细胞角蛋白在口腔粘膜癌变过程中的变化细胞角蛋白(CK)是中间丝蛋白的主要组成成份,主要表达于上皮细胞,随细胞类型和分化程度不同而表达类型有差异。
根据其分子量(MW)和等电点不同分为两型[1],Ⅰ型为酸性,MW为40~64kd,包括编号9~20(K9~K20)的角蛋白多肽,Ⅱ 型为中性或碱性,MW为52~68kd,包括编号1~8(K1~K8)的角蛋白多肽。
通常CK在上皮中以“角蛋白对”的形式表达,角蛋白对由一个Ⅰ型角蛋白分子和比其大8kd的Ⅱ型角蛋白分子构成。
CK具有高度的细胞和组织特异性。
近来发现口腔粘膜癌前病变和癌中的CK发生了改变,本文对这种变化及其意义进行综述。
一、正常口腔粘膜上皮中CK的表达规则[1,2]基底细胞层表达基底细胞标志K5/K14,非角化上皮的基底细胞层还散在表达K19 ,角化上皮(如硬腭、附着龈和部分舌背)的基底上层表达终末分化标志K1/K10,非角化上皮 (如颊粘膜、口底舌腹、软腭和部分舌背)的基底上层表达复层标志K4/K13。
此外,正常口腔粘膜中还可不稳定地检测到K2、K3、K4、K8、K16、K17、K18。
二、动物诱癌过程中CK的动态变化叙利亚金黄地鼠颊囊癌发生模型可能是与人类口腔癌发生最为相似的动物系统。
Gimenez-Conti等[3]用免疫组化、电泳和Western杂交方法检测DMBA 处理的金黄地鼠颊囊的各个病变时期的组织,发现正常颊囊上皮基底层表达K14,基底上层表达K13,而未检测到K1;自单纯增生起,K14不再局限于基底层而表达于分化细胞中,K13在整个过程中持续存在;而K1自2周开始在基底上层成弱斑片状表达,8周后表达增强而且均匀,但在鳞状细胞癌中却几乎缺乏K1,仅见于少数分化很好的细胞。
Shearer等[4]发现在金黄地鼠颊囊上皮癌前病变和癌组织中,42~56kd的CK增加而62~75kd的CK减少;电泳分析发现异常45kd和54kd的CK新带。
Boyd等[5]在诱发大鼠口腔癌的实验中,发现自中度上皮异常增生起,58.3kd的CK进行性减少,至重度上皮异常增生时53.5kd的CK也减少。
动物实验说明:在粘膜癌变过程中,组织特异性的CK发生了变化并出现了异常CK。
三、人口腔粘膜癌前病变和口腔癌中CK的变化CK具有高度保守性,原发癌和其转移癌仍部分保留原正常上皮CK的特征。
口腔癌前病变和口腔癌中CK的变化,各个学者研究结论不一。
1.组织特异性CK的减少或增加:Morgan等[6]发现口腔癌中分化相关的CK(K1/K10、 K4/K13)表达减少,K5/K14表达也有下降的趋势。
Ogden等[7]发现低分化口腔癌中K 10和K13完全缺失,高分化口腔癌中13%表达少量的K13,47%有限表达K10。
Kannan等[8 ]发现K10与肿瘤的阶段成负相关。
Schulz 等[9]研究发现癌前病变中K1表达增加,但与病理学诊断的异常增生分级之间无明显联系,而在高度未分化癌中,表达于正常粘膜的K5、K6/K11、K14/K15缺失与其不良预后有关,因为这3位患者在术后半年内均死亡。
而Va idya等[10]发现颊部高分化鳞癌中有K1和K16表达。
Heygen等[11]用双色免疫荧光法检测口腔癌前病变和口腔癌中K10、K13、K14的表达,发现轻度上皮异常增生时,K13成簇细胞表达,随细胞异型性增加而缺失,在过角化区,K13消失而表达K10;中度和重度上皮异常增生时,上皮全层细胞K14阳性,而K13、K10阴性,正常与异常交界处几个上皮细胞联合表达K14和K13;口腔癌中,K14普遍存在但更不均匀,K13和K10阴性,但分化良好的口腔癌中K13、K10散在阳性,邻近癌的上皮K13表达正常。
K14在口腔粘膜癌前病变和口腔癌中的改变不仅发生在蛋白水平,而且也发生在其mRNA水平,Marley等[12]发现上皮异常增生的白斑中K14 mRNA较正常粘膜和癌中的高,而口腔癌中K14 mRNA 较正常粘膜和白斑中的低,说明癌变后K14 mRNA的转录下降,这与Morgan[6]的研究结果相符合,而与Heygen[11]不相符。
2.单层上皮CK在口腔粘膜癌前病变和口腔癌中的异常表达:K8/K18、K19为单层上皮的标志,K8/K18通常不表达于口腔粘膜,K19可以散在表达于口腔非角化上皮的基底细胞。
而Linbe rg等[13]发现中-重度上皮异常增生时,不论有无角化,基底上层细胞K19均强阳性,K19阳性细胞层数与异常增生程度成正相关,在口腔癌中,K19呈斑片状表达,认为基底上层表达K19可作为口腔癌前病变的标志。
Schulz等[9]用与Linberg相同的抗体研究,也得出了相似的结论。
但Coltrera等[14]发现K19表达在口腔上皮单纯增生与上皮异常增生之间无显著性差异,认为基底上层表达K19不能鉴别单纯增生和异常增生,作为判断口腔癌前病变的标志既不敏感亦不特异。
10%~30%的头颈部肿瘤患者有第二次患原发肿瘤的危险,“区域癌化”观点认为消化道癌患者的消化道上皮易恶变。
