角蛋白與結(jié)直腸癌相關(guān)性研究范文

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《中華腫瘤防治雜志》2015年第二十期

【摘要】

目的總結(jié)角蛋白與結(jié)直腸腫瘤相關(guān)的研究現(xiàn)狀，以及在結(jié)直腸腫瘤診斷、治療及預(yù)后中的作用。方法應(yīng)用PubMed、萬方、維普及CNKI全文數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)，以“角蛋白（Keratin）、結(jié)直腸癌（Colorectalcancer）和腫瘤標(biāo)志物（Tumormarkers）”為關(guān)鍵詞，檢索2010－01－2014－03的相關(guān)文獻(xiàn)，共151篇英文文獻(xiàn)和46篇中文文獻(xiàn)。納入標(biāo)準(zhǔn)：1）角蛋白的生物活性及其生理功能；2）角蛋白的異常表達(dá)對(duì)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的影響；3）結(jié)直腸癌的診斷、治療、轉(zhuǎn)移及其預(yù)后與角蛋白的相關(guān)性。根據(jù)納入標(biāo)準(zhǔn)符合分析的文獻(xiàn)36篇。結(jié)果K7、K8、K18和K20等在結(jié)直癌腸組織中表達(dá)豐富，其表達(dá)變化與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)后密切相關(guān)；K7、K19和K20的表達(dá)及分布異常與結(jié)腸癌的預(yù)后和轉(zhuǎn)移有關(guān)；角蛋白18凋亡切割片段可以用來檢測腫瘤對(duì)治療的反應(yīng)，并成為評(píng)估結(jié)直腸癌患者預(yù)后的指標(biāo)。結(jié)論角蛋白的表達(dá)異常在結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用；角蛋白有望成為結(jié)直腸癌患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷、治療及其預(yù)后監(jiān)測和評(píng)估的腫瘤標(biāo)志物。

【關(guān)鍵詞】

結(jié)直腸腫瘤；角蛋白；腫瘤標(biāo)志物；綜述文獻(xiàn)

中間絲蛋白家族以及微絲（MF）和微管（MT）是構(gòu)成細(xì)胞骨架的重要組成部分，中間絲蛋白組成的細(xì)胞纖維網(wǎng)骨架結(jié)構(gòu)輻射布滿整個(gè)細(xì)胞，被稱為動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)的腳手架［1］。基于氨基酸序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，中間絲（IFs）家族被細(xì)分為5種主要的類型，Ⅰ～Ⅳ型為構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)的中間絲蛋白，而Ⅴ型為核纖層蛋白，參與組成細(xì)胞核骨架［2］。角蛋白是中間絲蛋白家族中最大的成員，包括Ⅰ型（酸性）和Ⅱ型（基本型）兩種蛋白質(zhì)，它們都是由聚合的二聚體組成的。二聚體通過相交錯(cuò)的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域相互作用，能夠在氨基（N）和羧基（C）末端促進(jìn)其產(chǎn)生包含游離球狀結(jié)構(gòu)域的螺旋結(jié)構(gòu)，在角蛋白發(fā)揮生物學(xué)功能中具有重要作用［3］。角蛋白信息的表達(dá)只發(fā)生在特定的上皮細(xì)胞中，具有高度活性，在應(yīng)對(duì)刺激尤其是發(fā)生細(xì)胞應(yīng)激和細(xì)胞凋亡時(shí)，角蛋白會(huì)發(fā)生和有絲分裂過程基因重組一樣的特性，從而參與細(xì)胞中的各種反應(yīng)，對(duì)細(xì)胞應(yīng)激和凋亡產(chǎn)生影響［4］。大多數(shù)角蛋白都會(huì)發(fā)生翻譯后修飾作用，主要包括磷酸化、乙?；?、糖基化、泛素化以及裂解等。目前研究最多的是翻譯后的磷酸化修飾，而且角蛋白的磷酸化修飾與肝臟疾病的進(jìn)展密切相關(guān)［5］。大腸癌與角蛋白的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，一些角蛋白如K7、K8、K18和K20等表達(dá)變化與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)后密切相關(guān)［6－9］。目前認(rèn)為，結(jié)直腸中角蛋白的表達(dá)異常與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，因此深入了解各種角蛋白在結(jié)直腸癌中表達(dá)變化的分子機(jī)制，對(duì)于結(jié)直腸腫瘤的診斷、治療以及預(yù)后的監(jiān)測具有重要意義。

