E-钙粘附素的研究进展

【摘要】  E-钙粘附素(E-Cadherin，E-cad)是粘附分子中钙离子依赖的细胞粘附素家族(Ca2+-dependent cell adhesion molecule family)中的一员，对维持正常上皮细胞形态和结构完整性起着重要作用。本文就E-cad的结构、功能、调控等方面作一综述。

【关键词】  E-钙粘附素; 上皮钙粘附素; 上皮钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体; 甲基化

Study of E-Cadherin∥CUI Yin-jiang,LI Shao-hua.Orthopedic Department,the 10th Hospital of Tongji University,Shanghai 200072, China

　　Abstract:E-Cadherin is one of the Ca2+-dependent cell adhesion molecule family. It plays an important role in maintaining the normal morphology and structural integrity of epithelial cells. This review aims to clarify the structure, function and regulation etc.of E-Cadherin.

　　Key words：E-cadherin; E-calherin/B-catenin complex; methylation

　　目前，关于粘附分子的研究非常热门。粘附分子(adhesion molecules， AM)是指由细胞产生、存在于细胞表面、介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子，大多为糖蛋白，少数为糖脂，分布于细胞表面或是细胞外基质(extracellular matrix，ECM)中。粘附分子参与细胞的信号转导与活化、细胞的伸展和移动、细胞的生长和分化、炎症、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈合等重要生理和病理过程。目前按照粘附分子的结构特点可以将其分成4类：①粘合素家族(integrin family)的粘附分子;②免疫球蛋白超家族(immunoglobulin superfamily，IGSF)的粘附分子;③选择素家族(selectin family)的粘附分子;④钙离子依赖的细胞粘附素家族(Ca2+-dependent cell adhesion molecule family)的粘附分子或称Cadherin[1]。 本文重点对第4类中的E-钙粘附素(E-Cadherin，E-cad)，又称为上皮粘附素的最新研究进展作一综述。

　　1 E-钙粘附素(E-Cadherin，E-cad)的结构

　　E-cad是一类主要介导细胞间同质粘附的钙依赖性跨膜糖蛋白，是细胞粘附分子中的一种。E-cad分为10余种亚型，包括上皮、神经和胎盘钙粘附素。人类的E-cad编码基因定位于16号染色体q22.1附近，由723～748个氨基酸组成，包括N端胞外区、高度疏水的跨膜区及C端胞内区。N端是Ca2+的结合位点，对Ca2+有高度敏感性，与其特异性结合而发挥粘附功能;胞内区通过连接蛋白(catenins)与微丝、中间丝、肌动蛋白相连接，形成复合体，使E-cad被锚定于细胞骨架上，与相邻细胞形成稳定连接[2]。

　　2 E-钙粘附素(E-Cadherin，E-cad)的功能

　　E-cad主要存在于人和动物的上皮细胞，是一类介导细胞之间相互粘附的钙依赖性跨膜蛋白，参与形成和维护正常细胞间的连接。由于E-cad是上皮细胞中的粘附分子，故对维持正常上皮细胞形态和结构完整性起着重要作用，阳性表达有抑制肿瘤转移的功能。当E-cad表达下降或缺失，细胞间的相互粘附力下降，造成细胞容易分散而向外周浸润性生长，一旦获得转移的必要条件，就可脱离原发灶而发生侵袭和转移[3]。E-cad还能抑制肿瘤细胞和宿主细胞产生基质金属蛋白酶(MMPs)[4]，阻止肿瘤细胞周围基质和基底膜中的各种蛋白成分的降解，从而抑制肿瘤细胞突破基质和基底膜屏障。研究还发现E-cad通过介导表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)对磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-Kinase，PI3K)-Akt(一种重要的肿瘤相关蛋白)的激活而对肿瘤细胞的增殖产生作用[5]。近年来通过在乳腺癌、甲状腺乳头状癌、膀胱癌、前列腺癌、大肠癌及鼻咽癌等肿瘤的研究中证实，E-cad表达降低与癌的分化、侵袭和转移有显著的相关性[6]。

　　2.1 E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体的结构

　　关于E-cad功能的体现，目前研究最多也比较透彻的就是E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体的研究。E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体是以E-钙粘附素(E-cad)为粘着受体，与质膜内面的粘着因子α、β、γ连环素(catenin，cat)及P120 ctn结合形成，通过介导细胞粘附和信号转导，参与调节组织发生和形态分化，在维持正常上皮的极性和完整性中起重要作用。连环素(cat)是一组具有相似结构的胞内糖蛋白家族，分为4大类，即α-cat、β-cat、γ-cat和P120 ctn。α-cat本身并不与E-cad直接结合，而是通过一端与结合在E-cad上的γ-cat与β-cat形成复合体，另一端与肌动蛋白细胞骨架结合，将由E-cad传送进来的信号转导到细胞骨架上从而发挥作用，α-cat对E-cad介导的细胞粘附功能是必需的。而β-cat通过介导α-cat和E-cad的相互作用参与细胞间的粘附，处在E-cad/cat复合体的核心位置，因而可能是E-cad功能的调节位点。γ-cat与β-cat同属一个基因家族，并以E-cad/β-cat/α-cat的组合形式为主，结合于E-cad上的同一部位。P120 ctn与E-cad的近膜区段结合，许多膜受体酪氨酸蛋白激酶能使之磷酸化，而这些膜受体涉及促有丝分裂信号转化过程，目前认为P120 ctn是E-cad介导的细胞内信号转导和细胞粘附的调节因子，P120 ctn升高促进细胞迁移，参与E-cad对细胞迁移的抑制作用[7]。

