组织蛋白酶D与消化道肿瘤的关系
【关键词】 组织蛋白酶D 消化道肿瘤
自Westley和Rochefort 1979年首次报道组织蛋白酶D（cathepsin D，CD）以来，许多学者对此产生了很大兴趣，并进行了大量的基础和临床研究，特别是在乳腺癌方面。与此同时，在子宫内膜癌、骨髓瘤、肺癌、胃癌、大肠癌等方面也有不少的研究与报道。本文就CD在消化道肿瘤中表达的研究情况做一综述。
1 CD的生物学特点
1.1 结构与理化性质
CD是一种糖蛋白，正常组织即可合成，在所有细胞中都以低浓度存在，主要分布在胞浆中，亦可见于胞膜上。CD在胞浆中储存于溶酶体内，是一种天门冬氨酸肽链内切酶，像其他的天冬氨酸酶如肾素、凝乳酶和胃蛋白酶（原）一样具有两叶结构，但与它们不同的是:CD是通过细胞内的路径到达溶酶体内的[1]。能够在溶酶体内pH呈酸性的环境下分解蛋白质，在pH为2.8～5.0的范围内能够降解结构蛋白和功能蛋白、肽、肽前体和激素，在pH为4时可发挥最大的水解效应,但pH大于5.5时就检测不到其活性。
1.2 合成、转运与定位
已知CD也可以由体外培养的乳腺癌细胞所分泌，并且有多种分子量的形式，最初合成的是52ku的蛋白质，然后该前体被转运到溶酶体内加工成分子量为48ku的中介蛋白质，最后转变成分子量为34000和14000的成熟形式[2]。与正常细胞相比，癌细胞中的CD的加工过程要慢得多，结果在癌细胞中所能积累的52ku和48ku的蛋白比非恶性细胞中要高得多。
CD基因存在于人类靠近H?ras原癌基因的11p15染色体上,并且包含有9个外显子[1]。有研究认为[3～4]，CD基因调控区染色体结构在雌激素依懒型和非依懒型乳腺癌细胞中排列不同，相关的DNA酶也不一样，在ER（+）的乳腺癌细胞中，CD在mRNA水平可能直接受到雌激素和生长因子的调节，由雌激素诱导产生；ER（-）的乳腺癌细胞CD调节机制尚不明，有待进一步研究。
1.3 CD具有丝裂原活性
在乳腺癌研究中[5]，CD被证明是一种丝裂原在起作用，其通过酶的非活性前肽促进细胞生长。在体外培养的乳腺癌细胞系中CD就表现出促有丝分裂活性。Glondu及其同事[6]报道通过反义基因的转入而下调CD基因的表达时可以抑制在人的MDA?MB?231乳腺癌细胞的实验性肺转移。CD的前体人工合成肽并没有促有丝分裂的作用，这就表明前体片段的受体并没有涉及到，进一步说，CD的丝裂原活性并没有因为抑制CD的前体与6?磷酸甘露醇（M6P）受体[5]的相互作用而受到阻断。过量的M6P部分的抑制了CD前体的结合和细胞内摄取作用，这表明对于有助于吞噬作用的M6P的相关受体可能与CD的丝裂原活性相关，这些结果表明CD作为一种蛋白质配体而存在，并与一种丝裂原受体相互作用，但是这种丝裂原活性作用机制仍然不清楚。
1.4 CD参与肿瘤免疫反应
巨噬细胞炎性蛋白（MIP）?1α、MIP?1β和次级淋巴组织趋化因子（SLC）可以被CD降解，并与在肿瘤组织中表达CCR1（也是MIP?1α的受体）和CCR5（也是MIP?1α/β的受体）的未成熟的树突状细胞（DCs）的转移有着复杂的关系[7]，未成熟DCs在与肿瘤细胞或基质接触后会成熟并使得SLC的受体CCR7的表达上调，而且在原位会发起破坏肿瘤细胞的免疫反应[8]，载有抗原的成熟的DCs能迁移到下一个淋巴器官引起抗肿瘤细胞的反应。在肿瘤原发部位由CD对MIP?1α、MIP?1β和SLC的降解使得它们对成熟DCs不再起趋化作用而不能迁移到下一个淋巴器官，此是一种抗肿瘤细胞免疫反应的逃避机制。上述表明CD降低抗肿瘤免疫反应是通过对DCs有激活和转移的趋化因子的降解来实现的。
1.5 侵袭与转移的作用机制
CD在恶性肿瘤中的侵袭转移过程中作用较大，其通过降解细胞外基质和基底膜，并激活其他组织蛋白酶B（CB）、组织蛋白酶L（CL）以及胶原酶等，从而触发链式反应,并诱导产生活化的尿激酶型纤溶酶原激活剂（u?PA）、CB、CL、胶原酶及u?PA有降解细胞外基质（ECM）的能力，使正常组织结构破坏从而导致肿瘤的侵润与转移。CD表达水平高的病人发生浸润癌的机会远高于表达水平低的病人，然而究竟是肿瘤细胞中的CD还是间质细胞中的CD对侵袭和转移起作用，目前还处于研究中,但认为前者反映肿瘤细胞的侵袭能力，后者与远处转移有关。CD的表达水平与恶性肿瘤的预后也密切相关，表达水平高者预后较差，故可作为肿瘤侵润转移的标志物[2]。
