纖溶酶原激活物抑制物1在腫瘤中的研究進(jìn)展

1、纖溶酶原激活物抑制物1在腫瘤中的研究進(jìn)展    作者：吳海燕,綜述,高下作者單位：南京市鼓樓醫(yī)院， 南京                                      

2、               【摘要】很多研究證實，纖溶酶原激活物抑制物1（PAI1）作為纖溶酶原激活物的主要抑制物，與腫瘤患者的預(yù)后差呈正相關(guān)。而纖溶酶原激活物本身介導(dǎo)的纖維蛋白的溶解，能促進(jìn)惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移，與患者預(yù)后差呈正相關(guān)。PAI1在惡性腫瘤的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移中所起的作用目前還不確切，本文綜述了近年來對PAI1的一些體內(nèi)、外實驗的研究，嘗試解釋PAI1在腫瘤生長、侵襲和轉(zhuǎn)移中的作用。 【關(guān)鍵詞】  纖溶酶原激活物抑制物1; 尿激酶型纖

3、溶酶原激活物;玻連蛋白;頭頸腫瘤     1  關(guān)于PAI1分子作用機制的研究       uPA激活的纖維蛋白酶能降解大多數(shù)的細(xì)胞外基質(zhì)，主要包括纖維蛋白和層粘連蛋白。uPA一般以前體prouPA形式存在。它的活化需要與細(xì)胞表面的尿激酶型纖溶酶原激活物受體（urokinasetype plasminogen activator receptor， uPAR）結(jié)合成為uPAuPAR復(fù)合物。PAI1是uPA的主要快速抑制物。它屬于絲氨酸蛋白酶抑制物家族，這些抑制物中起決定性作用的部分是暴露在表面的接近20個

4、氨基酸長度的活性中心螺旋。這個螺旋的反應(yīng)中心肽鍵與蛋白水解酶的活性位點相互作用，形成了11的穩(wěn)定結(jié)合。PAI1與uPARuPA以共價鍵的形式結(jié)合成uPARuPAPAI1復(fù)合物，抑制纖維蛋白酶的水解活性。     玻連蛋白（vitronectin，VN）是細(xì)胞外基質(zhì)中的主要黏附成分。uPAuPAR復(fù)合體能與VN的B區(qū)域結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞的黏附，而PAI1能與uPAR競爭結(jié)合VN的B區(qū)域。緊鄰B區(qū)的是VN(的RGD區(qū)，該區(qū)能與整合素r3、v5結(jié)合。整合素是一種膜鑲嵌糖蛋白，以細(xì)胞表面受體的形式參與細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附作用。uPAR能與整合素結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞黏附。PAI1通過結(jié)

5、合uPAuPAR復(fù)合物影響uPAR與整合素的結(jié)合，又通過與VN的結(jié)合影響VN與整合素的結(jié)合。     研究表明，細(xì)胞表面的uPAR連接uPAPAI1復(fù)合體能迅速被細(xì)胞內(nèi)吞并降解。LRP、megalin、VLDLR、LRP1B等作為細(xì)胞表面的內(nèi)吞受體介導(dǎo)uPAR連接的uPAPAI1復(fù)合物內(nèi)吞（圖1）。這些內(nèi)吞受體屬于低密度脂蛋白（LDLR）家族，它們由于結(jié)合位點的差別，對uPAPAI1復(fù)合體表現(xiàn)出不同的親和力，影響著內(nèi)吞活性，此差別可達(dá)上百倍3。uPARuPA PAI1復(fù)合物在細(xì)胞表面被迅速內(nèi)吞后，uPA、PAI1被溶酶體降解，而uPAR又重新循環(huán)到細(xì)胞表面4。依賴

