在胚胎发育及肿瘤发生转移过程中EMT的生物学作用

在胚胎发育及肿瘤发生转移过程中EMT的生物学作用

学号：2120111423

姓名：宋少堂

在胚胎发育及肿瘤发生转移过程中EMT的生物学作用

摘要

上皮细胞间质转换(epithelial—mesenchymal transitions，EMT)是一种基本的生理病理现象，参与胚胎发育、组织重建和肿瘤进展，上皮细胞表型的缺失及问质特性的获得是其主要特征。EMT最早发现于发育生物学，Garry Greenburg与Elisabeth Hay经细胞实验证明上皮细胞会暂时丧失他们的细胞极性，并且表现出具有移行能力的间质细胞特征，正式提出EMT的概念。它不仅存在于多细胞生物的胚胎发生过程中，同时也存在于多种慢性疾病(如肾纤维化)的发病以及肿瘤的发展过程。它以上皮细胞极性的丧失及其间质特性(成纤维细胞样的外形，波形纤维蛋白、Snail、骨桥蛋白基因的表达)的获得为主要特征，并且与肿瘤细胞的原位侵袭和远隔转移有着密切的关系。

关键词胚胎发育肿瘤的发生与转移 EMT

按照发育生物学观点，个体所有的细胞和结构都是由受精卵在基因调控下按特定时空顺序发育而来的。然而，存在于生物体内的肿瘤是非正常的生物体结构，有史以来极大地威胁着生物体的健康和生命。发育生物学家认为，肿瘤是一种特殊的生命现象，也是一种特殊的疾病，肿瘤是个体发育中自然选择的产物，只不过这种自然选择的结果不利于人体的正常发育和健康[1].EMT是胚胎发育的过程中必需的生理机制，同时在肿瘤的演进中发挥了关键的作用。本文就EMT的现象及分子机制以及在发育中的研究现状和在肿瘤的发生、发展的关系及表达情况做一些概括性的介绍，旨在从另外一个角度---发育生物学的角度来看待肿瘤的发生并寻找一些新的对抗肿瘤的思路。

1.EMT的概念

多细胞动物由两种形态和功能均不相同的细胞组成，即上皮细胞和间充质细

胞。上皮细胞是粘连细胞，它们通过细胞与细胞间的粘连复合体紧密连接形成连贯的细胞层。上皮细胞呈现顶-基地极性，这一特性使它们可以定位于基底膜，由基底膜将上皮细胞与其它组织分开。相反，间充质细胞没有极性，并且缺乏细胞细胞间的连接，所以，它们可以在细胞外基质间独立移动。上皮细胞和间充质细胞两种细胞表型并不是不可逆转的，在胚胎发育过程中，细胞可以在上皮细胞和间充质细胞两种状态间转换[2]。上皮细胞间质转换及间充质细胞上皮转换，这两个概念是由Elizabeth Hay在40年前首次提出的。他利用一个鸡原肠胚模型，提出观点：上皮细胞可以经过表性改变转化为间充质细胞，相反，间充质细胞也可以恢复成上皮细胞。EMT这一进程是早期脊椎动物胚胎发育中胚层形成和细胞迁移的基础。EMT的过程可以分为几个自发发生的步骤[3]，首先，上皮细胞发生变化，能够接受EMT诱导信号的刺激；其次，这些刺激信号促使上皮细胞的细胞间紧密连接复合体分裂并使其丧失顶-基地极性；此外，细胞骨架的改变是细胞可以独立迁移的关键因素。同时，蛋白酶激活降解基底膜允许细胞侵入。最后，在EMT的过程中，细胞获得迁移和侵袭的能力使它们能够穿越细胞外基质。

2.EMT的生物学标志

许多不同的生物学标记被用来阐明EMT的发生。这里我们列举出其中的一部分，它们有的在EMT的过程中表达增加有的降低。

2.1细胞表面标志

钙连接素(cadhefrins) 钙连接素是一种跨膜糖蛋白，主要参与细胞间的连接，分为E-cadherins，P-cadherins和N-cadherins三种，而E-cadherins是其中影响肿瘤侵袭转移较重要的一种，同时，也是EMT的关键分子[4]。具有侵袭性的肿瘤细胞重新表达E-cadherin可以逆转肿瘤细胞的侵袭性。维持稳定的细胞连接需要E-cadherin，抗E-cadherin抗体可以破坏细胞间连接，从而诱发EMT。

E-cadherin可与β-连环素(β-catenin)和α-环素( α-atenin)结合，形成E-cadherin-β-连环素复合体，其与肌动蛋白细胞骨架的正确连接对于细胞间粘附的稳定相当重要。E-cad的表达下调或抑制可以开启EMT，并导致肿瘤的浸润及转移。E-cad的表达与肿瘤的侵袭能力呈负相关。除了E-cad表达的丧失，EMT 过程中还可伴有其他钙连接素的生成。另一种钙黏蛋白，N-钙黏蛋白(N-cad)在EMT发生后表达增加[5]。与E-cad的作用相反，在间质型细胞中，N-cad具有促进肿瘤细胞运动和转移的作用，而且其介导肿瘤细胞的侵袭作用可超过E-cad介导细胞间的黏附作用。因此，Cavallaro等提出cadherin-switch学说。即上皮细胞发生间质细胞表型转化时，伴随E-cad的丢失和N-cad的表达，该学说有力支持了恶性肿瘤是由良性肿瘤进一步发展而来的观点。

2.2 细胞骨架标志

FSP1是Ca2+结合S100蛋白家族的成员之一，它是检测EMT的一个典型的成纤维细胞的标志。在肿瘤模型中，转移性的细胞多为FSP1表达阳性[6]。异位表达FSP1也可以促进EMT进程。但FSP1作为EMT的生物标志存在局限性，不适用与原始间充质细胞的形成[7]。

另外一个反向的指标是中间丝状体Vimentin，Vimentin的表达水平与肿瘤的侵袭和转移能力正相关，可以作为肿瘤细胞的生物指标。

α-SMA是actin家族成员之一，在乳腺癌中已证实其与乳腺癌细胞发生密切相关[8]。

β-Catenin是在EMT中发挥着双重作用[9,10]：一方面，它连接钙粘连到细胞骨架，另一方面，它与(TCF)/LEF共同形成转录因子复合体。β-Catenin的活性调节主要是通过不同的机制调控其在胞浆中的水平来实现的。β-catenin/TCF/LEF复合体可以直接调控EMT相关基因表达[11]。在正常上皮细胞和非侵袭肿瘤细胞，β-catenin定位于细胞膜，而在细胞发生EMT后，β-catenin定位于细胞浆或细胞核。

2.3. 细胞外蛋白

Fibronectin是一种高分子糖蛋白作为细胞连接纤维性细胞外基质的脚架[12]。在EMT过程中它表达上调。原始基底膜的主要组分之一IV型胶原，层粘连蛋白，巢蛋白和硫酸盐蛋白聚糖均在EMT过程中下调，其中，层粘连蛋白是EMT最为确认的生物标记[13]。