整合素調(diào)節(jié)骨肉瘤惡性轉(zhuǎn)移相關(guān)機(jī)制的研究.pdf

1、骨肉瘤是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤，發(fā)病率占惡性骨腫瘤的21-33％。多發(fā)病于青少年，68％的病例發(fā)生在11-20歲之間。發(fā)病部位多處于膝關(guān)節(jié)周圍，60％的患者發(fā)病于股骨遠(yuǎn)端或脛骨近端。以往四肢骨肉瘤的標(biāo)準(zhǔn)治療多采用截肢手術(shù)，術(shù)后90％以上的患者仍會(huì)出現(xiàn)肺或身體其它部位的轉(zhuǎn)移。從上個(gè)世紀(jì)70年代開(kāi)始，隨著大劑量新輔助化療技術(shù)、腫瘤影像學(xué)診斷技術(shù)和腫瘤外科技術(shù)的發(fā)展，骨肉瘤的治療水平得到了顯著的提高。5年存活率由10％提高到了50％以上，一

2、些國(guó)外知名的醫(yī)學(xué)中心已達(dá)到80％左右。這其中，約80％的四肢骨肉瘤患者采用的是保肢手術(shù)治療，明顯的提高了病人的生活質(zhì)量。但是，早期轉(zhuǎn)移仍是目前骨肉瘤診治中需要面對(duì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有90％的骨肉瘤患者在首診時(shí)即已發(fā)生了微病灶轉(zhuǎn)移，尤其是肺轉(zhuǎn)移。而且，約90％不能治愈的惡性腫瘤患者，最終是死于惡性轉(zhuǎn)移及其相關(guān)并發(fā)癥，而不是死于原發(fā)病灶。目前的腫瘤研究多集中于對(duì)原發(fā)腫瘤的研究，而對(duì)腫瘤惡性轉(zhuǎn)移的研究還較少。如美國(guó)國(guó)立癌癥研究院(NC

3、I)2003年資助的8900個(gè)研究課題中，有92％的腫瘤研究課題中甚至沒(méi)有提及“轉(zhuǎn)移(Metastasis)”二字。探索骨肉瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的機(jī)理，尋找檢測(cè)和抑止骨肉瘤轉(zhuǎn)移的方法，是當(dāng)前惡性骨腫瘤研究中一個(gè)有待加強(qiáng)的研究領(lǐng)域。 眾多的研究表明：惡性腫瘤的顯著特點(diǎn)是生長(zhǎng)不受控制，增殖分化異常，易侵襲到周圍組織并向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。腫瘤的轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的連續(xù)的多步驟過(guò)程，包括：(1)脫落，原發(fā)腫瘤處的細(xì)胞表面粘附分子表達(dá)異常或功能喪失，瘤細(xì)胞間因

4、粘附性下降易從瘤體脫落。這是腫瘤轉(zhuǎn)移的開(kāi)始。(2)侵襲，瘤細(xì)胞借助細(xì)胞表面的整合素(Integrin)粘附到細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellularmatrix，ECM)或基底膜，并分泌Ⅳ型膠原酶及其他蛋白水解酶(如金屬蛋白水解酶)將之降解，向深處侵襲并進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。(3)循環(huán)，并非所有進(jìn)入循環(huán)的瘤細(xì)胞都有能力發(fā)生轉(zhuǎn)移，其中有許多的瘤細(xì)胞作為休眠細(xì)胞持續(xù)存在，既不發(fā)生分裂增殖也不產(chǎn)生凋亡，僅有一小部分向外侵襲的細(xì)胞分散開(kāi)來(lái)形成微小轉(zhuǎn)移，而

5、更小的一部分到達(dá)新的位點(diǎn)形成轉(zhuǎn)移腫瘤。因瘤細(xì)胞在循環(huán)系統(tǒng)中會(huì)因機(jī)體的免疫防御機(jī)制而很快地被清除。只有那些能通過(guò)細(xì)胞表面粘附分子附著在靶器官的脈管系統(tǒng)上，并穿透脈管壁進(jìn)入其周圍組織的瘤細(xì)胞才有助于新轉(zhuǎn)移克隆的建立。完成此過(guò)程的第一步：血管內(nèi)瘤細(xì)胞滯留、著床。瘤細(xì)胞特異地粘附到被選擇器官的小靜脈內(nèi)皮細(xì)胞上。第二步，穿透血管壁。瘤細(xì)胞通過(guò)整合素等粘附到血管內(nèi)皮細(xì)胞后，內(nèi)皮發(fā)生回縮，引導(dǎo)瘤細(xì)胞侵入內(nèi)皮下的基底膜。瘤細(xì)胞粘附到基底膜后只有破壞基底

6、膜才能穿出管壁，這同樣需要膠原酶及蛋白水解酶的水解作用。(4)克隆形成，穿出血管后，瘤細(xì)胞通過(guò)整合素等細(xì)胞表面粘附分子粘附到結(jié)締組織成分如纖維連接蛋白、Ⅰ型膠原和透明質(zhì)酸。腫瘤細(xì)胞必須通過(guò)這種粘附才能發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)皮下基質(zhì)，并在新位點(diǎn)生長(zhǎng)增殖。 可見(jiàn)，腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程涉及細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的粘附作用。整合素介導(dǎo)的細(xì)胞粘附作用與腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，若整合素表達(dá)水平或功能的改變均可導(dǎo)致細(xì)胞粘附行為的變化，可能引起腫