　　2.2 E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体的作用机制

　　Wnt基因是1982年从小鼠乳腺癌中克隆的一种原癌基因，起初称int基因，后来在果蝇发现了基因的同源基因Wingless并将两者合称Wnt基因。Wnt-1是19个已知的人类Wnt基因中的第1个成员[8]。β-连环素(β-cat)既是E-cad介导的细胞粘附系统的膜下成分，又是Wnt信号通路的转录因子[9]。在正常上皮细胞内，胞质β-cat大部分和E-cd结合参与细胞粘附，少量游离的β-cat被糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)磷酸化、经泛素-蛋白酶小体系统降解而保持在极低水平。当Wnt信号异常激活或者其它原因导致胞质内β-cat水平升高，同时抑制β-cat磷酸化及降解，多余的β-cat进入核内并与转录因子结合，调控靶基因表达[10]，启动与细胞增殖有关的基因转录。E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体结构和(或)功能异常是肿瘤发生、的重要机制之一，其经典途径就是Wnt信号异常激活引起胞质β-cat增多所介导的[11]。近年来的研究发现，在体外，胰岛素样生长因子-1、三苯氧胺、泰素、视黄酸及孕激素均可上调复合体功能，抑制肿瘤侵袭[12]。

　　3 E-钙粘附素(E-Cadherin，E-cad)的调控

　　E-cad通过多个环节影响肿瘤的浸润与转移能力。首先基因突变或缺失、表达下降以及转录和翻译的失常等多种机制均可以导致E-钙粘附素异常，进而促进肿瘤细胞解离，提高其浸润和转移能力。其次，用抗体中和分化的癌细胞经去除E-钙粘附素，可使癌细胞丧失上皮形态和获得浸润能力。再次，一些癌基因如c-erbB-2，抑癌基因如APC，以及生长因子如EGFR的过度表达也可以影响E-钙粘附素/连环素(E-cd/cat)复合体的表达，从而影响肿瘤的生物学特性。有研究发现，APC蛋白参与竞争与E-cad结合，损害E-cad与连接素之间的正常相互作用，从而影响细胞间粘附反应[13]。

　　3.1 E-钙粘附素的结构异常

　　当E-cad发生结构功能异常(如转录受抑、基因突变、启动子区域甲基化、连环蛋白异常或删除、以及异常生化修饰如β-cat磷酸化)时其细胞粘附功能发生障碍，不仅可使细胞分化降低，而且可致肿瘤细胞侵袭性生长，并易脱离原发部位，向深部浸润而发生局部或远处转移[14]。体内印迹实验显示，E-cad启动子的可调节区域(1个富含GC区、1个CCAAT-box、E-PAL等)在分化良好的癌细胞中受到转录因子的保护，但在低分化癌细胞中则没有;E-cad阴性细胞中，染色体的结构特别紧密，说明体内因子结合异常和染色体的重排导致了上皮转移和肿瘤发展时的启动因子封闭[15]。启动因子CpG岛的超甲基化引起的转录封闭在E-cad表达过程中的发生率占绝大多数[16]。锌指蛋白SIPI(ZEB-2)和Snail结合到启动子的部分折叠序列，也显示一定的封闭效应[17]。

　　3.2 EGFR对E-钙粘附素的影响

　　在酪氨酸激酶过表达的肿瘤，现在认为表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)是E-cad相关的细胞间的连接关键的调节器。EGFR酪氨酸激酶抑制剂PKI 166和EGFR抑制性抗体C225,它们已经在临床上用来口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinomas,OSCC)，用来研究EGFR抑制剂对细胞桥粒集合和OSCC细胞粘附的影响，结果表明E-cad的表达和溶解性没有改变,PKI 166抑制EGFR刺激后的桥粒芯蛋白与γ-cat酪氨酸磷酸化，而E-cad和β-cat没有发现磷酸化。桥粒芯蛋白的增加部分是由于决定细胞桥粒E-cad蛋白质水解的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的抑制。揭示EGFR抑制剂促进OSCC细胞桥粒集合，导致了细胞粘附的增加[18]。

　　4

　　E-cad作为一种重要的介导同质细胞间连接的粘附分子，对于维护正常上皮细胞形态和结构完整性起着重要作用，它功能的缺失、结构的改变都可以作用于细胞，使细胞容易分散而向外周浸润性生长，一旦获得转移的必要条件，就可脱离原发灶而发生侵袭和转移。同时E-cad还与肿瘤细胞的分化有关，高分化的肿瘤中常有E-cad的阳性表达，而低分化的则表达得很少。总之，关于E-cad的研究自10年前开始从未停过，相信在不远的将来人们对E-cad的认识会达到一个新的阶段。

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