6、于細(xì)胞表面內(nèi)吞受體的不同，內(nèi)吞作用和uPAR循環(huán)進(jìn)行的速度不同。關(guān)于PAI1的細(xì)胞培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)吞受體介導(dǎo)的uPAR的這種循環(huán)是為了保持細(xì)胞表面uPAR水平的穩(wěn)定性繼而保持細(xì)胞表面uPA活性的穩(wěn)定性5。通過調(diào)節(jié)這種內(nèi)吞后循環(huán)至細(xì)胞表面的過程，使uPAR在細(xì)胞表面呈局限性不均勻分布，也就能調(diào)節(jié)細(xì)胞表面的uPA的分布來調(diào)節(jié)纖溶活動。      PAI1調(diào)節(jié)uPAR運輸?shù)哪芰σ裁芮嘘P(guān)聯(lián)到uPAR除外蛋白水解以外的功能，包括它與整合素結(jié)合的黏附能力和uPAR介導(dǎo)的細(xì)胞信號傳導(dǎo)功能6，如ERK1/2、AKT/PI3K途徑的信號傳導(dǎo)7。uPAR隨著uPARuPA

7、PAI1復(fù)合物被細(xì)胞內(nèi)吞，終止了uPAR介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)8、對整合素結(jié)合的黏附能力和uPAR介導(dǎo)的與VN的黏附。另一方面，各種內(nèi)吞受體被提出有不同的信號傳導(dǎo)功能，而uPAPAI1復(fù)合體與內(nèi)吞受體結(jié)合可能影響部分信號的傳導(dǎo)，如JAK/STAT 途徑的信號傳導(dǎo)9。由此推論出，由不同的內(nèi)吞受體介導(dǎo)引起的uPA系統(tǒng)的功能也不同。     2  表達(dá)PAI1的細(xì)胞及其引導(dǎo)的在腫瘤生物學(xué)中發(fā)揮的功能       一些學(xué)者用免疫組化和原位雜交的方法研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)PAI1的細(xì)胞類型很多，由此發(fā)現(xiàn)了它的多種生物學(xué)功能，但目前

8、尚無得出總結(jié)性的結(jié)論。      Illemann、Offers1011等對PAI1mRNA的原位雜交結(jié)合免疫組織化學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌和乳腺癌的成肌纖維細(xì)胞中存在PAI1的表達(dá)。腫瘤間質(zhì)細(xì)胞的80%為成肌纖維細(xì)胞，而缺乏相應(yīng)的正常組織。成肌纖維細(xì)胞表達(dá)各種基質(zhì)蛋白，蛋白酶類和它們的抑制劑，包括uPA，PAI1，提示這些蛋白在腫瘤基質(zhì)重建中起作用。Buchholz等12研究發(fā)現(xiàn)，PAI1、蛋白酶連接素1在移植入裸鼠體內(nèi)的胰腺癌的動物模型中刺激腫瘤基質(zhì)的生長和局部浸潤，促進(jìn)了腫瘤的增生。       在乳腺癌

9、和結(jié)腸癌的內(nèi)皮細(xì)胞中也存在PAI1的蛋白和mRNA1011的表達(dá),說明PAI1與腫瘤血管新生也密切相關(guān)。來自對細(xì)胞培養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤中 PAI1水平和血管新生重建狀況只有很微弱的關(guān)系。而對PAI1腫瘤動物模型的研究顯示，在PAI1基因缺陷的小鼠體內(nèi)移植的人惡性角質(zhì)形成細(xì)胞，新生血管和腫瘤的侵襲性都減少了13。給移植了腫瘤細(xì)胞的裸鼠注射低濃度的PAI1能刺激腫瘤的血管生成,而很高濃度的注射抑制了腫瘤的血管生成,這個濃度有可能超過了體內(nèi)的PAI1濃度。這些動物實驗的相矛盾的結(jié)果可能與不同濃度的PAI1在腫瘤血管新生中的作用不同有關(guān)。由此可以得出的結(jié)論是：高濃度的PAI1抑制腫瘤血管新生，而血管的新

10、生仍需要有“正?！睗舛鹊腜AI1。     乳腺癌上皮肌細(xì)胞中原位mRNA雜交發(fā)現(xiàn)了PAI1的表達(dá)10。乳腺癌上皮肌細(xì)胞被認(rèn)為能提供一個腫瘤細(xì)胞通過的基底膜屏障而抑制腫瘤浸潤。在一些情況下腫瘤細(xì)胞自身也表達(dá)PAI1?？赡苌掀ぜ〖?xì)胞和腫瘤細(xì)胞自身表達(dá)的PAI1在腫瘤早期生長中有抗腫瘤浸潤作用，而到晚期，間質(zhì)成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的PAI1促進(jìn)腫瘤的浸潤生長。這是從以上動物模型中得出的假設(shè)。     以上不同種類細(xì)胞表達(dá)的PAI1賦予了PAI1更多的功能，包括它在腫瘤的生長，血管新生和局部浸潤中發(fā)揮的作用。而PAI1的這些不同生物學(xué)功能

