CXCR7与肿瘤发生发展的关系

袁建晖 胡小青

【摘要】 趋化因子受体CXCR7(chemokine receptor 7)存在于多种恶性肿瘤中, 通过与趋化因子CXCR4(chemokine receptor 4)相互作用、招募β-actin及内化趋化因子配体CXCL12(chemokine CXC motif ligand 12)引起下游信号通路的信号激活和传导, 进而在肿瘤的发生发展中起作用, 包括促进肿瘤增生、抑制凋亡、促进细胞的迁移、侵袭及粘附及促进肿瘤相关血管的形成。近年来, CXCR7在肿瘤靶位治疗中的作用也被证实。本文就CXCR7与各种肿瘤发生发展间的关系作一综述。

【关键词】 趋化因子受体;恶性肿瘤;靶向治疗

DOI:10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.07.084

目前, 恶性肿瘤已经成为严重威胁人类生命健康的一种常见病、多发病, 且发病率呈逐年递增的趋势。肿瘤发生发展中的分子机制为治疗恶性肿瘤提供了思路, 但是背后的分子机制有待进一步深入研究。CXCR7在人类大多数常见肿瘤, 如肺癌、乳腺癌、宫颈癌、食管癌、肾癌和横纹肌肉瘤中均有中高度表达, 并已成为当前研究的热点。

1 CXCR7基本结构

G蛋白耦联蛋白受体(GPCR)是最大的一类细胞表面受体, 约占人类基因组的3%。之前CXCR4被认为是CXCL12的唯一受体, 而最近有研究发现, 在敲除CXCR4基因13 d后, 在小鼠胎肝上仍可发现有某种基因可以与CXCL12结合, 通过进一步研究发现该种因子是此前早被发现的被认为是孤儿受体, 而分子克隆技术研究发现其有与趋化因子受体相似的功能结构从而将该因子重新命名为CXCR7[1]。7次跨膜G蛋白耦联受体(GPCR)CXCR7起初被认为是该家族的惰性成员, 仅仅是结构相似, 但并没有生物学效应, 最初是从狗的甲状腺cDNA文库中分离出来。而在蛋白质分子结构上, CXCR7与CXCR4在氨基酸序列中表现出强烈的同源性, 与CXCR4功能类似, 其在人免疫缺陷病毒(HIV)的发展过程中起到复合受体的作用。CXCR7是新发现的一种趋化因子受体, 在多种组织系统中高表达, 如心脏、脾脏、肺, 同样对神经系统的发育起着积极作用, 但是CXCR7同时也表达在恶性肿瘤细胞中, 并且其表达量呈显著增加[4]。与其他趋化因子受体一样CXCR7同样隶属于G蛋白耦联受体超家族, 其蛋白分子是由362个氨基酸组成, 高度保守CXCR7核酸分子基因定位于染色体2q37.3, 在哺乳动物中其DNA序列高度保守[2]。CXCR7仅编码两个外显子, 虽然其他的外显子的存在及对5'和3'端剪接被设想过[3]。CXCR7的编码翻译区出现在最后一个外显子中[7]。上游外显子或编码5'非翻译区(5'UTRs)外显子是负责剪接变异体中CXCR7 mRNA的。对于前两个外显子(未翻译和翻译)的5'端具有特征特性的启动子序列, 即CpG岛和TATA盒。

2 信号通路

CXCR7可以作为一种清道夫来清除和抑制CXCL12的表达, 从而产生不同的CXCL12的浓度梯度, 引起由CXCR4介导的不同的信号通路[4]。关于CXCR7在信号通路中的作用机制有如下研究结论。

2. 1 趋化因子通过CXCR7的清除作用可以建立CXCL12的浓度梯度并且维持CXCR4信号通路的反应性和对这些浓度趋化作用的应答[5]。有研究称, 在斑马鱼的生长过程中, 体细胞CXCR7的表达对于原始干细胞适当的有方向的迁移发挥了重要作用[6]。CXCR7的表达及CXCR4+的干细胞无规律的迁移, 是因为没有合适的CXCL12的浓度梯度。说明CXCR7+的细胞可以控制长期暴露于CXCL12的CXCR4+肿瘤细胞的增生和转移。另外, 经过精密计算的模型发现趋化作用依赖于 CXCL12, CXCR4+细胞和 CXCR7+产生的距离和相对位置。在乳腺癌细胞的研究中, CXCR7建立了CXCL12浓度梯度增加了CXCR4+乳腺癌细胞的侵袭能力和向血管内渗的能力[7]。

