CD109在肿瘤中作用与机制的研究进展

Advances in the Study of CD109 in Tumors

摘要: CD109是一种糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol, GPI)相关的细胞表面抗原，属于含α2巨球蛋白/C3、C4和C5超家族的复合物，被认为是TGF-β/Smads途径的一种新型受体。CD109在肿瘤进展中起重要调控作用，但在人体不同癌细胞中的表达和功能存在差异性。CD109作为细胞膜蛋白，可以被特异性抗体或者酶直接标记，也可能被药物输送的定向载体识别，有望成为有效的诊断性分子标志物和药理学治疗靶点。本文就CD109基本结构，在不同肿瘤中的表达差异及调控机制，以及CD109在临床诊断、预后和治疗中的临床应用潜力等方面进行阐述。

Abstract: CD109 is a glycosylphosphatidylinositol (GPI)-associated cell surface antigen that belongs to the α2-macroglobulin/C3, C4 and C5-containing superfamily and is thought to be a novel receptor for the TGF-β/Smads pathway. CD109 plays an important regulatory role in tumour progression, but is differentially expressed and functions in different human cancer cells. As a cell membrane protein, CD109 can be directly labeled by specific antibodies or enzymes, and may be recognized by targeted carriers for drug delivery, promising to be an effective diagnostic molecular marker and pharmacological therapeutic target. This paper addresses the basic structure of CD109, the differences in expression and regulatory mechanisms in different tumours, and the potential of CD109 for clinical applications in clinical diagnosis, prognosis and therapy.

1. 背景

白细胞分化抗原CD109是属于跨细胞膜糖蛋白，早期在CD34表达阳性的骨髓造血干细胞(HSCs)组织中发现其大量表达，随后科学家又在激活的血小板、T细胞以及内皮细胞中发现其高表达[1]，睾丸组织中的CD109 mRNA丰度在所有组织中最高[2]，但在静止的外周血白细胞、T细胞及血小板中并未发现CD109基因的表达[3]。近年，CD109调控不同肿瘤发展的机制逐步被证实，CD109可通过TGF-β，EGFR和STAT3等信号通路调控肺癌，宫颈癌，胶质瘤等不同癌症的发展以及耐药等[3] [4]。对肿瘤来说，早期的诊断和治疗尤为重要，成熟的诊断得益于分子生物学标志的发现，CD109调控多种肿瘤的发展，与肿瘤不良预后及化疗敏感性密切相关。本文就CD109基本概述，在肿瘤中的生物学功能以及在肿瘤的临床诊断及应用方面做一阐述。

2. CD109的基本概述

编码CD109的基因位于人类染色体的第六个条长臂上，包含33个外显子，人类CD109的cDNA有一个含有4335 bp的开放阅读框，用于编码一个含有1445个氨基酸的蛋白，这个编码蛋白质还包含了21个N端氨基酸主导多肽、一个N端糖基化和一个C端GPI结合的裂解酶位点[2] [3]。CD109最早发现于肿瘤造血干细胞[3] [5] [6]，后来逐步在多种正常组织中发现CD109的表达。但CD109在静止的外周血白细胞，血小板和T细胞中是不表达的[3]。近年，在很多肿瘤细胞系和肿瘤组织中均检测到了CD109的高表达，CD109在不同癌症类型中的定位及生物学功能存在明显差异性。另有研究表明，CD109表达于细胞膜的同时，其胞外段C末端区域还可以外泌体蛋白形式分泌出去，此为CD109作为特异性分子标记物和输送药物定向载体的物质基础。

3. CD109在肿瘤中的生物学功能

CD109最早在造血肿瘤干细胞KG1a细胞系中发现，从那时起，归功于研究的进步和生物信息学的使用，CD109在各种癌症中被发现，包括鳞状细胞癌、腺癌和胶质瘤，并且对各个肿瘤的调控作用逐步清晰[3]。目前研究发现，CD109可通过调控TGF-β、STAT3、EGFR和YAP/TAZ等信号通路，对肿瘤的增殖，细胞活力，细胞迁移，上皮间质转分化乃至肿瘤耐药方面起重要作用。

