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ANO1介导肿瘤恶性生物学行为的机制探讨

2024-01-10 335 上传者：管理员

摘要：ANO1又称为TMEM16A,其作为钙激活的电压依赖性氯通道的分子基础之一，广泛分布于体内多种组织器官，介导了支气管腺体分泌、痛觉、肠道慢波形成等多种生理功能；同时ANO1参与了多种病理过程的发生、发展，如恶性肿瘤、炎症等。多项报导证实了恶性肿瘤发病过程中通过多种信号通路引起ANO1的高表达，继而高表达的ANO1激活不同的下游信号通路提高了肿瘤细胞的恶性生物学行为。本文主要探讨恶性肿瘤中高表达的ANO1提高肿瘤细胞恶性生物学行为的可能机制。

关键词：
ANO1
信号通路
增殖
浸润
迁移
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自从2008年ANO1被UHTAEK OH、LILY YEH JAN、GALIETTA LJ等所在的国外三个不同的实验室，报导了其作为一种钙激活的电压依赖性的氯通道的分子基础以后，其介导的生理、病理功能就成为了生命科学的研究热点，尤其是其在各种恶性肿瘤中的作用得到了大量学者的青睐[1,2,3]。恶性肿瘤是危害人类生命健康最主要的顽疾，虽然历经学者们多年呕心沥血的研究，已经取得了令人瞩目的成果，使得部分肿瘤的治疗达到了较为满意的临床效果，但由于恶性肿瘤的发病机制极其复杂，使得总体上的治疗效果难以达到理想的状态。目前，多项研究报导了ANO1在不同恶性肿瘤组织中的高表达，比如乳腺癌、胃癌、前列腺癌、胶质瘤、头颈部鳞癌、口腔癌、结肠癌、肺癌等[4,5,6,7,8,9,10],尽管在不同的恶性肿瘤中，引起ANO1高表达的调控机制多种多样，但总的看来，高表达后的ANO1进一步提高了恶性肿瘤细胞的生物学行为，故目前认为高表达的ANO1可作为恶性肿瘤细胞恶性程度判定的标准之一，同时亦可以作为评判患者预后和生存情况的生物学标志物。

1、ANO1介导恶性肿瘤细胞增殖能力的信号途径

1.1 细胞增殖及常见的增殖信号通路

增殖是可分裂细胞最常见的生命活动，其整体过程包括了一系列的DNA、RNA和蛋白质的合成，而这些过程都严格的受到了各种酶的活性或数量的调节，故调控影响细胞内各种特异性的酶的功能就可以改变细胞的增殖能力。常见的介导细胞增殖的信号通路主要有8条，分别为：MAPK三级激酶激活通路；JAK-STAT信号通路；PI3K-AKT信号通路；Wnt-catenin信号通路；TGF-smad信号通路；Notch信号通路；Hedgehog信号通路；PPARγ信号通路。

1.2 ANO1介导恶性肿瘤细胞增殖的信号通路

目前的研究表明，在不同组织类型的恶性肿瘤中，ANO1通过激活相同或不同的信号通路促进肿瘤细胞的增殖，如WANG H等证实乳腺癌组织中高表达的ANO1能够激活EGFR受体，通过后者的酪氨酸激酶活性启动级联的MAPK磷酸化反应进而调节多种增殖相关的基因表达[11];BRITSCHGI等研究者证实ANO1通过激活EGFR及CAMK信号通路促进乳腺癌细胞的增殖[5];FILIPPOU等证实头颈部鳞癌组织中高表达的ANO1能够通过编排p27Kip1/MCL1信号通路促进其增殖[12];BILL等证实头颈部鳞癌组织中高表达的ANO1可以通过与EGFR的相互作用促进其增殖[13]; YOSHIMOTO等证实ANO1可通过与容积调节性氯通道LCCR8A的相互作用促进口腔部鳞癌细胞的增殖[14];DUVVURI等报导ANO1通过激活ERK1/2及cyclin D1信号通路促进头颈部鳞癌的增殖[15];LIU ZT等报导ANO1通过激活PI3K-AKT信号通路促进卵巢癌细胞的增殖[16];ZHANG CT等人证实ANO1可通过激活PI3K/AKT-MAKP信号通路促进肝细胞癌的增殖[17];SONG Y等证实ANO1可通过负向调控TNF-α促进前列腺癌的发生[18];LIU J等报导ANO1可通过激活NF -κB/cyclin D1/cyclin E/c-myc等信号通路促进胶质瘤的发生[19];HEE-JIN KIM等报导ANO1可通过减少EGFRvIII的降解来维持胶质瘤细胞的干性[20];NEAL R GODSE等证实ANO1通过下调Bim的表达发挥抗头颈部鳞癌凋亡、促增殖的作用[21]。综上可见，ANO1在不同的恶性肿瘤中可通过直接或间接激活上述经典的8条增殖信号通路中的某一条促进恶性肿瘤的增殖。

