腫瘤標(biāo)志物CD146
日期：2019-09-29 11:45:04
CD146是一種Ca2+非依賴(lài)性細(xì)胞黏附分子的膜糖蛋白，該蛋白首次鑒定為腫瘤標(biāo)志物是因?yàn)镃D146在黑素瘤中高表達(dá)，但在對(duì)應(yīng)的正常對(duì)照組中卻沒(méi)有。正是這一發(fā)現(xiàn)讓CD146受到了腫瘤研究領(lǐng)域的關(guān)注。目前，大量研究已證實(shí)CD146在黑色素瘤、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、尿路上皮癌和婦科腫瘤中表達(dá)并與這些腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移、治療和預(yù)后密切相關(guān)。本文從結(jié)構(gòu)、功能、信號(hào)通路及相關(guān)腫瘤等方面對(duì)CD146進(jìn)行介紹。希望能給剛進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域的小伙伴們一點(diǎn)幫助。
1. CD146的結(jié)構(gòu)
CD146又稱(chēng)黑色素瘤細(xì)胞黏附分子（MCAM）或細(xì)胞表面糖蛋白MUC18，是一種單鏈的膜貫通性糖蛋白，屬于免疫球蛋白超家族（Igsf）成員，與許多細(xì)胞黏附分子(cell adhesion molecule，CAM)有同源性[1]。
CD146為單拷貝基因，位于人11號(hào)染色體長(zhǎng)臂上，跨越大約14,000bp的染色體區(qū)域，編碼一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為11.3kDa的糖基化蛋白[2]。不同物種（人、小鼠和雞）中CD146基因的外顯子-內(nèi)含子結(jié)構(gòu)相似[3] [4]。mRNA全長(zhǎng)包含16個(gè)外顯子，hCD146的第一個(gè)外顯子編碼區(qū)包括5’UTR端的26bp和超過(guò)三分之一的信號(hào)肽。第一個(gè)可變區(qū)（variable region）和三個(gè)C-2恒定區(qū)由兩個(gè)外顯子編碼。第二個(gè)可變區(qū)由三個(gè)外顯子編碼。第16個(gè)外顯子包含了1kb長(zhǎng)的5’-UTR編碼區(qū)。
如圖1a所示，CD146基因含有三個(gè)poly(A)信號(hào)[5]。hCD146的TATA-和CAAT-box-less核心啟動(dòng)子區(qū)起始于第一個(gè)ATG上游的第505bp氨基酸，富含GC并且包含轉(zhuǎn)錄因子SP1、AP-2和CREB共識(shí)別的幾個(gè)結(jié)合基序[6][7]。由于轉(zhuǎn)錄因子AP-2在胚胎發(fā)育中是至關(guān)重要，而CD146啟動(dòng)子區(qū)域含有多個(gè)AP-2結(jié)合位點(diǎn)，這也暗示CD146在發(fā)育過(guò)程中可能會(huì)通過(guò)AP-2使其轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)。
不同物種間的CD146蛋白序列具有高度的統(tǒng)一性。如圖1a所示，成熟的CD146蛋白包括一個(gè)胞外區(qū)、一個(gè)跨膜區(qū)和胞質(zhì)尾區(qū)3部分。其胞外區(qū)含有特征性的免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域，包括2個(gè)可變區(qū)和3個(gè)恒定區(qū)(V-V-C2-C2-C2)。其胞質(zhì)尾區(qū)含有潛在的蛋白激酶識(shí)別部位，CD146活化后，可通過(guò)其胞質(zhì)區(qū)與p59fyn形成復(fù)合物。p59fyn作為Src家族激酶，促使酪氨酸激酶p125PAK磷酸化并增強(qiáng)其與樁蛋白(paxillon)的聯(lián)系。
Fig. 1. Schematic representation of the exon–intron and promoter structure of the CD146 gene.