Copper等[15]检测舌癌患者的临床正常的口腔粘膜脱落细胞中K19的表达,发现其阳性率为正常非癌患者的3倍;Ogden等[16,17]的一系列试验中,发现口腔癌患者患侧脱落细胞中K8/K 18、K19的阳性率显著高于健侧的脱落细胞;35%患者的癌周正常上皮基底层表达K8/K7,而非癌患者K8为阴性,K19在基底层表达增加,且表达于基底上层;而Morgan等[6]在研究口腔癌变过程中CK的变化时,也发现自中度上皮异常增生始,伴随终末分化CK的紊乱,病变上皮表达K8/K18。
Vaidya等[10]研究发现多数中分化鳞癌中有K17和K18的表达,认为异常角蛋白的出现似乎与肿瘤的分化程度有关。
Ogden[7]为排除石蜡切片对角蛋白染色的影响,用8种抗角蛋白抗体(其中5种识别K8、K18、K19)检测冰冻切片上角蛋白的表达,结果否认了单层CK只存在于低分化口腔癌中,而在许多高分化口腔癌中亦检测到单层CK。
K19 mRNA在口腔癌细胞系的水平也高于正常[18],说明K19在口腔癌中的转录增加,但其机制并不清楚。
综上所述,K8/K18和K19在口腔癌前病变和口腔癌中持续的异常表达对口腔粘膜癌前病变和口腔癌的诊断和预后判定有重要意义。
3.角蛋白对失去成对性:在口腔癌前病变和口腔癌中,部分CK不再成对表达。
Schulz等[9]研究发现,异常增生的白斑表达K1和K4而未表达其对子K10和K13,在口腔癌中,表达K1而未表达K10;Vaidya等[10]用电泳和免疫印迹法检测14例中分化颊癌和12例高分化颊癌中角蛋白的表达,发现许多肿瘤只表达K4和K14,而不表达其对子K13和K5。
不表达K5、K10和K13似乎是恶变的结果。
四、出现CK的降解产物Schulz[9]用Western杂交的方法检测口腔粘膜癌前病变和口腔癌中CK 的变化,发现2例异常增生的白斑中出现38Kd的条带,与K19的单克隆抗体反应,认为38Kd是 K19的降解产物,另2例中发现40Kd的不与K19单抗反应而与广谱CK抗体反应的条带,另3例中发现42Kd与广谱CK抗体反应的条带,在口腔癌中发现小于40Kd与广谱CK抗体反应的条带,认为这些条带均为较大角蛋白的降解产物。
但这些降解产物产生的机理和意义不清楚,有待于更深入广泛的研究。
存在的问题:CK是细胞骨架的组成成份,含有20种不同的多肽,其分布因细胞类型和分化程度而不同,因而相当复杂。
因角蛋白抗体种类较多,甚至一种角蛋白有几种抗体,各位学者使用的抗体不尽相同,得出的结果也不完全一致。
CK为多基因家族编码,其基因位于不同染色体的不同位点上,目前对其基因和基因表达及表达调控的研究还未深入。
尽管发现CK在口腔癌前病变和口腔癌中表达发生了改变,但这种改变发生的机理和与癌基因之间的关系更不清楚。
五、展望尽管CK在口腔癌前病变和口腔癌中异常表达的机理和意义不太清楚,但已有研究[19]发现K18是Ras信号转导途径的直接靶子,活化的癌基因Ha-Ras,Src,Lck或Ra f皆可刺激K18的转录,为一些肿瘤中持续表达K18提供了分子水平解释。
进一步研究口腔癌前病变和口腔癌中CK表达的分子调控机制,有利于解释肿瘤的生物学行为,为肿瘤的早期诊断和预后判定提供有用的标志。
四川省卫生厅科研基金资助(960040)作者单位:李秉琦(成都华西医科大学口腔医学院610041)聂敏海(现在泸州医学院附属医院)参考文献1,Velden LAVD,Schaafsam HE,Mannii JJ,et al.Cytoke ratin expressionin nornal and (pre) malignant head and neck epithelia an overview.Head & Neck,1993,15:133.2,Maeda H.Keratin staining pattern in clinically normal and diseased oral m ucosa of Lichen planus patients.Scand J Dens Res,1994,102:210. 3,Gimenez-Conti IB,Shin DM,Bianchi AB,et al.Changes in keratinexpression d uring 7,13-Dimethylbenz[a] anthracene-induced Hamster cheek pouch carcinogenes is.Cancer Research,1990,50:4441.4,Shearer BH,Jenkinson HF,McMillan MD.Changes in cytokeratins following tre atment of hamster cheek pouch epithelia withhyperplastic or neoplastic agents.J Oral Pathol Med,1994,23:149.5,Boyd NM,Reade PC.Temporal alterations in cytokeratin expression during ex perimental oral mucosalcarcinogenesis.Carcinogenesis,1991,12:1767.6,Morgan PR,Su L.Intermediate filaments in oral neoplasia.I Oral cancer and epithelia dysplasia.Eur J Cancer B Oral Oncol,1994,30B:160. 