2. 2 CXCR7可以作为CXCR4的联合受体, 以此来增强CXCL12介导的G蛋白信号通路。这两种趋化因子受体形成异源二聚体, 在转染的细胞中共同的高表达, 从而发现CXCR7与配体结合后与CXCR4产生相互作用, 介导了更强的CXCR4促进的细胞内信号通路的传导经典的G蛋白耦通路包括MAPK p42/44-ELK-1轴, PI3K-AKT-NF-κB轴、PI3K-Akt-mTOR軸、JNK/AP-1途径和p38 MAPK等通路[8], 这些信号通路的激活在恶性肿瘤转移、侵袭、粘附、成血管作用及促进肿瘤相关因子如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、基质金属蛋白酶(matrix metallopmeinases, MMPs)、白细胞介素-8(interleukin-8, IL-8)分泌方面发挥了重要的作用。有报道称在胃癌SGC7901细胞株中, 通过 MAPK信号通路促进VEGF因子的高表达, 并进一步介导了肿瘤细胞的成血管作用, 增强了胃癌细胞的成纤维、侵袭及远处转移能力[9]。

2. 3 CXCR7可以与不依赖G蛋白的β-抑制蛋白来引起CXCR7内吞作用, 从而引起进一步的细胞内信号通路的传导。有关于CXCR7摄取CXCL12的研究发现, CXCR7依赖的摄取趋化因子能力在网格蛋白-介导的内化被抑制后降低[10]。在细胞中, 即使在趋化因子配体缺失的情况下, CXCR7也会持续性的内化并向细胞膜循环, 而这一过程是由β-抑制蛋白所介导的。有研究认为, 在HEK293细胞中CXCL12在与诱骗受体CXCR7结合后并不能导致经典的G蛋白介导信号通路激活但是可以通过与β-抑制蛋白相互作用而引起下游MAP激酶的激活。CXCL12作用30 min时, 在细胞质内会形成CXCR7、β-抑制蛋白、pERK的复合体, 这些信号途径都会引起配体-受体结合后出现的细胞迁移[4]。

3 CXCR7与肿瘤

3. 1 CXCR7 促进肿瘤细胞侵袭和迁移 有研究提示[11], 在CXCR7过表达的胰腺癌细胞株BxPC-3及Capan-1中, 其迁移和侵袭性较对照组明显增强, 同时伴有哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、4E结合蛋白1(4EBP1)和p70S6激酶(p70S6K)蛋白磷酸化水平的上升, 而当下调细胞株中CXCR7的表达时, 会出现相反的结果;同时以不同浓度的CXCL12处理胰腺癌细胞株时, 会出现CXCR7的表达随其细胞的迁移和侵袭性增强而表达上调, 同时也会伴有mTOR、4EBP1和P70S6K蛋白磷酸化水平表达上调。CXCR7在多种癌症组织中高表达, 国外一项关于膀胱癌的研究显示[12], 相对于正常的膀胱组织, CXCR7在癌组织中呈现出高表达, 并且随着肿瘤分级的增高, CXCR7在组织中的表达量也随之上升。质粒转染实验显示, 在低表达CXCR7的膀胱癌细胞株中转染CXCR7质粒, CXCR7的增殖及侵袭性明显加强, 表明CXCR7可降低细胞的凋亡, 并且可促进细胞迁移能力。吕梦琴[13]通过免疫组化研究方法研究了CXCR7与卵巢癌间的关系, 其潜在作用机制可能是通过阻断CXCL12诱导的ERK1/2磷酸化从而抑制癌细胞的侵袭和迁移能力。另有研究[14]