2. CD146的功能
前面有提到，C146又被稱(chēng)為MCAM。MCAM通常是作為層黏連單板α4的受體起作用，是血管壁中普遍存在的基質(zhì)分子。也就是所說(shuō)，MCAM可在血管壁組分細(xì)胞中高表達(dá)，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和周細(xì)胞。MCAM作為黏附分子中的一員，通過(guò)與其配體相互作用，介導(dǎo)細(xì)胞間及細(xì)胞與基質(zhì)間的作用是黏附分子的基本功能特征。在CD146結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)介紹，CD146活化后，可通過(guò)其胞質(zhì)區(qū)與p59fyn形成復(fù)合物。活化的p59fyn可進(jìn)一步引起酪氨酸激酶p125PAK磷酸化并與樁蛋白(paxillon)結(jié)合，這也表明CD146可通過(guò)其胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域?qū)?xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行傳導(dǎo)和交流，有助于局部黏連聚集、細(xì)胞骨架重組、維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能。
CD146除了具有黏附分子特性，最近的研究表明CD146在多種細(xì)胞生理過(guò)程中表現(xiàn)活躍，包括發(fā)育、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞遷移、間充質(zhì)干細(xì)胞分化、血管生成和免疫應(yīng)答。其中，目前研究最多的是參與腫瘤的血管形成和轉(zhuǎn)移。腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散轉(zhuǎn)移與其微血管生成和數(shù)量增加密切相關(guān)，無(wú)論是原發(fā)腫瘤還是轉(zhuǎn)移腫瘤在生長(zhǎng)擴(kuò)散過(guò)程中都依賴(lài)血管生成[8]。正常狀態(tài)下，血管生成會(huì)處于平衡狀態(tài)。這種平衡在腫瘤微環(huán)境中會(huì)被打破。目前，CD146調(diào)節(jié)腫瘤血管形成的機(jī)制可能包括激活基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)，該酶可降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)，激活生長(zhǎng)因子，主要是血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)，有利于腫瘤轉(zhuǎn)移和腫瘤血管形成[9]。
3. CD146信號(hào)通路
前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，CD146除了在細(xì)胞-細(xì)胞粘附中起作用外，CD146還參與內(nèi)皮細(xì)胞外信號(hào)向胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)，并參與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重排。這里，我們羅列了幾條與CD146功能相關(guān)的信號(hào)通路。
3.1 CD146/ p125FAK
如圖2所示，CD146通過(guò)其胞內(nèi)區(qū)p59fyn（Src家族激酶）結(jié)合而啟動(dòng)蛋白激酶磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)。活化后的p59fyn會(huì)磷酸化PKC-γ的下游激酶，下游激酶的磷酸化會(huì)觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+釋放。這會(huì)進(jìn)一步活化并誘導(dǎo)P130、Pyk2和樁蛋白的磷酸化及結(jié)合，同時(shí)促進(jìn)p125FAK的活化，這一系列的反應(yīng)會(huì)促進(jìn)肌動(dòng)蛋白的極化作用。這條CD146介導(dǎo)的信號(hào)通路解釋了CD146促進(jìn)正常細(xì)胞運(yùn)動(dòng)并通過(guò)將外部信號(hào)傳遞給下游信號(hào)蛋白進(jìn)行細(xì)胞骨架重塑來(lái)增加腫瘤細(xì)胞侵襲性的機(jī)制[10][11]。
Figure 2. CD146 stimulates p125 (FAK) in human endothelial cells
3.2 CD146/Id-1
細(xì)胞傳導(dǎo)中，CD146可上調(diào)Id-1基因表達(dá)，這一機(jī)制被認(rèn)為是CD146促成黑素瘤轉(zhuǎn)移的潛在機(jī)制。Id-1是包括黑素瘤在內(nèi)的幾種常見(jiàn)惡性腫瘤致癌基因。如圖4所示，過(guò)表達(dá)的CD146可通過(guò)下調(diào)ATF-3來(lái)上調(diào)Id-1，ATF-3是Id-1的轉(zhuǎn)錄抑制因子[12][13]。但有關(guān)于CD146上調(diào)Id-1表達(dá)是存在于所有惡性腫瘤中還是僅限于黑素瘤目前尚不清楚。
