PEDF 在肿瘤生长和转移中的作用.doc

精品论文PEDF 在肿瘤生长和转移中的作用沈阳，王晓民，徐万海（哈尔滨医科大学附属第四医院泌尿外科，哈尔滨 150001）5摘要：色素上皮衍生因子（pigment epithelium-derived factor，PEDF）属于丝氨酸蛋白 酶抑制剂基因家族，但不具备抗蛋白酶活性，其在人体中广泛表达。虽然 PEDF 最初被确认为神经细胞分化因子，但目前关注更多的却是其抑制新生血管生成的活性。此外，最近的研 究表明，PEDF 在人体中具有抗肿瘤作用，主要表现在抑制肿瘤的生长和转移，阐明其抑制10肿瘤的作用机制对于抗肿瘤的研究具有重要意义。关键词：肿瘤；PEDF；生长；转移中图分类号：R73-37The role of PEDF in tumor growth and metastasis15SHEN Yang, WANG Xiaomin, XU Wanhai(Department of Urology,The Fourth Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin150001)Abstract: Pigment epithelium-derived factor (PEDF) belongs to the serine protease inhibitor gene family, but do not have the anti-protease activity, is widely expression in the human body.20Although PEDF was initially recognized as a neuronal differentiation factor, but the current focus is the activity of inhibiting angiogenesis. Furthermore, recent studies show that, in the human body PEDF has anti-tumor effect, mainly displays in inhibiting tumor growth and metastasis, and clarify the mechanism of its role in inhibiting tumor has important significance for anti-tumor research.Key words: tumor; PEDF; growth；metastasis250引言PEDF 是 1989 年 Tombran-Tink 等1在胎儿视网膜上皮细胞条件培养基诱导视网膜母细胞 瘤细胞神经元分化的实验中发现的一种新的神经活性因子。在人胎儿和牛的眼睛中, PEDF 的表达局限在视网膜色素上皮层，分泌到周围的光感受器基质中间2。另外两个 PEDF 的主30要表达部位在角膜和睫状上皮3。PEDF 作为最强的内源性血管生成抑制因子，在抑制肿瘤新 生血管方面起重要作用，并且通过促进肿瘤细胞分化、诱导凋亡、抑制增殖和迁移等多种途 径抑制肿瘤的生长和转移。1PEDF 的分子结构人类 PEDF 基因全长约 16kb，定位于染色体 17p134，包含 8 个外显子及 7 个内含子，35其中最长的内含子大约 4kb，具有高度保守的序列。PEDF 多肽链由 418 个氨基酸残基组成， 是一种分子量为 50kDa 的分泌性糖蛋白，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂基因家族的成员5，但不 具备抑制蛋白酶的功能。PEDF 具有 2 个功能性的肽段，其中一个是含有 34 个氨基酸的肽段（Asp44Asn77），另外一个是含有 44 个氨基酸的肽段（Val78Thr121）6。PEDF 的神经营养 功能和抗血管通透性的功能被证实为 PEDF 的含有 44 个氨基酸的肽段与一种分子量约为4080kDa 的细胞膜受体相互作用的结果，这类受体主要表达于视网膜母细胞瘤细胞膜7，小脑基金项目：教育部博士点基金新教师类基金（20092307120013） 作者简介：沈阳（1985-），男，学生，主要研究方向：泌尿系肿瘤的诊断与治疗 通信联系人：徐万海（1974-），男，主任医师，主要研究方向：泌尿系肿瘤的诊断与治疗. E-mail:xuwanhai- 4 -颗粒细胞细胞膜8，以及神经视网膜细胞膜上9。而含有 34 个氨基酸的肽段与另外一种细胞膜受体相互作用后主要表现为促进细胞凋亡，抑制内皮细胞的迁徙以及抑制新生血管的形 成。这类细胞膜受体主要表达在血管内皮细胞膜上10。由此可见：PEDF 的不同功能性肽段 与其受体相结合后所表现的生物学特性也不同。452PEDF 在肿瘤生长中的作用Crawford 等首次提出 PEDF 在体外具有显著的抗肿瘤作用11。随后，许多研究报道 PEDF 在多种肿瘤中具有抗肿瘤活性，如前列腺癌、肺癌、宫颈癌、胰腺癌。PEDF 抑制肿瘤的生 长不仅是通过抑制肿瘤血管生成，而且还能够促进肿瘤细胞分化成熟和诱导肿瘤细胞凋亡。2.1 间接抗肿瘤活性：抑制新生血管生成50肿瘤的存活与新生血管的生成密不可分，因此通过抑制肿瘤新生血管生成被认为是肿瘤 靶向治疗最有希望的方法。Dawson 等12首先发现 PEDF 能够抑制血管生成刺激因子引起的血 管内皮细胞的增殖和移动，并证实 PEDF 是人体内最强的血管生成抑制因子。