CXCR7在宫颈癌细胞SiHa细胞株中的作用中, 通过构建CXCR7特异性的siRNA干扰载体, 利用细胞划痕实验观察SiHa细胞的迁移能力, 结果显示划痕72 h后沉默CXCR7表达组的细胞株的迁移距离明显小于空白对照组。国内一项关于CXCR7在直肠癌SW116细胞株中的表达的研究提示, 通过沉默CXCR7的表达, 细胞的侵袭及迁移能力明显减弱。进一步研究发现其作用机制是通过ERK、β-arrestin传导途径的抑制而导致[15, 16]。

3. 2 CXCR7 促进肿瘤细胞存活和生长 辛琪等[16]通过对不同胃癌细胞株的研究发现, 在胃癌细胞株SGC-7901中CXCR7的表达量最高, 并通过构建CXCR7的siRNA慢病毒表达载体, 转染人胃癌细胞株SGC-7901和粘附实验发现, 下调细胞株中CXCR7的表达, 胃癌细胞株与EMC的粘附作用明显降低;用SGC-7901细胞皮下注射裸鼠构建模型, 注射CXCR7阻滞剂CCX711, 研究裸鼠瘤体重量及体积, 发现肿瘤的生长被严重抑制。复旦大学郭晶等[17]通过研究CXCR4和CXCR7在食管癌中的表达发现, 在人食管癌Eca109细胞株系中趋化因子CXCR7和CXCR4的表达均明显上调;为进一步阐明CXCR4和CXCR7在食管癌中的作用机制, 使用慢病毒RNA干扰技术下调CXCR7和CXCR4的表达, 通过平板克隆实验、流式技术实验, 发现下调CXCR7和CXCR4的表达后, 细胞的增殖、克隆能力明显下降, 但不影响细胞周期的分布和细胞的凋亡, 而进一步研究提示CXCR4和CXCR7可能是通过调控PI3K/Akt和RAS/RAF/MEK/ERK信號通路来发挥作用的。李迪诺等[18]对胃癌组织进行研究发现, 利用免疫组化方法发现相对于正常组织, 胃腺癌中CXCR7的呈现显著的高表达, 同时发现CXCR7的表达与肿瘤组织形态、浸润深度、转移相关、肿瘤侵袭血管程度相关, 筛选出CXCR7能高表达的胃癌细胞株SGC7901, 利用基因沉默技术构建质粒, 通过四甲基偶氮唑蓝染色法(MTT法)检测细胞的增殖速度, 发现在CXCR7-shRNA-1载慢病毒载体的干扰下, 可以明显抑制CXCR7基因表达, 减缓胃癌SGC7901细胞的增殖速度。在一项关于神经胶质细胞瘤的研究中发现, CXCR7通过控制CXCR4蛋白在细胞中的表达发挥作用, 即CXCR7通过与CXCR4相互作用, 调节其下游信号传导而促进神经胶质细胞的增生[19]。利用基因靶向沉默技术, 敲除CXCR7在神经胶质细胞瘤中的表达后, 明显抑制了CXCL12/CXCR4介导的肿瘤细胞的跨内皮转移, 同时肿瘤的增生明显被抑制。

3. 3 CXCR7促进肿瘤的成血管作用 国内通过建立胃癌裸鼠原位移植瘤模型, 使用重组慢病毒载体CXCR7-shRNA对胃癌细胞SGC7901的肿瘤微血管生成的影响进行探讨, 微血管密度(microvasculardensity, MVD)免疫组化结果显示, 实验组对MVD抑制效果明显, 表明CXCR7-shRNA重组慢病毒载体可以对血管形成产生明显的抑制效果, Western-Blots实验显示是通过抑制血管生成因子VEGF的上游因子IDl表达从而减小肿瘤组织的微血管密度[18]。Miao等[20]研究发现CXCR7在乳腺癌组织中呈现高表达, 明显促进了细胞的增殖及转移能力, 可使乳腺癌向肺部转移;还发现CXCR7绝大部分乳腺癌血管中呈现高表达, 而正常血管不表达, 说明CXCR7参与了乳腺癌肿瘤血管的形成。辛琪等[21]采用免疫组化和免疫荧光双染法检测160例胃癌标本及30例正常胃组织中CXCR7的表达, 发现在间质纤维母细胞的CXCX7阳性表达率明显高于对照组, 并且CXCR7在胃癌组织中血管内皮的阳性表达率高, 提示CXCR7在胃腺癌中具有促进新生瘤性血管发生的作用。有研究用MTT法测试不同浓度的CXCL12对小鼠骨髓源性EPCs细胞增殖产生的影响, 并通过封闭受体CXCR7和CXCR4后对其增殖产生的作用, 发现CXCL12能明显促进EPCs介导的新生血管行生成和损伤内皮细胞再生的能力, 在用抗体封闭CXCR7受体后, 其增殖能力几乎完全被阻断, 而封闭CXCR4后, EPCs介导的细胞增殖及血管生成无明显变化[22, 23]。

