中RAB10和RAB25能夠通過調(diào)控賴氨酸羥化酶3的轉(zhuǎn)運(yùn)來調(diào)節(jié)COLⅣ，從而維持血管穩(wěn)態(tài)[7]。

在一項關(guān)于COL6A1野生型和COL6A1缺失型小鼠腦中生長的B16F10黑色素瘤細(xì)胞的研究顯示，COL6A1缺乏可通過抑制壁細(xì)胞成熟、抑制內(nèi)皮細(xì)胞萌芽、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，從而影響血管BM結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致血管滲漏并抑制血管生成[8]。COLⅥ的α3鏈（COL6A3）的裂解物c5片段endotrophin肽（ETP）可以作為一種化學(xué)引誘劑，將內(nèi)皮細(xì)胞募集到腫瘤微環(huán)境中，而且還可以作為促血管生成因子在體外顯著增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管生成[9]。膠原蛋白是血管重塑的關(guān)鍵因子，對其進(jìn)一步研究可為靶向腫瘤血管的藥物設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。

2.3 參與腫瘤相關(guān)免疫浸潤的調(diào)節(jié)

腫瘤中存在許多免疫細(xì)胞，這些細(xì)胞大部分積聚在致密的膠原蛋白區(qū)域內(nèi)[10]。巨噬細(xì)胞具有兩種表型：具有抗腫瘤作用的經(jīng)典活化型（M1型）和具有促腫瘤作用的交替活化型（M2型），這兩種表型同時存在于腫瘤細(xì)胞內(nèi)[11]。膠原蛋白在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞抗腫瘤和促腫瘤作用的平衡中具有至關(guān)重要的作用，影響該調(diào)節(jié)作用的主要因素是白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和集落刺激因子 1（colony stimulating factor 1，CSF1）。研究發(fā)現(xiàn)，COLⅥETP肽能夠通過增加巨噬細(xì)胞募集和上調(diào)炎癥因子IL-6的表達(dá)來促進(jìn)炎癥反應(yīng)[8]。

膠原蛋白的降解產(chǎn)物對單核細(xì)胞具有趨化作用[6]。單核細(xì)胞釋放可溶性CSF1后，分化為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor associated macrophage，TAM），促進(jìn)腫瘤相關(guān)因子表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤新生血管生成、侵襲和外滲[12]。因此，膠原蛋白對巨噬細(xì)胞的影響可作為研究腫瘤治療的新方向。

3 膠原蛋白在常見消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

3.1 胃癌

胃癌檢出率低且患者生存率低，靶向治療有望成為晚期胃癌的必要補(bǔ)充治療。探索新的、高靈敏度和特異度的生物標(biāo)志物很有必要。Weng等[13]研究中的Kaplan-Meier分析顯示，大部分膠原蛋白基因在胃癌患者中高表達(dá)且與預(yù)后差呈正相關(guān)，說明膠原蛋白可能是胃癌患者的預(yù)后標(biāo)志物。該研究顯示，胃癌多個細(xì)胞系（HGC27、SGC7901、MKN45、AGS）中COL3A1呈高表達(dá)，但 COL5A1在AGS中呈低表達(dá)；不同胃癌細(xì)胞株中膠原蛋白基因表達(dá)水平不同，為COL3A1和COL5A1作為胃癌進(jìn)展和預(yù)后標(biāo)志物提供了依據(jù)。此外，COL1A2和COL6A3沉默可抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并通過磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶 B（protein kinase B，PKB，又稱 AKT）信號通路促進(jìn)細(xì)胞凋亡[14]。證實了膠原蛋白可通過不同的信號通路影響胃癌細(xì)胞代謝。在胃癌治療過程中對化療藥物產(chǎn)生耐藥性是常見現(xiàn)象，胃癌中COL4A1表達(dá)上調(diào)可能與胃癌患者的曲妥珠單抗耐藥有關(guān)[15]。因此，膠原蛋白可作為胃癌治療的潛在靶點。

3.2 結(jié)直腸癌

姚奇和何蘭珍[16]利用Oncomine數(shù)據(jù)庫進(jìn)行薈萃分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中COL4A1呈高表達(dá)，同時COL4A1在DNA啟動子區(qū)的甲基化水平顯著升高，且甲基化水平與COL4A1的表達(dá)水平呈正相關(guān)，COL4A1通過與ECM受體相互作用影響結(jié)直腸癌細(xì)胞的生物學(xué)行為。劉小軍等[17]對結(jié)直腸癌患者進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，COL1A1、COL1A2表達(dá)水平與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤直徑、TNM分期、T分期有關(guān)（P＜0.05）；COL1A1高表達(dá)患者的無病生存期（disease-free survival，DFS）較短，而COL1A2高表達(dá)患者的總生存期（overall survival，OS）和DFS均較短。膠原蛋白比例的改變會影響腫瘤進(jìn)展。Liang等[18]研究顯示，與結(jié)直腸癌未轉(zhuǎn)移組及正常組相比，結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移組COLⅠ/COLⅢ比值明顯升高，并通過增加基質(zhì)的硬度促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞遷移；而且COLⅣ表達(dá)上調(diào)和缺失均可促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)展，不利于患者預(yù)后。膠原蛋白能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移，可為后續(xù)膠原蛋白作為結(jié)直腸癌治療靶點提供理論基礎(chǔ)。

