Glypican-3与原发性肝癌关系研究进展

摘要

Glypican-3(GPC3)为膜性硫酸乙酰肝素多糖蛋白, 在胎儿肝脏表达丰富, 在成人肝脏不表达, 于肝癌发生时常常再激活. 血清中可溶性GPC3可作为生物标志物用于肝癌诊断和预后评估. GPC3还有望作为肝癌靶向治疗的新靶点. 在肝细胞癌早期GPC3表达就开始上调, 硫酸脂酶-2、锌指和同源框2和甲胎蛋白调节素2等可能与GPC3表达上调有关, 上调后激活整合素、胰岛素样生长因子和Wnt信号通路等促进肝癌细胞生长.

关键词: Glypican-3; 肝细胞癌; 诊断; 靶向治疗; 分子机制

Advances in the relationship between glypican-3 and primary hepatic carcinoma

Fei-Bing Luo, Kun-He Zhang

Fei-Bing Luo, Kun-He Zhang, Department of Gastroenterology, the First Affiliated Hospital of Nanchang University, Jiangxi Provincial Key Laboratory of Digestive Diseases, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China

Supported by: the Science and Technology Foundation of Jiangxi Provincial Educational Department, No. 2006-61.

Correspondence to: Professor Kun-He Zhang, Department of Gastroenterology, the First Affiliated Hospital of Nanchang University, 17 Yongwai Zheng Street, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China. yfyzkh@sina.com

Received: October 25, 2009
Revised: December 3, 2009
Accepted: December 7, 2009
Published online: January 18, 2010

Abstract

Glypican-3 (GPC3) is a membrane heparin sulfate proteoglycan that is expressed abundantly in the fetal liver, inactive in the normal adult liver and frequently reactivated in hepatocellular carcinoma (HCC). Serum soluble GPC3 is a new diagnostic and prognostic biomarker for HCC. GPC3 is also a potential target for targeted therapy of HCC. The expression of GPC3 is upregulated at the early stage of HCC, which is associated with sulfatase-2, zinc-fingers and homeoboxes 2 (ZHX2) and alpha-fetoprotein regulator 2 (AFR2). GPC3 overexpression can activate integrin, insulin-like growth factor and Wnt signaling to promote HCC development.

Key Words: Glypican-3; Hepatocellular carcinoma; Diagnosis; Targeted therapy; Molecular mechanism

0 引言

磷脂酰肌醇蛋白多糖-3(glypican-3, GPC3)为Glypican家族的一员, 相对分子质量约66 kDa, 其基本结构包含核心蛋白、硫酸乙酰肝素(heparan sulfate, HS)链和糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol, GPI)[1]. GPC3在核心蛋白下游富含半胱氨酸结构区的下端, 即第358位精氨酸和359位丝氨酸处可以被酶切割而分成2段, 使N-端约含40 kDa的GPC3蛋白成为可溶性蛋白片段而分泌入血. GPC3在胚胎及胎儿期组织器官的形成和发育阶段扮演着重要角色, 主要起负性调控作用, 防止组织器官生长过大并在整体上调节身体大小[2]. 成人GPC3异常表达与多种肿瘤的发生发展关系密切, 在乳腺癌和卵巢癌中为表达缺失, 在肾癌、肺鳞癌、甲状腺癌、梅克尔细胞癌、胃癌、大肠癌等呈过表达. 在肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)早期, GPC3即呈高表达, 并认为对HCC具有早期诊断价值. 本文重点就GPC3在HCC的发生发展及其临床意义的研究进展作一综述.

1 GPC3在肝细胞癌中表达特点及诊断价值

在胚胎和胎儿期, GPC3的表达有明显的器官组织特异性和分化时相特异性. 肝实质细胞在整个胎儿期均有明显表达, 而出生后到成人阶段, 除在胎盘、乳腺、间皮、卵巢、肺及肾组织有弱表达外, 其他正常组织无明显表达[3]. 1997年Hsu等[4]首先报道GPC3 mRNA在HCC组织中高表达, 随后越来越多的研究者证实, 在HCC组织中, 不管是GPC3 mRNA还是蛋白均呈过表达, 并在HCC的早期即已发生[5,6].

