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英国癌症杂志。2006年7月17日;95(2): 210–217.
2006年7月4日在线发布。 数字对象标识:10.1038/sj.bjc.6603251号
预防性维修识别码:下午2360625
PMID:16819541

肝细胞癌的传播是通过趋化因子受体CXCR4介导的

摘要

在不同的肿瘤实体中,趋化因子受体4(CXCR4)的表达与肿瘤扩散和不良预后有关。因此,我们评估了CXCR4的表达是否在人类肝细胞癌(HCC)中发挥类似的作用。进行了表达分析和功能测定在体外阐明CXCL12对人肝癌细胞株的影响。此外,对39例HCC患者CXCR4的表达进行了半定量评估,并与肿瘤和患者特征两者相关。人肝癌细胞系和肝癌细胞系CXCR4表达强度不同。p53功能丧失对CXCR4表达没有影响。暴露于CXCL12可介导CXCR4在Huh7/Hep3B细胞中的核周易位,并增加Huh7细胞的侵袭潜能。在HCC患者中,CXCR4的表达与进展性局部肿瘤显著相关(T状态;P(P)=0.006)、淋巴结转移(N状态;P(P)=0.005)和远距离传播(M状态;P(P)=0.009),3年生存率下降(P(P)=0.01). 总之,CXCR4的强表达与进展性肝细胞癌显著相关。

关键词:CXCR4、趋化因子、肝脏、肝细胞、转移

肝细胞癌(HCC)是世界上最常见的癌症之一,每年的发病率超过50万例,西方国家的发病率也在上升(帕金, 2001). 虽然许多癌症实体的死亡率正在下降,但肝细胞癌的死亡率在20世纪90年代显著上升(温戈, 2003). HCC与肝硬化有关,肝硬化通常由炎症性肝病引起,如慢性乙型肝炎(HBV)、丙型肝炎(HCV),在较小程度上还与自身免疫性肝炎或胆管炎(AIH、PBC、PSC)有关,但也与非病毒性疾病有关,如长期饮酒或接触霉菌毒素和黄曲霉毒素B1(博世公司1999年). 肝癌的发生被认为是一个缓慢的过程,在这个过程中,不同的基因组改变积累,改变肝细胞的表型,从而导致多个单克隆和异常增生的肝细胞群体(Thorgeirsson和Grisham,2002年). 由于发育不良的肝细胞可能在不同的病灶或结节中同时发展为HCC,因此在同一肝脏中可以发现不同的基因组改变,这表明病变的遗传异质性(费特尔森, 2002). 最近,一些肿瘤抑制基因(即p53、IGF2R、RB1、PTEN)和癌基因(即N-ras、E2F4)中的杂合性突变和丢失(LOH)等分子决定因素被提出并总结为人类肝癌的分子发病途径(费特尔森, 2002;Thorgeirsson和Grisham,2002年). 尽管如此,额外的致病性改变似乎很有可能介导人类肝癌的进展和传播。

肿瘤生长和转移扩散被认为是由于复杂的、失调的分子机制导致肿瘤细胞中出现多种现象,如对诱导凋亡的抵抗、免疫逃逸机制以及侵袭和迁移能力。最近的数据表明,趋化因子受体可能会引导淋巴和血行扩散,并可能进一步影响不同肿瘤的转移生长部位(艾莉亚, 2003).

最初报道,趋化因子及其G蛋白偶联受体可介导不同的促炎和抗炎反应(Zlotnik和Yoshie,2000年). 趋化因子受体4(CXCR4)被描述为调节炎症组织中淋巴细胞的归巢(默多克,2000). 其天然配体CXCL12(基质细胞衍生因子1α(SDF-1α))在内皮细胞和转移性生长组织(如肺、肝和淋巴结)中高度表达,并吸引淋巴细胞进入这些器官(菲利普斯, 2003). 在各种炎症性肝病中,胆道上皮细胞和胆管增生增加了CXCL12的生成,这可能在CXCR4阳性炎症细胞向炎症性肝脏募集中起到额外作用(寺田, 2003). 进一步的数据表明,CXCR4可能参与了肝移植后同种异体活化淋巴细胞在移植物损伤部位的滞留(戈达德, 2001). 最近,CXCR4已成为人们关注的焦点,因为它可能在肿瘤扩散中发挥重要作用。

