Nodal 蛋白与恶性肿瘤的研究进展

Nodal 蛋白与恶性肿瘤的研究进展
朱宗恒;黄英;朱小鹏;张先觉
【摘要】恶性肿瘤发病率及死亡率在逐年升高。

研究发现血管生成在促进恶性肿瘤发展中起着重要作用，而细胞因子Nodal又可以促进肿瘤血管生成。

通过Nodal促进肿瘤血管生成的研究为降低恶性肿瘤复发率及转移率，提高患者生存率具有治疗意义。

探讨血管生成在恶性肿瘤形成发展中的重要性和胚胎成形素Nodal在恶性肿瘤血管生成中信号通路。

【期刊名称】《长江大学学报（自科版）医学卷》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】4页(P110-113)
【关键词】恶性肿瘤;Nodal蛋白;恶性肿瘤血管生成
【作者】朱宗恒;黄英;朱小鹏;张先觉
【作者单位】长江大学医学院，湖北荆州434023;黄石市爱康医院麻醉科，湖北黄石435000;长江大学医学院，湖北荆州434023;长江大学荆州临床医学院荆州市中心医院泌尿外科，湖北荆州434020
【正文语种】中文
【中图分类】R730.2
随着人口老龄化及传染性疾病的有效控制，恶性肿瘤对人类健康的危害日益突出，并有逐年升高的趋势。

据世界卫生组织预计2020年新发恶性肿瘤病例数将达
1500万，现患病例超过3000万，死亡病例超过1000万，恶性肿瘤将成为全球
危害最大的疾病［1］。

目前大多恶性肿瘤的治疗以手术治疗为主，辅以放化疗，但复发率较高，5年生存率较低［2－3］。

如何寻找更有效的生物医学治疗途径
降低恶性肿瘤复发率和转移率、提高患者生存率，已成为亟待解决的国际难题。

肿瘤血管的新生化程度可以反映肿瘤恶性程度、浸润性及预后［4］。

国内外学者已证实多种恶性肿瘤中存在胚胎形成素Nodal蛋白的表达，并可能通过一系列信
号通路促进肿瘤血管的生成。

因此关于Nodal蛋白和肿瘤血管生成特点的研究尤
为重要。

近年来关于抗肿瘤血管治疗的研究还处于初步阶段，国内外很少有关于通过生物学方法影响Nodal蛋白的表达从而影响肿瘤血管的生成的文献报道。

1 Nodal蛋白与恶性肿瘤的相关性
肿瘤干细胞理论则认为肿瘤是一种干细胞疾病，很多细胞因子不仅调控胚胎干细胞分化，同样也调节肿瘤的生长发育［5］。

其中胚胎成形素Nodal是转化生长因子（TGF-β）β超家族成员，不仅可以调控胚胎干细胞的生长和分化［6］，还可以
调节肿瘤细胞的可塑性及恶性肿瘤细胞的侵袭性［7］，维持胚胎干细胞及恶性肿瘤细胞的分化多潜能性。