11、可能來自不同的細(xì)胞間相互作用。用PAI1不同的變異體14進(jìn)行實驗研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移可能與PAI1的抗蛋白水解作用而保護(hù)VN有關(guān)，而與腫瘤新生血管能力相關(guān)的可能是PAI1的非蛋白水解作用15。今后還需要進(jìn)行更多的研究發(fā)現(xiàn)表達(dá)PAI1的其它種類細(xì)胞及PAI1不同的甚至是相反的功能。一個方面要研究不同細(xì)胞表達(dá)的PAI1與腫瘤預(yù)后的可能關(guān)系，另一方面要用一種獨特的方法建立可能的動物模型來研究每一種細(xì)胞表達(dá)的PAI1的作用。關(guān)于不同腫瘤的PAI1受不同的分子間相互作用影響的可能性研究需要通過對沒有活性的PAI1變異體和每種相互作用因子各自的抑制因子來進(jìn)行，進(jìn)一步明確影響PAI1的分子之間的相互作

12、用。另外，可能還有尚未了解的PAI1的作用機制，PAI1通過未知的分子間相互作用保護(hù)不同的腫瘤細(xì)胞抗自身或藥物引起的凋亡。     3  PAI1在腫瘤細(xì)胞黏附、遷移、轉(zhuǎn)移中的兩面性       腫瘤的轉(zhuǎn)移包含了腫瘤細(xì)胞的黏附和分離。uPA介導(dǎo)的蛋白水解作用降解基質(zhì)蛋白，使uPA充當(dāng)著抗黏附的作用，此時的PAI1應(yīng)該促進(jìn)細(xì)胞的黏附。研究者們對細(xì)胞培養(yǎng)的研究確實發(fā)現(xiàn)PAI1通過抑制纖溶酶原活性，保護(hù)VN抗水解而穩(wěn)定VN介導(dǎo)的黏附。而Czekay等16研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞依靠整合素、uPAR與VN連接，PAI1則

13、通過競爭性結(jié)合VN抑制uPAR及整合素介導(dǎo)的細(xì)胞與VN的連接，從而抑制了細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的黏附。另外，PAI1還能通過與uPAuPAR整合素復(fù)合體結(jié)合，促進(jìn)依賴LRP的細(xì)胞內(nèi)吞作用而使黏附分子失活，使細(xì)胞從細(xì)胞外基質(zhì)脫落。同時發(fā)現(xiàn)，PAI1使細(xì)胞從基質(zhì)中脫落下來的這一功能的必要條件是細(xì)胞表面uPA與uPAR的結(jié)合。這或許能解釋當(dāng)PAI1、uPA、uPAR同時高表達(dá)時，腫瘤的侵襲能力更強。     細(xì)胞遷移的過程是細(xì)胞經(jīng)過細(xì)胞外基質(zhì)運動的過程，包括在遷移前緣的牽引細(xì)胞伸展并與周圍整合素結(jié)合，細(xì)胞的其他黏附分子受體與細(xì)胞外基質(zhì)中的配體結(jié)合。這種細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合所致的

14、黏附使遷移前緣的細(xì)胞引導(dǎo)和牽引后方的細(xì)胞。與此同時在遷移尾部的細(xì)胞表面的整合素和配體分離使細(xì)胞退縮。這過程中可能包括膜蛋白經(jīng)過內(nèi)吞循環(huán)從尾部細(xì)胞運輸?shù)角熬壖?xì)胞，如PAI1介導(dǎo)uPAR從遷移尾部細(xì)胞內(nèi)吞后運輸?shù)角熬壖?xì)胞表面，使前者去除黏附而后者建立新的黏附。uPA引起的基質(zhì)蛋白和黏附受體的降解也能促進(jìn)遷移尾部細(xì)胞的釋放。         Chen等17發(fā)現(xiàn)，PAI1促進(jìn)鼠血管平滑肌細(xì)胞的遷移。Whitley等發(fā)現(xiàn)，PAI1與VN相互作用抑制MDAMB435 乳腺癌細(xì)胞和SKOV3卵巢癌細(xì)胞遷移18，而加入外源性的PAI1促進(jìn)平