2、ANO1介导恶性肿瘤细胞迁移、浸润的信号通路

2.1 恶性肿瘤细胞迁移、浸润的过程

恶性肿瘤细胞的迁移、浸润能力是其对机体最大的危害，其迁移、浸润过程涉及到细胞的变形运动、涉及到其分泌的金属蛋白酶降解周围基质的过程，即恶性肿瘤细胞释放金属蛋白酶分解周围的基质以解除基质对肿瘤细胞的锚定，肿瘤细胞前端向移动的方向形成突起瓣足，同时肿瘤细胞的尾端也形成瓣足向移动的方向回缩以完成移动，肿瘤细胞的迁移和浸润过程涉及到细胞膜上离子通道的开关、涉及到细胞膜上离子转运体的活动及细胞内多种信号分子的激活和骨架蛋白的聚散反应。

2.2 介导肿瘤细胞迁移、浸润的信号分子

目前已经报导了多种与恶性肿瘤迁移、浸润过程相关的信号分子，ANTONIO等报导的金属蛋白酶-2,抑制其活性可以有效的调节口腔鳞癌的迁移、浸润等恶性生物学行为[22];JESSE ROLT等报导了其时空动力学定位改变可控制角质细胞的运动[23],YU JL等证实这种机械敏感的离子通道在多种人类肿瘤组织中高表达[24],且其高表达与肿瘤细胞的迁移、浸润能力呈正相关，HAN Y等证实了PIEZO1激活AKT/mTOR信号通路促进前列腺癌的发生、发展[25],WANG XF等证实了PIEZO1易化胃癌的转移[26], YU Y等证实了PIEZO1通过调节肿瘤细胞的机械生物学特性促进乳腺癌的浸润与转移[27];CHEN X等报导的酸敏感的离子通道ASIC,是一种在体内广泛表达，尤其是在肿瘤组织中高表达，且参与了胃癌的转移和浸润等恶性生物学过程[28],WANG YH等报导了ASIC通过诱导自噬途径促进肝细胞癌的浸润转移[29],ZHU L等报导证实了抑制ASIC通道后能够抑制胰腺癌细胞的转移能力[30],MASAKO NAKANISHI等报导了肿瘤微环境中的酸性物质通过ASIC通道诱导白介素-8的表达和金属蛋白酶-2/9的活性促进乳腺癌的进展[31];LIU TB等报导了LRRC8/VRAC通道，一种容积调节性氯通道，在肿瘤细胞迁移和浸润过程中的重要角色[32];EUGENIO GALLO等报导了αv Integrins, 其靶向的抗体能够抑制肿瘤细胞的迁移和增殖能力[33]。综合上述的研究报导，可以得出肿瘤细胞的迁移、浸润过程中涉及到多种离子通道、金属蛋白酶、黏连蛋白及骨架蛋白的参与，是一个多信号分子参与的复杂的调控过程。

