细胞角质素与泌尿系移行上皮癌的关系.doc

细胞角质素与泌尿系移行上皮癌的关系复旦大学医学院附属华山医院泌尿外科（200040） 燕翔 综述 丁强 审校摘 要 细胞角质素是近年来出现的一种新的移行上皮癌标志物，其本质是细胞的中间丝成分，有20个亚型，不同的亚型在移行上皮癌的表达是不同的，有的显示出特异性，特别是细胞角质素20可能会成为早期诊断泌尿系移行上皮癌的很有价值的标志物。本文主要综述了细胞角质素与泌尿系移行上皮癌的关系及其临床应用价值。关键词 细胞角质素 移行上皮癌 20世纪80年代开始了细胞角质素（cytokeratin,CK）的探索，当时仅仅是属于组织病理学的研究范畴，兴趣主要集中在研究CK的基本生物功能。其后，CK的研究缓慢发展。最近几年来，关于CK又有新的发现，CK结合临床的研究逐渐活跃起来，有些已显示出美好的临床应用前景。本文就CK在泌尿系良恶性移行上皮的表达情况及其临床应用价值作一综述。 一.CK的生物学特性CK是一类水溶性聚合多肽，分子量在40000-68000Mr，分布于大多数上皮和间皮细胞源性的细胞中，为中间丝骨架成分。CK分子的中心为高度保守的a螺旋结构域，两侧为非螺旋的头和尾，两条CK分子装配成卷曲的二聚体再以反向平行的方式联结成四聚体亚单位，从而加强了细胞骨架的结构1。在人类已有20种CK被明确鉴定，小至CK19（40000Mr），大至CK1（68000Mr）。1990年，Moll等2鉴定了一种分子量为46000Mr的CK，定名为CK20。据研究CK20仅表达于移行上皮、消化道上皮和Merkel细胞3。目前认为，CK是上皮细胞分化的标志，在人类除了肾脏足细胞及透明细胞外，每一种上皮都有两种以上不同组合的CK表达4，在分化不同的病理组织有不同的CK表达类型或表达方式，有的表达增强，有的表达减弱甚至失表达，有的则出现新的表达组合，因此可以据肿瘤组织细胞特殊的CK表达类型或方式进行肿瘤的诊断5,6。CK的表达类型和方式与上皮细胞之间的联系表明了CK与上皮组织结构和功能 有非常密切的关系，但是很难说明CK的表达与上皮细胞表型之间的确切关系。有证据表明，CK8/CK18在肿瘤的浸润上可能有重要意义。Hembrough等7,8,9发现CK8可以在肿瘤细胞的外表面表达，且可做为纤溶酶原结合因子提高局部纤溶酶原级联反应的活性，可能与肿瘤浸润有关。转染了CK8/CK18的非上皮细胞株会导致浸润活性的增加10。Booth等11也发现有高度浸润性的膀胱癌细胞株（EJ细胞株）显示出CK8/CK18的细胞外沉积现象。另外，在某些先天性的皮肤病可有CK基因的突变，且与发病直接相关12。还有研究表明，CK的表达可能是某些明显组织学改变的前期表现。Gijbels等13发现VitA缺乏鼠的膀胱等处上皮细胞在发生组织学改变之前有CK的表达改变；Harnden等14认为 CK14可以作为移行上皮鳞化的标志。在膀胱移行上皮尚无证据表明CK与膀胱疾病的直接关系，虽然有很多报告表明两者之间有联系，但CK的表达可能是膀胱移行上皮分化不良的表现而非疾病发生的直接因素。二.CK在泌尿道上皮的表达（一） CK在正常泌尿道上皮的表达肾盂、输尿管和膀胱内分布着移行上皮，以适应管腔内容积的变化，泌尿道移行上皮似乎像复层上皮，但它到底是分层上皮还是假分层上皮仍存在争议15。而事实上泌尿道移行上皮的三层细胞还是比较明显的，即基底层细胞、中间层细胞和表浅层细胞。单克隆抗体出现以后，可以容易地检测出各个层细胞的CK表达情况。目前认为CK7、CK8、CK18、CK19为全层表达；CK5、CK17表达在基底层细胞；CK13表达在基底层和中间层细胞；CK20的表达主要与表浅层的umbrella细胞有关，Harden等16,17同时发现一些正常的中间层也有少量CK20阳性的细胞，而体外培养的正常移行上皮却没有表达CK20。尚有证据表明泌尿系上皮偶有CK4的表达，但是这类细胞属于哪一类泌尿系上皮仍没有定论18,19,20。Schaafsma等19的研究发现CK的表达有局部性差别，如肾盂上皮表达的CK7与输尿管上皮表达的CK7有同源性，而两者与膀胱上皮表达CK7则不具同源性，提示泌尿道移行上皮可能是形态上有区别的上皮类型。（二） CK在移行上皮癌（TCC）的表达与TCC有关的CK表达已成为大量研究的热点。CK8/CK18、CK7/CK19似乎表达于所有TCC，而其它CK在TCC发生时其表达方式有着广泛的差别，且与肿瘤类型、恶性程度以及鳞化程度有一定的关系18。1. CK8/CK18 Schaafsma等21用单克隆抗体LE41（与表层细胞CK8起反应）和2C8（与表层细胞CK18起反应）检测了表层细胞CK8/CK18的表达情况，发现在低分级TCC的非浸润区显示了正常的免疫反应性，而2C8在G3TCC显示出较强的免疫反应性，而且这两种单克隆抗体在TCC的浸润区，特别是在靠近间质的肿瘤细胞有较高的免疫反应性。