肿瘤  2011, Vol.31 Issue (10): 957-960   PDF    
晚期糖基化终产物受体异常表达对肿瘤发生和侵袭转移的影响
岳志强, 王颖钰, 刘玉萍, 郑仕中, 陆 茵     
南京中医药大学药学院江苏省中药药效与安全性评价重点实验室,南京 210046
[摘要]    以往人们将晚期糖基化终产物受体(receptor for advanced glycosylation end products,RAGE)的研究重点放在糖尿病血管病变中。近年来的临床研究发现,RAGE在人肝癌、胃癌、胰腺癌和前列腺癌等多种肿瘤组织中均高表达,而在横纹肌肉瘤和肺癌组织中低表达。RAGE的异常表达与肿瘤的发生、血管生成和侵袭转移等恶性化程度密切相关。本文对不同肿瘤组织中RAGE的异常表达及其与肿瘤发生、发展的相关性进行简要综述。
[关键词]     肿瘤    基因表达    肿瘤转移    晚期糖基化终产物受体    
Role of abnormal expression of receptor for advanced glycosylation end products in carcinogenesis, tumor invasion, and metastasis
YUE Zhi-qiang, WANG Ying-yu, LIU Yu-ping, ZHENG Shi-zhong, LU Yin     
Jiangsu Provincial Key Laboratory of Efficacy and Safety Evaluation of Traditional Chinese Medicine, College of Pharmacy, Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210046, China
[Abstract]    Receptor for advanced glycosylation end products (RAGE) has long been a focus in studies of diabetic vascular diseases. Recently, clinical evidence has shown that the expression level of RAGE is high in liver, stomach, pancreas and prostate cancer tissues whereas the expression level of RAGE is lower in chondrosarcoma and lung cancer tissues. The abnormal expression of RAGE is closely associated with tumorgenesis, angiogenesis, tumor invasion and metastasis. This review summarizes the abnormal expression of RAGE in different tumors and its role in carcinogenesis and development of tumor.
[Key words]     Neoplasms    Gene expression    Neoplasm metastasis    Receptor for advanced glycosylation end products    

晚期糖基化终产物受体(receptor for advanced glycosy-lation end products,RAGE)是免疫球蛋白大家族中的一员,作为一种多配体的跨膜信号转导受体,通过与细胞表面不同配体结合发挥功效。RAGE由约404个氨基酸组成,它的完整结构包括较短的细胞内C末端(364~404个氨基酸残基)、疏水的单个跨膜段(343~363个氨基酸残基)及较大的细胞外N端(1~342个氨基酸残基)。其中,细胞外段即可溶性RAGE(soluble RAGE,sRAGE)是配体结合部位,为一个信号肽(1~22个氨基酸残基);1个V型片段(可变区,23~116个氨基酸残基)紧接2个C型片段(恒定区,124~221个氨基酸残基和227~317个氨基酸残基)组成免疫球蛋白样结构,V型片段中还含有2个与“N”偶联的糖基化位点,这些结构在RAGE介导的信号转导通路中起重要作用。目前发现,体内存在着约19种RAGE的变体(如:N端截断的RAGE、C端截断的RAGE和sRAGE等)[1, 2]。流行病学研究发现,RAGE的激活与炎性反应、糖尿病血管病变和肿瘤的发生、发展密切相关[3]

RAGE广泛分布在血管内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等表面[4, 5]。在细胞表面,RAGE与晚期糖基化终产物(advanced glycosylation end products,AGE)、两性蛋白、高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein B1,HMGB1)和S100/钙粒蛋白等配体结合,激活细胞内各种信号转导途径,包括核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)、RhoGTPase家族的Rac1/Cdc42、p38-丝裂原活化蛋白激酶(p38-mitogen-activated protein kinases,p38-MAPK)、Jun氨基末端激酶/应激活化的蛋白激酶(Jun N-terminal kinases/stress-activated protein kinases,JNK/SAPK)和细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinases 1/2,ERK1/2)等,针对各组织发挥特异作用[6]

RAGE与多种疾病(如糖尿病血管病变)有关。RAGE在糖尿病血管并发症中起主要作用,过表达RAGE的转基因糖尿病鼠可发生明显的肾肿大、蛋白尿、肾小球硬化、肌苷水平增高和明显的视网膜病变等[7]RAGE基因敲除的糖尿病鼠与野生型糖尿病鼠比较,糖尿病肾病获得明显的改善[8]。近年来研究表明,RAGE在许多恶性肿瘤中异常表达,并且与肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移能力及肿瘤临床分期和预后等密切相关[9]