7、瘤的浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移，整合素表達(dá)的變化與人類原發(fā)腫瘤及其轉(zhuǎn)移灶的預(yù)后及生物學(xué)行為關(guān)系密切。 整合素是一類介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘附的細(xì)胞表面受體家族，由α和β兩個(gè)跨膜亞基組成，以異源二聚體的形式表達(dá)于細(xì)胞表面。在結(jié)構(gòu)上，α和β亞基均由長(zhǎng)的胞外段(氨基端)、跨膜段和短的胞內(nèi)段(羧基端)三部分組成。亞基的胞外段識(shí)別細(xì)胞外基質(zhì)的RGD序列(Arg-Gly-Asp，精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的粘附。整合素作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)

8、細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡、運(yùn)動(dòng)和遷移等多個(gè)方面。整合素在腫瘤組織中的表達(dá)主要有三種變化形式：整合素類型的改變及表達(dá)水平的增加或減少。具體表現(xiàn)在：(1)在正常組織和惡性腫瘤中的表達(dá)不同：如整合素αvβ8在正常氣管上皮中表達(dá)，但在肺癌中卻缺失，將αvβ8引入肺或結(jié)腸癌細(xì)胞系可抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。(2)不同的腫瘤甚至同一種腫瘤可表達(dá)不同類型或不同水平的整合素。乳腺癌轉(zhuǎn)移細(xì)胞可持續(xù)表達(dá)整合素α5和α6，而其他類型的整合素如α2和β4的表達(dá)卻下降。(3)同

9、一種整合素在不同腫瘤中的表達(dá)不同：整合素β4在乳腺癌中表達(dá)減少，在乳頭狀甲狀腺癌中的表達(dá)卻異常升高。(4)同一種整合素在同一種腫瘤的不同發(fā)展階段中的表達(dá)不同：整合素β4在乳頭狀甲狀腺癌的原發(fā)期、進(jìn)展期、轉(zhuǎn)移期的表達(dá)逐漸升高，且與腫瘤轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)大小呈正相關(guān)，與疾病的預(yù)后關(guān)系密切。(5)同一種整合素在同種腫瘤來(lái)源的轉(zhuǎn)移潛能不同的細(xì)胞系中的表達(dá)也不同：高轉(zhuǎn)移潛能的肺腺癌細(xì)胞系Pc9-f9是從低轉(zhuǎn)移潛能的肺腺癌細(xì)胞系Pc9分離出來(lái)的。兩者均表

10、達(dá)α2β1、α3β1、α6β1，但在Pc9-f9中又新表達(dá)了α4β1和α5β1，提示整合素表達(dá)的變化與腫瘤的轉(zhuǎn)移潛能有關(guān)。由此可見(jiàn)，在正常組織和惡性程度不同的組織中，整合素表達(dá)常發(fā)生變化，這種變化與腫瘤的生物學(xué)行為密切相關(guān)。 腫瘤細(xì)胞能夠發(fā)生移動(dòng)、侵襲、轉(zhuǎn)移的另一個(gè)原因是它們可以脫離細(xì)胞外基質(zhì)而存活，即逃避了Anoikis凋亡。而正常細(xì)胞是粘附依賴的，它們的存活需要來(lái)自基質(zhì)的信號(hào)。如果失去了基質(zhì)的支持，如某些不具備轉(zhuǎn)移特性的實(shí)體

11、瘤細(xì)胞和正常組織細(xì)胞從組織上脫落進(jìn)入血流，或體外培養(yǎng)情況下認(rèn)為阻斷細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘附，細(xì)胞會(huì)發(fā)生程序性死亡，即失巢凋亡(Anoikis)。Francis在1994年首次描述了這種凋亡。Anoikis凋亡的意義在于防止這些脫落的細(xì)胞種植于其他不適當(dāng)?shù)牡胤嚼^續(xù)生長(zhǎng)。然而，很多腫瘤細(xì)胞尤其是容易發(fā)生轉(zhuǎn)移地惡性腫瘤細(xì)胞，從瘤體上脫落后并不會(huì)發(fā)生凋亡，從而可以遷徙到其它部位再次生長(zhǎng)。這種存在于某些腫瘤細(xì)胞中的Anoikis凋亡現(xiàn)象，被認(rèn)為是轉(zhuǎn)

12、移瘤發(fā)生的重要原因之一。從另一方面來(lái)講，Anoikis凋亡也為我們研究腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的信號(hào)傳導(dǎo)提供了一個(gè)良好的模型。以往的研究也證實(shí)整合素受體參與了腫瘤逃避Anoikis凋亡的調(diào)節(jié)。探索整合素參與腫瘤細(xì)胞逃避Anoikis凋亡的機(jī)理，可以進(jìn)一步闡明整合素在腫瘤轉(zhuǎn)移不同階段的作用。 以往的研究表明整合素α4、α5和αv在惡性腫瘤，尤其是肉瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起著重要的作用。但整合素在骨肉瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的調(diào)節(jié)機(jī)制的研究還較少。同時(shí)，不

13、同整合素亞型在腫瘤發(fā)生侵襲的不同環(huán)節(jié)上的作用是不同的，在腫瘤轉(zhuǎn)移的不同階段，整合素所起的作用也是較復(fù)雜，甚至是相互矛盾的。單純進(jìn)行體外研究和體內(nèi)研究都存在一定的片面性。本課題在體外建立骨肉瘤細(xì)胞的侵襲模型和骨肉瘤細(xì)胞逃避Anoikis凋亡模型，同時(shí)結(jié)合臨床骨肉瘤組織標(biāo)本，采用細(xì)胞生物學(xué)、信號(hào)傳導(dǎo)、免疫組織化學(xué)等技術(shù)，研究整合素α4、α5和αv在人骨肉瘤腫瘤細(xì)胞和組織中的表達(dá)，并結(jié)合體外研究結(jié)果、臨床病理及預(yù)后資料，探討整合素α4、α5和