1結(jié)直腸上皮中的角蛋白

角蛋白作為細(xì)胞骨架的重要組成部分，可以在不同的上皮細(xì)胞中表達(dá)。在單層上皮細(xì)胞中表達(dá)的角蛋白稱為單層上皮細(xì)胞角蛋白，包括K7、K8、K18、K19、K20和K23。其中腸道上皮細(xì)胞中表達(dá)豐富的角蛋白主要有K8、K18、K19和K20［10］，而且一些角蛋白在同一組織中還會(huì)出現(xiàn)表達(dá)分布的差異，例如K8在正常結(jié)腸內(nèi)主要在扁平黏膜中表達(dá)，從隱窩軸的頂端向基底部逐漸減少［11］。但是，對(duì)于腸道上皮中其他主要角蛋白的表達(dá)和分布情況，目前鮮見報(bào)道。腸道中的角蛋白還發(fā)揮著除細(xì)胞骨架支撐作用外的其他重要功能。對(duì)結(jié)直腸中3種主要角蛋白K8、K18和K19進(jìn)行網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，角蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過多種方式與有絲分裂原活化蛋白激酶（mito－gen－activatedproteinkinases，MAP）信號(hào)通路和p53通路存在著相互作用［2］；此外，還有研究證明，K8與p38通路也存在著密切聯(lián)系，并且對(duì)Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過程具有重要影響［12］。這充分說明了角蛋白在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和決定細(xì)胞命運(yùn)結(jié)局中具有重要功能。角蛋白區(qū)別于其他細(xì)胞骨架纖維細(xì)絲蛋白，如肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白和微管蛋白的一個(gè)重要特性是，它們可以耐受非變性緩沖液和高濃度離子液，包括氯化物或碘化物在內(nèi)的離子鹽溶液［13］，這對(duì)于嘗試去探究角蛋白在結(jié)直腸中的表達(dá)特性至關(guān)重要。通常導(dǎo)致角蛋白表達(dá)和溶解性改變的因素，主要包括細(xì)胞應(yīng)激、凋亡以及翻譯后修飾等。

2角蛋白的翻譯后修飾

角蛋白除了發(fā)揮單純的細(xì)胞骨架支撐作用以外，主要是通過自身翻譯、修飾之后參與多條細(xì)胞信號(hào)通路，并發(fā)揮其生物學(xué)作用。角蛋白磷酸化與角蛋白的可溶性、纖維重組和細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)有關(guān)［14－16］。對(duì)肝臟疾病的研究中發(fā)現(xiàn)，Ser33和Ser52磷酸化的K18是很多慢性肝損傷的共同表現(xiàn)，在慢性乙型肝炎患者肝組織中，Ser33和Ser52磷酸化隨著肝臟損傷程度的增加其表達(dá)量呈增多的趨勢，據(jù)此推測，K18的磷酸化可能作為一種信號(hào)參與肝細(xì)胞的損傷調(diào)控和凋亡［5］。乙?；饔每赡軙?huì)有助于調(diào)節(jié)蛋白與蛋白之間的相互作用以及角蛋白的穩(wěn)定性，研究報(bào)道，抑制K8Lys－207的乙?；軐?dǎo)致K8位點(diǎn)特異性磷酸化的改變［17］。提示角蛋白的乙?；赡芡ㄟ^調(diào)控磷酸化的改變來調(diào)節(jié)角蛋白纖維細(xì)絲的穩(wěn)定性。Ku等［18］報(bào)道，對(duì)小鼠體內(nèi)過表達(dá)人類K18S30／31／49A而形成未糖基化的突變體－K18－Gly－小鼠和野生型小鼠比較發(fā)現(xiàn)，突變體－K18－Gly－小鼠表現(xiàn)為肝臟和胰腺很容易受到鏈脲菌素的感染和損傷，從而表明K18糖基化在保護(hù)上皮細(xì)胞免受各種因素的損傷中發(fā)揮重要作用。此外，一項(xiàng)體外研究表明，角蛋白泛素化在細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和磷酸酶抑制過程中會(huì)增強(qiáng)［19］；在這項(xiàng)研究中，人類K8基因的突變使得它們的攜帶者更易患肝臟疾病，并呈現(xiàn)出K8高度泛素化和溶解性的降低。表明泛素化對(duì)角蛋白的功能及纖維細(xì)絲溶解性具有一定的影響。除了上述的幾種翻譯后修飾作用外，角蛋白在體內(nèi)還會(huì)通過裂解被調(diào)節(jié)修飾。角蛋白的裂解產(chǎn)物存在于癌癥患者體內(nèi)，它們作為一些新的腫瘤標(biāo)志物（抗原表位）被應(yīng)用，如M30的應(yīng)用［20－21］。