CXCR4的高表达与结直肠癌、乳腺癌和口腔鳞状细胞癌的肿瘤扩散有关(, 2003;内田, 2003;席曼斯基, 2005). 支持数据来自在体外和老鼠体内肿瘤模型强调了CXCR4在肿瘤细胞恶性肿瘤中的关键作用,即激活CXCR4诱导癌细胞迁移、侵袭和血管生成(森喜朗, 2004). 此外,黑色素瘤细胞中CXCR4的下调导致小鼠肺转移的数量和大小减少(村上春树, 2002).

然而,目前还没有关于CXCR4在人类HCC中的表达及其对疾病进展和预后的影响的数据。因此,我们评估了CXCR4在肝癌细胞系和HCC标本中的表达,并将结果与患者的临床病理参数和生存率相关联。此外,我们阐明了CXCL12暴露对CXCR4定位、细胞增殖和侵袭的影响,以及p53功能对于CXCR4表达的影响。

材料和方法

细胞培养

将人肝癌细胞系Huh-7、Hep3B以及CXCR4缺陷型HepG2和p53显性阴性转染的HepG2培养在补充10%FCS、100单位ml−1青霉素,100μ克毫升−1链霉素(Cambrex,德国)和100万M L公司-谷氨酰胺(英维特罗根,德国)。P53显性-阴性转染HepG2由M Schuler(德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学第三内科)提供。

蛋白质印迹分析

用PBS冲洗Huh-7、Hep3B、HepG2和p53显性阴性转染的HepG2-细胞,并在0.5%NP-40溶液中溶解。蛋白质100μg装在10%SDS–PAGE凝胶上。分离后将凝胶转移到PVDF膜上。分别用抗CXCR-4(1:500,CIO115,Capralogics,USA;1:1000驴抗羊IgG第二抗体SC-2020,美国加利福尼亚州圣克鲁斯生物技术公司)和抗凝集素(1:1000,A2066,德国西格玛;1:1000山羊抗兔IgG第二抗体170–6515,由美国Biorad公司生产),并通过ECL Western Blotting Analysis System(美国Amersham Biosciences公司)进行可视化。

易位分析

在Huh-7、Hep3B和HepG2细胞中检测CXCR4在CXCL12暴露下的易位。简而言之,将细胞接种在培养箱中,并用CXCL12(100 ng ml)处理−1; 德国Sigma)进行0、2或24小时的IHC-CXCR4染色和评估,如下所述。为了证明观察到的效果,Huh7、Hep3B和HT29细胞在室载玻片中生长,并暴露于CXCL12中0或2 h。用PBS洗涤后,将细胞固定在甲醇/丙酮中2 min。为了进行免疫荧光染色,使用抗山羊FITC-结合IgG二级抗体(F2016,Sigma,德国)。应用Hoechst 33342(荷兰分子探针)对细胞核进行染色。使用蔡司LSM 510UV激光扫描显微镜直接在腔室中对细胞成像。

荧光辅助细胞筛选分析

HT29细胞在DMEM(德国英维特罗根)的12孔中生长,补充10%FCS,100单位ml−1青霉素,100μ克毫升−1链霉素(Cambrex,德国)和100万M L公司-谷氨酰胺(英维特罗根,德国)。分析前一天,FCS浓度降至1%。在分析过程中,用CXCL12处理细胞0或2小时。胰蛋白酶消化后,用PBS洗涤细胞三次,最后溶于25μl PBS,并用25封μl人新鲜冰冻血浆在室温下保存15分钟。此后,2μ添加1个PE结合的抗CXCR4抗体(克隆12G5;BD Biosciences,比利时),并在37°C下培养45分钟。细胞再次在PBS中清洗,最后在FACSCalibur中进行分析(BD Biosciences;比利时)。

