癌细胞中钙离子通道的研究进展

何建林，郑仕中，陆 茵，徐长安，唐 旭，易瑞灶

(1.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005;2.南京中医药大学药学院，江苏 南京 210029)

钙离子在机体内保持稳态，对维持机体功能有重要作用［1］。细胞内钙离子浓度的增加主要来源于细胞外钙离子内流和细胞内钙源的的释放。钙的内流和释放被细胞的各种调控系统精密控制。钙离子通透性通道主要包括电压门控钙通道(voltage-gated calcium channels，VGCC)、配体门控钙通道(ligand-gated calcium channels，LGCC)、瞬时感受器电位(transient receptor potential，TRP)、钙库调控的钙通道［2］(store-operated calcium channels，SOCs)和花生四烯酸调控的钙通道 (arachidonate-regulated Ca2+entry channel，ARC)［3］等。其中，VGCC属于Cav家族，主要分布于可兴奋细胞，一般在去极化时激活;LGCC主要在神经系统的快速化学突触传导中起作用，神经系统外也有分布，如P2X通道［4］;TRP通道分布广泛，门控机制多样，表面受体刺激产生的第二信使、细胞膜的拉伸、细胞微环境等物理或化学的性状改变均可引起钙离子内流［5］;SOCs在非兴奋细胞中广泛分布，STIM1和Orai1是其重要调控蛋白［6］，STIM1位于内质网膜，当细胞腔内钙离子浓度下降时，分布至细胞膜附近，与Orai1反应，引起钙离子内流;ARC被受体介导的花生四烯酸激活，在腮腺细胞、胰腺腺泡细胞等细胞中产生和调节激动剂诱导的钙信号。

近年来，离子通道与肿瘤细胞的关系逐渐被认识和研究。钙离子通道种类繁多，功能复杂，被证实参与肿瘤细胞的多个生物学过程。以下将从四个方面阐明钙离子通道在癌细胞中的角色。

1 钙离子通道与肿瘤细胞增殖

肿瘤细胞的一个特性就是不可控制的增殖。除了大量分泌细胞分裂原之外，肿瘤细胞还可以改变细胞膜受体和离子通道的功能表达，接受外来信号，从而对细胞分裂原超敏。钙离子内流是这个过程中必须的。细胞分裂原诱导钙内流，而钙内流的减少可使细胞生长终止。

Cav3是电压门控钙离子通道亚型，在许多肿瘤细胞株中均有表达。Cav3通道的表达增加和S期［7］有关。其特异性最强的阻断剂咪拉地尔对肿瘤细胞株有抗增殖作用。在某些食管癌细胞株中，通过SiRNA沉默Cav3.1可以激活p53通路，上调细胞周期抑制蛋白p21而达到减少细胞增殖的目的［8］。Cav在非兴奋细胞中表达有限，即便有也需要去极化来激活。尽管如此，这些通道也可以调节增殖，因为肿瘤细胞的静息膜电位极化降低［9］，而有丝分裂原的活动可能包含了去极化。在人类SPC-A1肺腺癌细胞株中，通过L型钙通道的钙内流被证实与内皮素-1(endothelin-1，ET-1)有关而促进肿瘤增殖［10］。

肿瘤细胞中 TRP通道表达也发生变化［11］。比如，TRPM7基因在乳腺癌细胞株MCF-7中过表达。基因沉默后，细胞内基础钙离子浓度和细胞的增殖都减少，提示TRPM7很有可能通过调节钙离子内流而参与乳腺癌细胞的增殖［12］。又如，在原位前列腺癌、直肠癌、乳腺癌、甲状腺癌和卵巢癌和它们衍生的细胞株中，TRPV6的表达均增加。在乳腺癌组织中，TRPV6的mRNA表达水平比正常乳腺组织高2～15倍。TRPV6的表达水平在高级别的前列腺癌中明显增高，从而成为一个预后的指标。基因沉默TRPV6后，人类前列腺癌细胞LNCaP在S期的积累减少，增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表达减少。TRPV6的促增殖作用与钙/钙调蛋白/钙神经素依赖的转录因子——激活性T细胞的细胞核因子(nuclear factor of activated T cell，NFAT)的激活有关［13］。它的转录活性会改变细胞周期调控因子的表达。另有研究表明［14－16］，TRPC6在人胶质瘤、食管癌和胃癌中的表达均明显高于正常组织，特异地阻断TRPC6通道都能将上述癌细胞周期阻断在G2期，抑制其增殖。

2 钙离子通道与肿瘤细胞凋亡

正常水平的细胞凋亡可维持组织稳态，过度凋亡可引起组织降解，而抑制凋亡可引起癌症。肿瘤细胞可通过减少钙离子流入或下调钙通透性通道及其相关的信号通道而避免凋亡。

钙库调控的钙流入(store-operated calcium entry，SOCE)在正常细胞和肿瘤细胞中均扮演重要角色。比如，荷尔蒙耐受且凋亡拮抗的前列腺癌细胞表型的SOCE水平明显降低［17］，从而阻止促凋亡刺激引起的钙过载，降低了线粒体和细胞质的凋亡通路活性。丁酸钠可引起人结肠癌细胞株HCT-116内质网的钙释放，从而激活SOCE，引起凋亡;通过RNA干扰STIM1或药物阻断SOC均可抑制 HCT-116凋亡［18］。但是，SOCs的分子成员及其形成SOCE的机制还有待深入研究。