血管内皮生长 因子（VEGF）是人体内主要的促血管生成因子，而 PEDF 是主要的抑制因子，PEDF 和 VEGF 共同调控体内血管生成，很多研究表明，PEDF 可能是通过降低 VEGF 的表达而发挥作用。尽55管 PEDF 降低新生血管生成的机制尚未明确，但目前看来可能是通过以下几个主要机制。2.1.1通过 FAS-FASL 通路使内皮细胞凋亡PEDF 可以增加体内新生血管内皮细胞表面 FasL 的表达，Volpert 等13研究发现 FasL 通过与 Fas 结合引起一系列凋亡信号的活化，导致血管内皮细胞凋亡。人体内的促血管生成 因子可以诱导 Fas 在内皮细胞表面大量表达，同时 PEDF 可以诱导 FasL 的大量表达, 然后通60过激活的 Fas-FasL 途径导致内皮细胞凋亡13. 相反，在稳定的血管内皮细胞内，Fas 的表 达水平很低，因此这样的细胞具有抵抗 PEDF 使内皮细胞凋亡的能力，这就解释了 PEDF 选择 性抑制新生血管增生的能力。2.1.2PEDF 受体学说Hutchings 等14的研究表明，PEDF 通过抑制成纤维母细胞生长因子对内皮细胞的修复65从而抑制血管新生。Aymerich 等9在视网膜组织中检测到分子量 85,000 的特殊蛋白，这种 蛋白与 PEDF 具有高亲和力及饱和的特性，说明 PEDF 对神经细胞的作用通过受体介导。另外， 如糖尿病性视网膜病病变等多种疾病引起眼部新生血管的发生也与 PEDF 的低表达有关，说 明 PEDF 的高表达可以抑制眼内新生血管的生成，通过提高眼内 PEDF 的表达对于眼部新生血 管疾病的治疗应该具有良好的应用前景。702.1.3抑制血管内皮生长因子的表达和其下游信号Cai 等认为 PEDF 抑制 VEGF 诱导的血管生成，是通过抑制 VEGF 诱导 VEGFR-1 的磷酸化 完成的15。Crawford 等认为在神经母细胞瘤、神经节细胞和 Schwann 细胞分泌的 PEDF 可以 抑制肿瘤血管生成11。与此相反，神经母细胞，主要是神经母细胞瘤的成分不分泌 PEDF， 而是分泌血管内皮生长因子（VEGF），促进血管生成。另外，Takenaka 等人认为外源性 PEDF75可以下调 VEGF 在人骨肉瘤细胞系 MG63 中 mRNA 和蛋白水平的表达16。Sidles 等人认为与未 复发组织相比，复发的淋巴管瘤组织中血管生成更活跃，并且与血管生成程度与 VEGF 表达 升高和 PEDF 表达降低有关17。因此我们认为，PEDF 和 VEGF 的平衡在调节肿瘤新生血管生成方面发挥着重要作用。2.2 PEDF 的直接抗肿瘤作用808590951001051101152.2.1PEDF 促进肿瘤细胞凋亡很多的研究表明，PEDF 除了抗肿瘤新生血管生成外，还具有诱导肿瘤细胞凋亡的能力。 Abe 等18人和 Garcia 等19报道 PEDF 可诱导培养的黑色素瘤细胞凋亡，但是这种作用可以被 FasL 抗体中和，这种作用可能是由肿瘤细胞中 FasL 介导的，其机制与内皮细胞凋亡相似。 此外，Filleur 等分析 PEDF 的三维结构并确定了一个潜在的表面受体结合点6。Cheung 等20应用外源性 PEDF 作用于人卵巢表面上皮细胞和卵巢癌细胞，结果显示细胞 的生长受到抑制。当应用 PEDF 抗体抑制内源性 PEDF 的活性时，这些细胞的活性逐渐提高， 提示 PEDF 在体内具有抗增殖作用。Chen 等21对两株肺癌细胞系给予重组 PEDF，对肺癌细胞 生长的生长也有抑制作用。2.2.2PEDF 诱导肿瘤细胞分化成熟PEDF 抗肿瘤的另外一个功能就是诱导恶性肿瘤组织分化。最初发现 PEDF 时，就发现它 可促进原始的视网膜母细胞瘤细胞生长出轴突。用重组 PEDF 直接注入裸鼠皮下接种的神经 母细胞瘤中，原来小圆形的未分化的神经母细胞瘤细胞变为梭形细胞，恶性程度降低 11。 同样，在前列腺癌细胞株 TSU-Prl 的大鼠移植模型中，同未治疗组相比，PEDF 治疗组瘤细 胞异型性减小 22。Guan 等对胶质瘤的研究发现，正常胶质细胞比胶质瘤细胞有更多的 PEDF 蛋白和 PEDF 转录子23。现有的资料显示肿瘤的分化程度越高，PEDF 的表达就越强。以上实 验直接或间接证明了 PEDF 促肿瘤细胞的分化作用，从而会减少肿瘤细胞的侵袭性。3PEDF 抑制肿瘤的侵袭和转移许多研究报道了 PEDF 在肿瘤转移中的作用。Garcia 等19在裸鼠黑色素瘤动物模型的研 究中发现，PEDF 通过抑制肿瘤细胞的迁移从而抑制黑色素瘤的转移，通过抑制血管生成抑 制黑色素瘤生长。另外，Ek 等24报道重组 PEDF 在人原位骨肉瘤动物模型中明显抑制原位骨 肉瘤的生长和肺转移。Dass 等25也发现壳聚糖微粒包埋的 PEDF 质粒在骨肉瘤动物模型中， 能够抑制肺转移、骨转移和原位瘤的生长。许多研究表明，PEDF 过表达可以降低肿瘤的转 移风险，这些结果提示过表达 PEDF 在治疗肿瘤侵袭和转移中具有很好的应用前景。4结论综上所述，PEDF 具有多种生物学功能，包括神经营养、抗血管生成、抗肿瘤等作用， 但目前更多的研究主要集中于抗肿瘤的作用，PEDF 可以通过多种途径抑制肿瘤的生长和转 移，而我们对 PEDF 在人体内的生物学特性和作用机制却知之甚少，仍然需要进一步深入研 究。PEDF 作为一种内源性抗肿瘤因子具有很好的临床应用前景和社会经济价值，但是距离 其真正应用于临床还有很长的路要走，如何提高其安全性和有效性仍是最关键的问题。