3.3 胰腺癌

富含ECM的腫瘤微環(huán)境在胰腺癌進(jìn)展和治療耐藥中具有重要作用。研究表明，COL11A1在多種腫瘤中過表達(dá)具有致瘤性[19-21]。Wang等[22]對胰腺癌耐藥性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，COL11A1通過AKT/環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）信號通路，激活B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）相關(guān)的凋亡蛋白，從而誘導(dǎo)線粒體功能障礙，阻斷凋亡程序，并增強(qiáng)胰腺癌的化療耐藥性；采用干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）敲除COL11A1后，胰腺癌細(xì)胞的增殖和耐藥性下降；同時，COL11A1/整合素α1β1/盤狀結(jié)構(gòu)域受體酪氨酸激酶 2（discoidin domain receptor tyrosine kinase 2，DDR2）通路能夠促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖，而整合素α1β1/DDR2介導(dǎo)了COL11A1促進(jìn)細(xì)胞生長的功能。通過NCBI/GEO Profiles數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，與達(dá)沙替尼敏感細(xì)胞株相比，達(dá)沙替尼耐藥細(xì)胞株中COL5A2的表達(dá)明顯升高[23]。因此，部分膠原蛋白基因可作為獨(dú)特的預(yù)后指標(biāo)，并為胰腺癌治療耐藥性的解決提供一個有吸引力的研究方向。Svoronos等[24]通過研究胰腺癌的預(yù)后因素，發(fā)現(xiàn)腫瘤分化程度低、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比值＞5、淋巴細(xì)胞/單核細(xì)胞比值＜3、神經(jīng)周圍浸潤、微血管浸潤與COL6A3強(qiáng)陽性或中度陽性表達(dá)有關(guān)，提示COL6A3可作為胰腺癌的預(yù)后因素之一。

3.4 其他消化系統(tǒng)腫瘤

除了以上消化系統(tǒng)腫瘤，膠原蛋白在食管癌、肝癌中的生物學(xué)作用也引起重視，但目前針對兩者的研究較少。在食管癌發(fā)生發(fā)展過程中COL5A2被認(rèn)為是關(guān)鍵基因，與患者預(yù)后密切相關(guān)[25]。研究發(fā)現(xiàn)，COL5A2在食管癌組織中表達(dá)水平明顯升高，且術(shù)后復(fù)發(fā)患者的COL5A2表達(dá)水平高于未復(fù)發(fā)患者，采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析COL5A2對食管癌術(shù)后復(fù)發(fā)的預(yù)測效能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其曲線下面積（area under the curve，AUC）＞0.7，說明COL5A2對食管癌術(shù)后復(fù)發(fā)具有良好的預(yù)測價值[26]。有研究顯示，腫瘤細(xì)胞內(nèi)源COLⅠ的低表達(dá)與食管癌細(xì)胞的分化程度顯著相關(guān)，且與OS呈正相關(guān)[27]。Yin等[28]研究發(fā)現(xiàn)，通過微小RNA（microRNA，miRNA）-133a-3p靶向調(diào)節(jié)COL1A1可抑制食管癌細(xì)胞增殖和侵襲，促進(jìn)食管癌細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步證實COLⅠ參與腫瘤的發(fā)展，且與預(yù)后不良有關(guān)，為惡性腫瘤的臨床治療提供了新思路。

著色性干皮病D組基因（xeroderma pigmentosum complementary group D，XPD）在核苷酸切除修復(fù)過程中參與DNA鏈解開過程[29]，且與多種惡性腫瘤的發(fā)生有關(guān)[30-31]。研究表明，XPD過表達(dá)能夠上調(diào)miRNA-29a-3p的表達(dá)，從而抑制肝癌細(xì)胞增殖和遷移，抑制小鼠異種移植瘤的生長[32]。此外，研究發(fā)現(xiàn)COL4A1是miRNA-29a-3p的假定靶點，提示XPD/miRNA-29a-3p通路可對COL4A1進(jìn)行負(fù)向調(diào)控[33]。這些研究提示COL4A1可能作為潛在的肝癌治療靶點。

4 小結(jié)與展望

膠原蛋白在多種腫瘤中呈高表達(dá)，且與不良預(yù)后有關(guān)，其通過與不同因子作用、參與不同信號通路促進(jìn)EMT，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥等。但由于膠原蛋白種類較多，分布廣泛，不同膠原蛋白的促腫瘤機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。期待后續(xù)對膠原蛋白進(jìn)行更廣泛、更深入的研究，為消化系統(tǒng)腫瘤的治療提供有力的理論依據(jù)。