3角蛋白的表達(dá)異常與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制涉及由正常腸上皮到惡性腫瘤逐步發(fā)展的過程，每一步都有分子和基因異常的積累，從而導(dǎo)致腺瘤性息肉向惡性腫瘤的發(fā)展，這些途徑都涉及經(jīng)典的染色體不穩(wěn)定性途徑或者微衛(wèi)星不穩(wěn)定性途徑［22］。角蛋白在結(jié)直腸組織中表達(dá)豐富，其功能改變和表達(dá)異常與結(jié)直腸疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。在結(jié)腸組織中，不同的角蛋白表達(dá)形式各異，而無論哪種形式的表達(dá)異常都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生理狀態(tài)的改變，甚至發(fā)生癌變［2］。對(duì)胃腸道印戎細(xì)胞癌（SRCC）中角蛋白表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸印戎細(xì)胞癌中存在某些角蛋白的表達(dá)缺失，往往表現(xiàn)為K7－／K20＋、K7－／K19＋和K7－／K20－［6］。表明腸道細(xì)胞中角蛋白的異常表達(dá)可能是結(jié)直腸發(fā)生病變的重要機(jī)制。Imai等［7］研究發(fā)現(xiàn)，K20的表達(dá)與低分化腺癌組織浸潤性密切相關(guān)，而且是結(jié)直腸低分化腺癌的一個(gè)獨(dú)立預(yù)后因素，對(duì)評(píng)估腫瘤的預(yù)后具有重要意義。Yamagishi等［8］對(duì)各種結(jié)直腸腺癌中K7和K20的表達(dá)情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在高－中分化腺癌、黏液腺癌和印戎細(xì)胞癌中角蛋白均呈K7－／K20＋模式，在未分化腺癌中呈現(xiàn)K7－／K20－模式，但在低分化腺癌中則呈現(xiàn)多樣性。生存分析表明，在低分化腺癌中K20的不表達(dá)或低表達(dá)與患者預(yù)后密切相關(guān)。同時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，K8缺陷的小鼠與野生型小鼠相比，結(jié)腸表現(xiàn)為抗細(xì)胞凋亡［9］。說明角蛋白的表達(dá)變化在人體內(nèi)具有重要的作用，而且對(duì)結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)后有重要影響。目前，還沒有直接證據(jù)表明角蛋白的表達(dá)異常是結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展一種機(jī)制。但角蛋白與結(jié)直腸腫瘤的相關(guān)性研究結(jié)果提示，或許可以通過基因誘導(dǎo)調(diào)節(jié)早期結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞內(nèi)某些角蛋白的表達(dá)特性，來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡抑制腫瘤的發(fā)展甚至治愈腫瘤，這需要進(jìn)一步研究。

4角蛋白對(duì)患者治療監(jiān)測及預(yù)后評(píng)估

角蛋白和其他中間絲蛋白都具有一個(gè)重要特征，即使是在細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴±頎顟B(tài)，包括正常細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化后，它們依然保持相對(duì)穩(wěn)定性。角蛋白作為細(xì)胞骨架蛋白，是細(xì)胞凋亡蛋白水解酶caspase的作用底物之一，在腫瘤治療過程中對(duì)血清細(xì)胞角蛋白片段水平進(jìn)行血清學(xué)檢測，可觀察時(shí)相性角蛋白片段的變化規(guī)律，用于評(píng)價(jià)治療效果［23］。所以角蛋白可以作為腫瘤標(biāo)志物，對(duì)監(jiān)測腫瘤對(duì)治療后的反應(yīng)和患者預(yù)后的評(píng)估都具有較高的價(jià)值。