1 RAGE异常表达与肿瘤发生及侵袭转移密切相关 1.1 RAGE在肿瘤组织中高表达

Taguchi等[10]指出,RAGE在肿瘤组织中表达异常与肿瘤的发生、发展密切相关,阻断RAGE受体后可以抑制肿瘤的生长和转移。Hiwayashi等[11]发现,RAGE mRNA在肝癌中的表达水平远远高于正常肝组织和肝炎组织。Jing等[12]检测了12例食管癌患者肿瘤组织中RAGE mRNA和蛋白的表达,结果发现RAGE在癌组织中的表达水平明显高于正常组织。谢文熙等[13]检测了80例食管鳞癌组织中RAGE蛋白的表达,结果发现RAGE蛋白在食管鳞癌组织和正常鳞状上皮组织中的阳性表达率分别为72.5%和42.5%,同时发现RAGE蛋白表达水平与食管鳞癌浸润深度、淋巴结转移及TNM分期呈正相关(P<0.05)。Leclerc等[14]检测了40例黑素瘤组织样本中RAGE的表达,结果发现RAGE在黑素瘤组织中的表达高于正常组织。黄家军等[15]检测了106例鼻咽癌患者的初次活检病理标本和10例正常鼻咽组织中RAGE的表达,结果发现鼻咽癌组织高表达RAGE,且RAGE在鼻咽癌淋巴结转移组中的表达高于无淋巴结转移组,差异有统计学意义(P=0.004)。此外,胃癌[16]、胰腺癌[17]和前列腺癌[18]等肿瘤组织中RAGE的表达也上调。

1.2 RAGE在肿瘤组织中低表达

肺癌组织和横纹肌肉瘤组织中RAGE的表达下调,2者相应的正常组织中RAGE的表达却异常上调,提示RAGE的低表达可能参与了上述2种类型肿瘤的发生[19]。Jing等[20]检测了28例肺癌和正常肺组织中RAGE的蛋白表达水平,结果发现肺癌组织中RAGE的表达水平明显下调。Kobayashi等[21]检测了182例非小细胞肺癌组织中RAGE的表达情况,结果发现137例非小细胞肺癌组织中RAGE低表达或不表达,且RAGE低表达患者的生存率明显低于RAGE正常表达的患者(P=0.000);另外还发现,肺癌细胞中RAGE的过表达对肿瘤细胞的增殖有抑制效应,RAGE的低表达能促进肿瘤细胞的生长。Riuzzi等[22]研究证实,降低生肌细胞中RAGE的表达可导致横纹肌肉瘤的发生,上调横纹肌肉瘤细胞中RAGE的表达可以抑制肿瘤的生长和转移。RAGE在肺癌及横纹肌肉瘤中表达下调的原因,以及表达下调对肿瘤发生的作用机制目前还不完全明确,有研究提示在肺癌组织中RAGE的表达下调可能是肿瘤形成中组织重组的一个关键性步骤。当前,RAGE被作为具有极性的鉴定Ⅰ型肺泡细胞的标志蛋白,RAGE位于Ⅰ型肺泡细胞的基膜外侧,其表达增强与Ⅰ型肺泡细胞分化有关。如果RAGE与上皮细胞的分化和细胞极性有关,那么肺癌中RAGE的表达下调可能导致肿瘤细胞极性和分化的丧失,促使肿瘤形成[23]

2 RAGE异常表达导致肿瘤的病理分子机制 2.1 RAGE异常表达与肿瘤细胞凋亡的关系

肿瘤的发生是机体内部癌基因与抑癌基因平衡被打破的结果。Kang等[24]敲除胰腺癌细胞中RAGE基因后,胰腺癌细胞的凋亡率上升;相反,运用RAGE激动剂后,肿瘤细胞的存活率上升。其机制可能是RAGE基因敲除后,p53磷酸化加强,bcl-2和bcl-xL抗凋亡蛋白的表达下调。Hiwayashi等[11]研究发现,缺氧环境下培养经RAGE基因转染的Cos7细胞[一种经过猴空泡病毒40(simian vacuolating virus 40,SV40)转化的非洲绿猴肾成纤维细胞,具有癌细胞的一般特性]的存活率上升,p53的表达水平下调。同时,RAGE的某些配体也可调控肿瘤细胞的存活和凋亡,如HMGB1必须与RAGE结合后才能发挥调控肿瘤细胞凋亡的作用[25]

2.2 RAGE异常表达与肿瘤血管生成的关系

近年来研究发现,内皮细胞上的RAGE被激活后可引发一系列效应,包括上调血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2,MMP-2)、分解血管内皮-钙黏附素/连环蛋白复合体,以利于毛细血管的形成。此外,RAGE激活后能增加内皮细胞血管的通透性,以利于营养物质的供给及肿瘤代谢产物的消除[26]。RAGE的配体之一HMGB1能促进内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)内的细胞黏附分子-1(cell adhesion molecule-1,CAM-1)和纤连蛋白(fibronectin,FN)的表达,使EPCs定向募集到肿瘤内缺血部位,引发血管新生;阻断RAGE后,上述效应减弱甚至是消失[27]。髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是促进血管生成的一类肿瘤相关细胞,这类细胞通过释放MMP-9、VEGF以及通过自身分化成内皮细胞而促进血管生成。RAGE通过激活NF-κB信号通路,使MDSCs聚集并滞留在肿瘤组织内,进而促进血管生成[28]。因此,抑制RAGE的表达和拮抗RAGE与配体的结合后,可降低肿瘤新生血管的数量[29]