最近研究发现Nodal还可以促进肿瘤细胞的表型去分化，如黑色素瘤、神经胶质瘤、前列腺癌等，并增加癌细胞的侵袭性及致瘤性。

β超家族成员Nodal仅表达于肿瘤细胞、胚胎组织和人类胚胎干细胞中。

目前已
发现多种肿瘤细胞的细胞株中存在Nodal的表达如转移性黑色素瘤、乳腺癌、睾
丸癌的移植瘤、神经胶质瘤、胃腺癌、膀胱肿瘤、前列腺癌等［8－9］。

并且Nodal在多种恶性肿瘤中表达上调，因此可能与肿瘤的发生发展密切相关。

YuL等［10］和StrizziL等［11］通过实验发现Nodal仅在转移性黑素瘤中高表达，伴随其浸润生长及恶性程度的升高，Nodal表达随之升高。

Nodal蛋白表达
水平与转移性黑色素瘤发展可能呈正相关。

后来周惠俊等［12］在采用免疫组化
等检测方法对50例胃癌患者标本检测发现，Nodal蛋白对胃癌的转移起促进作用。

李又空等［13］通过免疫组化等检测方法证实：正常膀胱组织中均未检测到Nodal蛋白，而17例膀胱癌组织中均存在Nodal蛋白的表达。

且随着临床分期及病理分级的增高，Nodal蛋白的表达均逐步增强。

采用统计学进一步分析发现Nodal蛋白表达与肿瘤组织的恶性程度存在相关性，且呈正相关。

近来Strizzi等［14］研究表明Nodal与乳腺癌的转移密切相关，通过Nodal抑制剂的实验表明，Nodal抑制剂可抑制癌细胞增殖和促进细胞凋亡。

Nodal可能会成为乳腺癌靶向治疗的新靶点。

2 Nodal蛋白促进恶性肿瘤发展的信号通路
TGF-β/Smads信号途径不仅调节脊髓动物胚胎发育而且对肿瘤干细胞的调控同样起重要作用［2］。

在晚期恶性肿瘤中促进肿瘤细胞的生长［15］。

通过激活Smads-2/3来促进肿瘤细胞的生长。

其次也可通过不依赖Smads信号通路的非经典路径：Nodal及相关配体结合ALK4/7s（TGF-β1的I型蛋白受体）和ActRIIB（Ⅱ型蛋白受体），引起蛋白Smad2/3的磷酸化，其使I型蛋白受体激活，同时激活的Smad2/3蛋白与Smad4蛋白结合形成受体复合物，转导信号进入细胞核后，Smad4蛋白与特定转录因子如FoxH1等配体相互作用而调控下游基因，最终发挥其生理作用调节Nodal基因的表达［16－17］。

3 Nodal对肿瘤血管生成的促进作用
肿瘤血管的生成可分为三个阶段：肿瘤细胞相关性血管、马赛克血管、内皮依赖性血管。

肿瘤在体积小于2mm时是无血管的缓慢生长期，多种诱发因素刺激肿瘤细胞活化并分泌多种血管生成刺激因子，活化内皮细胞和金属蛋白酶，导致基底膜及周围的细胞外基质降解，引起内皮细胞的变形迁移、增生形成新生血管芽，最后血管芽彼此吻合形成新生血管。

MVD（微血管密度）为最密集肿瘤部位微小血管的平均计数，是肿瘤血管生成程度的标志。

研究发现MVD随着肿瘤TNM分期的增加，MVD值相应升高。

通过
计数发现肿瘤中心位置微血管数量明显低于边缘部位，证明了微血管与肿瘤发生发展转移及分级分期关系密切。

Maniotis［3］对侵袭性人葡萄膜黑色素瘤微循环的研究中发现网状结构内有血流通过，由此所形成的环袢状血管样管道被称为血管生成拟态（vasculogenic mimicry，VM）。

肿瘤细胞相关性血管即血管生成拟态是肿瘤早期主要的血液供应来源［18］。

VM的提出是对肿瘤血管生成理论的重要补充。

通过血管生成拟态现象表明细胞分化存在可塑性，而发育中的胚胎干细胞可以分化形成肿瘤细胞，所以细胞可塑性调节因子Nodal，其表达水平降低将影响肿瘤细胞的可塑性，抑制血管生成拟态的形成［19］。

Josephine等［20］通过原位杂交试验发现裸鼠移植瘤中可见网络状结构（VM）的表达，同时Nodal也存在高表达，非肿瘤区域不表达，表明Nodal与VM形成存在相关性。

Strizzi L等［21］实验证实抑制Nodal表达将影响黑色素瘤网络状结构（VM）的形成、导致细胞程序性凋亡，从而影响肿瘤的形成。

不同生长微环境［22］将影响黑色素瘤细胞的恶性表型转化，在缺氧环境中，黑色素瘤细胞能够通过HIF-la上调VEGF、MMP-9及MMP-2等蛋白表达，此时肿瘤细胞更富有侵袭性，同时促进肿瘤血管生成拟态的形成。

有研究［23］发现，Nodal与乳腺癌VM的形成呈正相关，Nodal表达下调能够抑制乳腺癌VM的形成，进而抑制肿瘤形成。

随后的研究中均证实VM存在于双分化肿瘤、肝癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌中，VM的存在与肿瘤的发生、发展、转移、临床分期等密切相关，因此Nodal可促进肿瘤血管生成拟态的形成。

陈启斌等［24］通过RNA干扰技术干扰人Nodal的表达，在肝癌细胞中发现人Nodal基因被干扰后表达沉默，可显著影响肝癌细胞的生长侵袭能力，促进其凋亡，影响肿瘤血管生成拟态的形成。