3.1. CD109调节TGF-β信号传导途径

转化生长因子-β (TGF-β)是一种多功能生长因子，可以参与修复创面、炎症等多种病理生理过程[3]。也是可用于诱导上皮细胞失去正常上皮特性，获得细胞间内充质表型的一种正常生理过程的诱导剂[7]。TGF-β信号通路在癌症发生发展的早期阶段有预防效果，但在癌症发生发展的后期有抑制作用[3]，一系列研究证实，CD109是TGF-β的负性调控因子及新型辅助型共受体，在细胞内部，CD109不仅能抑制TGF-β信号通路，其表达水平的增高或降低，也可引起TGF-β1的改变。比如，早在2015年Jing-Min Zhang [8]等人就发现CD109过表达会抑制胶质母细胞瘤个别细胞系中的TGF-β1信号，在CD109受到抑制的Nalm6细胞(一种人b淋巴细胞白血病/淋巴瘤细胞系)中，加入TGF-β1激动剂后，Smad2磷酸化时间延长，说明CD109可以抑制TGF-β1信号通路[5]。通过分析52例人口腔鳞状细胞癌(OSCC)肿瘤样本中也表明，CD109表达水平与肿瘤分级和TGF-β信号通路的激活状态呈负相关，尤其是在中高分化鳞状细胞癌中，CD109可以作为上皮表型的“看门人”，调节TGF-β信号通路，从而抑制肿瘤上皮干细胞向肿瘤间充质干细胞转化的过程，抑制肿瘤上皮细胞内的干细胞性，间接的抑制了肿瘤细胞内的淋巴细胞的增殖和转移[7]。同样，在8种人胰腺癌细胞系中也发现，CD109可直接诱导癌细胞与下游TGF-β1形成竞争，与TGF-β受体结合，从而达到抑制下游信号传导的目的，促进人体内胰腺癌细胞的异常生长、增殖、侵袭和转移能力[9]。在细胞表面，CD109可通过直接与人类角质细胞受体中的TGF-β R1和TGF-β R2受体连接形成的复合物来负调节TGF-β1信号[3] [6]。CD109一方面与caveolin-1结合并促进TGF-β受体内吞作用；另一方面，CD109还通过调节Smad7/Smurf2与TGF-β R1的定位和结合来负调控TGF-β信号通路[3]。此外，CD109也可以选择性通过磷脂酰肌醇磷脂酶单抗C (PI-PLC)途径从细胞表面被释放出来，形成一种可溶性CD109，可溶性CD109保留了与TGF-β1结合的能力，以此阻断TGF-β信号通路的激活[3]。2020年，Taki T [10]等人通过质谱分析和免疫共沉淀技术，在肺腺癌中确认CD109可以和TGF-β结合蛋白-1 (LTBP1)相互作用，促进TGF-β信号通路的激活，当正常细胞中内质网受到伤害时，CD109也可以和逃逸到细胞表明的内质网腔内伴侣如GRP78/BiP协同作用，促进TGF-β受体进入小泡中来沉默TGF-β信号，从而阻断了其与Smad2受体的特异性结合和活化，导致癌症的发生[11]。除了典型的I型受体ALK5激活Smad2/3，TGF-β还可以通过另一种I型受体ALK1发出信号活化Smad1/5，CD109抗原的过表达可以导致ALK1-Smad1/5信号增强，而ALK5-Smad2/3信号和TGF-β表达受到抑制，所以CD109差异性调节TGF-β诱导的ALK1-Smad1/5通路与ALK5-Smad2/3通路[12]。总之，CD109可以通过多种途径调控TGF-β通路间接影响了肿瘤的生长。

