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《中華腫瘤防治雜志》2015年第二十期

【摘要】

目的總結角蛋白與結直腸腫瘤相關的研究現狀，以及在結直腸腫瘤診斷、治療及預后中的作用。方法應用PubMed、萬方、維普及CNKI全文數據庫檢索系統，以“角蛋白（Keratin）、結直腸癌（Colorectalcancer）和腫瘤標志物（Tumormarkers）”為關鍵詞，檢索2010－01－2014－03的相關文獻，共151篇英文文獻和46篇中文文獻。納入標準：1）角蛋白的生物活性及其生理功能；2）角蛋白的異常表達對結直腸癌發生發展的影響；3）結直腸癌的診斷、治療、轉移及其預后與角蛋白的相關性。根據納入標準符合分析的文獻36篇。結果K7、K8、K18和K20等在結直癌腸組織中表達豐富，其表達變化與結直腸癌的發生、發展及其預后密切相關；K7、K19和K20的表達及分布異常與結腸癌的預后和轉移有關；角蛋白18凋亡切割片段可以用來檢測腫瘤對治療的反應，并成為評估結直腸癌患者預后的指標。結論角蛋白的表達異常在結直腸腫瘤的發生發展中具有重要作用；角蛋白有望成為結直腸癌患者淋巴結轉移診斷、治療及其預后監測和評估的腫瘤標志物。

【關鍵詞】

結直腸腫瘤；角蛋白；腫瘤標志物；綜述文獻

中間絲蛋白家族以及微絲（MF）和微管（MT）是構成細胞骨架的重要組成部分，中間絲蛋白組成的細胞纖維網骨架結構輻射布滿整個細胞，被稱為動物細胞胞質內的腳手架［1］。基于氨基酸序列和蛋白質結構的不同，中間絲（IFs）家族被細分為5種主要的類型，Ⅰ～Ⅳ型為構成細胞質的中間絲蛋白，而Ⅴ型為核纖層蛋白，參與組成細胞核骨架［2］。角蛋白是中間絲蛋白家族中最大的成員，包括Ⅰ型（酸性）和Ⅱ型（基本型）兩種蛋白質，它們都是由聚合的二聚體組成的。二聚體通過相交錯的卷曲螺旋結構域相互作用，能夠在氨基（N）和羧基（C）末端促進其產生包含游離球狀結構域的螺旋結構，在角蛋白發揮生物學功能中具有重要作用［3］。角蛋白信息的表達只發生在特定的上皮細胞中，具有高度活性，在應對刺激尤其是發生細胞應激和細胞凋亡時，角蛋白會發生和有絲分裂過程基因重組一樣的特性，從而參與細胞中的各種反應，對細胞應激和凋亡產生影響［4］。大多數角蛋白都會發生翻譯后修飾作用，主要包括磷酸化、乙酰化、糖基化、泛素化以及裂解等。目前研究最多的是翻譯后的磷酸化修飾，而且角蛋白的磷酸化修飾與肝臟疾病的進展密切相關［5］。大腸癌與角蛋白的相關研究發現，一些角蛋白如K7、K8、K18和K20等表達變化與結直腸癌的發生、發展及其預后密切相關［6－9］。目前認為，結直腸中角蛋白的表達異常與結直腸癌的發生發展關系密切，因此深入了解各種角蛋白在結直腸癌中表達變化的分子機制，對于結直腸腫瘤的診斷、治療以及預后的監測具有重要意義。

