Cell封面文章：新发现的胚胎关键蛋白功能

　　

生物通报道：霍华德休斯医学院、Sloan-Kettering研究院、Scripps研究所以及纽约大学的研究人员在2006年6月1日的Cell杂志上公布了他们有关胚胎形成过程中蛋白质功能研究的新进展。这项研究成为本期Cell的封面文章。

上皮细胞和间质细胞是生物体的两种基本构成单位，这两种细胞在生物体内并不是永远都维持着原本的细胞特性，在许多情况之下，能够相互转换。在胚胎发育时期，这种细胞相互转换特性的状况会不断的发生，也构成了胚胎发育成形最基本、最重要的步骤。其中，由上皮细胞向着间质细胞的转化称为上皮-间质转化（Epithelial- Mesenchymal Transition, EMT）。

哺乳动物原肠胚形成（vertebrate）过程中，EMT是中胚层从原条（primitive streak 也称原线）迁移所必须的。在这项新的研究中，研究人员证明p38 MAP激酶（有丝分裂原激活蛋白激酶p38）和p38反应蛋白（p38IP）是原肠胚形成过程中上皮钙黏附素(e-cadherin)下调的关键因子。

在ENU突变形成筛选中，研究人员确定出影响p38IP拼接的droopy eye（drey）突变. p38IP^drey突变胚胎表现出神经管封闭中的不完全深透缺陷、眼睛发育和原肠胚形成缺陷。另外一个更为强大的等为基因p38IP^RRK的表达造成原肠胚缺陷：由于E-cadherin蛋白在原条中的下调缺陷导致中胚层迁移的缺陷。

这项研究证明p38IP能直接与p38结合，并且是活体中p38活化必须的。而且，p38和p38IP还是原肠胚形成过程中E-cadherin下调必须的。最终，p38在NCK反应激酶（NIK）的下游调节E-cadherin蛋白的表达，并独立于纤维原细胞生长因子（Fgf）信号途径和Snail的转录调节。（生物通记者杨遥）

以下为EMT的基础小知识，以便于读者理解

********EMT小讲堂********

所有的生物体，都是由两种细胞所组成的：上皮细胞（epithelial cell）与间质细胞（mesenchymal cell），而这两种细胞分别表现两类不同的细胞特性。上皮细胞通常是属于有极性（polarity）的一群细胞，靠着一些细胞粘附分子（cell adhesion molecules）的分布，上皮细胞才能决定他的上下左右方位；也是靠着这些细胞粘附分子作为细胞间的胶水，上皮细胞才能相互连结并且附着于细胞底部的基质，进而形成各种上皮组织。间质细胞则是另一类全然不同的细胞，他们是一群具有活动能力、能够在细胞基质间自由移动的细胞，而多半不需要细胞粘附分子的存在，纤维母细胞（fibroblast）就是最好的例子。这两种细胞在生物体内并不是永远都维持着原本的细胞特性，在许多情况之下，这两种细胞会相互转换细胞特性，以进行特定的生物活动。在胚胎发育时期，这种细胞相互转换特性的状况会不断的发生，也构成了胚胎发育成形最基本、最重要的步骤。Epithelial-mesenchymal transition（EMT），是从具有极性的上皮细胞转换成具有活动能力的细胞的一个过程；相反地，Mesenchymal-epithelial transition（MET）则是间质细胞参与上皮器官（例如肾脏）形成的过程。

EMT最早是发育生物家观察到的一个现象，首先Matthias Duval在1897年发现了两种不同的细胞：上皮细胞、间质细胞分别参与了鸡胚胎神经管的发育；1908年Frank Lillie观察到在鸡胚胎发育时，上皮细胞与间质细胞之间出现相互转换的现象；到了1960年代，Elisabeth Hay精确地描述出在鸡胚胎的原肠形成过程（gastrulation）时，上皮细胞必须经过转换之后移动形成primitive streak；而直到1982年，Garry Greenburg与Elisabeth Hay经由细胞实验证明上皮细胞的确会暂时丧失他们的细胞极性，并且表现出具有移行能力的间质细胞特性，EMT这个名称才被正式提出，并且被认为是一项有意义的生物活动。从此之后，EMT的研究才渐渐被广泛的注意。