2.3 ANO1促进恶性肿瘤细胞迁移、浸润的信号通路

目前，研究发现在各种恶性肿瘤中高表达的ANO1可通过不同的信号通路促进其迁移、浸润，如LIU J等研究证实ANO1通过激活NF-κB/MMP-2/MMP-9信号通路促进胶质瘤细胞的迁移、浸润[19];HU C等证实高表达的ANO1通过激活EGFR/MAPK信号通路促进肺癌的浸润[34];SUI YJ等研究证实ANO1通过激活phospho-MEK,phospho-ERK1/2,cyclin D1等信号通路促进促进结肠癌的发生和浸润转移[35];LIU F等研究证实ANO1可通过激活TGF-β信号通路促进胃癌的浸润转移[36];DAVID CROTTES等研究证实ANO1通过激活EGF及SOCE信号通路介导胰腺癌的浸润转移[37]。上述ANO1活化的信号分子中部分归属于已报导的介导肿瘤迁移、浸润的信号分子，另一部分被ANO1活化的信号分子交互调节介导肿瘤转移信号分子的功能，进而形成复杂的网络信号以促进肿瘤细胞的迁移、浸润。

3、ANO1氯通道功能对肿瘤细胞和非肿瘤细胞生物学特性的作用

3.1 ANO1氯通道功能促进肿瘤的恶性生物学行为

目前，高表达ANO1被证实主要表达在恶性肿瘤细胞的胞膜上，而其作为钙激活的电压依赖性氯通道的分子基础之一，其介导的恶性肿瘤的生物学行为可能与其氯通道的功能相关。YOHAN SEO等证实luteolin通过抑制ANO1的钙激活氯通道功能发挥抗前列腺癌的作用[38];YOHAN SEO等证实Diethylstilbestrol通过抑制ANO1的钙激活氯通道功能发挥抗非小细胞肺癌的作用[39];JIA LH等证实抑制ANO1的通道功能，能够有效的抑制肺癌细胞的生长和浸润[40];WANG TY等证实了Honokiol抑制了ANO1的氯电流发挥其抗结肠癌的作用[41];ZHANG X等证实Cepharanthine作为一种ANO1的抑制剂具有抗肺腺癌的作用[42];ZHANG GH等证实Benzophenanthridine alkaloids通过阻断ANO1的氯通道发挥抗肺腺癌的作用[43];GUO S等证实Arctigenin作为一种ANO1的抑制剂可用于肺腺癌的治疗[44];GUO S等证实Matrine可通过抑制ANO1的氯通道功能抗肺腺癌的作用[45];WANG HC等证实Simvastatin可通过抑制ANO1发挥抗口腔鳞癌的作用[46]。以上诸多报导都支持了ANO1的钙激活的氯通道功能可能是介导肿瘤恶性生物学行为的观点。综上可见，在多种肿瘤组织中，高表达的ANO1可能是通过其氯通道的功能产生促增殖、促迁移和促浸润的作用。

3.2 ANO1氯通道功能对非肿瘤细胞生物学特性的作用

在非肿瘤的病理组织中高表达的ANO1通过其氯通道功能却产生了诱导凋亡、抗增殖的作用，ZENG JW等报导ANO1参与了线粒体依赖途径的缺氧诱发下的血管平滑肌细胞的凋亡[47],LIAN H等报导了ANO1通过激活p38/JNK信号通路加重糖尿病肾病滤过膜足细胞的凋亡[48]。

3.3 ANO1氯通道介导细胞生物学特性作用差异的可能机制

导致ANO1对恶性肿瘤组织和非肿瘤组织功能差异的根源可能在于：不同的细胞中由于其Na+-K+-2Cl-同向转运体、Na+-Cl-同向转运体、Cl-HCO3-交换体等活性不同导致了其氯离子的平衡电位不同，因此当ANO1介导的氯通道功能开放时，氯离子的流动方向是不同的，即氯离子平衡电位正于膜内电位时，氯离子向胞外流动；氯离子平衡电位负于膜内电位时，氯离子向胞内流动。推测是由于恶性肿瘤细胞和非肿瘤病理组织中细胞膜上的ANO1通道开放时，其氯离子流动方向的不同，从而启动了不同细胞内的信号分子，分别产生了促增殖、促迁移、促浸润或促凋亡的不同的细胞效应。