1結直腸上皮中的角蛋白

角蛋白作為細胞骨架的重要組成部分，可以在不同的上皮細胞中表達。在單層上皮細胞中表達的角蛋白稱為單層上皮細胞角蛋白，包括K7、K8、K18、K19、K20和K23。其中腸道上皮細胞中表達豐富的角蛋白主要有K8、K18、K19和K20［10］，而且一些角蛋白在同一組織中還會出現表達分布的差異，例如K8在正常結腸內主要在扁平黏膜中表達，從隱窩軸的頂端向基底部逐漸減少［11］。但是，對于腸道上皮中其他主要角蛋白的表達和分布情況，目前鮮見報道。腸道中的角蛋白還發揮著除細胞骨架支撐作用外的其他重要功能。對結直腸中3種主要角蛋白K8、K18和K19進行網狀結構分析時發現，角蛋白的網狀結構通過多種方式與有絲分裂原活化蛋白激酶（mito－gen－activatedproteinkinases，MAP）信號通路和p53通路存在著相互作用［2］；此外，還有研究證明，K8與p38通路也存在著密切聯系，并且對Fas介導的細胞凋亡過程具有重要影響［12］。這充分說明了角蛋白在細胞信號轉導和決定細胞命運結局中具有重要功能。角蛋白區別于其他細胞骨架纖維細絲蛋白，如肌動蛋白、肌球蛋白和微管蛋白的一個重要特性是，它們可以耐受非變性緩沖液和高濃度離子液，包括氯化物或碘化物在內的離子鹽溶液［13］，這對于嘗試去探究角蛋白在結直腸中的表達特性至關重要。通常導致角蛋白表達和溶解性改變的因素，主要包括細胞應激、凋亡以及翻譯后修飾等。

2角蛋白的翻譯后修飾

角蛋白除了發揮單純的細胞骨架支撐作用以外，主要是通過自身翻譯、修飾之后參與多條細胞信號通路，并發揮其生物學作用。角蛋白磷酸化與角蛋白的可溶性、纖維重組和細胞凋亡的調節有關［14－16］。對肝臟疾病的研究中發現，Ser33和Ser52磷酸化的K18是很多慢性肝損傷的共同表現，在慢性乙型肝炎患者肝組織中，Ser33和Ser52磷酸化隨著肝臟損傷程度的增加其表達量呈增多的趨勢，據此推測，K18的磷酸化可能作為一種信號參與肝細胞的損傷調控和凋亡［5］。乙酰化作用可能會有助于調節蛋白與蛋白之間的相互作用以及角蛋白的穩定性，研究報道，抑制K8Lys－207的乙酰化能導致K8位點特異性磷酸化的改變［17］。提示角蛋白的乙酰化可能通過調控磷酸化的改變來調節角蛋白纖維細絲的穩定性。Ku等［18］報道，對小鼠體內過表達人類K18S30／31／49A而形成未糖基化的突變體－K18－Gly－小鼠和野生型小鼠比較發現，突變體－K18－Gly－小鼠表現為肝臟和胰腺很容易受到鏈脲菌素的感染和損傷，從而表明K18糖基化在保護上皮細胞免受各種因素的損傷中發揮重要作用。此外，一項體外研究表明，角蛋白泛素化在細胞凋亡、氧化應激和磷酸酶抑制過程中會增強［19］；在這項研究中，人類K8基因的突變使得它們的攜帶者更易患肝臟疾病，并呈現出K8高度泛素化和溶解性的降低。表明泛素化對角蛋白的功能及纖維細絲溶解性具有一定的影響。除了上述的幾種翻譯后修飾作用外，角蛋白在體內還會通過裂解被調節修飾。角蛋白的裂解產物存在于癌癥患者體內，它們作為一些新的腫瘤標志物（抗原表位）被應用，如M30的應用［20－21］。