故Schaafsma推测正常移行上皮和浸润性癌细胞的细胞骨架组织在功能上可能有相似之处，前者要求能适应管腔容积的变化，而这也使肿瘤细胞更加容易向间质浸润。2. CK13 有两项研究表明，CK13的表达在高分级TCC是减弱的，甚至是失表达18,21。两项研究均表明CK13在G1、G2期TCC为基本正常表达，在G3期TCC的肌肉浸润区其表达则显著减低。3. CK14， 虽然在正常移行上皮并不表达CK14，但有研究表明在TCC可表达CK1418,21，然而CK14表达的临床病理学证据尚不充分。Harden等14的最近一项研究表明CK14的表达与TCC鳞化有关，提示CK14的表达可能是明显鳞化出现的前期表现。4. CK17 在多数正常膀胱上皮样本中，CK17表达在基底细胞22，新近Guelstein等23检测了一组早期TCC的CK17表达情况，发现在多数G2期以上的TCC，CK17表达于全层；在退行性的G3TCC其表达为减弱的，偶尔出现局灶性CK17阳性，且这些局灶分布于基底区含鳞化成分的细胞，提示CK17可能是基底细胞群出现增生活性的标志，可能与肿瘤浸润有关。5. CK20 如前所述，CK20的分布有高度的组织特异性，其表达仅限于移行上皮表浅的umbrella细胞和极少数中间层细胞。Moll等24研究了一组TCC病例，发现分级为1、2级的7例TCC全部表达了CK20，分级为3、4级的17例TCC仅1例没有表达CK20。Harnden等25用免疫组化的方法研究了29例分级为1-2级的非浸润性乳头状瘤标本，发现有19例CK20阳性，阳性率为65.5%；经过5年随访后，其中11例复发，余8例无复发，复发与没有复发的CK表达方式有明显区别。Harnden等26最近对51例CK20阳性的TCC进行了前瞻性分析，他们把表浅细胞CK20阳性偶伴深层少数细胞阳性定为“正常表达方式”，有10例；把全层细胞CK20明显阳性定为“异常表达方式”，有41例；经过5年随访，发现异常表达的41例中有30例复发，复发率为73%；正常表达的10例则无一例复发。以上研究表明：CK20在TCC的表达是增强的，而且CK20的表达对早期非浸润性乳头状瘤的复发可能有预见作用。三.CK在移行上皮癌诊断中的临床意义 TCC有着复杂的病程，以浸润的方式生长，复发非常普遍（50%-70%），虽然可以用局部治疗来控制，但仍有10%-15%的表浅性TCC最终发展成肌肉浸润性TCC或者发生转移27。其预后与肿瘤的分级、分期有关，粘膜发育不良和鳞化也是预后不良的因素28,29。早期诊断对于治疗策略的选择非常重要。TCC病人出现血尿时已非早期；尿细胞学检查灵敏度不高，常用于初步筛查TCC；DNA流式细胞学分析提高了一定的灵敏度，但其技术要求高及观察者之间的差异限制了它的广泛应用；膀胱镜检查虽可确诊膀胱肿瘤，但活检区域的局限性降低了它的灵敏度，而且膀胱镜检查是一种让病人十分痛苦的侵入性检查；于是近年来出现了许多新的检测TCC的方法，如：检测IL-2的表达、检测CD44的表达、检测NMP-22的表达、微卫星灶分析、检测端粒酶的表达以及近年出现的检测CK（细胞角质蛋白）的表达等。如前所述，在组织病理学上CK可以作为上皮的标志来鉴别原发、继发肿瘤的组织来源，尚可根据膀胱癌各CK亚型的表达情况来判断肿瘤的生物学功能，如分化程度、浸润倾向、增生活性以及有无发育不良或鳞化等。Harnden等的研究非常令人振奋，就是根据CK20的不同表达方式来预见肿瘤是否复发，可以用来鉴别良性的移行细胞乳头状瘤和TCC。他们还发现异常的CK20表达方式也可能是粘膜发育不良的一个客观标志28。Burchill等30用RT-PCR方法检测外周循环中CK转录体的存在，提示外周血中潜在的肿瘤细胞转移，他们发现外周血CK20 mRNA的表达对结肠细胞肿瘤或TCC可有帮助。Fujii等31研究了一组TCC患者外周血中CK20的表达情况，发现13例表浅的肿瘤均阴性，21例局部浸润的肿瘤有4例阳性（19%），6例已转移肿瘤有5例阳性（83%），提示检测外周血CK20表达对早期诊断帮助不大。有人用RT-PCR方法检测了尿液脱落细胞中CK20的表达情况。Buchumensky等32用RT-PCR方法检测了192例尿液标本,其中144例确诊的膀胱癌患者中有131例CK20阳性（灵敏度为91%），21例健康志愿者无一例表达CK20，27例膀胱镜证实为良性的患者中有7例CK20阳性，且这7例分别为慢性炎症（2例）、非典型增生（3例）、化生（1例）、正常但曾有明确的TCC病史（1例），提示CK20的表达不仅与TCC有关，而且与TCC的癌前状态也有一定的关系，但无证据表明与肿瘤的分级有关，本实验尚发现检测CK20的表达在早期TCC似乎更有意义。