4、ANO1非氯通道功能效应

ANO1除了通过其钙激活氯通道的功能产生各种细胞效应外，其一级结构的羧基末端存在-PXXP-基序，推测其可能具有结合多种蛋白的能力。已有报导证实ANO1直接结合胞内特异性蛋白产生相应的效应，如PATRICIA PEREZ-CORNEJO等报导ANO1能够直接结合ezrin-radixin-moesin骨架蛋白产生细胞效应[49];JIN X等研究证实ANO1能够直接结合IP3R调节其钙离子的释放，进而产生痛觉的效应[50],其与不同胞内分子的直接作用也可能是导致其功能多样性的基础。在恶性肿瘤组织中，ANO1是否能够通过分子间直接结合产生促恶性生物学行为的研究还未见报导。

5、ANO1提高肿瘤恶性生物学行为的可能机制

ANO1广泛的表达在多种肿瘤组织中，其提高肿瘤恶性生物学行为的机制非常复杂。概括起来，主要包括以下几方面：首先，其开放后介导胞内外氯离子的跨膜流动改变膜两侧渗透压继而通过渗透性的作用引起细胞局部肿胀或皱缩，局部细胞容积变化后可改变胞膜的张力，从而进一步激活PIEZO1这种机械敏感和(或)LRRC8这种容积调节的离子通道，PIEZO1和(或)LRRC8的激活则进一步促进了肿瘤细胞的迁移、浸润过程；其次，ANO1介导的氯离子跨膜流动改变了膜两侧的氯离子浓度差，进而调节胞膜上Cl-HCO3-的反向交换过程，改变胞外的氢离子浓度，通过调节ASIC通道的活性来产生促肿瘤迁移、浸润；再次，氯离子跨膜流动引起胞内氯离子浓度的变化可调节胞内氯离子敏感的激酶(如WNK激酶)活性从而始动转录信号转导，调控多种与转移相关的基因表达，如金属蛋白酶、离子转运体、整合素及骨架蛋白等，从而产生促肿瘤的恶性生物学行为；最后，ANO1作为一个蛋白质分子，直接结合胞内的特异性蛋白，结合后活化增值相关的信号分子或活化与肿瘤迁移、浸润相关的信号分子，进而促进肿瘤的增殖、迁移和浸润的过程。总之，ANO1可通过多种机制激活上述与肿瘤恶性生物学行为相关的信号分子提高肿瘤的恶性行为。

6、展望

ANO1作为一种钙激活的电压依赖性氯通道，在多种恶性肿瘤组织中高表达，并且其高表达与患者的预后和生存期成负相关，本文总结了近些年有关ANO1介导的肿瘤恶性生物学特性的信号通路，其促增殖、促迁移和促浸润的作用涉及到经典的MAPK、JAK-STAT、TGF-β及PI3K-AKT等通路，但缺乏确切的将ANO1和这些经典信号通路连接的中间环节，即ANO1通道开放时恶性肿瘤细胞中的氯离子流动方向、胞内氯离子浓度变化后激活的下游信号通路及ANO1是否通过直接结合肿瘤细胞中的特异性蛋白促进肿瘤恶性生物学行为的机制尚缺乏有力的支撑依据。目前检测胞内氯离子浓度的荧光探针MAQE在生命科学中已经广泛应用，其为明确氯离子的流动方向提供了可靠的工具，用于研究蛋白-蛋白相互作用的PLA技术、FRET技术、CO-IP结合质谱分析技术日渐成熟，其为研究ANO1直接结合的蛋白质分子提供了坚实的技术支持。相信在不久的将来，经过科研人员的不断努力，这些未知的ANO1通道后的关键环节都将被证实出来，能够更好的理解ANO1介导肿瘤恶性生物学行为的分子机制，为开发治疗ANO1高表达的恶性肿瘤提供新的药物作用靶点，并开拓新的治疗方案。

基金资助:辽宁省自然科学基金指导计划(编号:20180551125);

文章来源:郑晓恬,高凤彤,石权等.ANO1介导肿瘤恶性生物学行为的机制探讨[J].现代肿瘤医学,2024,32(03):561-565.