增殖试验

细胞(Huh-7、Hep3B和HepG2细胞)(5×10)被镀成96块。接种后,将细胞暴露于CXCL12(德国西格玛)或等量的溶剂(PBS中0.1%的BSA)中。根据制造商的建议(Celltiter-Glo,Cell Viability assay,Promega,USA),每天通过发光分析测定每个孔的细胞数量。每种情况都分为四种。

细胞迁移/侵袭分析

用细胞外基质覆盖的QCM趋化96 well细胞侵袭试验(8μM(M)孔径;QCM趋化性96-well细胞侵袭检测试剂盒;美国Chemicon International)。简言之,在开始检测之前,将细胞的血清饥饿24小时。电池(4×104)在无血清DMEM中重新悬浮,并添加到上腔中。连续使用20%FCS和±100 ng ml的DMEM−1将CXCL12添加到下室。将培养箱在37°C、5%CO的潮湿环境中培养24小时2孵育后,根据制造商的建议,通过荧光分析测定下室中侵入和迁移的细胞数量。每种情况都分为四种。

组织样本

从美因茨大学39名接受肝活检、半肝切除或原位肝移植治疗HCC的患者中获取肝细胞癌组织样本。根据世界卫生组织(WHO)规范对肿瘤进行形态学分类。根据所执行的操作,定期对患者进行随访。

免疫组织化学染色

采用亲和素-生物素复合物法检测蛋白CXCR-4(抗CXCR-4,稀释1:300;Capalogics,美国)。将福尔马林固定和石蜡包埋组织脱蜡,然后在EDTA缓冲液中微波处理。在用过氧化氢、亲和素/生物素阻断试剂盒(美国Vector Laboratories Inc.)和兔血清(美国Ventor Laboratory Inc.)预孵育后,在室温下应用一级抗体1小时。在与二级抗体(兔抗羊生物素化;稀释1:200,Vector Laboratories Inc.,USA)孵育后,添加亲和素-生物素复合物,并用二氨基联苯胺观察酶活性。用苏木精进行反染色。对于阴性对照,只使用了二级抗体。对每个HCC样本进行阴性对照(N个=39)。阳性对照组采用福尔马林固定和石蜡包埋的人类脾脏组织样本。

免疫染色评价

免疫染色由三位作者独立进行半定量评估(CCS、RB、NS),不考虑患者结果和所有临床病理结果。免疫组织化学染色是根据我们之前验证和描述的评分方法进行分析的(席曼斯基, 2005):根据均匀染色强度将肿瘤分为四组:0,无;1、弱;2、中间体;3、染色强。在同一样本内出现异质染色的情况下,如果50%以上的细胞显示出较高的染色强度,则选择相应的高0.5分。如果评估结果不一致,则重新评估样本,然后根据观察员最常给出的评估结果进行分类。

统计

染色强度与临床病理模式的相关性用χ2-测试和未配对学生的t吨-适当时进行测试。应用Kaplan–Meier曲线对生存率进行可视化P(P)-数值通过log-rank检验确定。P(P)<0.05被认为是显著的P(P)<0.001在所有统计分析中均具有高度显著性。

结果

CXCR4在肝癌细胞系中的表达

人类肝癌细胞系的CXCR4表达分析显示不同的表达强度,如图1ACXCR4免疫染色结果与相应的Western blot分析相关(图1A). CXCR4免疫染色和Western blot分析与各自的免疫荧光图谱相关(未显示证实结果)。值得注意的是,p53对CXCR4的表达没有影响。

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(A类)CXCR4在不同肝癌细胞系中的表达和免疫组织化学染色。Huh7和Hep3B细胞显示出微弱的CXCR4表达,而HepG2细胞系显示出中等程度的CXCR四染色,与p53状态无关。(B类)暴露于CXCL12可介导CXCR4从细胞质和膜(入口斑)的快速核周易位。这种易位在Huh7和Hep3B细胞中非常明显,但在HepG2细胞中不存在。(C类)核染色(蓝色)和CXCR4染色(绿色)的融合。暴露于CXCL12介导HT29中CXCR4的快速细胞质清除和核周易位。(D类)FACS分析显示,CXCL12暴露后,膜结合CXCR4阳性HT29细胞数量显著减少。