表明沉默Nodal的表达可以阻止肿瘤血管形成和肿瘤的生长、浸润，从而减缓恶性肿瘤的发生及发展。

4 Nodal蛋白在肿瘤血管生成中的信号通路
Dueng-YuanHueng对63例星形神经胶质瘤病例切片采用免疫组化、ELISA等方法对Nodal蛋白染色，18例胶质母细胞瘤（WHO分级Ⅳ），24例间变星形胶质细胞瘤（Ⅲ），14例星形胶质细胞瘤（Ⅱ），2例癫痫患者对照标本（Ⅰ）［25］。

分析人类U87MG胶质瘤细胞，敲除内源性的Nodal（通过RNA干扰技术）会减少VEGF的分泌及肿瘤血管的形成，影响肿瘤的发展。

在田鼠体内实验中U87MG/shNodal细胞中Nodal被耗竭的情况下将严重抑制神经胶质瘤的增长并延长其生存期限。

上述实验表明抑制Nodal蛋白表达可以抑制神经胶质瘤血管的生长。

进一步实验采用Nodal抑制剂（SB431524），在U87MG，
GBM8401和GBM神经胶质瘤细胞中沉默或超表达Nodal，发现Nodal可能通过ERK1/2—HIF-1α信号路径调节VEGF的表达，影响肿瘤血管的生成。

以上实验数据显示，在神经胶质瘤细胞中Nodal表达水平的升高可以诱导VEGF 的分泌，进而引起肿瘤的生长和新生血管形成。

这与Nodal通过ERK1/2-HIF-
1α-VEGF信号路径调节肿瘤血管生成相一致。

Paulis等［26］研究发现，Nodal蛋白的表达参与黑色素瘤血管生成的形成及肿瘤发展过程中。

快速增长的早期黑色素瘤组织需要更多的血液供应，并引起组织缺氧，进而刺激HIF1-a的表达，其活化血管内皮生长因子（VEGF），进而诱导VM网络状结构的形成。

与此同时，HIF-a信号进入细胞内Notch所在区域，其被活化后，导致Notch成分转移至细胞核，并活化转录Nodal。

接着Nodal以分泌方式在黑色素瘤细胞中得以表达。

黑色素瘤细胞信号相互作用以Nodal自分泌的方式得以继续。

维持着黑色素瘤可以处于一种继续引起内皮细胞分化和VM 形成的循环模式。

其中Nodal/Notch通路是VM的形成中的重要途径。

转移性乳腺癌组织中Nodal蛋白与微血管密度（MVD）存在相关性［27］。

在体内它促进血管聚集，进一步观察发现Nodal促进内皮细胞形成管状血管网状结构即血管生成拟态的形成，并调节VEGF在乳腺癌细胞中的表达。

另有研究表明
ShRNA可以发现Nodal可以定向作用于目标肿瘤，导致肿瘤血管密度的降低和诱导肿瘤组织坏死［28］。

Nodal信号途径的调节是通过细胞外的EGF-CFC因子来完成的［29］。

无论关于神经胶质瘤血管生成中的Nodal/VEGF/血管生成信号途径还是黑色素瘤血管生成拟态中的Nodal/VEGF/VM信号途径，在血管生成过程中VEGF均参与了肿瘤血管生成的过程，且非常关键。

这与VEGF已证实是肿瘤血管生成中作用最明显、特异性最高的因子，其可以调控肿瘤血管生成的各个环节的理论相一致。

Nodal 在神经胶质和恶性黑色素瘤、转移性乳腺癌中均通过一系列信号通路促进VEGF 的分泌，进而促进肿瘤血管生成。

综上所述，Nodal蛋白促进恶性肿瘤血管生成，进而促进恶性肿瘤发生及发展。

5 展望
目前很少有关于Nodal蛋白促进恶性肿瘤血管生成的相关性研究。

在今后的研究中，我们希望进一步探讨Nodal蛋白通过何种机制促进VEGF分泌进而促进恶性肿瘤血管生成，明确中间关键因子VEGF在Nodal蛋白促进恶性肿瘤血管生成中是否为必要条件，为抗恶性肿瘤血管生成治疗提供新的方向，降低恶性肿瘤的复发率和转移率，提高患者生存率。

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［编辑］一凡。