2 CD的测定方法
目前对CD的测定以对肿瘤组织测定为主，有定量法和定性法2种。前者主要包括免疫放射测定法（IRMA）和酶免疫测定法（ELISA），它们的共同点是对肿瘤组织的匀浆进行测定，但不能区分CD是来源于肿瘤细胞还是间质细胞，并要求新鲜标本，实验条件要求高；后者以免疫组织化学法（IH）为主，自1990年以来得到广泛应用，优点是不需要新鲜标本，能在病理玻片上观察，方法易掌握，能定性测定肿瘤细胞和间质细胞内CD的表达，特异性强，有利于对CD在不同的细胞内表达的意义进行评价。
3 CD 与消化道肿瘤
3.1 CD与食道癌
到目前关于CD与食道癌的报道很少，国内谷化平等用IH对65例食管磷癌组织进行CD15、C?erbB?2、PCNA和CD检测，检测到CD的阳性率为64.6％，与肿瘤的分化程度、浸润和转移及预后有关，并提示CD具有破坏宿主间天然屏障的作用，有利于肿瘤的浸润与转移。在他与其他学者分别作CD与CD15、C?erbB?2和CD44v6[9]在食管癌方面相关的后续研究发现：CD15、 C?erbB?2和 CD44v6表达分别与食管癌患者分化程度、浸润深度、淋巴结转移和患者生存状况有明显相关；对判断恶性程度、预测侵袭转移和评估预后是一种可靠的指标。CD分别与上三者在食管癌中的阳性表达率呈正相关，提示CD与以上三者在食管癌发生过程中起协同作用。
3.2 CD 与胃癌（GC）
通过IH分析胃组织中CD的分布情况，发现这种蛋白水解酶普遍存在于正常胃黏膜中各种类型的细胞中，也存在于良性和恶性的胃疾病中，但是它在GC的恶性侵润过程中的具体作用并不清楚[10]。早期并没有弄清楚这种蛋白水解酶在正常胃黏膜与炎性胃疾病中的重要区别，而且这些研究在肠化生或者高分化的胃腺癌中没有发现对CD有任何的免疫反应，但是在低分化胃腺癌和印戒细胞癌中可以观察到CD强而弥漫的染色。表明CD的表达水平与GC的分化程度相关，只是没有阐明其是否在GC的进展中起到了特定的作用，但是临床的观察支持CD可能在这个过程中起到了重要的作用的假设，很可能使肿瘤细胞变的更具有侵袭性。通过IH对肿瘤细胞中的CD进行染色发现染色最强的部位在肿瘤进展的边缘，这一特殊的部位与胃癌进展的某些临床参数非常相关，比如临床分期和淋巴结转移。Allgayer等[11]对203例患者通过IH进行的持续性研究表明CD的水平与总存活期和很短的无病间期密切相关，多变量分析认为CD可作为反应无病间期的一种独立参数。Goishi等[12]对浸润到黏膜下层和固有肌层的136例患者的研究表明：CD表达高时淋巴转移的几率就增加。这些观察结果与Ikeguchi 等[13]的研究结果相一致，其对160例早期GC患者的研究表明CD的表达水平与淋巴结转移之间密切相关，并对这些患者的进一步研究发现CD阳性的癌细胞百分数在弥散型GC要高于肠型GC。而且Ikeguchi等[14]进一步报道CD在弥散型和肠型GC中的表达水平与肿瘤侵润深度和很低的五年存活率有关。这些结果说明间质细胞的CD在这种类型肿瘤浸润中起到了活性作用,并能够很大程度的影响这种酶的预后意义。尽管通过对CD可能诱导GC生长和蔓延的研究并不能完全阐明机制，但是它们可以为在临床上把CD作为涉及淋巴结转移的标志提供了依据，并且提示这种蛋白水解酶可以作为GC患者临床预后的指标。
3.3 CD 与肝癌
一些研究提出CD也可能与肝癌的发病与进展有关，比如在体外和体内都可以观察到在生长很快的Morris777肝癌细胞内CD的前体的加工过程与生成量的改变，而在小鼠腹水和血浆中植入Yoshida AH?130肝癌细胞时发现CD的活性上升[15]。把人肝癌组织与正常组织进行对照时发现CD的活性增高，这些研究结果得到了临床观察的肯定：在与健康受试者的对照研究中发现慢性肝病患者血清中的CD的活性或含量显著增加，比如活动性肝炎，肝硬化和原发性肝癌（HCC）[10]。这些结果表明在肝癌的恶性进展中CD起到了积极作用。对CD可能触发病改变的机制进行的实验研究表明这种蛋白水解酶可能使肝癌细胞增生和播散得更快。在活体小鼠的腹腔里注入经过纯化的CD制剂时，在这些小鼠完好的肝脏中能激发DNA的合成和有丝分裂。根据CD在体外能促使肿瘤细胞增生可以提出这种蛋白水解酶是通过其丝裂原活性激发肿瘤增生的假设，然而能支持这个假设的实验性证据到目前并没有找到。现在的研究也发现脂肪肝患者血清CD水平要显著高于健康受试者，但又明显低于肝硬化或者HCC患者[16]。这些结果表明与其他蛋白水解酶一样在肝硬化的进展中CD参与了组织改建的过程，这个过程也可能与肝组织的恶性转变有关，进而可以推测在硬变组织中CD有助于恶性损伤的始动。这些看法表明CD可以作为在肝硬化向HCC发展的危险的生化标志。
