1、骨桥蛋白与肿瘤转移医学分子生物学杂志,2005,2(1):57-60JMedMolBiol,2005,2(1):57-60骨桥蛋白与肿瘤转移宋前流,李学军北京大学医学部基础医学院药理学系北京市,100083【摘要】骨桥蛋白是一种分泌型,黏附性的糖基化磷蛋白,与其主要受体整合素和CD44 相互作用,参与多器官,多组织的生理病理过程,具有多种功能,如介导细胞移行,抑制钙化,调节免疫细胞功能,控制肿瘤细胞表型以及抑制凋亡等.近年来的研究揭示,骨桥蛋白在肿瘤细胞的黏附,移行,浸润,血管新生以及肿瘤的微环境中起关键作用.本文对骨桥蛋白在肿瘤中的信号转导,基因表达与调控以及肿瘤转移过程中的作用予以综述.【
2、关键词】骨桥蛋白;肿瘤;转移【中图分类号】R73,Q51OsteopontinandTumorMetastasisSONGQianliu,LIXuejunDepartmentofPharmacology,SchoolofBasicMedicalSciences,PekingUniversity,Beijing,100083,China【Absteract】 Osteopontin(OPN)isasecretoryadhesiveglycosylatedphosphoproteinthatinteractswithintegrinsandCD44asmajorreceptors.OPNisinv
3、olvedinbothphysiologicalandpathologicalprocessesinavarietyoforgansandtissues.Ithasbeenshowntobeofmultiplefunction,includingactivitiesincellmigration,inhibitionofcalcification,regulationofimmunecellfunction,controloftumorcellphenotypeandinhibitionofapoptosis.RecentstudieshaverevealedthatOPNplayscriti
4、calrolesintumorcelladhesion,migration,invasion,angiogenesisandtumormicroenvironment.Thisarticlereviewsitsroleinthesignaltransduction,expressionandregulationintumorsandtherolesintumormetastasis.【Keywords】 osteopontin;tumor;metastasis骨桥蛋白(osteopontin,OPN)是一种与恶性转化有关的磷酸化蛋白,因最初是从骨基质中分离出来的,故将其命名为骨唾液酸蛋白(bo
5、nesialoprotein1,BSP 一 1).Oldberg 等对大鼠骨组织中的 BSP.1基因进行了克隆和测序,发现其含有特异的 ArgGlyAsp(RGD)序列,该序列在不同物种的 OPN 中均普遍存在,是与细胞黏附有关的重要功能域.近年来的研究表明,多种类型的肿瘤细胞在体内,外均能产生 OPN,OPN 通过与其主要受体.整合素和CD44 相互作用,继而引起肿瘤细胞移行,浸润和基作者简介:宋前流,女,1955 年生,博士研究生通讯作者:李学军(电话:010-62092863,Email:xjlibimu.edu.on)Authorsbriefintroduction:SONGQianl
6、iu,female,bornin1955,GraduatestudentfordoctoraldegreeCorrespondingauthor:LIXuoun(Tel:8610-62092863,Email:xjlibjmR.edu.ca)因表达等环节的变化,在不同的恶性肿瘤转移形成过程中发挥重要作用 J.OPN 在体外实验中通过激活 B,受体,诱导 NFKB,抑制内皮细胞凋亡.因此,OPN 可能参与肿瘤细胞的血管生成(angio.genesis).近来的资料表明, 血浆 OPN 水平与肿瘤转移,瘤体大小以及细胞存活密切相关 H,故有人将 OPN 称为“肿瘤转移相关基因 “,并作为“肿瘤标志
