骨巨细胞瘤生物大分子的表达与预后
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇骨巨细胞瘤生物大分子的表达与预后范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
[摘要]骨巨细胞瘤（giant cell tumor of bone，GCT）是一种常见骨肿瘤，由于其高复发率和强侵袭性，备受临床骨科工作者的关注。骨巨细胞瘤血管生成是近年来研究热点，实体瘤的发生、发展及转移与肿瘤的血管生成密切相关；细胞外基质降解在肿瘤的浸润和转移中起到关键作用；肿瘤细胞的分化凋亡障碍与无限增殖能力是肿瘤细胞的重要生物学特征。骨巨细胞瘤生物大分子研究的不断深化对判断GCT的预后及指导治疗有重要意义。
[关键词]骨巨细胞瘤；生物大分子；肿瘤细胞；增殖；凋亡
[中图分类号]R738.1[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2007）11（b）-010-03
The relationship between biomacromolecule expression and prognosis of giant cell tumor of bone
YI Jun，SHI Xin
(Department of Orthopaedics, Clinical College of Nanjing University, Nanjing 210002，China)
[Abstract]Giant cell tumor of bone is a kind of common bone tumor,which has characteristics of high recurrence rate and invasion.Recently,tumor vessel angiogenesis has been the warm spot of research.Genesis,development and metabasis of solid tumor have close relationship with tumor vessel angiogenesis; extracellular matrix degradation is the key point for tumorous infiltration and metabasis;the significant biology characteristic of tumor cell is the disorder of tumor cell differentiation and apoptosis.The correlated research has very important significance for judging GCT prognosis and guiding therapy.
[Key words]Giant cell tumor of bone;Biomacromolecule;Tumor cell;Hyperplasty;Apoptosis
骨巨细胞瘤（GCT）是东方人常见的骨肿瘤，在我国发病率约占骨肿瘤的10%~14%，为西方国家的2~3倍，是一种具有侵袭性、潜在恶性的骨肿瘤，其生物学行为复杂多变，近年来诸多学者致力于研究探讨骨巨细胞瘤特定基因和蛋白产物表达与其生物学行为之间的关系。
1 骨巨细胞瘤的血管生成素的表达
早在1989年Ferrara就已发现并命名了血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)。VEGF是一种血管内皮细胞特异性有丝分裂原，由肿瘤细胞分泌，通过与内皮细胞上两种酪氨酸激酶受体(KDR和Fit-1)结合，诱导受体酪氨酸磷酸化，使细胞内蛋白质合成增加，刺激内皮细胞增殖；同时增加微血管的通透性，促进血浆蛋白外渗和纤维蛋白沉积；并诱导内皮细胞合成大量蛋白水解酶，有利于内皮细胞迁移和新生血管的生成。