7,Ogden GR,Chisholm DM,Adi M,et al.Cytokeratin expression in oral cancer an d its relationship to tumor differentiation.J Oral Pathol Med,1993,22:82.8,Kannan S,Balaram P,Chandran GJ,et al.Alterations in expression of termina l differentiation markers of keratinocytes during oral carcinogenesis.Pathobiolo gy,1994,62:127.9,Schulz J,Ermich T,Kasper M,et al.Cytokeratin pattern of clinically intact and pathologically changed oral mucosa.Int J Oral Maxillofac Surg,1992,21:35.[ HK〗10,Vaidya MM,Borges AM,Pradhan SA,et al.Altered keratin expressionin bucca l squamous cell carcinoma.J Oral Pathol Med,1989,18:282.11,Heyden A,Huitfeldt HS,Koppang HS,et al.Cytokeratins as epithelial differ entiation markers in premalignant and malignant oral lesions.J Oral Pathol Med,1 992,21:7.12,Marley JJ,Robinson PA,Hume WJ.Expression of human cytokeratin 14in norm al,premalignant and malignant oral tissue following isolation by plaque differen tial hybridisation.Eur J Cancer B OralOncol,1994,30B:305.13,Linberg K,Rheinwald JG.Suprabasal 40 kd keratin (K19) expression as an i mmunohistologic marker of premalignancy in oral epithelium.Am J Pathol,1989,134: 89.14,Coltrera MD,Zarbo RJ,Sakr WA,et al.Markers for dysplasia of the upper ae rodigestive tract .Suprabasal expression of PCNA,p53,and CK19 in alcohol-f ixed,embedded tissue.Am J Pathol,1992,141:817.15,Copper MP,Braakhuis BJ,de Vries N,et al.A panal of biomarkers of carcino genesis of the upper aerodigestive tract as potential intermediate endpoints in chemoprevention trials.Cancer,1993,71:825. 16,Ogden GR,McQueen S,Chisholm DM,et al.Keratin profiles of normal and mali gnant oral mucosa using exfoliative cytology.J ClinPathol,1993,46:352.17,Ogden GR,Lane EB,Hopwood DV,et al.Evidence for field change inoral canc er based on cytokeratin expression.Br J Cancer,1993,67:1324. 18,Hu L,Crowe DL,Rheinwald JG,et al.Abnormal expression of retinoic acid re cepters and keratin 19 by human oral and epidermal squamouscell carcinoma cell lines.Cancer Res,1991,51:3972.19,Pankov R,Umezawa A,Maki R,et al.Oncogene activation of human keratin 18 transcription via the Ras sinal transduction pathway.Proc Natl Acad Sci USA,1994 ,91:87收稿日期1998-01-16。