易位分析

CXCL12诱导的CXCR4从细胞膜和细胞质向核周区移位在Huh7和Hep3B细胞中存在,但在CXCR4缺失的HepG2细胞系中不存在,这些细胞系在所有功能检测中用作阴性对照和原理证明(图1B). 免疫荧光分析显示,暴露于CXCL12可在Huh7和Hep3B(未显示证实数据)以及HT29中介导CXCR4的快速细胞质清除和移位(图1C).

荧光辅助细胞筛选分析

CXCL12介导了膜结合CXCR4阳性HT29细胞的快速减少(−CXCL12:22.46%;s.d.6.24;+CXCL12:5.49%;s.d.0.38;P(P)<0.01).

增殖试验

趋化因子CXCL12轻微刺激Huh-7的增殖(第4天的发光:8037688±395512 IE7146940±586960,即:;P(P)=0.05),但不适用于Hep3B(第4天的发光:2745528±147741 IE2533050±254525 IE;NS)或HepG2(第4天的发光:3517047±173299 IE3598328±294455 IE;NS)肝癌细胞(图2A).

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(A类B类)暴露于CXCL12诱导Huh7的增殖和侵袭,但不诱导Hep3B或HepG2细胞的增殖和侵袭。尽管CXCL12对侵袭的影响非常显著,但对增殖的影响却微不足道。

迁移/侵入分析

趋化因子CXCL12显著刺激Huh-7的迁移(荧光:30880±3298 IE15705±1801 IE;P(P)=0.001),但不适用于Hep3B(荧光:14367±2694 IE15885±1559 IE;NS)或HepG2(荧光:7608±110 IE7956±416 IE;NS)肝癌细胞(图2B).

肿瘤特征和患者概况

选定的患者组代表了工业化国家肝细胞癌的典型特征,但女性患者的比例较低,并且由于肝癌的半肝切除和原位肝移植导致生存期延长。患者特征如所示表1

表1

患者和肿瘤特征
  患者特征
总数39
  
中位年龄(年)60.6
  
性别  
女性4 (10%)
男性35 (90%)
  
T状态  
18 (20%)
210 (26%)
16 (41%)
45 (13%)
  
N状态  
024 (62%)
110 (26%)
24 (10%)
未知1 (2%)
  
M状态  
026人(67%)
112(31%)
未知1 (2%)
  
分级  
13 (8%)
225 (64%)
11 (28%)
  
3年生存期54%

HCC中CXCR4的免疫组织化学染色

CXCR4的染色主要显示为细胞质,在少数标本中,CXCR4有额外的弱膜或核位置(图3A-D). CXCR4的各自表达率为100%(39个中的39个),从弱表达率(8%)、中等表达率(56%)到强表达率(36%)不等。

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(A类)描述了CXCR4的各自细胞质表达等级(弱、中、强)以及罕见的膜性CXCR4染色样本。(B类)肝细胞癌患者的生存概率与组织学确认后的时间有关。与所有其他患者相比,CXCR4表达为3级的患者的3年生存率显著降低(P(P)=0.01).

人类肝细胞癌阴性对照组的每个组织样本均为阴性(N个=39,未显示)。脾淋巴细胞显示CXCR4的强表达与人肝癌组织或CXCR4强表达的细胞系相匹配。同样,肝脏的炎症浸润也显示出CXCR4的强烈表达。

CXCR4在肝癌中表达的相关性

如T状态(TNM分类;P(P)=0.006;表2),淋巴结受累(N状态; P(P)=0.005)和远处转移(M状态;P(P)=0.009;表2). 显然,CXCR4的表达对分级、中年或性别没有影响。关于生存率,CXCR4的强表达(2.5级和3级)与生存率没有显著相关性(P(P)=0.2). 值得注意的是,如果将具有3级表达(同质强表达)的亚组与其他亚组(异质强表达或更低)进行比较,则观察到的3年生存率下降了25%,而不是57%。这种差异在各自的生存图中进行了描述(图3B,日志等级P(P)=0.01).