VEGF是骨巨细胞瘤生长、浸润必不可少的重要因子，也是破骨细胞形成的必要条件。因为GCT肿瘤组织往往有丰富的血管，从而补充巨噬细胞和多核巨细胞。Zheng等[1]应用RNA转移吸附技术、半定量反转录聚合酶链反应（RT-PCR）、荧光原位杂交（FISH）、免疫组化等方法对GCT组织中VEGF的基因转录水平进行评价。结果表明：3个VEGF的主要亚型121、165、189在所有被调查的病例中均有表达，121亚型的表达最为丰富。通过FISH及免疫组化手段，VEGF在梭形间质细胞、圆形巨噬细胞、多核巨细胞均有表达。研究还表明，VEGF基因表达不仅与血管密度（MVD）相关，且与GCT的Enneking’s临床分期相关。VEGF在Ⅲ期病例的表达水平要远高于Ⅱ期和Ⅰ期病例。从而得出了VEGF过度表达与晚期CGT相关的结论。Kumta等[2]应用RT-PCR技术证实VEGF的三种亚型121、165和189在GCT肿瘤组织中有表达，且121最为丰富。VEGF与MMP-9在GCT在Ⅱ、Ⅲ期GCT肿瘤组织中的表达远高于Ⅰ期GCT。Kumta 应用原位杂交技术进一步研究VEGF及MMP-9在肿瘤组织基因转录中的细胞定位。结果表明，间质细胞、多核巨细胞VEGF、MMP-9mRNA表达强阳性。复发与Ⅱ、Ⅲ期病例间表达强度的差别亦相当显著，复发病例VEGF、MMP-9呈现高表达。结论是VEGF、MMP-9与溶骨性病变骨破坏范围及复发性肿瘤的高表达有相关性。此外，VEGF、MMP-9的高表达提供了病理学侵袭的某些证据。VEGF也是血管通透性的关键调节剂，但信号传导途径尚不为人完全所知。Lal等[3]测定异硫氰酸荧光素-右旋糖酐（FITC）跨过人类脐静脉内皮细胞到达基底膜的流量，随着VEGF浓度的增加，脐静脉内皮细胞对FITC的通透性以一种剂量依赖性的方式而递增。在环境中分别加入IP3激酶、NOS、MAPK抑制剂，均能阻滞VEGF介导的内皮通透性的改变，从而表明：①VEGF以一种剂量依赖方式增加内皮细胞层的通透性；②VEGF对内皮细胞通透性的调节是通过IP3激酶-PKB、NOS和MAP激酶信号级联放大传导通路来完成。这些研究还表明，与炎症、血管性疾病相关的微血管通透性过度增加，受上述内皮细胞信号传导通路的激活所介导。既往认为的血管内皮生长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)只特异性地表达于内皮细胞，且只有内皮细胞对VEGF有应答，Von等[4]新近的研究表明，VEGFR不仅表达于肿瘤血管内皮细胞，而且表达于肿瘤细胞本身，提示VEGF除了以旁分泌形式促进血管生成外，还存在以自分泌的形式直接刺激肿瘤细胞增殖。
2 骨巨细胞瘤组织的基质降解
基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）属于锌肽酶超家族，其成员在结构和功能上都与间质胶原酶有关，如胶原酶（MMP-1、MMP-8）、明胶酶（MMP-2、MMP-9）及间质溶解素，对底物有不同的特异性。胶原酶能降解胶原蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，明胶酶能降解明胶和Ⅵ型胶原蛋白[5]。肿瘤的浸润和转移机制复杂，其中基质降解作用关键，基质金属酶（MMP）能降解各类胶原蛋白、纤粘连蛋白、层粘连蛋白、弹性蛋白等几乎所有的基底膜骨架成份。目前在GCT中已发现多种MMP表达。MMP与基质金属蛋白酶抑制剂（tussue inhibitor of metalloproteinase,TIMP）作为一对与基质代谢相关的蛋白酶在肿瘤的转移和浸润中起着要作用。
Kumta等[2]发现,MMP-9与GCT的病理Jaffe分级和侵袭呈正相关。Lindeman等[6]研究表明，MMP-9在GCT中是以无活性酶原形式表达，认为MMP-9不能破坏基质的主要成分(胶原三股螺旋结构)，其他MMP也表现为低活性，可能是由于MMP并非产生骨融解的主要因素，而组织蛋白酶K才是产生骨融解的主要因素，组织蛋白酶K与空泡状质子泵的共表达可能是骨质再吸收的主要原因，它们可能成为GCT生物治疗的靶点癌基因。张其亮等[7]免疫组化法检测82例骨巨细胞瘤标本，按Windner方法进行MVD计数，并对相关数据进行多因素Logistic回归分析。结果表明，骨巨细胞瘤中MMP-2呈高表达，且MMP-2表达与MVD值存在相关性，提示MMP-2在骨巨细胞瘤中发挥了促进血管生成的作用。同时研究发现MMP-2与MVD值与肿瘤的转移有关，这可能是由于细胞侵袭能力加强、新生血管增生，尤其是结构不完整的新生血管生长、基底膜屏障破坏等原因导致MMP阳性的肿瘤细胞更容易沿血管游走、逸出的结果。