3.4 CD与大肠癌（CRC）
研究表明在大肠癌中CD的水平是改变的,并且这种现象往往与CRC的进展有关[17]，这就说明CD在CRC的生长与蔓延中起到了积极的作用,但是CD是如何使这个过程变得容易的机制并不完全清楚。由于CD 可能涉及到细胞程序性凋亡的生物调节，可以设想它生成的变化可以扰乱正常凋亡的过程，从而使得肿瘤细胞变得更易于生长。然而另一些研究表明CD可能是通过其他的机制来诱导肿瘤的生长与蔓延：比如通过在转移过程中的其他蛋白水解酶前体的活性。早期对68个CRC与正常组织样本匀浆进行的配对研究发现肿瘤组织中的CD活性水平要明显高于癌旁正常黏膜，提出在CRC早期CD水平也要显著高于其后期 [17]，但是后一结论没有被后来的学者证实。Arao等[17]报道CD的表达水平也是与淋巴转移显著相关，而不是与CD阳性肿瘤的发生率有关，而且Oh?e等[18]对254个具有侵袭性的CRC细胞内的CD表达情况进行评估时指出在基质细胞中CD的阳性表达与淋巴转移发生率之间存在着显著相关性。因而对肿瘤或基质细胞中CD表达的分析可视为是否发生淋巴转移的预警器，进而在临床上对患者进行预后分析。
4 CD在消化道肿瘤方面的展望
临床与实验都表明CD在肿瘤的进展过程中起到了作用，这就意味着通过其抑制剂或抗体可以调整其在生物方面的活性进而在临床上对肿瘤起到治疗效果。目前对抗?CD抗体的研究较少，更多的研究集中在其抑制剂方面，比如胃蛋白酶抑素A，但对其药理学与毒理学及活性方面的研究尚在进一步深入中。由于CD在消化道方面的研究尚不多，虽然在食道癌、胃癌、大肠癌的浸润、转移和预后方面的价值得到了相关研究人员的肯定，但是仍然有很多的问题有待进一步研究和解决。
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[1]Bossard N，Descotes F，Bremond AG，et al.Keeping data continuous when analyzing the prognostic impact of a tumor marker：an example with with cathepsin D in breast cancer[J].Breast Cancer Research and Treatment，2003,82,47
[2]万文徽.肿瘤临床应用与研究进展[M].北京：北京大学医学出版社，2005:226
[3]Dabrosin C, Johansson AC. Decreased secretion of Cathepsin D in breast cancer in vivo by tamoxifen:mediate by the mannose?6?phosphate/IGF?II receptor? [J].Breast Cancer Research and Treatment,2004,85:229
[4]Kondoh K, Tsuji N, Kamagata C,et al.A novel aspartic protease gene,ALP56, is up?regulated in human breastcancer indepe?ndently from the cathepsin D gene[J]. Breast Cancer Research and Treatment,2003,8:37
[5]Nomura T， Katunuma N.Involvement of cathepsins in the invasion，metastasis and proliferation of cancer cell[J].The Journal of Medical Investigation,2005,52：1
[6]Glondu M,Liaudet CE,Derocq D, et al.Down?regulation of Cathepsin?D expression by antisense gen transfer inhibits tumor growth and experimential lung metastasis of human breast cancer cell[J].Oncogen,2002,21:5127