3.2. CD109调节STAT3信号传导途径

信号转导和转录激活器3 (STAT3)影响着细胞增殖分化、迁移生存和肿瘤发生[13] [14]，针对人舌鳞癌Cal27细胞的研究发现，CD109通过阻断PI3K/AKT信号途径而抑制了口腔鳞状细胞癌(OSCC)的迁移和侵袭[15]。2017年，Chen-Hua Chuang [14]等人研究发现，Janus激酶(Jaks)和转录因子Stat3介导的信号是CD109驱动的肺癌转移重要的、药理学靶向效应因子，他们将小鼠模型中不同恶性状态下单纯的肿瘤细胞的系统性遗传学分析与广泛的人体验证结合起来，揭示CD109-Jak-Stat3轴在肺腺癌转移中起关键调控作用，而在一些体外研究中却没有发现类似结果。2019年亓瑞霞[16]等人发现，在体外肺腺癌肿瘤细胞可分泌CD109，并可促进内皮细胞的迁移而不影响其增殖水平，而对STAT3的磷酸化水平、肺腺癌细胞的增殖、细胞活力以及细胞迁移无影响，表明肺腺癌细胞系中的肿瘤细胞所分泌的CD109并不能激活JAK-STAT3信号传导通路[3]。2022年，黄丽娟[17]等人发现宫颈鳞状细胞癌中CD109与STAT3的表达成正相关，推测CD109、STAT3可能共同参与了SCC的癌变过程。对于胶质瘤，用PDGF-β驱动的神经胶质瘤基因工程小鼠模型的研究中，未观察到STAT3和CD109之间的关联。然而，Filppu P [13]等在临床胶质母细胞瘤样本中发现，CD109与糖蛋白130相互作用促进胶质瘤干细胞中IL-6/STAT3通路的激活，提高GSCs的干性，自我更新能力和致瘤性，以上结果的不一致性可能与CD109缺陷基因工程小鼠组织微环境的系统性改变有关。所以，可以推测JAK/STAT3途径介导CD109在癌症生长和转移中的作用。

3.3. CD109调节表皮生长因子受体(EGFR)信号转导途径

EGFR蛋白主要定位在细胞质膜上，属于受体酪氨酸激酶的活性调控家族，通过其对下游酶类配体如EGF蛋白等的诱导和激活，经二聚化反应在其下游细胞内形成二聚体以建立酪氨酸激酶活性调控家族的活性，间接控制及激活受体下游蛋白的细胞信号通路，在细胞的生长、增殖、分化、粘附以及迁移等生化代谢活动活动中发挥重要生理调节作用[3]。EGFR的突变可以导致肺鳞状细胞癌[18]，肺腺癌等多种肿瘤的发生。在胶质母细胞瘤细胞系SK-MG-1细胞中发现，过表达CD109的细胞会刺激EGF信号通路和EGF受体间的相互作用，导致肿瘤细胞迁移和侵袭增加[8]。研究表明，CD109不仅在TGF-β和STAT3信号转导中作为调节因子调节细胞增殖与分化功能，还可以通过关联EGFR调节AKT/mTOR信号通路，促进肺腺癌的侵袭及转移[16] [19]。抑制CD109可以降低EGFR磷酸化，减少EGFR诱导的AKT/mTOR的激活，并使肿瘤细胞对EGFR抑制剂更敏感[19]。在外阴和舌SCC细胞中，采用体外多种实验方法证实，CD109可与EGFR相互作用，并通过稳定EGFR水平和调控EGFR/AKT信号通路等方式支持鳞状细胞癌的细胞干性和上皮形态[20]。在宫颈癌组织芯片和宫颈癌细胞系中，也证实CD109可通过激活EGFR/STAT3信号通路介导宫颈肿瘤的发生和侵袭[21]。

4. CD109的临床应用潜力

2021年国外学者首次通过meta分析得出，肿瘤患者CD109高表达与不同肿瘤的预后存在不同相关性，为CD109作为癌症患者预后的生物标志物提供证据[22]。减少CD109的表达可抑制促炎症因子的产生、细胞迁移、侵袭和破骨细胞分化潜能[23]，所以抗CD109治疗或可阻止正常组织向肿瘤组织的分化过程。CD109最早在造血肿瘤干细胞KG1a细胞系中发现[3]，除了造血系统外，CD109还表达于呼吸，神经，消化和泌尿等系统中。CD109的表达在不同类型肿瘤中存在异质性。通过组织芯片及临床病理学样本，利用免疫组化、qRT-PCR，WesternBlot和免疫荧光等技术分析发现，CD109在皮肤、食管、胆囊、口腔和阴茎等部位的鳞状细胞癌的癌细胞中表达量增高，且与肿瘤分级呈负相关[4]。高表达CD109也与肺腺癌的(LAC)进展、远处转移和预后不良呈显著正相关[24]，肺腺癌组织芯片免疫组织化学染色结果显示，转移性LAC中CD109表达量比非转移性LAC中表达量显著增强[16]。CD109的表达与血液系统密切相关，免疫组化分析发现CD109表达水平虽然与弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)总生存期无关，但CD109大量表达与预后差及低于一年的生存率密切相关，所以CD109可作为弥漫性大B细胞淋巴瘤高危患者的公认生物标志分子[25]。多参数流式细胞术(MFC)发现，CD109在初发AML患者中的表达存在异质性并且与AML患者的不良预后有关[26]。急性淋巴性白血病(ALL)患者的不同细胞系中亦发现CD109的表达存在差异性，在B-ALL细胞系Nalm6中，CD109能够促进肿瘤细胞的增殖，在初发及复发ALL患者中CD109均有不同程度的上调，提示CD109可能与ALL的发病有关[5]。