参考文献1 Tombran-Tink J, Johnson LV. Neuronal differentiation of retinoblastoma cells induced by medium conditioned by human RPE cells J. Invest Ophthalmol Vis Sci, 1989, 30: 1700-1707.2 Awson DW, Volpert OV, Gillis P, et al. Pigment epithelium- derived factor :a potent inhibitor of angiogenesisJ . Science , 1999 , 285 (5425 ):245- 248.1201251301351401451501551601653 Tombran-Tink J, Shivaram SM, Chader GJ, et al. Expression, secretion and age-related downregulation of pigment epithelium-derived factor, a serpin with neurotrophic activityJ. Neurosci, 1995, 15: 4992- 5003.4 Tombran-Tink J, Chader GG, Johnson LV, et al. PEDF: a pigment epithelium- derived factor with potent neuronal differentiative activityJ. Exp Eye Res , 1991, 53(3): 411-414.5 Steele FR, Chader GJ, Johnson LV, et al. Pigment epithelium-derived factor: neurotrophic activity andidentification as a member of the serine protease inhibitor gene familyJ. Proc Natl Acad Sci USA, 1993, 90:1526-1530.6 Filleur S, Volz k, Nelius T, et al. Two functional epitopes of pigment epithelial-derived factor block angiogenesis and induce differentiation in prostate cancerJ. Cancer Res, 2005, 65: 5144-5152.7 Alberdi E, Aymerich MS, Becerra SP. Binding of pigment epithelial-derived factor to retinoblastoma cells andcerebellar granule neurons. Evidence for a PEDF receptorJ. Biol Chem, 1999, 274: 31605-31612.8 Bilak MM, Becerra SP, Vincent AM, Moss BH, Aymerich MS, Kuncl RW. Identification of the neuroprotective molecular region of pigment epithelial-derived factor and its binding sites on motor neuronsJ.Neurosci, 2002, 22: 9378-9386.9 Aymerich MS, Alberdi EM, Martinez A, et al. Evidence for pigment epithelial-derived factor receptors in the neural retinaJ. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2001, 42: 3287-3293.10 Becerra SP. Focus on Molecules: Pigment epithelial-derived factorJ. Exp Eye Res, 2006, 82(5):739-740.11 Crawford SE, Stllmach V, Ranalli M, et al. Pigment epithelial-derived factor (PEDF) in neuroblastoma: a multifunctional mediator of Schwann cell antitumor activityJ. Cell Sci, 2001, 114: 4421-4428.12 Ek ET, Dass CR, Choong PF. PEDF: a potential molecular therapeutic target with multiple anti-cancer activitiesJ. Trends Mol Med, 2006, 12: 497-502.13 Volpert OV, Zaichuk T, Zhou W, et al. Inducer-simulated Fas targets activated endothelium for destruction byanti-angiogenic thrombospondin-1 and pigment epithelial-derived factorJ. Nat Med, 2002, 8(4): 349-357.14 Tombran-Tink J, Mazuruk K, Rodriguez IR, et