肿瘤细胞成分分泌的尿激酶型纤溶酶原激活物（urokinase-plasminogen activator, uPA）与细胞表面的特异性受体(uPA-receptor, uPAR)结合后被激活，可直接参与细胞外基质（extracellular matrix,ECM）的降解，还可通过激活MMPs协同降解ECM[8]，后者又可以互相激活家族中的其他成员，从而保证基质降解高度局限在细胞表面。Zheng等[9]运用原位杂交技术检测uPA系统在骨巨细胞瘤的细胞成分中的分布，结果显示，uPA、uPAR在单核基质细胞的表达水平可能决定了骨巨细胞瘤易转移复发的生物学特性。
3 骨巨细胞瘤的细胞增殖
P15基因是编码CDK4和CDK6的抑制剂的基因组成员，目前认为它们是候选的肿瘤抑制基因，其表达产物P15蛋白可特异性地结合并抑制CDK4和CDK6的活性，使细胞静止于G1期。华凯等[10]对42例骨巨细胞瘤标本进行P18蛋白表达实验研究，结论为骨巨细胞瘤中P18表达增高，但未起到肿瘤抑制作用，可能与P18基因异常表达有关。P21蛋白由ras癌基因编码，而突变的ras基因存在于多种人类恶性肿瘤中，P53基因的失活是人类肿瘤疾病中最为普通的遗传学改变， P53 基因失活可能是引起GCT的原因之一[11]。Masui等[12]认为，P53过表达的GCT病例有很高的肺转移和复发功能。P27蛋白是一种热稳定蛋白，其基因位于人染色体12q13处，是细胞周期的负性调节因子，具有抑制细胞增殖的作用[13]。其机制是阻止细胞G1/S期的转换，抑制细胞增殖，使细胞纠正DNA复制中的错误和修复损伤的DNA。研究表明，P27蛋白在骨巨细胞瘤中的高表达与复发、转移有关，高表达提示预后良好。王庆等[14]以实验证实了c-erbB2在GCT中的表达与肿瘤的分级和复发无关。c-myc是原癌基因myc家族中的一员，位于染色体8q24，共有3个外显子，其编码产物为62kDa的白。c-myc原癌基因与细胞周期关系密切，具有DNA活性，参与细胞增殖的调控，Gamberi等[15]对32例骨巨细胞瘤病例的研究发现，有肺转移者，c-myc高表达率显著高于无转移组。
Ets-1是研究较多的Ets家族成员，国内外近年研究表明，Ets作为转录因子在细胞增殖、血管形成、细胞凋亡中发挥重要作用，其高表达与骨巨细胞瘤的临床分期和复发有关[16]，可作为临床分期、复发倾向和手术方式选择的判定依据之一。
4 骨巨细胞瘤细胞分化
P27有诱导细胞凋亡的作用，同时参与细胞分化的调控，可诱导未成熟细胞进行分化。分化障碍是肿瘤细胞的重要生物学特征，细胞分化受多种细胞因子信号的调节。破骨细胞分化因子（osteoclast differentiation factor ,ODF）是多核巨细胞形成的中心因子，与TNF相关活化诱导因子（TRANCE）核因子κB配体受体活化剂（RANKL）一起被视为同一种因子。在巨细胞克隆刺激因子存在时ODF可诱导外周血单核细胞生成破骨细胞[17]。
GCT中单核细胞和多核巨细胞有相同的表型，多核巨细胞的形成是一个RANKL依赖的过程[18]。扈英伟等[19]应用逆转录酶链反应测定发现，GCT有丰富的ODFmRNA表达，且高于正常骨组织，同时ODF辅助因子（巨噬细胞克隆刺激因子）在破骨细胞形成过程中也呈阳性。ODF主要在梭形单核基质细胞中表达。
近年来对破骨细胞形成和骨吸收机制的研究取得了新进展，即ODF-OPG-RANK的发现。RANK是ODF的转膜信号受体，也是ODF活化所必需的受体，反意受体-护骨因子（receptor-osteoprotegerin,OPG）是ODF的可溶性负调节因子，即反意受体，又称为破骨细胞形成抑制因子（Osteoclastogenesis inhibitory factor,OCIF）。骨组织局部环境中ODF和OPG表达的相对水平可能决定破骨细胞形成及活性的关键，若ODF基因表达水平高于OPG，则破骨细胞形成活跃，相反，则破骨细胞形成受抑制[20]。Huang等[21]通过RT-PCR研究发现，GCT中ODF与OPGmRNA表达水平的比值远高于正常骨和骨母细胞型骨肉瘤。本实验亦发现，GCT组织表达较高水平ODFmRNA，且高于OPG，提示ODF可能对GCT中多核巨细胞的形成起重要作用。