Figure3. Expression of Id-1 is regulated by CD146
3.3 CD146/NFκB/P38
目前，已有多項(xiàng)研究報(bào)道CD146是腫瘤血管生成的新靶點(diǎn)。這一結(jié)論引發(fā)了腫瘤研究者們對(duì)CD146誘導(dǎo)血管生成潛在機(jī)制的積極探索。相關(guān)研究表明，在CD146介導(dǎo)的信號(hào)通路中，CD146會(huì)在細(xì)胞表面形成CD146-CD146二聚體。過(guò)表達(dá)的CD146通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Slug來(lái)增強(qiáng)EMT。轉(zhuǎn)錄因子Slug可控制多個(gè)EMT相關(guān)元件（如MMP-9）的轉(zhuǎn)錄[14]。另外，除了作用于Slug，CD146還可以作為VEGF配體的共同受體與VEGFR-2結(jié)合，增強(qiáng)VEGFR / NFκB信號(hào)傳導(dǎo)[15]。這個(gè)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)為CD146在癌癥轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用進(jìn)一步提供了明確的證據(jù)。
Figure4. CD146 actives NF-κB transcriptional factor via activating of P38 kinase
4. CD146與腫瘤
近些年來(lái)，人們對(duì)CD146與腫瘤的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從黑色素瘤逐步擴(kuò)展到了其他癌種，包括前列腺癌、肺癌、乳腺癌和絨毛膜上皮癌等等。
4.1 CD146與黑色素瘤
CD146最初是從人類(lèi)黑素瘤細(xì)胞cDNA文庫(kù)中克隆而來(lái)的。目前已在惡性黑色素瘤中開(kāi)展了多項(xiàng)研究。在黑色素瘤形成過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)錄因子AP-2(activator protein-2)的表達(dá)缺失，致使CD146基因中受AP-2調(diào)控的TATA和CAAT盒失控，G+C過(guò)度克隆，導(dǎo)致CD146過(guò)度表達(dá)。隨著研究的進(jìn)一步深入，研究者們發(fā)現(xiàn)并非所有的惡性黑色素瘤細(xì)胞系都有CD146表達(dá)。大約70％的黑色素瘤表達(dá)CDl46。皮膚黑色素瘤的惡性程度與其病灶的垂直厚度有著直接的關(guān)系。在原發(fā)性腫瘤中，CDl46的表達(dá)隨垂直厚度增加而增加，在大多數(shù)進(jìn)展期或轉(zhuǎn)移的腫瘤中，CD146有較高表達(dá)，但在低轉(zhuǎn)移性淺層腫瘤(厚度<0.75mm)中的表達(dá)率很低。
4.2 CD146與前列腺癌
前列腺癌的發(fā)病率位居世界男性惡性腫瘤之首，其病死率也僅次于肺癌而位居第二。近年來(lái)我國(guó)的前列腺癌的發(fā)病率呈上升趨勢(shì)。Wu等在體外實(shí)驗(yàn)中，用半定量RT-PCR和 Western blot分析測(cè)定出CD146 mRNA及其蛋白在原代培養(yǎng)的前列腺上皮細(xì)胞和正常的前列腺腺體中表達(dá)較少，而在DUl45、PC-3、TSU-PR1 3種前列腺細(xì)胞株和前列腺上皮內(nèi)瘤(PIN)中高表達(dá)。CD146在用4種細(xì)胞株中的表達(dá)與E-鈣粘素和α-連接素的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。利用免疫組織化學(xué)的方法分析表明CDl46在PIN和前列腺癌中高表達(dá)。但CD146的表達(dá)在前列腺癌前病變和前列腺癌上皮中比在正常前列腺組織和良性前列腺增生更顯著。其表達(dá)陽(yáng)性程度與前列腺惡性轉(zhuǎn)化和進(jìn)展有關(guān)[16]。
4.3 CD146與乳腺癌
CD146在乳腺癌中的表達(dá)水平與其他腫瘤不同，已發(fā)表的報(bào)道中有不同觀點(diǎn)。Shih等報(bào)道，正常及良性增生性乳腺導(dǎo)管上皮100％(14/14)表達(dá)CD146，乳腺癌組織僅有17％(12/72)表達(dá)CD146 [17]。乳腺癌中CD146低表達(dá)與黑色素瘤中CD146過(guò)表達(dá)恰恰相反。而在Zabouo等人的報(bào)道中表明，在人乳腺癌中，CD146的表達(dá)增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的侵襲能力，預(yù)示著患者的預(yù)后不良[18]。另外，在不同細(xì)胞類(lèi)型腫瘤及不同獨(dú)立研究中CD146的表達(dá)水平的不一致，這也反映了腫瘤生物學(xué)的總體復(fù)雜性。
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