半胱氨酸蛋白酶抑制剂与恶性肿瘤的研究进展何　娟△(综述),冯震博※(审校)(广西医科大学病理学教研室,南宁530021)中图分类号:R979.1 文献标识码:A 文章编号:100622084(2010)0320374203 摘要:半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族成员作为一种肿瘤标志物,对于组织细胞具有重要的调节与保护功能,对于肿瘤的生长、浸润和转移起重要作用,同时在肿瘤的诊断和预后方面也有意义。但是,研究表明半胱氨酸蛋白酶抑制剂在不同类别的肿瘤组织中的表达情况各不相同,对于预后的提示作用也因具体类别而定。其具体作用机制尚不明确。现就半胱氨酸蛋白酶抑制剂与恶性肿瘤的关系予以综述。关键词:半胱氨酸蛋白酶抑制剂;恶性肿瘤;进展ResearchProgressofCystatinandMalignantTumor　HEJuan,FENGZhen2bo.(DepartmentofPathol2ogyofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China)Abstract:Cystatinisasuperfamily.Asatumormarker,theirmembersplayanimportantroleintissueandcellonthefunctionofregulationandprotection,andintumorgrowth,invasionandmetastasis.Andtheyarehelpfulfortumordiagnosisandprognosisaswell.Butresearchersshowthatcystatinofdifferentkindsoftumorsexpressdifferentamountandtheimplicationsforprognosisarealsodifferent.Butthemechanismofitsmolecu2larinteractionremainsuncertainly.Thisarticlereviewscystatinontherelationshipwithmalignanttumors.Keywords:Cystatin;Malignanttumors;Progress 恶性肿瘤是严重威胁人类生命健康的一大类疾病,大多数患者的恶性肿瘤被发现时已到中晚期,治疗效果非常不理想。早期发现和诊断,是提高恶性肿瘤治疗效果的重要手段之一。半胱氨酸蛋白酶抑制剂(cystatins,CSTs)能抑制细胞内外的半胱氨酸蛋白酶,在肿瘤的生长、血管生成、浸润和转移起重要作用,可作为肿瘤诊断和预后估计的标志物。目前,在这个家族中,研究最多也较为清楚的有成员A、B、C和M等[1],现就近年来其在恶性肿瘤研究的进展综述如下。1　结构特点cystatins最早是由Anastasi等[2]等采用亲和层析的方法首次在鸡蛋清中分离得到的对半胱氨酸蛋白酶有抑制作用的一种蛋白质,作为一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂的超家族,依据其分子结构主要分成三大类:①胞内cystatin也称stefis,包括A和B2个成员;②分泌型cystatins,包含有C、D、E/M、F、G、S、Sv和SA等成员;③血浆中的激肽原,包含低分子质量和高分子质量激肽原。其超家族的成员中都至少包含一个cystatin结构域,典型的cystatin结构域由大约100个氨基酸多肽组成,其折叠成5股反平行的p折叠,部分环绕中心形成一个螺旋结构。p折叠末端的两侧具有3个疏水性的区域(甘氨酸211,脯氨酸2105和色氨酸2106),共同构成了一个楔形结构,与半胱氨酸蛋白酶的活性部位互补,从而发挥抑制作用[3]。2　作用机制及功能Cystatin通过与半胱氨酸蛋白酶即组织蛋白酶(cathepsin)形成高亲和性复合物以调控靶酶的功能。