可溶性因子对 EMT 的作用

通路描述：

在肿瘤细胞中，许多生长因子和细胞因子能诱导上皮-间质细胞转换 (EMT)。肿瘤细胞本身或肿瘤微环境下的体细胞会分泌出这些因子。这些可溶性配体会与其同源受体（例如酪氨酸激酶受体 (RTK)、TGF-β 受体）相互作用，从而激活细胞内信号转导通路，这些通路会使选定锌指（例如 SNAI1、SLUG、ZEB1、ZEB2）或碱性螺旋-环-螺旋（bHLH，例如 TWIST1）转录因子上调，从而诱导 EMT。

TGF-β 信号转导通路高度参与 EMT 诱导过程，尽管在某些情况下反常地作为抑癌基因发挥作用。典型 TGF-β/BMP 信号转导通过配体（例如 TGF-β1、TGF-β2、BMP）结合其同源 I 型和 II 型激酶受体而被启动，形成一个异四聚配体-受体复合体，该复合体能募集并磷酸化受体调节的 SMAD (R-SMAD)。磷酸化的 R-SMAD（BMP 信号转导为 R-SMAD1/5/8；TGF-β 信号转导为 R-SMAD2/3）结合一种常见介导物 co-SMAD (SMAD4)，这种介导物会诱导 SMAD 复合体转位到胞核，并在胞核诱导参与 EMT 的靶基因（例如 SNAIL、SLUG 等）的表达。选定蛋白（例如 SARA）可促进通路激活，而其他蛋白则发挥抑制功能。后者中最重要的是抑制性 SMAD (SMAD6/7)，它直接抑制 R-SMAD 磷酸化，从而减弱 EMT 诱导。SMURF 蛋白 (SMURF1/2) 可将 SMAD7 募集到质膜来促进这种抑制，使其与 R-SMADS 竞争结合受体。

非典型 TGF-β 信号转导通路的激活也会诱导 EMT。例如，致癌 RTK 激活 PI3K 和 Ras/Raf 信号转导通路连同 TGF-β 信号转导被认为是癌细胞 EMT 的主要特征。Ras/Raf 通路促进关键 EMT 促进基因的转录激活，而 PI3K 通路则抑制 GSK3β 介导的 β-连环蛋白 磷酸化，导致 β-连环蛋白 介导的 EMT 靶基因转录。TGFR 还会激活 p38 MAPK，导致 EMT 转录因子 FOXC2 被激活。

EMT 的其中一个特点是上皮钙粘素下调，上皮钙粘素是维持上皮完整性的黏附连接的一个重要组分。EMT 相关转录因子（例如 SNAIL）抑制上皮钙粘素的表达，同时也会诱导基质金属蛋白酶 (MMP) 表达，MMP 会降解上皮钙粘素，导致定义 EMT 的上皮完整性发生标志性损失。上皮钙粘素降解还使黏附连接释放 β-连环蛋白，β-连环蛋白 可转位到胞核，激活致癌 Wnt 靶基因。

异常 Wnt 信号转导是多种癌症的一个显著特征，尤其是结直肠癌，90% 的结直肠癌都显示 β-连环蛋白过表达。缺乏 Wnt 信号转导时，细胞浆中未结合的 β-连环蛋白迅速被 β-连环蛋白破坏复合体磷酸化和泛素化，从而标记 β-连环蛋白进行蛋白酶体降解。Wnt 结合 Frizzled 受体后，β-连环蛋白破坏复合体因 GSK3β 的作用被抑制，并且 β-连环蛋白转位到胞核，并在胞核取代 Groucho/HDAC 抑制复合体来激活 TCF/LEF 介导的 EMT 效应子（例如 SNAIL、神经钙粘素）转录。Wnt/β-连环蛋白介导的 EMT 经证实存在于许多癌症（骨肉瘤、胃癌、前列腺癌）细胞中。除了激活 EMT 效应子的表达，LEF1 还参与促进 EMT 的微 RNA (miRNAs) 的表达。其他因子也会调节 WNT/β-连环蛋白/LEF 活性，例如 SRY-Box 10 (SOX 10)，它通过与 β-连环蛋白 竞争结合 TCF/LEF 来抑制 EMT 效应子转录。

