腫瘤標志物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志物是因為CD146在黑素瘤中高表達，但在對應的正常對照組中卻沒有。正是這一發現讓CD146受到了腫瘤研究領域的關注。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生發展、轉移、治療和預后密切相關。本文從結構、功能、信號通路及相關腫瘤等方面對CD146進行介紹。希望能給剛進入這個研究領域的小伙伴們一點幫助。

1. CD146的結構

2. CD146的功能

3. CD146信號通路

CD146/ p125PAK
CD146/Id-1
CD146/NFκB/P38

4. CD146與腫瘤

CD146與黑色素瘤
CD146與前列腺癌
CD146與乳腺癌

1. CD146的結構

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的染色體區域，編碼一個相對分子質量為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-內含子結構相似^{[3] [4]}。mRNA全長包含16個外顯子，hCD146的第一個外顯子編碼區包括5’UTR端的26bp和超過三分之一的信號肽。第一個可變區（variable region）和三個C-2恒定區由兩個外顯子編碼。第二個可變區由三個外顯子編碼。第16個外顯子包含了1kb長的5’-UTR編碼區。

如圖1a所示，CD146基因含有三個poly(A)信號^[5]。hCD146的TATA-和CAAT-box-less核心啟動子區起始于第一個ATG上游的第505bp氨基酸，富含GC并且包含轉錄因子SP1、AP-2和CREB共識別的幾個結合基序^[6][7]。由于轉錄因子AP-2在胚胎發育中是至關重要，而CD146啟動子區域含有多個AP-2結合位點，這也暗示CD146在發育過程中可能會通過AP-2使其轉錄水平上調。

不同物種間的CD146蛋白序列具有高度的統一性。如圖1a所示，成熟的CD146蛋白包括一個胞外區、一個跨膜區和胞質尾區3部分。其胞外區含有特征性的免疫球蛋白結構域，包括2個可變區和3個恒定區(V-V-C2-C2-C2)。其胞質尾區含有潛在的蛋白激酶識別部位，CD146活化后，可通過其胞質區與p59^fyn形成復合物。p59^fyn作為Src家族激酶，促使酪氨酸激酶p125^PAK磷酸化并增強其與樁蛋白(paxillon)的聯系。

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，介導細胞間及細胞與基質間的作用是黏附分子的基本功能特征。在CD146結構部分已經介紹，CD146活化后，可通過其胞質區與p59^fyn形成復合物。活化的p59^fyn可進一步引起酪氨酸激酶p125PAK磷酸化并與樁蛋白(paxillon)結合，這也表明CD146可通過其胞內結構域對細胞外到細胞內的信號進行傳導和交流，有助于局部黏連聚集、細胞骨架重組、維持細胞結構和調節細胞的功能。

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活躍，包括發育、信號轉導、細胞遷移、間充質干細胞分化、血管生成和免疫應答。其中，目前研究最多的是參與腫瘤的血管形成和轉移。腫瘤的生長和擴散轉移與其微血管生成和數量增加密切相關，無論是原發腫瘤還是轉移腫瘤在生長擴散過程中都依賴血管生成^[8]。正常狀態下，血管生成會處于平衡狀態。這種平衡在腫瘤微環境中會被打破。目前，CD146調節腫瘤血管形成的機制可能包括激活基質金屬蛋白酶2(MMP-2)，該酶可降解基底膜和細胞外基質，激活生長因子，主要是血管內皮細胞生長因子(VEGF)，有利于腫瘤轉移和腫瘤血管形成^[9]。

3. CD146信號通路

前面已經說過，CD146除了在細胞-細胞粘附中起作用外，CD146還參與內皮細胞外信號向胞內的信號傳導，并參與肌動蛋白細胞骨架重排。這里，我們羅列了幾條與CD146功能相關的信號通路。

3.1 CD146/ p125^FAK

如圖2所示，CD146通過其胞內區p59fyn（Src家族激酶）結合而啟動蛋白激酶磷酸化級聯反應。活化后的p59^fyn會磷酸化PKC-γ的下游激酶，下游激酶的磷酸化會觸發細胞內的Ca²⁺釋放。這會進一步活化并誘導P130、Pyk2和樁蛋白的磷酸化及結合，同時促進p125^FAK的活化，這一系列的反應會促進肌動蛋白的極化作用。這條CD146介導的信號通路解釋了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

細胞傳導中，CD146可上調Id-1基因表達，這一機制被認為是CD146促成黑素瘤轉移的潛在機制。Id-1是包括黑素瘤在內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ATF-3來上調Id-1，ATF-3是Id-1的轉錄抑制因子^[12][13]。但有關于CD146上調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。這一結論引發了腫瘤研究者們對CD146誘導血管生成潛在機制的積極探索。相關研究表明，在CD146介導的信號通路中，CD146會在細胞表面形成CD146-CD146二聚體。過表達的CD146通過上調轉錄因子Slug來增強EMT。轉錄因子Slug可控制多個EMT相關元件（如MMP-9）的轉錄^[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結合，增強VEGFR / NFκB信號傳導^[15]。這個機制的發現為CD146在癌癥轉移中的關鍵作用進一步提供了明確的證據。

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與腫瘤的認識已經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，由于轉錄因子AP-2(activator protein-2)的表達缺失，致使CD146基因中受AP-2調控的TATA和CAAT盒失控，G+C過度克隆，導致CD146過度表達。隨著研究的進一步深入，研究者們發現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系。在原發性腫瘤中，CDl46的表達隨垂直厚度增加而增加，在大多數進展期或轉移的腫瘤中，CD146有較高表達，但在低轉移性淺層腫瘤(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-連接素的表達呈負相關。利用免疫組織化學的方法分析表明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化和進展有關^[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，預示著患者的預后不良^[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的總體復雜性。

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