1.1 肝癌组织的GPC3表达

GPC3在肝癌组织与良性肝病组织的表达差异明显. Llovet等[7]报道, 在丙型肝炎后肝硬化背景的早期肝癌组织中(<2 cm的肝癌结节)GPC3表达率100%, 其他良性肝病和正常肝组织中表达率为0. 缪辉来等[6]研究显示: 肝癌组织GPC3阳性表达率为81.5%, 而癌旁及远肝癌组织无表达. Wang等[8]用基于组织芯片的免疫组织化学染色检测肝癌组织GPC3, 发现有肝硬化背景的肝癌组织阳性率达90%, 而正常肝脏背景下的肝癌组织阳性率为64%, 肝脏高级别腺瘤和早期肝癌组织阳性率为48%, 良性结节或低级别腺瘤组织阳性率仅3%, 可以很好地把肝脏良性结节或肝脏腺瘤和肝癌区分开来, 据此认为GPC3是早期肝癌诊断标志物, 这与Wang等[9]的结论一致. Di Tommaso等[10]研究显示, GPC3对早期肝癌诊断的敏感性是69%, 特异性是91%. 原发性肝癌主要为HCC, 少部分为胆管细胞癌, GPC3可以很好的区分2类肝癌. Shirakawa等[11]比较了HCC和ICC(肝内胆管癌)组织中GPC3表达情况, 发现HCC表达率78.3%, 而ICC无表达. 不过, Abdul-Al等[12]认为GPC3用于肝癌诊断时应谨慎: 虽然轻度丙型肝炎标本GPC3表达均为阴性, 但83.6%的慢性重度丙型肝炎活组织标本可检测到GPC3表达.

1.2 肝癌患者血清中GPC3的水平

Capurro等[13]检测了肝癌患者的血清GPC3, 53%(18/34)的肝癌患者升高, 低于肝癌组织阳性率(72%), 20例肝硬化患者中只有1例升高, 正常对照和肝炎均为阴性. Nakatsura等[14]研究显示, 肝癌患者血清GPC3蛋白的阳性率为40.0%(16/40), 肝硬化患者、慢性肝炎和健康对照均为阴性(0/13、0/34、0/60). 周伟等[15]检测血清GPC3的含量, 以30 μg/L为诊断界值时, 诊断肝癌的敏感性和特异性分别为40%和93%, 明显低于HCC组织的免疫组织化学法检测结果, 也不如传统的AFP检测. 缪辉来等[6]的研究也得到类似结果, 血清GPC3蛋白检测的敏感性为55.8%(肝癌组织81.5%), 特异性为100%. Beale等[16]研究认为, 血清GPC3检测不能监测酒精性和非酒精性脂肪肝患者是否发展为肝癌患者. 血清GPC3阳性率不及组织学检测高, 因此建立比现有方法更敏感的血清GPC3检测新技术以提高其诊断价值可能是目前需要解决的问题之一.

1.3 血清AFP阴性肝癌的GPC3表达

在AFP阴性肝癌中, GPC3也有较高的表达率. Ding等[17]检测了41例AFP阴性的肝癌组织及其癌旁组织的GPC3 mRNA, 癌组织表达率为73.17%, 癌旁组织中只有9.76%, 且为弱表达; 大肝癌(>5 cm)的表达率为79.31%, 小肝癌(≤5 cm)的表达率为41.67%; 低分化癌(Ⅲ-Ⅳ级)的表达率为76.47%, 高分化癌(Ⅰ-Ⅱ级)的表达率为42.86%; 免疫组织化学显示GPC3主要在肝癌细胞中表达, 正常肝细胞、胆管细胞、血管内皮细胞、Ito细胞及成纤维细胞均呈阴性. 值得注意的是, 血清中GPC3与AFP水平之间没有明显相关性[13,18], 可以在一定程度上弥补AFP的不足.

1.4 GPC3的表达与肝癌患者的预后

GPC3的表达状况与肝癌患者的预后相关. Shirakawa等[19]将107例肝癌患者的手术切除标本行免疫组织化学染色分为GPC3阳性组和阴性组, 随访5年, 发现GPC3阳性组死亡率明显高于阴性组(87.7% vs 54.5%); 在接受手术切除治疗的80例患者中, GPC3阴性患者5年内没有1例死亡(0/16); 多因素分析显示, GPC3的表达情况是肝癌独立的预后相关因素. 有关GPC3与肝癌预后的关系研究报道较少, 两者之间的关系有待更多的资料证实.