Nishimura等[17]研究还发现GCT表达钙敏感受体（CaSR），当其兴奋时，可增加RANKL的表达，ODF诱导单核破骨细胞表面的另一种TNFR超家族成员RANKL结合，诱发细胞内一系列级联反应而实现的，RANKL在骨组织中主要存在于破骨细胞前体细胞表面，ODF在破骨细胞或多核巨细胞生成的每个阶段都被其非功能受体骨保护素（译名不统一：反意受体-护骨因子，OPG）所抑制。Atkins等[22]应用重组OPG处理培养的GCT可以明显抑制骨的再吸收和多核巨细胞的生成，但是有部分研究发现，RANKLmRNA和蛋白质在多核巨细胞中的表达明显高于单核基质细胞，并经由流式细胞术、免疫组化、PCR等多种技术测定证实。进一步研究还发现，多核巨细胞和单核基质细胞都没有基因组增益和缺失。Murata[23]研究发现GCT表达多数成骨因子谱系的标证基因，如Ⅰ型胶原蛋白，还表现出一些成骨前体细胞的特点，说明GCT可能是由成骨细胞谱系起源的，很多其他因子都可能参与了多核巨细胞的形成和骨溶解。Nakashima等[24]研究发现，GCT中巨细胞存在甲状旁腺素相关蛋白（PTHrP）强表达现象，并且巨细胞生成与甲状旁腺素（PTH）或PTHrP受体（PPR）激活有关，同时认为巨细胞可能来源非增殖的单核细胞。Huang等[21]从对GCTSC（GCT stromal cells,骨巨细胞瘤间质细胞）的起源和分化趋势作了相关研究，表明GCTSCs有成骨细胞潜能，具有向成骨细胞分化的趋势。在骨形态发生蛋白等（bone morphogenetic protein 2,BMP-2）成骨因素的影响下，可以向成骨细胞分化。作者认为，能否将BMP-2作为GCT的辅助治疗，尚有待进一步研究。
骨巨细胞瘤是一种涉及多种分子事件的特殊疾病，包括基因转录、翻译，蛋白质修饰，细胞内信号传导等。数以万计的生物大分子参与其中，任一分子事件绝非单一因子在起作用，单一因子也绝非在分子事件中发挥单一作用，其机制微妙复杂。而蛋白质组学可以实现同时大规模地对细胞内的蛋白质表达进行定性、定量分析，从整体水平了解细胞内信号转导通路，从而有希望发现控制肿瘤进程的关键分子，蛋白质组学的发展将促进骨巨细胞瘤病理机制研究的进一步深化。
[参考文献]
[1]Zheng MH,Xu J,Robbins P,et al.Gene expression of vascular endothelial growth factor in giant cell tumors of bone[J].Hum Pathol,2000,31(7):804-812.
[2]Kumta SM,Huang L,Cheng YY,et al.Exprission of VGEF and MMP-9 in giant cell tumor of bone and other osteolytic lesions[J].Life Sci,2003,37(11):1427-1436.
[3]Lal BK,Varme S,Pappas PJ,et al.VEGF increases Permeability of the endothelial cell monolayer by activation of PKB/Akt,endothelial nitric-oxide synthase,and MAP kinase pathways[J].Microvasc Res,2001,62:252-262.
[4]Von Marschall Z,Cramer T,Hocker M,et al.De novo expression of vascular endothelial growth factor in human pancreatic cancer:evidence for an autocrine mitogen loop[J].Gastroenterology,2000,119:1358-1372.
[5]王杰军,高勇,许青.肿瘤转移机制及诊疗进展[M].上海:第二军医大学出版社,2002.39-45.