Rotem等33用同样的方法检测了122例尿液标本，发现灵敏度为86.9%，特异性为96.7%，并发现TCC分级越高CK20的阳性率越高，11例膀胱镜证实为良性的患者中有9例CK20阳性，对这9例病人随访6个月发现有4人复发，提示CK20的表达与复发有一定的关系。采用RT-PCR方法检测尿液脱落细胞CK20的表达有很大的优势：1）样本获取方便；2）极其灵敏，Klein认为可以检测到每1000000个尿液脱落细胞中的1个癌细胞34；3）非侵入性；4）对TCC的早期诊断及复发可有帮助。上述两组研究报道的灵敏度和特异性均较高，但是他们的工作受到了Southgate等35,36的质疑，因为人正常的移行上皮表浅细胞已知可表达CK20。因此，尚需要大量的研究进一步论证用RT-PCR方法检测尿液脱落细胞CK20表达的意义。也有人用免疫组化的方法检测膀胱癌患者尿液脱落细胞CK20的表达情况，结果灵敏度为81.6%，特异性为77%，令人失望的是在高分级的肿瘤可能出现假阴性37。最近研究较多的还有把尿液中CYFRA21-1作为膀胱癌的肿瘤标志物来进行检测，CYFRA21-1是CK19的片段，据研究可以作为监测肿瘤进展、复发和再发的工具38。四.展望目前对CK的研究越来越深入，在很多方面已显示出其临床应用价值。CK20的研究也许是最重要进展，多方面的证据表明CK20可以作为一个临床上早期诊断移行细胞癌的指标，CK20对TCC的复发可有预见作用。用RT-PCR方法检测尿液脱落细胞CK的表达更是具有非侵入性和极其灵敏的优势。不久的将来，CK可能会在移行细胞癌的诊断及术后治疗策略的选择上发挥重要的作用。参 考 文 献1. Coulombe PA. Curr Opin Cell Biol,1993;5(1):17-29.2. Moll R,et al. J Cell Biol, 1990;111 (2):567-580.3. Miettinen M. Mod Pathol,1995;8(4):384-388.4. Moll R,et al. Cell,1982;31(1):11-24.5. Miettinen M. Pathol Ann,1993a;28:113-143. Miettinen M. Ann Med,1993b;25(3):221-233.6. Lne EB,et al. Semin Cancer Biol. 1990;1 (3):165-179.7. Hembrough TA, et al. J Cell Sci,1995;108(Pt 3):1071-1082.8. Hembrough TA, et al. Biochem J 1996;317(Pt 3):763-769.9. Hembrough TA, et al. J Biol Chem, 1996;271(41):25684-25691.10. Hendrix MJ, et al. Cancer Metastasis Rev,1996; 15(4):507-525.11. Booth C, et al. Lab Invest,1997;76(6):843-857.12. Cordon LD,et al. Exp Dermatol,1996;5(6):297-307.13. Gijbels MJ, et al. Cell Tissue Res,1992;268(1):197-203.14. Harnden P,et al. J Clin Pathol,1997,50(12):1032-1033.15. Jost SP,et al. J Anat,1989,167:103-115.16. Harnden P,et al. Curr Diagnos Pathol, 1996, 3: 109-121. 17. Southgate J,et al. Lab Invest, 1994,71(4):583.18. Moll R,et al. Am J Pathol,1988,132(1):123-144.19. Schaafsma HE,et al.Histochemistry,1989,91(2):151-159.20. van Muijen GN,et al. Exp Cell Res,1986,162(1):97-113.21. Schaafsma HE,et al. Am J Pathol,1990,136(2):329-343.22. Schaafsma HE,et al. Am J Pathol,1991,139(6):1389-1400.23. Guelstein VI,et al. Virchows Arch B Cell Pathol Incl Mol Pathol. 1993;64(1):1-524. Moll R,et al. Am J Pathol,1992,140(2):427-447.25. Harnden P,et al. Histopathology, 1995, 27(2):169-174.26. H