Yukihiro Shiraki [27]等人通过对人脑胶质瘤组织的临床病理和全基因组测序分析发现，CD109分散在胶质瘤组织的血管周围的脑胶质瘤干细胞(BCSTs)中表达，并与胶质瘤分级呈正相关。并且通过基因工程小鼠模型证实，CD109阳性的BCSTs更具有耐替莫唑胺的特性，随后，Filppu P [13]等人证实在恶性胶质瘤干细胞(GSCs)中，CD109可与IL-6受体糖蛋白130 (GP130)结合，激活IL-6/STAT3通路，进而增强GSCs的增殖水平和耐药性，为CD109在调控胶质瘤化疗抵抗性中的作用又添证据。CD109阳性细胞具有克隆原性、肿瘤引发性和抗辐射特性，CD109受到抑制时，这些表型也随之减少[21] [28]，不仅仅在胶质瘤中，在卵巢上皮癌(OEC)和乳腺癌患者中，也同样发现CD109与患者化疗抵抗性、肿瘤复发转移和总生存期相关[29]。以上结果充分提示，CD109可以作为提高肿瘤化疗敏感性的治疗靶点。

外泌体是从各种类型的细胞中释放出来的直径为50~100纳米的膜囊[30] [31]，外泌体不仅保含有蛋白质、mRNAs和miRNAs，还可以转运到周围的细胞，进行物质传递，是很多癌症重要的非侵入性生物标志物[32]，CD109可以被furinase切割成成两种形式，一种是180 kDa分泌型，另一种是25 kDa膜附着型，180 kDa-分泌型可以从细胞表面释放到培养基中，分泌型CD109是调控TGF-β信号通路必不可少的中介[33]，随后，Sakakura H [30]团队又通过质谱，免疫共沉淀及电镜定位等技术，在293细胞中证实CD109是一种外泌体蛋白。使用等压标记相对和绝对定量(iTRAQ)标记分离外泌体，结合2D-LC-MS/MS对外泌体蛋白进行了定量蛋白质组学发现，CD109是脂肪干细胞来源的外泌体标志蛋白[34]。Wiebke Lückstädt [35]等人通过构建CD109过表达细胞模型，也证明了分泌形式的CD109同样具有生物学活性[8]。PRSS3分泌到细胞外后可裂解细胞膜蛋白CD109，产生功能活性片段tCD109 [9]。采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测56例头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者术后112份血清CD109的水平，并用多元回归分析发现，血清CD109水平与淋巴结转移状态显著相关，Pearman秩和相关分析显示，术前血清CD109水平更高的患者，总体生存率和无复发生存率明显低于其他患者，所以血清中的CD109也可能是一种新的涉及淋巴结转移的HNSCC预后指标[36]。

5. 结论与展望

近年来，一些研究已经证实CD109在各种肿瘤中高表达，且与患者不良预后和生存期缩短相关，包括TGFβ、JAK-STAT3、YAP/TAZ和EGFR/AKT/mTOR通路在内的多种信号通路可作为干扰CD109的治疗靶点。CD109是可以直接特异性结合抗体或酶的膜蛋白，又是可以被运载体识别的分泌蛋白，提示CD109可作为与患者生存率降低相关的诊断标记物和有效的肿瘤治疗靶点的可能性。但组织和血清中CD109与不同肿瘤患者预后的关系，还需要更多的临床样本进行进一步证实。鉴于CD109与肿瘤耐药相关，外泌体CD109是否是肿瘤新的免疫治疗靶点还有待进一步研究。总之，CD109是极具研究前景的生物分子，但其在癌症发病机制中的具体作用仍需深入探究。因此，针对CD109的治疗必须在临床实践仔细评估风险后予以考虑。

利益冲突

所有作者声明无利益冲突。

基金项目

山东省中医药科技项目(Q-2022135)；

高层次科研项目培育计划项目(JYGC2022 FKJ002)。

NOTES

^*通讯作者。