腫瘤標(biāo)志物CD146
日期：2019-09-29 11:45:04
CD146是一種Ca2+非依賴性細胞黏附分子的膜糖蛋白，該蛋白首次鑒定為腫瘤標(biāo)志物是因為CD146在黑素瘤中高表達，但在對應(yīng)的正常對照組中卻沒有。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、信號通路及相關(guān)腫瘤等方面對CD146進行介紹。希望能給剛進入這個研究領(lǐng)域的小伙伴們一點幫助。
1. CD146的結(jié)構(gòu)
CD146又稱黑色素瘤細胞黏附分子（MCAM）或細胞表面糖蛋白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號染色體長臂上，跨越大約14,000bp的染色體區(qū)域，編碼一個相對分子質(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全長包含16個外顯子，hCD146的第一個外顯子編碼區(qū)包括5’UTR端的26bp和超過三分之一的信號肽。第一個可變區(qū)（variable region）和三個C-2恒定區(qū)由兩個外顯子編碼。第二個可變區(qū)由三個外顯子編碼。第16個外顯子包含了1kb長的5’-UTR編碼區(qū)。
如圖1a所示，CD146基因含有三個poly(A)信號[5]。hCD146的TATA-和CAAT-box-less核心啟動子區(qū)起始于第一個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共識別的幾個結(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啟動子區(qū)域含有多個AP-2結(jié)合位點，這也暗示CD146在發(fā)育過程中可能會通過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蛋白包括一個胞外區(qū)、一個跨膜區(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個可變區(qū)和3個恒定區(qū)(V-V-C2-C2-C2)。其胞質(zhì)尾區(qū)含有潛在的蛋白激酶識別部位，CD146活化后，可通過其胞質(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，MCAM可在血管壁組分細胞中高表達，包括血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和周細胞。MCAM作為黏附分子中的一員，通過與其配體相互作用，介導(dǎo)細胞間及細胞與基質(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，可通過其胞質(zhì)區(qū)與p59fyn形成復(fù)合物?；罨膒59fyn可進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可通過其胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域?qū)毎獾郊毎麅?nèi)的信號進行傳導(dǎo)和交流，有助于局部黏連聚集、細胞骨架重組、維持細胞結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細胞的功能。
CD146除了具有黏附分子特性，最近的研究表明CD146在多種細胞生理過程中表現(xiàn)活躍，包括發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞遷移、間充質(zhì)干細胞分化、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。腫瘤的生長和擴散轉(zhuǎn)移與其微血管生成和數(shù)量增加密切相關(guān)，無論是原發(fā)腫瘤還是轉(zhuǎn)移腫瘤在生長擴散過程中都依賴血管生成[8]。正常狀態(tài)下，血管生成會處于平衡狀態(tài)。這種平衡在腫瘤微環(huán)境中會被打破。目前，CD146調(diào)節(jié)腫瘤血管形成的機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胞外基質(zhì)，激活生長因子，主要是血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)，有利于腫瘤轉(zhuǎn)移和腫瘤血管形成[9]。
3. CD146信號通路
前面已經(jīng)說過，CD146除了在細胞-細胞粘附中起作用外，CD146還參與內(nèi)皮細胞外信號向胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)，并參與肌動蛋白細胞骨架重排。這里，我們羅列了幾條與CD146功能相關(guān)的信號通路。
3.1 CD146/ p125FAK
如圖2所示，CD146通過其胞內(nèi)區(qū)p59fyn（Src家族激酶）結(jié)合而啟動蛋白激酶磷酸化級聯(lián)反應(yīng)。活化后的p59fyn會磷酸化PKC-γ的下游激酶，下游激酶的磷酸化會觸發(fā)細胞內(nèi)的Ca2+釋放。這會進一步活化并誘導(dǎo)P130、Pyk2和樁蛋白的磷酸化及結(jié)合，同時促進p125FAK的活化，這一系列的反應(yīng)會促進肌動蛋白的極化作用。這條CD146介導(dǎo)的信號通路解釋了CD146促進正常細胞運動并通過將外部信號傳遞給下游信號蛋白進行細胞骨架重塑來增加腫瘤細胞侵襲性的機制[10][11]。
Figure 2. CD146 stimulates p125 (FAK) in human endothelial cells
3.2 CD146/Id-1
細胞傳導(dǎo)中，CD146可上調(diào)Id-1基因表達，這一機制被認(rèn)為是CD146促成黑素瘤轉(zhuǎn)移的潛在機制。Id-1是包括黑素瘤在內(nèi)的幾種常見惡性腫瘤致癌基因。如圖4所示，過表達的CD146可通過下調(diào)ATF-3來上調(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，已有多項研究報道CD146是腫瘤血管生成的新靶點。這一結(jié)論引發(fā)了腫瘤研究者們對CD146誘導(dǎo)血管生成潛在機制的積極探索。相關(guān)研究表明，在CD146介導(dǎo)的信號通路中，CD146會在細胞表面形成CD146-CD146二聚體。過表達的CD146通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Slug來增強EMT。轉(zhuǎn)錄因子Slug可控制多個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VEGFR / NFκB信號傳導(dǎo)[15]。這個機制的發(fā)現(xiàn)為CD146在癌癥轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用進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，人們對CD146與腫瘤的認(rèn)識已經(jīng)從黑色素瘤逐步擴展到了其他癌種，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最初是從人類黑素瘤細胞cDNA文庫中克隆而來的。目前已在惡性黑色素瘤中開展了多項研究。在黑色素瘤形成過程中，由于轉(zhuǎn)錄因子AP-2(activator protein-2)的表達缺失，致使CD146基因中受AP-2調(diào)控的TATA和CAAT盒失控，G+C過度克隆，導(dǎo)致CD146過度表達。隨著研究的進一步深入，研究者們發(fā)現(xiàn)并非所有的惡性黑色素瘤細胞系都有CD146表達。大約70％的黑色素瘤表達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的表達隨垂直厚度增加而增加，在大多數(shù)進展期或轉(zhuǎn)移的腫瘤中，CD146有較高表達，但在低轉(zhuǎn)移性淺層腫瘤(厚度<0.75mm)中的表達率很低。
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。近年來我國的前列腺癌的發(fā)病率呈上升趨勢。Wu等在體外實驗中，用半定量RT-PCR和 Western blot分析測定出CD146 mRNA及其蛋白在原代培養(yǎng)的前列腺上皮細胞和正常的前列腺腺體中表達較少，而在DUl45、PC-3、TSU-PR1 3種前列腺細胞株和前列腺上皮內(nèi)瘤(PIN)中高表達。CD146在用4種細胞株中的表達與E-鈣粘素和α-連接素的表達呈負(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。但CD146的表達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。其表達陽性程度與前列腺惡性轉(zhuǎn)化和進展有關(guān)[16]。
4.3 CD146與乳腺癌
CD146在乳腺癌中的表達水平與其他腫瘤不同，已發(fā)表的報道中有不同觀點。Shih等報道，正常及良性增生性乳腺導(dǎo)管上皮100％(14/14)表達CD146，乳腺癌組織僅有17％(12/72)表達CD146 [17]。乳腺癌中CD146低表達與黑色素瘤中CD146過表達恰恰相反。而在Zabouo等人的報道中表明，在人乳腺癌中，CD146的表達增強了乳腺癌細胞的侵襲能力，預(yù)示著患者的預(yù)后不良[18]。另外，在不同細胞類型腫瘤及不同獨立研究中CD146的表達水平的不一致，這也反映了腫瘤生物學(xué)的總體復(fù)雜性。
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