Cathepsin是一种重要间质组织蛋白酶,其家族成员有B、H、L、V等,属于木瓜蛋白酶家族,在肿瘤中,能松弛与溶解癌周围的间质组织,影响细胞外基质的重建,从而促进肿瘤细胞的迁移、浸润、血管生成和转移,造成癌症患者预后不良,并使手术切除肿瘤后早期复发。cys2tatin与半胱氨酸蛋白酶结合,主要阻止半胱氨酸蛋白酶对细胞外基质的水解作用,从而抑制癌细胞的侵袭与转移[4]。因为细胞外基质是阻止肿瘤侵袭与转移的天然屏障,癌细胞可产生多种水解酶降解细胞外基质(如基质金属蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶等),便于癌细胞的侵袭与转移,而半胱氨酸蛋白酶抑制剂则阻止这种降解作用,限制癌细胞的扩散[5]。3　不同亚型与肿瘤的关系3.1　cystatinA　人的cystatinA基因位于3q21染色体,有3个外显子和2个内含子。CystatinA是天然的抗氧化剂,由98个氨基酸组成的单链酸性蛋白,相对分子质量为12×103。与其家族成员一样,可以可逆性和竞争性地抑制半胱氨酸蛋白酶[6]。cystatinA在上皮和淋巴组织中高表达,这里的高表达与恶性肿瘤的进展成负相关[7],即体内有高水平cystatinA的恶性肿瘤患者病程进展较慢,这可能是因为cystatinA的表达增加可降低癌症相关的蛋白酶主要是cathepsinB的活性。Strojan等[8、9]研究头颈部癌发现,高浓度cystatinA可防止手术后肿瘤复发,cystatinA蛋白下调则头颈部癌发展,所以cystatinA在肿瘤中的表达水平被视为患者预后好的标志。Strojni等[10]等发现,脑的恶性肿瘤中cystatinA水平低,cathepsinB高水平者恶性程度高。Werle等[11]发现,在肺非小细胞癌中cystatinA水平显著升高组,患者存活率高。但是,在乳腺癌患者体内检查得出不同情况:cystatinA在乳腺癌中的高表达与肿瘤的恶性程度和·473·医学综述2010年2月第16卷第3期MedicalRecapitulate,Feb2010,Vol.16,No.3扩散转移说法不一。Parker等[12]首先通过动物试验发现cystatinA(stefinA)与恶性肿瘤细胞转移潜力反相关,临床检查142例乳腺癌都有高cystatinA表达,减少肺和骨转移倾向,认为cystatinA抑制cathepsinB而抑制乳腺癌转移。芬兰学者Kuopio等[13]报道440例乳腺癌用免疫组化染色发现cysta2tinA阳性者乳腺癌进展快,乳腺癌相关的病死率亦是cystatinA阳性者高于阴性者,提示cystatinA阳性的乳腺癌恶性程度更高,病情恶化更快,术后的预后较差。Leto等[14]报道cystatinA作为一个生化参数对于监测肝脏疾病的治疗反应和肝硬化发展为癌前病变可能是非常有用的。3.2　cystatinB　人cystatinB是一种含98个氨基酸残基的单链中性蛋白,相对分子质量为11.175×103,是cystatin家族中结构最简单的,编码基因位于人染色体21q22.3,有3个外显子和2个内含子[15]。也是可逆性和竞争性抑制半胱氨酸蛋白水解酶类,特别是cathepsinL和S。广泛分布于各种细胞核组织中,与cystatinA高度同源。cystatinB在肝细胞癌中高表达,这里的高表达与肿瘤的大小呈正相关。Lee等[16]用基因微数列和蛋白组学表达技术(可同时筛选大量基因和蛋白)获得关于肝细胞癌(hepatocellularcarcinoma,HCC)转录的大量信息,显示cystatinBmRNA在HCC中过表达,并且cystatinB在HCC患者的血清中明显增高有诊断价值。cystatinB在肝癌组织中特异性高表达,且随肝病变由肝炎向HCC发展而增高,尤其值得注意的是他们发现大多数HCC患者的血清中cystatinB高表达,HCC患者的血清中cystatinB的水平比非恶性慢性肝病患者高很多,肝肿瘤越大血清中cystatinB越高,并确定用HCC患者的血清检测cysta2tinB的水平早期诊断HCC敏感性高。