[7]Homey B,Muller A,Zlotnik A.Chemokines:agents for the immunotherapy of cancer? [J].Nat Rev Immunol,2002,2:175
[8]Sozzani S,Allavena P,Vecchi A,et al.Chemokines and dendritic cell traffic[J].Clin Immunol,2000,20:151
[9]谷化平,尚培中,周翠玲.CD44v6和组织蛋白酶D表达与食管预后的关系[J].消化外科,2003，2（1）：34
[10]Gaetano L,Francesca M,Marilena C, et al.C?athepsin D expression levels in nongynecological solid tumor:Clin?ical and therapeutic implications[J].Clinical&Experimental Meta?stasis,2004,21:91
[11]Allayer H,Babic R,Grutzner KU,et al.Tumor associated proteases and inhibitors in gastric cancer:Analysis of prognostic impact and individual risk protease pattern[J].Clin Exp Metast,1998,16(1): 62
[12]Goishi H,Tanaka S,Haruma K,et al.Preditive value of cathepsin D and Ki?67 expression at the deepest penetration site for lymphnode metastases in gastric cancer[J].Oncol Rep,2000,7(4):713
[13]Ikeguchi M,Fukuda K,Oka SI,et al.Micro?lymphnode metasis and its correlation with cathepsin D expression in early gastric cancer[J].Surg Oncol,2001,77:188
[14]Ikeguchi M,Fukuda K.Clinicopathological significance of cat?hepsinD expression in gastric adenocarcinomas[J].Oncology,2001,61:71
[15]Isidoro C,Demoz M.Altered intracellular processing and enhanced secrection of procathepsin D in a highly deviated rat hepatoma[J].Cancer,1995,60:61
[16]Leto G,Tummonello FM,Pizzolanti G,et al.Cathepsin D serum mass concentrations in patients with hepatocellular carcinoma and/or liver cirrhosis[J].Clin Chem Clin Biochem,1996,34:355
[17]Arao MD,Hirokazu F.Immunohistochemical Localizati?on of Cathepsin D in Colorectal Tumors[J].Dis Col Rectum,2000,3:396
[18]Oh?e H,Tanaka S,Kitadai Y,et al.Cathepsin D expression as possible preditor of lymph node metastasis in submucosal colorectal cancer[J].Cancer,2001,37(2):180