4．1角蛋白8在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，K8的去磷酸化與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)［24］。在這項(xiàng)研究中，K8作為肝再生磷酸酶－3的生理作用基礎(chǔ)，在包括散發(fā)性結(jié)直腸癌在內(nèi)的多種大腸腫瘤的遷移和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要的作用。結(jié)直腸癌細(xì)胞在轉(zhuǎn)移和侵犯其他組織器官之前，表現(xiàn)為PRL－3的表達(dá)增高，并伴隨K8磷酸化的減少或缺失，表明K8的去磷酸化會(huì)增加腫瘤的侵襲性。提示或許可以通過測定K8的磷酸化水平對(duì)腫瘤進(jìn)行定性判斷，從而可以間接評(píng)估患者的預(yù)后，同時(shí)是否可以通過提高K8的磷酸化水平來抑制大腸癌的轉(zhuǎn)移，還尚不清楚。

4．2角蛋白18循環(huán)腫瘤細(xì)胞中K18裂解片段M30的新表位，已經(jīng)用來研究上皮癌患者外周血中活細(xì)胞和凋亡細(xì)胞的比例［25］。在這項(xiàng)研究中，循環(huán)腫瘤細(xì)胞中M30陰、陽性平衡的改變，可能提示腫瘤活動(dòng)性的大小，這為結(jié)直腸腫瘤患者對(duì)治療后的反應(yīng)及其預(yù)后提供另一種評(píng)估與監(jiān)測方法。上皮細(xì)胞惡變時(shí)，蛋白酶加速降解角蛋白，使得大量細(xì)胞角蛋白18片段被釋放，造成外周血中角蛋白18片段濃度升高，因此細(xì)胞角蛋白從腫瘤細(xì)胞中釋放，為臨床提供了腫瘤病情監(jiān)測的重要血清標(biāo)志物。王永斌等［26］研究發(fā)現(xiàn)，直腸癌患者血清角蛋白18片段水平顯著高于正常對(duì)照組，同時(shí)靈敏度為53．42％，特異度為92．64％，準(zhǔn)確性為86．33％。因此，血清K18的檢測有較高臨床診斷價(jià)值，或許可以作為監(jiān)測腫瘤對(duì)治療的反應(yīng)以及評(píng)估患者預(yù)后的一種標(biāo)志物。

4．3角蛋白19銀新等［27］選取經(jīng)手術(shù)后病理確診的68例結(jié)直腸癌患者，應(yīng)用化學(xué)發(fā)光免疫分析方法檢測第1個(gè)周期化療前后細(xì)胞角蛋白19片段的含量，并結(jié)合化療前后血清CEA、CA19－9的含量，以及隨訪的影像學(xué)檢查結(jié)果，客觀評(píng)價(jià)聯(lián)合標(biāo)志物檢測與腫瘤復(fù)發(fā)和化療效果的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明，K19、CEA和CA19－9聯(lián)合檢測能比較準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)直腸癌術(shù)后復(fù)發(fā)，而且化療初期K19規(guī)律性變化特征與效果之間有直接關(guān)聯(lián)性，可作為預(yù)測療效的指標(biāo)，具有重要的臨床價(jià)值。國外也有研究報(bào)道，K19對(duì)結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷和監(jiān)測具有較高的臨床診斷價(jià)值［28］。對(duì)糞便中細(xì)胞角蛋白19表達(dá)與人類結(jié)直腸癌患者年齡和轉(zhuǎn)移的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者糞便K19的平均表達(dá)水平明顯高于正常人，而且糞便中K19表達(dá)與血清癌胚抗原或CA19－9聯(lián)合，能預(yù)測老年結(jié)直腸癌患者的整體生存率［29］。說明K19對(duì)結(jié)直腸癌治療效果和患者預(yù)后的監(jiān)測評(píng)估都有潛在的重要價(jià)值。