al. Organization, evolutionary conservation, expression and unusual Alu density of the human gene for pigment epithelial-derived factor, a unique neurotrophicserpinJ. MolVis, 1996, 2: 11.15 Cai J, Parr C, Watkins G, et al. Decreased Pigment Epithelial-Derived Factor Expression in Human BreastCancer ProgressionJ. Clin Cancer Res, 2006, 12: 3510-3517.16 Takenaka K, Yamagishi S, Jinnouchi Y, et al. Pigment epithelial-derived factor(PEDF)-induced apoptosis and inhibition of vascular endothelial growth factor(VEGF) expression in MG63 human osteosarcoma cellsJ. Life Sci,2005, 77: 3231-3241.17 Sidle DM, Maddalozzo J, Meier JD, et al. Altered pigment epithelial-derived factor and vascular endothelial growth factor levers in lymphangioma pathogenesis and clinical recurrenceJ. Arch Otolaryngol Head Neck Surg,2005, 131: 990-995.18 Abe R, Shimizu T, Yamagishi S, et al. Overexpression of pigment epithelial-derived factor decreases angiogenesis and inhibits the growth of human malignant cells in vivoJ. Am J Pathol, 2004, 164: 1225-1232.19 Garcia M, Fernandez-Garcia NI, Rivas V, et al. Inhibition of xenografted human melanoma growth and prevention of metastasis development by dual antiangiogenic/antitumor activities of pigment epithelial-derived factorJ. Cancer Res, 2004, 64: 5632-5642.20 Cheung LW, Au SC, Cheung AN, et al. Pigment epithelial-derived factor is estrogen sensitive and inhibits the growth of human ovarian cancer and ovarian surface epithelial cellsJ. Endocrinology, 2006, 147: 4179-4191.21 Chen J, Ye L, Zhang L, et al. The molecular impact of pigment epithelial-derived factor(PEDF) on lungcancer cells and the clinical significanceJ. Int J Oncol, 2009, 35: 159-166.22 Doll JA, Stellmach VM, Boucl NP, et al. Pigment epithelial-derived factor regulates the vasculature and mass of prostate and pancreasJ. Nat Med, 2003, 9: 774-780.23 Guan M, Yam HF, Su B, et al. Loss of Pigment epithelial-derived factor expression in glioma progressionJ. Clin Pathol, 2003, 56: 277-282.24 Ek ET, dass CR, Contreras KG, et al. Inhibition of orthotopic osteosarcoma growth and metastasis by multitargeted antitumor activities of pigment epithelial-derived factorJ. Clic Exp Metastasis, 2007, 24:93-106. 25 Dass CR, Contreras KG, Dunstan DE, et al. Chitosan microparticles encapsulating PEDF plasmid demonstrateefficacy in an orthotopic metastatic model of osteosarcomaJ. Biomaterials, 2007, 28: 3026-3033.