表2

依赖CXCR4表达强度的患者和肿瘤特征
  CXCR4表达
 
  弱(1) 中级(2) 强劲(3) 统计
总数3 (8%)22 (56%)14 (36%) 
     
平均年龄(年)61.260.4NS公司
     
性别
女性22NS公司
男性2312 
     
T形状态
1+2162P(P)=0.006
3+4912 
     
N状态
0204P(P)=0.005
 +59 
     
M状态
0215P(P)=0.009
 +48 
     
分级
1+21711NS公司
3+48 
     
3年生存期53%55%NS公司
 58%25%P(P)=0.01
无法从一名患者获得N和M状态。

NS=不显著。

讨论

到目前为止,还没有关于CXCR4在人肝癌中的表达及其对疾病进展和预后的影响的数据。在其他肿瘤实体中,趋化因子受体CXCR4的表达与肿瘤扩散和不良预后有关。因此,我们分析了CXCR4在一系列人肝癌细胞系和肝癌患者中的表达情况。多种外部因素,如缺氧(hif-1途径)和腺苷受体的激活,以及肿瘤抑制基因pVHL、p53失活或NFkB过度表达等内部细胞变化,都被定义为CXCR4表达的重要分子调控因子(赫尔比希, 2003;施塔勒, 2003;迈哈塔, 2004). 为了验证p53对人肝癌CXCR4的调节,我们研究了p53 wt和显性阴性转染HepG2细胞、Huh7和Hep3B细胞中CXCR4表达谱(图1A和B). 所分析的人类肝癌细胞系显示出以细胞质为主的CXCR4表达的不同强度。有趣的是,与wt HepG2细胞相比,p53显性阴性Hep G2细胞的CXCR4表达水平没有变化,未能证实p53对转化肝细胞中CXCR4的表达的调节机制,尽管此前已提出p53介导对其他细胞系CXCR4表现的影响(迈哈塔, 2004). 暴露于CXCR4配体CXCL12可在Huh7和Hep3B中介导CXCR4的快速核周易位,但在两小时内HepG2细胞中无此作用,这表明细胞激活并形成假足,这与上皮-间充质转化(EMT)中的典型观察结果一致。先前已报道在人CD34+造血祖细胞中,CXCR4激活并核周易位至受体循环的核周rab4-、rab5-和rab11区室后,网格蛋白介导的内吞作用(, 2004). 不幸的是,由于CXCR4的弱表达水平,Huh7和Hep3B细胞中CXCR4的FACS分析先前由于技术原因而失败;由于受体缺陷,HepG2细胞也不能应用。为了证实在人类癌细胞中观察到的易位现象,我们使用了HT29细胞,该细胞以前曾显示出CXCR4的强表达和完整的CXCR4受体(席曼斯基, 2005). FACS和免疫荧光分析证实了CXCR4的内在化和CXCL12暴露后的快速核周易位。在肝癌细胞中,CXCL12暴露增加了Huh7的增殖和侵袭,但不增加Hep3B或HepG2细胞的增殖和侵入。虽然CXCL12对Huh7细胞增殖的影响仅为恶性,但对侵袭性的影响显著。在HepG2细胞中观察到的CXCR4易位和CXCL12诱导的增殖/侵袭的缺失证实了早期的数据,表明由于受体缺陷,HepG2细胞中趋化因子CXCL12介导的CXCR4信号传导和受体内化的丧失(密特拉, 2001). 与HepG2细胞相比,Hep3B细胞存在细胞内信号级联缺陷,尽管存在受体易位,但仍对CXCL12介导的现象产生抵抗。综合起来,我们的数据与在体外其他肿瘤实体的结果表明,CXCR4对表达CXCR4的癌细胞的增殖、粘附、迁移和侵袭至关重要,尽管CXCL12在Huh7中对侵袭的影响明显强于对增殖的影响(森喜朗, 2004;席曼斯基, 2005).