EMT的概念打破了上皮细胞应是一成不变的观念，上皮细胞反而是一群具有高度可塑性（plasticity）的细胞。在组织成形的过程中，从二度空间的上皮细胞层（epithelial sheet）重组成三度空间的结构，到管腔的形成、分枝（例如气管的分支、乳腺的分支…等），上皮细胞都不停的在进行EMT。而调控上皮细胞进行EMT的动力，则是来自于与上皮细胞有密切交互作用的基质。基质中充满了许多调控上皮细胞进行EMT的讯号，这些讯号因为都跟细胞的组织成形（morphogenesis）相关，因此被称为morphogen。调控EMT的morphogen包括了hepatocyte growth factor（HGF，又称为scatter factor）、fibroblast growth factor（FGF）、epithelial growth factor（EGF）…等。这些morphogen会与上皮细胞表面的受体结合，经由不同的讯息传递路径，影响细胞粘附分子与细胞骨架（cytoskeleton）的功能。
在胚胎发育的过程中，细胞粘附分子的调控必须遵循着严密的时空规则，其中以cadherin一类的细胞粘附分子的调控最为重要。Cadherin是一群位于细胞膜上的穿膜蛋白，透过细胞之间以类似免疫球蛋白构造的部分连结邻近细胞，并且与细胞内的细胞骨架相接。根据在不同细胞的分布而有不同的命名，在上皮细胞的就称为E（epithelial）-cadherin，在神经细胞的就称为N（neural）-cadherin。而不同的cadherin 在细胞之间的键结力也有所不同，比方说E-cadherin如果是强力胶的话，那N-cadherin可能就是一般的胶水，而其它的第二类cadherin家族成员（例如cadherin 6, cadherin 11,…等）就只是双面胶带，具有较弱的键结力。E-cadherin的表现会促使上皮细胞间形成稳定的粘附带，以维持组织的稳定；如果抑制E-cadherin的表现，上皮细胞间的接触便会被破坏，进而使上皮细胞转变为类似具有移行能力的间质细胞，也就是EMT。因此，上皮细胞在进行EMT的过程中，E-cadherin表现的丧失以及不同cadherin分子间的转换，是一个相当重要的特征，鸡胚胎神经管的发育就是一个很好的例子。

EMT这个在发育生物学上举足轻重的现象，除了在胚胎的发育、组织成形的过程中可以发现之外，在一般上皮组织的伤口愈合过程中，增生的上皮细胞移行到伤口上方进行修补的过程，也是一种EMT。那么，EMT只会出现在正常的细胞活动中吗？在一些不正常的细胞活动中，EMT是不是也会扮演一定的角色呢？

 Robert Weinberg在他的“One Renegade Cell ”一书中提到，癌症的发生其实是属于一种不正常的组织器官生成的过程（aberrant organogenesis），癌症就像是个自给自足社会的缩影，就如同胚胎在发育的时候，按照着既定的时空规则获得自我供应生长讯号的能力、进行失调的细胞复制与增生（proliferation）、抑制细胞凋亡（anti-apoptosis）、进行血管新生（angiogenesis）、最后达成向外侵犯攻城掠地（invasion and metastasis），只是这些时空规则都不是根据正常细胞生长分化时所定下的（有点像是不同的意识型态）。EMT在最近这几年被提出也同样参与了癌症的发生与进展。

EMT最重要的特征之一，即E-cadherin表现的丧失，也与肿瘤的分化以及病人的存活有显著的相关性。从细胞株的实验证明，重新让具有侵袭性的肿瘤细胞表现E-cadherin，可以将肿瘤细胞转变回较不具侵袭性。在癌化过程中，癌细胞可以经由一些机制造成E-cadherin表现的丧失，例如透过一些转录因子的表现（如snail、slug、SIP1、twist等）抑制E-cadherin RNA的转录、E-cadherin基因的promoter发生过度甲基化（hypermethylation）、或是经由活化一些间质蛋白　分解细胞膜上的E-cadherin，产生可溶性的E-cadherin，再透过与胚胎发育过程中相同的讯息传递路径，影响癌化。除了E-cadherin表现的丧失，在肿瘤细胞中也常常可以见到类似在EMT过程出现不同cadherin分子间的转换。在一些肿瘤组织中，例如黑色素细胞癌、乳癌、摄护腺癌，E-cadherin的丧失同时也伴随着其它cadherin的生成，而这些新生成的cadherin分子，多半都是属于细胞键结力较弱的成员，例如N-cadherin、cadherin 6、cadherin 11…等。就像在胚胎发育中，当细胞表现出键结力较弱的cadherin时，就等同释放出一个促进细胞移行的讯号，让这些癌细胞发生侵犯转移的机会与能力大增。
除了癌症的侵犯转移与EMT相关之外，在癌组织的分化上EMT或许也扮演着重要的角色。在一些分化良好，仍保有类似正常组织分化的肿瘤组织，例如乳腺的分支成形过程（branching morphogenesis）在分化良好的乳癌中，EMT与细胞粘附分子的调控尚未被广泛的研究，而其与细胞骨架的横向对话机转，或许都会是未来癌症研究的方向。