cystatinB在食管癌中的低表达,这种低表达与肿瘤的侵袭性呈负相关。即cystatinB表达越低,食管癌的侵袭性越强。CystatinB是一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂,主要抑制cathepsinL。Shiraishi等[17]报道cystatinB特定地在正常组织中表达,而仅偶尔在食管癌组织中表达。应用食管癌组织和正常组织研究cystatinB的mRNA表达,用半定量反转录2聚合酶链反应技术,发现cystatinB在食管癌组织中的表达明显低于正常组织,在一些病例中肿瘤与正常组织的比值<0.5,由此可知发生淋巴结转移和晚期癌的比值高于肿瘤与正常组织的比值,提示cystatinB在食管癌中是抑癌基因,cystatinB的低表达状况是食管癌侵袭性的有用指标。CystatinB在乳腺癌的进展中起抑制作用。2000年日本Yano等[18]研究cathepsinB和cystatinB在乳腺癌中的表达,发现cystatinB通过降低cathepsinB的表达以达到抑制乳腺癌的目的。2006年Werle等[11]发现,cystatinB在肺非小细胞癌的表达情况与cystatinA相同,即表达水平显著升高,患者存活率高,预后好。Ebert等[19]发现高水平cystatinB的肺癌患者存活期长,尤其对肺鳞癌是有用的预后指标。Kos等[1]应用酶联免疫吸附剂测定技术检测345例结直肠癌患者,之后对比观察125例健康者血清cystatinA、B和C的水平,了解这几种半胱氨酸蛋白酶抑制剂细胞外水平与结直肠癌发展的相关性,报道cathepsinB在结直肠癌的晚期病例中最高,高水平的cystatinB及cystatinC比低水平病例死亡危险性高,患者生存期限短,而cystatinA不是结直肠癌预后因素。Feldman等[20]最近证明尿液中cystatinB的水平与膀胱的移行细胞癌的分级、分期,短期内复发和进展呈正相关。由此,cystatinB似乎在不同癌组织中的表达和不同浓度起的作用亦不同。3.3　CystatinC　CystatinC是半胱氨酸蛋白酶抑制剂家族中的Ⅱ型分泌型蛋白,组织蛋白酶B、K和L的内源性抑制剂。它广泛分布于生物体的各种组织和体液中,且是这几种亚型中浓度最高的,其功能为控制细胞外蛋白酶的活性。编码cystatinC的基因位于第20号染色体短臂cystatin多基因座上。cystatinC由122个氨基酸残基组成,相对分子质量为13343～13359,由有核细胞分泌[21]。cystatinC通过灭活组织蛋白酶的活性而抑制癌细胞的侵袭力,显示cystatinC有抑癌作用[22]。例如在小鼠实验性肝细胞瘤时,当小鼠血清cystatinC浓度明显下降则肿瘤发展快,呈负相关[23]。CystatinB与胶质瘤恶性度反相关,可作为诊断的标志[24]。但是在结直肠癌和淋巴瘤中则与恶性程度正相关。例如,Kos等[1]发现大肠癌患者血清中cystatinC浓度高者生存期短;王蕾等[25]发现在胃肠道肿瘤组织中,cystatinC表达增高与恶性程度相关;在淋巴组织中,cystatinC主要来自未成熟的树突状细胞,所以,治疗后cystatinC水平高提示淋巴瘤复发[26]。3.4　cystatinM　cystatinM是一新的肿瘤抑制物[27],与cystatinC同是cystatin超家族中的Ⅱ型分泌型蛋白,相对分子质量约为14.5×103。CystatinM与cystatinC有35%～40%的同源性,但它们有相似的总体结构,如有两个特征性的链内二硫键。Cysta2tinM在皮肤和正常乳腺细胞中有表达,对人组织分化起重要调节功能。cystatinM主要是通过对半胱氨·573·医学综述2010年2月第16卷第3期MedicalRecapitulate,Feb2010,Vol.16,No.3