15、滑肌細(xì)胞遷移被認(rèn)為與PAI1和LRP的相互作用有關(guān)。他們19也將增加了內(nèi)源性的PAI1的細(xì)胞株與表達(dá)沒有水解活性的PAI1的細(xì)胞株進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)PAI1能抑制乳腺癌，宮頸癌，子宮內(nèi)膜癌的遷移和侵襲，因野生型與變異性PAI1都能與VN結(jié)合，排除了PAI1與VN結(jié)合的作用，認(rèn)為促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移的過程與PAI1的抑制uPA的蛋白水解作用有關(guān)。     從遷移到侵襲，情況變得更復(fù)雜，侵襲不僅僅依賴細(xì)胞的運動，還需要細(xì)胞有穿透基質(zhì)的能力。在研究腫瘤侵襲的細(xì)胞培養(yǎng)模型中，uPA介導(dǎo)的蛋白水解作用總是發(fā)現(xiàn)推動著侵襲過程20。自然推出PAI1抑制uPA依賴的腫瘤細(xì)胞侵襲，然而

16、，研究者們發(fā)現(xiàn)了不同的結(jié)果。在人纖維肉瘤細(xì)胞株21上，PAI1促進(jìn)細(xì)胞遷移過程，轉(zhuǎn)染了PAI1cDNA的人PC3前列腺癌細(xì)胞株沒有改變它的侵襲能力。在PAI1基因缺陷的小鼠上種植的乳腺癌細(xì)胞較對照組相比，腫瘤肺轉(zhuǎn)移沒有受PAI1狀況的影響22。     總的來說，動物模型的實驗研究發(fā)現(xiàn)，PAI1在腫瘤細(xì)胞黏附、遷移和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著矛盾的作用。這可能與PAI1在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的黏附、遷移和轉(zhuǎn)移過程中通過三種不同類型的分子間相互作用有關(guān)：抑制uPA、結(jié)合VN、連接uPAPAI1復(fù)合體到內(nèi)吞受體。使PAI1在個體細(xì)胞黏附，遷移，轉(zhuǎn)移中同時發(fā)生的蛋白水解作用和非蛋白水解作用。

17、而PAI1的凈效應(yīng)取決于蛋白水解作用和非蛋白水解作用相互間的重要性；uPAR、整合素、uPAR整合素復(fù)合物、內(nèi)吞受體的表達(dá)情況；一般基質(zhì)的組成成分以及每個組分位于細(xì)胞周圍的確切的位置（相對處于遷移前緣還是尾部）。PAI1的濃度可能也影響著它作用的表達(dá)。     4  結(jié)  語      頭頸部惡性腫瘤較容易發(fā)生早期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，腫瘤的轉(zhuǎn)移嚴(yán)重影響著患者的預(yù)后。關(guān)于PAI1的體外研究發(fā)現(xiàn)23，在缺氧環(huán)境下腫瘤細(xì)胞表達(dá)PAI1顯著增加，這也許可以用來評估頭頸惡性腫瘤分次放射治療的效果。在惡性腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移過程

18、中有多種細(xì)胞因子的參與，它是一個多因素、多步驟相互作用的過程。近年的研究顯示，腫瘤細(xì)胞為自身生長創(chuàng)造了一個獨特的微環(huán)境，產(chǎn)生和分泌多種細(xì)胞因子，不僅使腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，而且能使這些腫瘤組分發(fā)生適當(dāng)變化以促進(jìn)自己的浸潤和轉(zhuǎn)移。目前發(fā)現(xiàn)很多蛋白水解酶類在腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，在闡述腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)病機理上有重要的意義。PAI1通過蛋白水解和非蛋白水解復(fù)雜的相互作用,可能在這過程中發(fā)揮著重要作用,對PAI1在頭頸腫瘤中的研究，也許可以為臨床治療提供思路。          

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