3. 4 CXCR7与远处转移 Miao等[20]采用沉默RNA表达技术方法证明在大鼠模型乳腺癌细胞4T1中发现, 高表达的趋化因子CXCR7可促进大鼠肿瘤细胞的增殖及远处转移, 特别是肺部转移。国内使用Western blot以及流式细胞检测的方法比较MDA-MB-231HM与MDA-MB-231中CXCR7的表达情况。结果显示, CXCR在7MDA-MB-231HM细胞中表达量明显高于MDA-MB-231, 提示CXCR7的高表达与乳腺癌细胞系肺高转移潜能的获有关。进一步利用Western blot对于乳腺癌组织CXCR7蛋白表达进行检测, 得出同样结论。CXCR7阴性患者组HER2阳性率为21.7%, 淋巴结转移率为43.1%, 肺转移发生率为5.2%;而在CXCR7阳性患者组HER2阳性率为45.5%, 淋巴结转移率为68.7%, 肺转移发生率为13.4%, 比较差异有统计学意义(P<0.05)[23]。在横纹肌肉瘤研究中, 有学者指出, CXCR7在具有高转移性的腺泡状横纹肌肉瘤中高表达, 并且单独用CXCR4的拮抗剂T140, AMD3100特异性抑制 CXCR4-CXCL12轴, 降低了CXCR4的表达及与CXCL12相互作用的性能[24]。但是不抑制CXCR7的表达, 因而不能完全抑制CXCL12所引起的远处转移能力。在CXCR7介导的横纹肌肉瘤的远处转移是与组织中CXCR7的表达量相关。CXCR7可以上调或促进某些肿瘤相关因子如 MMP-2、MMP-3、MMP-9和MMP-14的表达, 而抑制抑癌基因如金属蛋白酶组织抑制剂-1(tissue inhibitor matrix metallo proteinase-1, TIMP-1)和 金属蛋白酶组织抑制剂-2 (tissue inhibitor matrix metallo proteinase-2, TIMP-2)的表达, 这些因子促进了细胞的增生及远处转移。

综上所述, CXCR7可以作为有效的靶基因位点介导肿瘤的恶性行为, 通过靶向敲除该基因可以为治疗恶性肿瘤提供新的治疗思路。

参考文献

[1] 时宏伟. CXCR7及其配体SDF-1介导细胞迁移的初步研究. 第四軍医大学, 2007.

[2] Lucchesi W, Brady G, Dittrich-Breiholz O, et al. . Differential gene regulation by Epstein-Barr virus type 1 and type 2 EBNA2. J Virol, 2008(82):7456-7466.

[3] Sanchez-Martin I, Sanchez-Mateos P, Cabanas C. Cxcr7 impact on CXCL12 biology and disease.Trends Mol Med, 2013, 19(1):12-22.

[4] Burns JM, Summers BC, Wang Y, et al. A novel chemokine receptor for SDF-1 and I-TAC involved in cell survival, cell adhesion, and tumor development. J Exp Med, 2006, 203(9): 2201-2213.

[5] Puchert M, Engele J. The peculiarities of the SDF-1/CXCL12 system:in some cells, CXCR4 and CXCR7 sing solos, in others, they sing dutes. Cell Tissue Res, 2014, 335(2):239-253.