7、物“.因此 ,了解 OPN 影响肿瘤转移过程及转移细胞与宿主之间的复杂相互作用,对早期诊断及治疗恶性肿瘤转移的新途径将有很大的帮助.1OPN 的结构与受体OPN 是带负电荷的酸性亲水性蛋白质,由近300 个氨基酸残基组成,在 SDS.PAGE 中具有较高的异常电泳行为,文献报道的分子量为 4185ku.?58?宋前流等 .骨桥蛋白与肿瘤转移不同哺乳动物组织的 OPNcDNA 具有较高的序列同源性.OPN 含有 RGD 结合序列 ,钙结合位点和两个肝素结构域.OPN 的主要受体是整合素和 CD44,etp3,etpl,etp5,et4pl,et9pl 等多种整合素受体能与 OPN 结合,CD44
8、 变异体(CD44V)能与 OPN 的 C端和 N 端结合,而不依赖于 RGD 序列,表明 OPN 有多个结构域与 CD44V 相结合.2OPN 的信号转导OPN 与其特异的细胞表面受体相互作用启动信号转导级联反应.Tuck 等证明,OPN 与 etp结合激活内皮细胞 NFKB 通路,同时激活 Src 和Ras.OPN 能诱导骨骼蛋白的聚集黏附激酶(fo.caladhesionkinase,FAK)和桩蛋白(paxillin) 的磷酸化,触发下一级信号转导.FAK 激活后的信号转导有两个方面,一是通过 Grbz/SOS 进入 Ras 途径,二是与 FAK/Src 结合进入 Ras 途径,最终激
9、活 Ras.MAPK 信号途径 ,刺激细胞生长的信息传递,调节细胞骨架的动态组装,细胞迁移等功能一.Philip等报道,OPN 通过激活 Is:B 激酶(Is:Bkinase,IKK),使 Is:Bet 磷酸化,降解,进而激活 NF.s:B,最终激活前基质金属蛋白酶.2(promatrixmetalloprotein.ase 一 2,ProMMP 一 2),引起细胞移行,ECM 浸润及肿瘤生长.Mahabeleshwar 等证明 ,OPN 通过激活 PI.3K/Akt/IKK 调节的信号传导通路诱导 NFS:B 激活和尿激酶型纤溶酶原激活物(urokinaseplasminogenactiva
10、tor,uPA)分泌.最近,Mahabeleshwar 等一“首次报道,OPN 通过激活 cSrc/EGFR/ERK 信号转导通路诱导整合素 B 受体介导的 AP 一 1 活化及 uPA分泌.3OPN 的基因表达与调控许多肿瘤在发展过程中均伴随有 OPN 的表达,而表达 OPN 的肿瘤也更易表现出侵袭,转移的倾向.OPN 可在不同种属动物的各种组织中表达,如骨,肾,肺,肝,膀胱,胰腺,睾丸,脑,骨髓和蜕膜等.不同的细胞类型也能表达 OPN,如骨细胞,神经细胞,上皮细胞,内皮细胞,血管平滑肌细胞(SMC),活化的 T 细胞,NK 细胞亚群等.OPN 还存在于正常的体液中,如血清,乳汁及尿液.病理
11、状况下(免疫疾病,炎症和肿瘤)OPN 表达增强,如肺癌,乳腺癌,胃癌,卵巢癌,前列腺癌,甲状腺癌,皮肤癌以及各种转化细胞系亦能高水平表达 OPN.Thaimann 等研究表明,人前列腺癌细胞系和临床标本 OPNmRNA 的表达增加.据报道,OPN 蛋白可在星形细胞瘤上表达,并且促进恶性星形胶质细胞瘤的浸润“.Coppola 等采用免疫组化方法检测了 350 个肿瘤组织和 113 个正常组织的 OPN 蛋白表达情况.结果表明,不同组织的肿瘤细胞都有不同程度的 OPN 强染色现象,如胃癌 l00%,直肠癌85%,胰腺癌 81%,肾细胞癌 72%,肺癌和子宫颈癌 71%,食管癌 70%,头颈部鳞状细
12、胞癌 58%,卵巢癌 59%.多种因素参与 OPN 表达的调控,与肿瘤有关的调控因素有生长因子,激素以及促癌物质.诱导 OPN 表达的调控因素有:生长因子转移生长因子 B(TGF),表皮生长因子(EGF)以及成纤维细胞生长因子(FGF).EGF 及其受体与胰腺癌和乳腺癌的进展有关,阻断 EGF 的功能,能抑制 OPN 在上述肿瘤中的表达,不仅减慢细胞增殖,还可逆转恶性肿瘤的表型.FGF 与前列腺癌的发病机制及不同肿瘤的血管生成有关.激素,甾体激素,尤其是糖皮质激素对 OPN 表达具有不同的调节作用.地塞米松诱导 OPN 从原骨细胞,血管系膜细胞,心肌细胞,微血管内皮细胞的分泌.黄体酮上调细胞滋
13、养层 OPN 的表达.以上激素调节的作用明显见于对甾体激素敏感的肿瘤,如乳腺癌和前列腺癌二者在骨组织中的转移谁占优势取决于 OPN 的表达 m.其它低氧能刺激 OPN 转录,并使其生成增加.TPA,癌基因(如 ras)也能诱导 OPNmRNA的转录4OPN 在肿瘤转移中的作用转移是恶性肿瘤最重要的生物学特性之一,是肿瘤临床治疗的难题,也是影响疗效和预后乃至危及患者生命的主要原因.肿瘤转移是极其复杂的多因素,多步骤的序贯过程.近年来,血管生成在原发肿瘤的增殖生长和转移过程中的关键作用以及肿瘤与宿主细胞和肿瘤细胞与相邻基质微环境之问的相互作用倍受关注.研究表明,OPN 与恶性肿瘤转移的多个环节密切