3角蛋白的表達異常與結直腸癌

結直腸癌發病機制涉及由正常腸上皮到惡性腫瘤逐步發展的過程，每一步都有分子和基因異常的積累，從而導致腺瘤性息肉向惡性腫瘤的發展，這些途徑都涉及經典的染色體不穩定性途徑或者微衛星不穩定性途徑［22］。角蛋白在結直腸組織中表達豐富，其功能改變和表達異常與結直腸疾病的發生和發展密切相關。在結腸組織中，不同的角蛋白表達形式各異，而無論哪種形式的表達異常都會導致細胞生理狀態的改變，甚至發生癌變［2］。對胃腸道印戎細胞癌（SRCC）中角蛋白表達的研究發現，結直腸印戎細胞癌中存在某些角蛋白的表達缺失，往往表現為K7－／K20＋、K7－／K19＋和K7－／K20－［6］。表明腸道細胞中角蛋白的異常表達可能是結直腸發生病變的重要機制。Imai等［7］研究發現，K20的表達與低分化腺癌組織浸潤性密切相關，而且是結直腸低分化腺癌的一個獨立預后因素，對評估腫瘤的預后具有重要意義。Yamagishi等［8］對各種結直腸腺癌中K7和K20的表達情況進行了分析，發現在高－中分化腺癌、黏液腺癌和印戎細胞癌中角蛋白均呈K7－／K20＋模式，在未分化腺癌中呈現K7－／K20－模式，但在低分化腺癌中則呈現多樣性。生存分析表明，在低分化腺癌中K20的不表達或低表達與患者預后密切相關。同時，動物實驗發現，K8缺陷的小鼠與野生型小鼠相比，結腸表現為抗細胞凋亡［9］。說明角蛋白的表達變化在人體內具有重要的作用，而且對結直腸癌的發生、發展及其預后有重要影響。目前，還沒有直接證據表明角蛋白的表達異常是結直腸癌發生發展一種機制。但角蛋白與結直腸腫瘤的相關性研究結果提示，或許可以通過基因誘導調節早期結直腸癌腫瘤細胞內某些角蛋白的表達特性，來促進腫瘤細胞的凋亡抑制腫瘤的發展甚至治愈腫瘤，這需要進一步研究。

4角蛋白對患者治療監測及預后評估

角蛋白和其他中間絲蛋白都具有一個重要特征，即使是在細胞轉變為病理狀態，包括正常細胞的惡性轉化后，它們依然保持相對穩定性。角蛋白作為細胞骨架蛋白，是細胞凋亡蛋白水解酶caspase的作用底物之一，在腫瘤治療過程中對血清細胞角蛋白片段水平進行血清學檢測，可觀察時相性角蛋白片段的變化規律，用于評價治療效果［23］。所以角蛋白可以作為腫瘤標志物，對監測腫瘤對治療后的反應和患者預后的評估都具有較高的價值。

4．1角蛋白8在結直腸癌細胞中，K8的去磷酸化與腫瘤進展密切相關［24］。在這項研究中，K8作為肝再生磷酸酶－3的生理作用基礎，在包括散發性結直腸癌在內的多種大腸腫瘤的遷移和轉移過程中發揮重要的作用。結直腸癌細胞在轉移和侵犯其他組織器官之前，表現為PRL－3的表達增高，并伴隨K8磷酸化的減少或缺失，表明K8的去磷酸化會增加腫瘤的侵襲性。提示或許可以通過測定K8的磷酸化水平對腫瘤進行定性判斷，從而可以間接評估患者的預后，同時是否可以通過提高K8的磷酸化水平來抑制大腸癌的轉移，還尚不清楚。

4．2角蛋白18循環腫瘤細胞中K18裂解片段M30的新表位，已經用來研究上皮癌患者外周血中活細胞和凋亡細胞的比例［25］。在這項研究中，循環腫瘤細胞中M30陰、陽性平衡的改變，可能提示腫瘤活動性的大小，這為結直腸腫瘤患者對治療后的反應及其預后提供另一種評估與監測方法。上皮細胞惡變時，蛋白酶加速降解角蛋白，使得大量細胞角蛋白18片段被釋放，造成外周血中角蛋白18片段濃度升高，因此細胞角蛋白從腫瘤細胞中釋放，為臨床提供了腫瘤病情監測的重要血清標志物。王永斌等［26］研究發現，直腸癌患者血清角蛋白18片段水平顯著高于正常對照組，同時靈敏度為53．42％，特異度為92．64％，準確性為86．33％。因此，血清K18的檢測有較高臨床診斷價值，或許可以作為監測腫瘤對治療的反應以及評估患者預后的一種標志物。