除了SOCs外，其他钙通透通道的表达降低的激活机制也对肿瘤细胞逃离凋亡的能力有帮助。比如，在大鼠胰岛瘤RIN-5F细胞和U937单核细胞系中，通过反义引物沉默TRPM2很大程度上抑制了钙离子内流，从而抑制了H2O2和TNF-2引起的程序凋亡。反之，TRPM2的大量异源表达可以增强H2O2引导的凋亡。又如，TRPV6通道的缺失，抑制了经过辣椒素处理的胃癌细胞株的细胞凋亡［19］。

此外，离子型的P2X7受体在宫颈癌细胞的抗凋亡中也起到重要作用。在正常宫颈表皮细胞中，P2X7受体的激活通过钙依赖的线粒体途径诱导凋亡。而在宫颈癌细胞中，P2X7功能受体表达下调，而主要表达一种不起作用的P2X7-j剪接变体，这阻止了引发凋亡所需的钙内流［20］。

3 钙离子通道与肿瘤细胞血管生成

钙通透性通道和钙依赖的信号对肿瘤血管生成起到重要作用［21］。羟胺三唑(carboxyamidotriazole，CAI)是一种口服抗肿瘤药物，它是非电压门控的钙离子通道的阻断剂。CAI通过阻断钙通道介导的信号传导引起血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信号、内皮增殖和血管生成的阻断。利用这个化合物已经证明在脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中钙流入对于成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2，FGF2)刺激的增殖和侵袭有重要作用［22］。在B16F1小鼠黑色素瘤细胞的肝转移灶中，CAI减小微血管的密度和尺寸，而不影响其周围正常肝组织的血管容量［23］。VEGF-A介导的内皮细胞增殖过程中钙离子浓度的上升可被CAI抑制，这种情况与钙离子内流在血管生成中扮演的角色相一致。

许多钙库依赖的和非依赖的TRP通道家族在内皮细胞中也有表达，他们也可能参与血管生成的进程。研究表明DAG配体门控的TRPC3和TRPC6通道与VEGF诱导的微脉管内皮细胞弥漫有关［24］。TRPV4是花生四烯酸激活的钙通道，其在乳腺癌中高表达，可能对内皮细胞的迁移和血管生成起关键作用［25］。内皮细胞也表达氧化还原敏感的TRPM家族通道，如TRPM2、TRPM6和TRPM7。但是，他们在新血管生成中的作用还没有被很好的阐明。

总之，钙的内流可能促进内皮细胞释放VEGF、FGF和PDGF，以自分泌和旁分泌的方式刺激血管生成。

4 钙离子通道与肿瘤细胞转移

在细胞迁移过程中，形态学和黏附特性的变化伴随着胞质钙离子浓度的反复变化［26］。肿瘤细胞的转移与细胞局部张力有关，张力激活的钙通道被认为是把局部张力转化为钙信号的传导器。比如，TRPM7的高表达促进细胞解黏附，而沉默则可以增加细胞周边黏附复合物的数量而增强黏附［27］。

TRP通路家族在肿瘤细胞的转移中影响较广。使用咪拉地尔、CAI和Gd3+研究HT1080纤维肉瘤细胞的能动性和侵袭性与钙信号通路的动态变化，表明其转移行为有可能和TRPC1通路有关［28］。肝母细胞瘤表达 TRPV1和 TRPV4。这种细胞瘤的转移被TRPV1通道的激动剂激活，而被TRPV1的拮抗剂抑制，TRPV4对其影响不大［29］。

研究表明SOCE及其分子组成在正常和病理细胞转移中扮演重要角色。在血管平滑肌细胞的迁移中，STIM1和Orail蛋白都有参与［30］。体外和小鼠试验证明，Orail和STIM1对乳腺癌细胞的转移是必需的。在人高转移性乳腺癌细胞株中，使用药物或者siRNA干预STIM1和Orail的表达，可引起动物模型肿瘤转移的下降。值得注意的是，Orai1介导的SOCE水平的下降，使前列腺癌对细胞凋亡耐受。通过SOCs的钙离子内流在癌细胞的凋亡和转移中似乎扮演相反的角色。这可能是因为不同种类的癌细胞在不同状态下对钙离子的依赖程度不同，还有可能是因为钙离子在癌细胞凋亡中的浓度变化是全细胞的，而在癌转移中的浓度变化则是局部的。这在抗肿瘤药物设计中需要引起特别注意。

5 展望

目前的研究表明钙离子通道与癌细胞的增殖、血管生成、凋亡以及转移均有密切关系，但是不同的钙通道类型对肿瘤进程的影响不能一概而论。控制钙离子通道表达和激活的信号通路有待阐明。钙离子通道分布广泛，以钙离子通道分子为靶标的药物研发面临特异性不强的关键问题。同一个离子通道在正常细胞和肿瘤细胞中可能有不同的剪接变体，这可能可以提供新的治疗靶标。

钙离子通道与肿瘤的关系尚有较大的研究空间，关键的通路及其分子组成有待进一步挖掘。随着研究的不断深入，人们对于肿瘤生物学的了解将更加详细和透彻，以钙离子通道为靶标进行癌症的诊疗将有所作为。

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