Wnt5A 和 Wnt5B 结合 Frizzled2 (Fzd2) 受体，以通过激活非典型 STAT 和 MEK/ERK 信号转导通路来诱导 EMT，这两种通路经证实在转移性肝、肺、结肠和乳腺癌细胞系以及高分级肿瘤细胞中表达升高。Wnt5A/Frizzled 信号转导经证实还通过其他非典型 Wnt 信号转导通路诱导 EMT，这些通路包括胰腺癌细胞中的 JNK 信号转导和黑色素瘤细胞中的 PKC 信号转导，在这两种通路中，Wnt5a 表达还能增强细胞运动。与增强的运动性一致，WNT5a 介导的 PKC 信号转导经证实还会促进细丝蛋白 A 表达和加工，这反过来会诱导肌动蛋白重构和应力纤维形成，这些过程都是黑色素瘤细胞系运动所需的。与典型 Wnt 信号转导相反，Wnt5a 表达在多数结肠癌肿瘤细胞和细胞系中下调，并且与 EMT 标志物呈负相关，而 Wnt5A 高表达的肿瘤经证实显示出细胞内钙和非典型 Wnt 信号转导增强，以及 EMT、细胞运动和侵袭减弱。在 Wnt5A 基础水平低的结肠癌细胞系中，Wnt5a 过表达经证实会提高钙离子水平，抑制 EMT 标志物表达、细胞运动和增殖，同时激活 PKC 和 CaMKII 活性，防止β-连环蛋白的胞核定位，取消 EMT 效应子（例如 TWIST、ZEB1）表达。

NOTCH 信号转导是一个近分泌信号转导通路，参与在邻近细胞表面表达的配体 (Jagged 1/2, DLL1/3/4) 激活 NOTCH 受体 (NOTCH1-4) 的过程。结合配体会导致 ADAM/TACE 蛋白酶对 Notch 进行溶蛋白性剪切，随后出现 γ-分泌酶剪切，并释放 NOTCH 胞内域 (NICD)，NICD 会转位到胞核，并调节下游靶基因的转录。在胞核中，NICD 取代一种转录因子复合体中的转录抑制分子 KDM5A，从而诱导促进 EMT 的靶基因表达。尽管 Notch 信号转导最常与 T 细胞癌（例如 T-ALL）相关，但在选定的上皮性癌（包括前列腺和胰腺癌）细胞中已检测到一个 Notch 诱导 EMT 样过程。