肝、肺和淋巴结是男性多种癌症转移的主要靶器官。最近关于CXCR4的出版物符合“归巢”理论,因为CXCR4表达喜剧性地通过趋化因子CXCL12将原发性肿瘤传播到不同器官。影响靶器官趋化性的归巢因子被认为是这些器官的过滤功能,而不仅仅解释了转移瘤的生长(Stetler-Stevenson和Kleiner,2001年). 在此,与其他非归巢组织相比,趋化因子CXCL12在典型的归巢器官(如肺、骨髓、肝脏和淋巴结)中的表达最为强烈(菲利普斯, 2003). 此外,内皮细胞(如肺内皮细胞)已被证明与CXCL12和血管细胞粘附分子(VCAM)-1共存,从而介导肿瘤细胞/内皮细胞粘附(Cardones系列, 2003). 特别是,CXCL12与CXCR4的结合诱导β-癌细胞上整合素的表达对癌细胞与内皮细胞上VCAM的粘附至关重要(汉堡, 2003). 在小鼠模型中,只有CXCR4表达,而没有CXCR4缺陷的CT-26结肠癌细胞生长为大转移;尽管如此,注射后这两种细胞都能在肝脏和肺部定植(泽伦伯格, 2003). 有趣的是,已知也表达CXCR4的卵圆细胞已被报道沿着受损伤肝细胞建立的CXCL12梯度迁移到肝脏,在肝炎中诱导卵圆细胞辅助肝再生(图案填充, 2002;梅维尔, 2004). 因此,肝肿瘤播散和肝再生具有共同的趋化途径。

在我们的实验中,人类HCC标本的免疫组织化学染色显示了不同强度的细胞质CXCR4表达,与人类结直肠癌细胞系的观察结果相匹配。在少数病例中观察到CXCR4的膜或核定位,但以前曾报道过CXCR4从细胞质到膜的可诱导易位(理查德, 2004).

在我们的患者中,CXCR4的强表达与局部进展的肿瘤、淋巴结和远处转移显著相关。与其他癌症实体相比,HCC的进展性T状态被定义为相应肝癌的肝内生长和扩散。因此,我们的结果不一定意味着CXCR4对肝癌的增殖有实质性影响,但肯定会对肝癌的肝内、淋巴和血行播散产生实质性影响。

因此,我们的结果与我们小组和其他人最近发表的报告一致,报告了CXCR4对其他肿瘤实体中疾病传播的类似影响,例如非小细胞肺癌(NSCLC)、结直肠癌或乳腺癌(席曼斯基, 2005). 此外,发现CXCR4在胶质母细胞瘤中表达上调,其连续受体抑制后肿瘤细胞停滞(鲁宾, 2003). 骨肉瘤中,CXCR4的表达水平与总生存率呈负相关,但与转移的检测呈正相关(拉弗迪埃, 2004). 同样,在我们的HCC患者中,由于弥漫性肝内HCC播散后肝衰竭,3级CXCR4表达与3年生存率显著降低相关。与标准HCC患者的报告生存率相比,我们患者的平均生存率延长,这是因为我们患者组原位肝移植率较高。然而,CXCR4的强表达对疾病进展的影响可能取决于原发癌的类型和位置,很可能还取决于其他尚未确定的参数。根据这一理论,CXCR4的强表达与非侵袭性胃癌相关,而与淋巴结转移无关(快克, 2004).

结论

某些趋化因子已被认为对肿瘤生长、扩散和局部免疫景观有明显贡献(Balkwill和Mantovani,2001年). 我们的在体外体内结果和这些人类肝癌的数据一致。肝癌组织中CXCR4的强表达与肝内、淋巴结和远处播散显著相关。因此,CXCR4在HCC进展过程中显然发挥了相关作用。有必要进一步评估CXCR4拮抗剂对传播的抑制作用。

致谢

免疫荧光图片由德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学第一内科博士丹尼斯·斯特兰德提供。

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文章来自英国癌症杂志由以下人员提供英国癌症研究