[6] Luker K, Steele J, Mihalko L, et al. Constitutive and chemokine-dependent internalization and recycling of CXCR7 in breast cancer cells to degrade chemokine ligands. Oncogene, 2010(29):4599-4610.

[7] Dacaillot FM, Kazmi MA, Lin Y, et al. Shifting signals with CXCR7. Sci signal, 2011, 4(191):115-125.

[8] Kumar R, Tripathi V, Ahmad M, et al, CXCR7 mediated Gialpha independent activation of ERK and Akt promotes cell survival and chemotaxis in T cells. Cell Immunol, 2012, 272(2):230-241.

[9] Zhi Y, Chen J, Zhang S, et al. Down-regulation of CXCL12 by DNA hypermethylation and its involvement in gastric cancer metastatic progression. Dig Dis Sci, 2012, 57(3):650-659.

[10] Gu HQ, Zhang ZB, Zhang JW, et al. The role of the SDF-1/CXCR7 axis on the growth and invasion ability of endometrial cancer cells. Arch Gynecol Obstet, 2017, 295(4):987-995.

[11] 李建.CXCL12-CXCR7轴在胰腺癌迁移侵袭中的作用及机制研究.北京协和医学院, 2014.

[12] Yates TJ, Knapp J, Gosalbez M, et al. C-X-C chemokine receptor 7:a functionally associated molecualar marker for bladder cancer. Cancer, 2013, 119(1):61-71.

[13] 吕梦琴. GANT6通过调节CXCL12/CXCR7抑制卵巢癌细胞SKOV3侵袭和迁移能力的研究. 华中科技大学, 2017.

[14] 沙吉代·库尔班. 趋化因子受体CXCR7对宫颈癌SiHa细胞的功能研究. 新疆医科大学, 2015.

[15] Li XX, Zheng HT, Huang LY, et al. Silencing of CXCR7 gene represses growth and invassion and induces apoptosis in colorectal cancer through ERK and beta-arrestin pathways. Int J Oncol, 2014, 45(4):1649-1657.

[16] 辛琪, 张娜, 温丽坤, 等. 趋化因子受体CXCR7通过VEGF促进胃癌生长. 世界华人消化杂志, 2018, 26(11): 639-647.

[17] 郭晶, 卢春来, 古杰, 等. 趋化因子受体7(CXCR7)在食管鳞形细胞癌组织中的表达及其临床意义, 复旦医学报, 2013, 40(1):30-34, 47.

[18] 李迪诺. CXCR7-CXCL12生物学轴在胃癌血管生成及侵袭转移中的分子机制研究. 山东大学, 2017.

[19] Luker KE, Steele JM, Mihalko LA, et al. Constitutive and Chemokine-dependent Internalization and Recycling of CXCR7 in Breast Cancer Cells to Degrade Chemokine Ligands. Oncogene, 2010, 29(32):4599-4610.

[20] Miao Z, Luker KE, Summers BC, et al. CXCR7(RDC1) promotes breast and lung tumor growth in vivo and is expressed on tumor-associated vasculature. Proc Natl Aca Sci USA, 2007, 104(40):15735-15740.

[21] 辛琪, 张娜, 张传山, 等. 胃癌组织中趋化因子受体CXCR7的表达变化及意义. 山东医药, 2014, 54(40):68-70.

[22] 王灵巧.基质细胞衍生因子(SDF-1)的新受体CXCR7对内皮祖细胞调节作用的初探.重庆大学 2011.

[23] 吕常帅. 趋化因子受体CXCR7在乳腺癌中的表达及其临床意义. 山东大学, 2016.

[24] Grymula K, Tarnowski M, Wysoczynski M, et al. Overlapping and distinct role of CXCR7-SDF-1/ITAC and CXCR4-SDF-1 axes in regulating metastatic behavior of human rhabdomyosarcomas. International Journal of Cancer, 2010, 127(11):2554-2568.

[收稿日期:2019-11-26]

标签:

发表评论 (已有条评论)

  • 评论列表