主要文献：

• Sánchez-tilló E, Liu Y, De barrios O, et al. EMT-activating transcription factors in cancer: beyond EMT and tumor invasiveness. Cell Mol Life Sci. 2012;69(20):3429-56.
• Runyan CE, Hayashida T, Hubchak S, Curley JF, Schnaper HW. Role of SARA (SMAD anchor for receptor activation) in maintenance of epithelial cell phenotype. J Biol Chem. 2009;284(37):25181-9.
• Valcourt U, Kowanetz M, Niimi H, Heldin CH, Moustakas A. TGF-beta and the Smad signaling pathway support transcriptomic reprogramming during epithelial-mesenchymal cell transition. Mol Biol Cell. 2005;16(4):1987-2002.
• Miyazawa K, Shinozaki M, Hara T, Furuya T, Miyazono K. Two major Smad pathways in TGF-beta superfamily signalling. Genes Cells. 2002;7(12):1191-204.
• Khammanivong A, Gopalakrishnan R, Dickerson EB. SMURF1 silencing diminishes a CD44-high cancer stem cell-like population in head and neck squamous cell carcinoma. Mol Cancer. 2014;13:260.
• Chandhoke AS, Karve K, Dadakhujaev S, Netherton S, Deng L, Bonni S. The ubiquitin ligase Smurf2 suppresses TGFβ-induced epithelial-mesenchymal transition in a sumoylation-regulated manner. Cell Death Differ. 2016;23(5):876-88.
• Gotzmann J, Mikula M, Eger A, et al. Molecular aspects of epithelial cell plasticity: implications for local tumor invasion and metastasis. Mutat Res. 2004;566(1):9-20.
• Huber MA, Kraut N, Beug H. Molecular requirements for epithelial-mesenchymal transition during tumor progression. Curr Opin Cell Biol. 2005;17(5):548-58.
• Grünert S, Jechlinger M, Beug H. Diverse cellular and molecular mechanisms contribute to epithelial plasticity and metastasis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2003;4(8):657-65.
• Niehrs C. The complex world of WNT receptor signalling. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012;13(12):767-79.
• Werden SJ, Sphyris N, Sarkar TR, et al. Phosphorylation of serine 367 of FOXC2 by p38 regulates ZEB1 and breast cancer metastasis, without impacting primary tumor growth. Oncogene. 2016;35(46):5977-5988.
• Jang B, Jung H, Chung H, Moon BI, Oh ES. Syndecan-2 enhances E-cadherin shedding and fibroblast-like morphological changes by inducing MMP-7 expression in colon cancer cells. Biochem Biophys Res Commun. 2016;477(1):47-53.
• Schmalhofer O, Brabletz S, Brabletz T. E-cadherin, beta-catenin, and ZEB1 in malignant progression of cancer. Cancer Metastasis Rev. 2009;28(1-2):151-66.
• Polakis P. The many ways of Wnt in cancer. Curr Opin Genet Dev. 2007;17(1):45-51.
• Gonzalez DM, Medici D. Signaling mechanisms of the epithelial-mesenchymal transition. Sci Signal. 2014;7(344):re8.
• Santiago L, Daniels G, Wang D, Deng FM, Lee P. Wnt signaling pathway protein LEF1 in cancer, as a biomarker for prognosis and a target for treatment. Am J Cancer Res. 2017;7(6):1389-1406.
• Lv YF, Dai H, Yan GN, Meng G, Zhang X, Guo QN. Downregulation of tumor suppressing STF cDNA 3 promotes epithelial-mesenchymal transition and tumor metastasis of osteosarcoma by the Wnt/GSK-3β/β-catenin/Snail signaling pathway. Cancer Lett. 2016;373(2):164-73.
• Song Y, Li ZX, Liu X, Wang R, Li LW, Zhang Q. The Wnt/β-catenin and PI3K/Akt signaling pathways promote EMT in gastric cancer by epigenetic regulation via H3 lysine 27 acetylation. Tumour Biol. 2017;39(7):1010428317712617.
• Liu Y, Qin Z, Yang K, Liu R, Xu Y. Cripto-1 promotes epithelial-mesenchymal transition in prostate cancer via Wnt/β-catenin signaling. Oncol Rep. 2017;37(3):1521-1528.
• Tong X, Li L, Li X, et al. SOX10, a novel HMG-box-containing tumor suppressor, inhibits growth and metastasis of digestive cancers by suppressing the Wnt/β-catenin pathway. Oncotarget. 2014;5(21):10571-83.
• Gujral TS, Chan M, Peshkin L, Sorger PK, Kirschner MW, Macbeath G. A noncanonical Frizzled2 pathway regulates epithelial-mesenchymal transition and metastasis. Cell. 2014;159(4):844-56.
• Wei W, Li H, Li N, Sun H, Li Q, Shen X. WNT5A/JNK signaling regulates pancreatic cancer cells migration by Phosphorylating Paxillin. Pancreatology. 2013;13(4):384-92.
• Dissanayake SK, Wade M, Johnson CE, et al. The Wnt5A/protein kinase C pathway mediates motility in melanoma cells via the inhibition of metastasis suppressors and initiation of an epithelial to mesenchymal transition. J Biol Chem. 2007;282(23):17259-71.
• Weeraratna AT, Jiang Y, Hostetter G, et al. Wnt5a signaling directly affects cell motility and invasion of metastatic melanoma. Cancer Cell. 2002;1(3):279-88.
• O'connell MP, Fiori JL, Baugher KM, et al. Wnt5A activates the calpain-mediated cleavage of filamin A. J Invest Dermatol. 2009;129(7):1782-9.
• Cheng R, Sun B, Liu Z, et al. Wnt5a suppresses colon cancer by inhibiting cell proliferation and epithelial-mesenchymal transition. J Cell Physiol. 2014;229(12):1908-17.
• Liefke R, Oswald F, Alvarado C, et al. Histone demethylase KDM5A is an integral part of the core Notch-RBP-J repressor complex. Genes Dev. 2010;24(6):590-601.
• Sethi S, Macoska J, Chen W, Sarkar FH. Molecular signature of epithelial-mesenchymal transition (EMT) in human prostate cancer bone metastasis. Am J Transl Res. 2010;3(1):90-9.
• Leong KG, Niessen K, Kulic I, et al. Jagged1-mediated Notch activation induces epithelial-to-mesenchymal transition through Slug-induced repression of E-cadherin. J Exp Med. 2007;204(12):2935-48.
• He W, Chan CM, Wong SC, et al. Jagged 2 silencing inhibits motility and invasiveness of colorectal cancer cell lines. Oncol Lett. 2016;12(6):5193-5198.
• Ricci F, Fratelli M, Guffanti F, et al. Patient-derived ovarian cancer xenografts re-growing after a cisplatinum treatment are less responsive to a second drug re-challenge: a new experimental setting to study response to therapy. Oncotarget. 2017;8(5):7441-7451.
• Kang M, Jiang B, Xu B, et al. Delta like ligand 4 induces impaired chemo-drug delivery and enhanced chemoresistance in pancreatic cancer. Cancer Lett. 2013;330(1):11-21.

我们要感谢 Northwell Health 勒诺克斯山医院弗里德曼糖尿病研究所内分泌研究实验室的主任 Dimiter Avtanski 博士对此图进行审核。