2 GPC3促HCC生长的机制

2.1 HCC GPC3表达上调的机制

GPC3在正常情况下起负性调控生长作用. GPC3基因突变和功能丧失时, 导致过度生长和畸变综合征(simpson-golabi-behmel syndrome, SGBS)[20], 表现为肝脏和其他器官过度生长, 并增加患某些肿瘤的机率, 如HCC、Wilms瘤等[21]. Liu等[22]研究显示, 切除肝脏2 d后GPC3表达上调, 第5天达到高峰; 正常肝细胞当GPC3蛋白和mRNA表达达到高峰时, 细胞分裂增殖开始下降, 阻断GPC3表达则促进肝细胞生长. 但肝癌细胞与正常肝细胞不同, GPC3表达不呈现负性调控作用. GPC3表达上调的机制复杂. Lai等[23]研究发现, 敲除了硫酸酯酶2(sulfatase-2)基因的Huh细胞系其GPC3表达明显下降, 并在裸鼠体内实验得到同样的结果, 而上调硫酸酯酶2的表达, GPC3的表达也增强, 故认为硫酸酯酶2可上调GPC3表达. Morford等[24]通过动物实验发现, 转录抑制因子锌指和同源框2(zinc-fingers and homeoboxes 2, Zhx2)能抑制成年鼠肝脏GPC3的表达, 而在HCC中Zhx2基因通常呈表达沉默状态[25], 可能正是由于失去了Zhx2的抑制作用使得GPC3出现过度表达. 另外, CCl4损伤肝脏可激活GPC3表达, 并受甲胎蛋白调节素2(alpha-fetoprotein regulator 2, Afr2)调控[24].

2.2 GPC3促进肝癌生长的信号通路

Kwack等[26]发现GPC3可抑制成纤维细胞生长因子2介导的肝癌细胞增殖, 同时降低肝癌细胞与Ⅰ型胶原、纤维连接蛋白之间的黏附力, 增强细胞的迁移和侵袭能力. Kittaka等[27]证实GPC3蛋白是激活整合素(integrin)信号通路的关键蛋白之一, 通过此信号通路可促进肝癌细胞的增殖和增强其侵袭力. 但王冰等[28]将携带GPC3基因的重组真核表达载体(pEGFP-N2-GPC3)转染人肝癌细胞系SK-Hep-1后, 发现细胞的增殖力和黏附力明显下降, 而侵袭力则增强, 认为GPC3能抑制肝癌细胞的增殖和黏附, 促进其转移, 这与Capurro等[29]的研究不完全一致, 可能与选用的肝癌细胞系不同有关. Cheng等[30]研究显示, 转染GPC3基因的NIH3T3细胞系GPC3蛋白过表达, 细胞呈失控制性生长, 将低表达GPC3的PLC-PRF-5肝癌细胞系转为高表达, 其生长速度明显增快, 而敲除了GPC3基因的HuH-7细胞系生长受抑, 并发现GPC3 N-末端富含脯氨酸的结构域可特异性地结合胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor, IGF)受体, 激活IGF信号通路, 从而促进肝癌细胞生长. Capurro等[29]发现GPC3核心蛋白能与Wnts(如Wnt3a)形成复合物, 表达GPC3的肝癌细胞对Wnt3a的结合能力更强, 提示GPC3能增强肝癌细胞对Wnt的反应性. 另外发现GPC3能抑制肝癌细胞β-catenin的降解, 导致细胞质β-catenin大量堆积. 以上提示GPC3通过激活Wnt信号通路而促进肝癌细胞生长. 近期有研究者发现GPC3与刺猬分子信号通路(Hh)关系密切. 已知Hh通路在胚胎发育期对胚胎生长和形体控制起着十分重要的作用, 与细胞生长、分化及肿瘤的成长密切相关; 在胚胎发育成熟后, Hh通路对肠道干细胞的增殖亦有重要的调节作用. 持续的Hh信号通路激活可诱发组织器官过生长, 并可诱发内胚性肿瘤. Capurro等[31]研究发现, 无GPC3表达的裸鼠胚胎中, Hh信号通路是增强的, 在正常胚胎鼠的纤维原细胞中, GPC3通过高亲和地结合Hh蛋白而竞争性地抑制其与相应受体结合, 并促进刺猬蛋白内吞和降解, 从而负性调控Hh信号通路, 且认为SGBS患者至少部分原因归于Hh信号通路的过度激活[32]. 但GPC3促HCC生长机制是否与Hh信号通路有关尚无文献报道.