4．4角蛋白7Bayrak等［30］對(duì)結(jié)腸腺癌標(biāo)本中K7和K20的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，角蛋白的表達(dá)異常，形式多樣，其中K7－／K20＋所占的比例最大，K7＋／K20＋僅占15．3％；K20的陽性率，在低位癌中比高位癌中要高，直腸和乙狀結(jié)腸癌比近端結(jié)腸癌高。另外，Harbaum等［31］分別檢測了大腸癌患者的原發(fā)腫瘤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移組織中K7和K20的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移組織和淋巴結(jié)中K7和K20的表達(dá)與原發(fā)腫瘤具有高度的一致性。說明可以通過檢測大腸癌患者淋巴結(jié)中K7和K20的表達(dá)情況判斷是否發(fā)生了轉(zhuǎn)移，為大腸癌的轉(zhuǎn)移提供一種監(jiān)測手段，同時(shí)也為轉(zhuǎn)移性大腸癌對(duì)治療后的反應(yīng)提供一種標(biāo)志。當(dāng)某種腫瘤組織或細(xì)胞中角蛋白表達(dá)出現(xiàn)K7－／K20＋的模式時(shí)，可以判斷這種腫瘤可能是來自大腸癌的轉(zhuǎn)移。

4．5角蛋白20孫帥等［32］對(duì)結(jié)直腸癌患者切除的淋巴結(jié)標(biāo)本研究分析，以K20抗體免疫組織化學(xué)染色方法檢測淋巴結(jié)微轉(zhuǎn)移，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織和淋巴結(jié)中K20表達(dá)均為陽性，說明K20是結(jié)直腸癌患者血液中反映微轉(zhuǎn)移較為特異的腫瘤標(biāo)志物。此外，患者外周血中K20mRNA可以作為結(jié)直腸癌微轉(zhuǎn)移檢測的敏感指標(biāo)，通過手術(shù)前的單次化療K20mRNA已出現(xiàn)顯著性的下降，手術(shù)前的單次化療可以有效的降低患者外周血以及回流入門靜脈血中微轉(zhuǎn)移的程度［33］。結(jié)直腸癌患者血清中K20mRNA表達(dá)與腫瘤的分期、浸潤和轉(zhuǎn)移有關(guān)［34］；K20的過表達(dá)與患者預(yù)后不良和生存率下降密切相關(guān)［35］。K20上皮組織特異性和分布特點(diǎn)使其成為檢測結(jié)直腸癌微轉(zhuǎn)移良好的標(biāo)志物，可以作為結(jié)直腸癌患者外周血、骨髓以及淋巴結(jié)中癌細(xì)胞存在的標(biāo)志物。在與結(jié)直腸癌臨床分期的相關(guān)性上，K20作為監(jiān)測循環(huán)結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞的標(biāo)志或許有一定的預(yù)后價(jià)值［35－36］。

5結(jié)語

角蛋白作為中間絲蛋白家族的關(guān)鍵組成成分，是構(gòu)成細(xì)胞骨架的重要成分，在維持上皮細(xì)胞完整性以及細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)上均有顯著的作用。在上皮細(xì)胞健康和疾病的不同狀態(tài)下，角蛋白的表達(dá)呈現(xiàn)多樣性。角蛋白通過翻譯后修飾對(duì)各種外界刺激做出相應(yīng)的反應(yīng)，同時(shí)也通過此作用參與多條細(xì)胞信號(hào)通路并發(fā)揮其生物學(xué)活性。雖然近幾年來對(duì)角蛋白與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)性的研究越來越深入，但角蛋白的表達(dá)特性及其在人類疾病中的作用還處于一個(gè)早期的階段。在結(jié)直腸癌中，一些角蛋白已作為腫瘤標(biāo)志物診斷結(jié)直腸癌及評(píng)估患者的預(yù)后，例如患者血清中半胱天冬酶裂解的K18片段（M30）已作為癌癥負(fù)荷的指標(biāo)，用于評(píng)估患者對(duì)治療后的反應(yīng)。深入研究它們在不同的疾病下表達(dá)變化的機(jī)制，并用以達(dá)到作為臨床診斷和治療的目標(biāo)，具有重要的臨床價(jià)值。

作者：閆曉東 郭洪亮 單位：山東省腫瘤醫(yī)院外科四病區(qū) 濟(jì)南大學(xué)·山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院