4．3角蛋白19銀新等［27］選取經手術后病理確診的68例結直腸癌患者，應用化學發光免疫分析方法檢測第1個周期化療前后細胞角蛋白19片段的含量，并結合化療前后血清CEA、CA19－9的含量，以及隨訪的影像學檢查結果，客觀評價聯合標志物檢測與腫瘤復發和化療效果的關聯性。結果表明，K19、CEA和CA19－9聯合檢測能比較準確預測結直腸癌術后復發，而且化療初期K19規律性變化特征與效果之間有直接關聯性，可作為預測療效的指標，具有重要的臨床價值。國外也有研究報道，K19對結直腸癌淋巴結轉移的診斷和監測具有較高的臨床診斷價值［28］。對糞便中細胞角蛋白19表達與人類結直腸癌患者年齡和轉移的相關性研究發現，結直腸癌患者糞便K19的平均表達水平明顯高于正常人，而且糞便中K19表達與血清癌胚抗原或CA19－9聯合，能預測老年結直腸癌患者的整體生存率［29］。說明K19對結直腸癌治療效果和患者預后的監測評估都有潛在的重要價值。

4．4角蛋白7Bayrak等［30］對結腸腺癌標本中K7和K20的表達分析發現，角蛋白的表達異常，形式多樣，其中K7－／K20＋所占的比例最大，K7＋／K20＋僅占15．3％；K20的陽性率，在低位癌中比高位癌中要高，直腸和乙狀結腸癌比近端結腸癌高。另外，Harbaum等［31］分別檢測了大腸癌患者的原發腫瘤和遠處轉移組織中K7和K20的表達，結果發現，其遠處轉移組織和淋巴結中K7和K20的表達與原發腫瘤具有高度的一致性。說明可以通過檢測大腸癌患者淋巴結中K7和K20的表達情況判斷是否發生了轉移，為大腸癌的轉移提供一種監測手段，同時也為轉移性大腸癌對治療后的反應提供一種標志。當某種腫瘤組織或細胞中角蛋白表達出現K7－／K20＋的模式時，可以判斷這種腫瘤可能是來自大腸癌的轉移。

4．5角蛋白20孫帥等［32］對結直腸癌患者切除的淋巴結標本研究分析，以K20抗體免疫組織化學染色方法檢測淋巴結微轉移，結果發現，結直腸癌組織和淋巴結中K20表達均為陽性，說明K20是結直腸癌患者血液中反映微轉移較為特異的腫瘤標志物。此外，患者外周血中K20mRNA可以作為結直腸癌微轉移檢測的敏感指標，通過手術前的單次化療K20mRNA已出現顯著性的下降，手術前的單次化療可以有效的降低患者外周血以及回流入門靜脈血中微轉移的程度［33］。結直腸癌患者血清中K20mRNA表達與腫瘤的分期、浸潤和轉移有關［34］；K20的過表達與患者預后不良和生存率下降密切相關［35］。K20上皮組織特異性和分布特點使其成為檢測結直腸癌微轉移良好的標志物，可以作為結直腸癌患者外周血、骨髓以及淋巴結中癌細胞存在的標志物。在與結直腸癌臨床分期的相關性上，K20作為監測循環結直腸腫瘤細胞的標志或許有一定的預后價值［35－36］。

5結語

角蛋白作為中間絲蛋白家族的關鍵組成成分，是構成細胞骨架的重要成分，在維持上皮細胞完整性以及細胞信號的轉導上均有顯著的作用。在上皮細胞健康和疾病的不同狀態下，角蛋白的表達呈現多樣性。角蛋白通過翻譯后修飾對各種外界刺激做出相應的反應，同時也通過此作用參與多條細胞信號通路并發揮其生物學活性。雖然近幾年來對角蛋白與腫瘤發生、發展的相關性的研究越來越深入，但角蛋白的表達特性及其在人類疾病中的作用還處于一個早期的階段。在結直腸癌中，一些角蛋白已作為腫瘤標志物診斷結直腸癌及評估患者的預后，例如患者血清中半胱天冬酶裂解的K18片段（M30）已作為癌癥負荷的指標，用于評估患者對治療后的反應。深入研究它們在不同的疾病下表達變化的機制，并用以達到作為臨床診斷和治療的目標，具有重要的臨床價值。

作者：閆曉東 郭洪亮 單位：山東省腫瘤醫院外科四病區 濟南大學·山東省醫學科學院醫學與生命科學學院