3 GPC3对HCC靶向治疗价值

作为HCC表达上调的基因之一, GPC3为拓展HCC治疗手段提供了新的思路. Komori等[33]发现GPC3144-152(FVGEFFTDV)肽片段可在HLA-A2.1转基因鼠中诱导相应的反应性细胞毒T细胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL), 却不产生自身免疫反应, 接种此CTL细胞可抑制肝癌细胞在小鼠体内生长. Ishiguro等[34]在裸鼠的肝癌实验中发现, 抗GPC3抗体GC33能明显降低表达GPC3的肝癌鼠血清GPC3和AFP水平, 对表达GPC3的肝癌细胞和移植于鼠体内的Hun-7人肝癌细胞具有杀伤作用, 其机制是抗体依赖的细胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)和/或补体依赖的细胞毒作用(complement-dependent cytotoxicity, CDC)[35], 并与局部的巨噬细胞关系密切[36]. 有关GPC3在肝癌靶向治疗中的价值有待更进一步的研究.

4 结论

GPC3属膜性硫酸乙酰肝素多糖蛋白, 在胚胎及胎儿期负性调控组织器官的发育, 出生后异常表达与肿瘤的发生发展关系密切. 在HCC组织中GPC3呈高表达状态, 且肝癌早期即可检出, 在AFP阴性肝癌也有一定的表达率, 故认为GPC3可用于早期肝癌的诊断. 血清GPC3的阳性率不及肝癌组织免疫组织化学染色高, 也低于AFP的阳性率, 因此建立和完善检测新方法是推进GPC3临床诊断应用的关键. 研究也初步显示GPC3可作为肝癌生物治疗的新靶标, 在肝癌的预后判断中也有一定的价值. 肝细胞癌GPC3表达上调的机制尚不完全清楚, 可能与硫酸脂酶-2、Zhx2和Afr2等有关, 上调后可能通过激活整合素、胰岛素样生长因子和Wnt信号通路等促进肝癌细胞生长. 总之, 深入研究GPC3促进HCC发生发展的分子机制, 探讨GPC3在HCC诊断、治疗和预后判断中的价值具有重要意义.

评论

背景资料

硫酸乙酰肝素多糖蛋白包括多配体蛋白聚糖(syndecans)、磷脂酰肌醇蛋白多糖(glypicans)、基底膜蛋白多糖(perlecan)、集聚蛋白(agrin)等. 脊椎动物的Glypican家族包括6个成员, 他们的基本结构相似. 人类Glypican-3基因于1996年发现, 因其与肝癌关系密切, 应用前景良好, 成为研究热点.

同行评议者

刘成海, 研究员, 上海中医药大学附属曙光医院(东部)肝病研究所

研发前沿

GPC3在肝癌组织中的表达具有良好的敏感性和特异性, 他在肝癌诊断、治疗及预后评估中的价值是目前应用研究的重点, 而他在肝癌发生发展中分子机制是目前的基础研究的前沿.

创新盘点

本文综述了GPC3与肝癌在应用研究和基础研究方面的最新进展, 前者包括GPC3与肝癌的诊断、靶向治疗和预后评估, 后者涉及GPC3在肝细胞癌中表达上调的分子机制及促肝癌生长的相关信号通路.

应用要点

本文提示, 血清GPC3检测对肝癌的诊断价值不及AFP, 但部分AFP阴性肝细胞癌可检出GPC3, 两者联合检测可相互补充. 在肝细胞预后评估方面, GPC3是独立的相关因素.

同行评价

本文主要围绕GPC3与原发性肝癌的关系, 综述GPC3在肝细胞癌中的表达特点、促HCC生长机制、HCC靶向治疗及预后评估价值等, 有参考价值.

备注

编辑:李军亮 电编:何基才

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