[6]Lindeman JH,Hanernaajjer R,mulder A,et al. Cathepsin K is the principal protease in giant cell tumor of bone[J].Am J Pathol,2004,165(2):593-600.
[7]张其亮,杨述华,吴翠环.骨巨细胞瘤中MMp-2的表达及其意义[J].江苏医药,2005,31(2):87-89.
[8]Sidenivs N,Blasi F.The urokinase plaminogen activator system in cancer:recent advanced and implication of prognosis and therapy[J].Cancer Metastasis Rev,2003,22(3):205-222.
[9]Zheng MH,Fan Y,Panicker A,et al.Detection of mRNAs for urokinase-type plaminogen activator,its receptor,and type Ⅰ inhibitor in giant cell tumors of bone with insituhybridization[J].Am J Pathol,1995,147:1559-1566.
[10]华凯，李荣文，郭庆开，等. P18蛋白在骨巨细胞瘤中表达的研究[J].中国矫形外科杂志，2005，12(13)：927.
[11]DE Souza PE，Paim JF，Carvalhais JN,et al.Immunohistochemical expression of p53,MDM2,Ki-67 and PCNA in central giant cell tumor[J].J Oral Pathol Med,1999,28:5458.
[12]Masui F,Ushigame S,Fujii K.Giant cell tumor of bone: a clinicopathologic study of prognostic factors[J].Pathol Int,1998,48(9):723-729.
[13]Yue H, Song FL, Zhang N, et al. Expression of p27(kipl).Rb protein and proliferating cell nuclear antigen and its relationship with clinicopathology in human pancreatic cancer[J].Hepatobiliary Pancreat Disint,2003,2:142.
[14]王庆,蔡贤华,黄继释.骨巨细胞瘤组织中Rb、C-erbB-2蛋白表达[J].中华实验外科杂志,2005,1(22):124.
[15]Gamberi G,Benassi MS,Bohling T,et al.Prognostic relevance of c-myc gene expression in giant cell tumor of bone[J].J Orthop Res,1998,161:1-7.
[16]Maroulakoni G,Bowed B. Exprssion and function of Ets transcription factors in mammalian development : a regulatory network[J]. Oncogene,2000,19(55):6432-6442.
[17]Nishimura M,Yuasa K,Mori K,et al. Cytological properties of stromal cells derived from giant cell tumor of bone (GCTSC) which can induce osteoclast formation of human blood monocytes without cell to cell contact[J]. J Orthop Res,2005,23(5):979-987.
[18]Lau Ys,Sabokbar A,Gibbons Cl,et al. Phenotypic and molecular studies of giant-cell tumors of bone and soft tissue[J]. Hum Pathol,2005,36(9):945-954.
[19]扈英伟,于世凤.骨巨细胞瘤中骨保护因子及破骨细胞分化因子的表达[J].中华病理学杂志,2002,31(2):128-131.
[20]Hofbauer LC,Khosla S,Dunstan CR,et al.The role of osteoprotegerin and osteoprotegerin lingand in the paracrine regulation of bone resorption[J].J Bone Miner Res,2006,15:2-12.
[21]Huang L,Xu JK,Wood DJ,et al.Gene expression of osteoprotegerin ligand,osteoprotegerin,and receptor activator of NF-κB in giant cell tumor of bone[J].Am J Pathol,2006,156:761-767.
[22]Atkins GJ,Bouralexis S,Haynes DR,et al. Osteoprotegerin inhibits osteoclast formation and bone resorbing activity in giant cell tumors of bone[J].Bone,2001,28(4):370-377.
[23]Murata A,Fujita T,Kawahara N,et al. Osteoblast lineage properties in giant cell tumors of bone[J]. J Orthop Sci,2005,10(6):581-588.
[24]Nakashima M,Nakayama T,Ohtsuru A, et al. Expression of parathyroid hormone(PTH)-related peptide(PTHrP) and PTH/PTHrP receptor in osteoclast-like giant cells[J].Pathol Res Pract,2003,199(2):85-92.
(收稿日期:2007-09-28)