14、相关.4.1 细胞黏附与移行肿瘤细胞通过转膜受体整合素形成与细胞外基质(ECM)和细胞骨架的结构连接,肿瘤细胞通过整合素受体与 ECM 相互作用调节细胞的黏附和移行 15.OPN 促进不同类型细胞黏附到 ECM,其黏附作用主要是通过与整合素受体仪,p 结合实现的:OPN 通过新生的内皮细胞刺激移行,经血管内皮生长因子诱导的凝血酶裂解的 OPN 可促进 etB 依赖的内皮细胞移行.医学分子生物学杂志,2005,2(1):57-60JMedMolBi.1,2005,2(1):57-6059?4.2 浸润与趋化性参与浸润和转移的 ECM 具有典型的分子结构,该结构由经后转导修饰激活的多功能结构域组成
15、.OPN 具有两个多功能结构域,其功能主要通过仅,p和 CD44 执行,广泛参与后转导水平的调节.免疫系统细胞和肿瘤细胞的浸润常常反映 OPN 两个结构域与其受体的协调相互作用.凝血酶裂解 OPN释放两个受体结合结构域,在事件级联反应中,一部肿瘤细分细胞吸附到 OPN 断裂位点,另一部分细胞与 OPN的 N 端片段结合.交叉连接的 OPN 磷酸化依赖的趋触性(haptotaxis)或 OPN 的 N 端片段导致癌细胞扩散和活化,包括释放能降解基质的金属蛋白酶(图 1)161.OPN 可与 CD44 相互作用,引起 CD44依赖的趋化性增高.OPN 通过与 CD44 或整合素受体相互作用调节趋化
16、性,肿瘤细胞在转移形成初期与此机制有关.二j 至 l0D,I,IOPNNTlOPNNTl0l0l01010内皮细胞图 1OPN 调节浸润的模型4.3 血管生成与肿瘤的微环境血管生成是恶性肿瘤生长和转移的基础,OPN选择性参与压力依赖性血管生成.在体外血管生成实验中,OPN 是 3 个差异表达基因之一.整合素仅 B 受体涉及转移过程的 3 个环节:第一,参与调节细胞的移行和浸润;第二,通过其对破骨细胞的作用促进溶骨性转移;第三,结合到内皮细胞的整合素仅 B 受体可诱导血管新生.整合素介导的细胞黏附作用对于血管生成的决定因素一内皮细胞的增殖和凋亡是必需的.在血管生成和血管重塑期间的血管细胞表达上,
17、仅 p 是多种 ECM 配体的受体.已确认,在肉芽组织和肿瘤血管上被生长因子激活的内皮细胞仅 p 表达水平增高.OPN 介导细胞黏附到基底膜并形成酸性微环境,从而使局部组织易于破坏,促进癌细胞的浸润和转移.基质金属蛋白酶(MMPs)在与癌细胞浸润 ,转移和血管生成有关的ECM 降解中发挥关键作用.近期对 CD44 和MMP-9 的相互作用的研究揭示,MMP-9 局限在细胞表面是 CD44 依赖性的,而且是促进肿瘤浸润和血管生成所必需的.MT1 一 MMP 与整合素仅 13 受体相互作用在肿瘤的血管生成中起关键作用21.4.4 其它Rollo 等观察到 OPN 抑制激活的巨噬细胞产生 NO.巨噬
18、细胞通过氧爆发来杀死循环血中的肿瘤细胞,而氧爆发依赖于 NOs 的活性.据报道,OPN能抑制 NOs,阻止炎症细胞的氧爆发,从而提高癌细胞在外周循环中的存活力.5 结语综合以上研究报道,OPN 在肿瘤转移过程中主要发挥以下作用:通过仅 p 受体,刺激信号转导途径,促进恶性肿瘤的发展;参与 IN.B 受体介导的细胞黏附和移行活动;参与仅,$受体和 CD44受体介导的细胞浸润和趋化性,促进肿瘤转移的形成和扩散;通过仅 B 受体参与肿瘤的血管生成,促进肿瘤的生长和转移;参与仅,B 受体介导的细胞与基底膜的黏附作用,形成酸性微环境,促进肿瘤细胞的浸润和转移;抑制 NOs 的活性,使 NO生成减少,提高
19、外周循环中肿瘤细胞的存活力.由此可见,OPN 在肿瘤转移的多个环节中起关键作用,仅 p 受体不仅参与介导肿瘤细胞的黏附,移行和浸润,还在肿瘤的血管生成和微环境中发挥重要作用.因此,靶向 OPN 一依赖机制对多种恶性肿瘤具有潜在的治疗干预作用;OPN 及其主要受体仅p,将为临床提供恶性肿瘤早期诊断的新方法,并为研制有效抑制肿瘤转移药物提供新的策略.宋前流等.骨桥蛋白与肿瘤转移参考文献1OldbergA,FranzenA,HeiregardD.Cloningandse.quenceanalysisofratbonesialoprotein(osteopontin)cDNArevealsanArgG
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