2.3 RAGE异常表达与p42/44 MAPK信号通路的关系

在正常脑神经轴突中,RAGE-配体轴加速轴突细胞伪足的产生,细胞的能动性增加。Hermani等[30]发现,前列腺癌细胞能分泌S100A8/A9,后者可激活RAGE、活化NF-κB和磷酸化p38、p44/42信号通路,促进肿瘤细胞生长,同时S100A8/A9也能刺激肿瘤细胞迁移。因此,在易感小鼠植入的或自然形成的肿瘤中,阻断RAGE-两性蛋白的结合能抑制肿瘤的生长和转移。研究发现,RAGE配体结合受阻后,p44/p42和p38的激活受到抑制,从而促进肿瘤增殖、侵袭和MMP的表达。Bartling等[31]研究发现,共培养人肺癌H358细胞和肺成纤维WI-38细胞,后者刺激H358细胞生长并促S/G2期肿瘤细胞数量增加,而过表达完整RAGE可降低WI-38细胞的增殖刺激作用。其分子机制是肺间质成纤维细胞通过活化p42/44 MAPK信号通路来发挥对肿瘤细胞的增殖效应。因此推测,高表达RAGE在一定程度上损害肺间质成纤维细胞介导的增殖刺激,因此在肺癌中RAGE的表达下调。

肌组织形成中细胞增殖和分化过程相互独立且有序进行,2者平衡紊乱可致横纹肌肉瘤形成。研究发现,胚胎发育期鼠肌纤维组织表达RAGE,至出生11 d后RAGE的表达缺失,提示RAGE在骨骼肌形成过程中发挥调节功能。过表达的RAGE可活化Cdc42-Rac-MKK6-p38 MAPK信号通路,钝化ERK1/2和JNK信号通路,下调bcl-2表达,促进细胞分化、凋亡和抑制增殖效应。给予小鼠注射L6(缺乏细胞内段的RAGE),阻遏RAGE介导的信号通路,MMP-1和MMP-2的表达上调,促进了横纹肌肉瘤的生长和转移[32]

2.4 RAGE异常表达与缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)和NF-κB等细胞因子的关系

慢性炎性刺激导致肿瘤细胞释放许多直接促进其自身生长的因子,形成炎性微环境,有利于肿瘤的发生和发展[33];RAGE激活后可诱发机体的炎性反应[34],在炎性环境下RAGE前馈信号的下游区通过NF-κB和HIF-1等上调TNF、白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)和IL-6等肿瘤生长因子的表达,这些生长因子对肿瘤的生长、迁移、侵袭和转移都有重要作用。

3 结 语

RAGE作为一种特殊的具有多配体的细胞膜表面受体,逐渐在肿瘤的发生、发展中显现出其多样化的功能。RAGE通过直接活化下游一系列靶基因,诱导肿瘤细胞的恶性行为。可以明确的是,将RAGE作为靶向分子,抑制RAGE的表达或拮抗RAGE与配体的结合后,肿瘤相关配体信号不能进入细胞内产生细胞学效应,起到扼杀肿瘤的作用[35]。由于RAGE的配体数目多,其与各配体结合后引发的多条信号转导通路对肿瘤的综合影响仍不十分明确。因此,RAGE表达水平与不同肿瘤组织间的关系、RAGE在不同肿瘤组织中表达差异的原因、上调或下调表达对肿瘤发生、发展的具体作用机制等一系列问题都有待于进一步研究。

RAGE基因在许多肿瘤中异常表达,与肿瘤细胞的增殖、侵袭、临床分期和预后等相关。同时研究证实,正常生理状态下,成人体内仅低水平表达RAGE以维持机体稳态,而在肿瘤的发生、发展过程中往往异常表达,且RAGE基因缺陷的动物并未出现发育异常和功能缺陷,这些发现均提示RAGE是一个很有价值的干预靶点。因此,有效控制和反转肿瘤细胞中RAGE基因的异常表达,从而抑制肿瘤的生长,有望成为一条有效的肿瘤治疗途径。此外,在糖尿病血管病变中,AGE作用于血管内皮细胞,引起新生血管增生,甚至引起血管壁水肿。AGE对血管壁和内皮细胞的作用,很大程度上依靠受体完成,内皮细胞上的RAGE与AGE结合后,诱发一系列促炎性反应和促凝血反应,产生大量活性氧(reactive oxygen species,ROS),ROS激活NF-κB,促使靶细胞中损伤反应基因的表达[36],因此阻断细胞表面RAGE能抑制AGE引起的血管病理改变进程,这也可能成为今后防治糖尿病血管病变的一个新的靶点。

目前,对RAGE干预治疗的研究仍处于实验室阶段。针对RAGE信号转导通路的阻断方式有以下几种:(1)应用封闭性抗RAGE单克隆抗体;(2)转染显性负性突变RAGE的表达;(3)应用小分子拮抗肽(源于两性蛋白的多肽片段);(4)基因沉默治疗,包括反义核酸技术和小分子RNA干扰等[37, 38, 39]。这些物质的临床应用尚需进一步的研究。相信随着对RAGE在肿瘤中作用机制的进一步阐明和临床资料的不断积累,靶向RAGE基因的抗肿瘤治疗有望实现临床应用。

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