条文本
PDF
文摘
Epithelial-mesenchymal过渡(EMT)是一个过程,当上皮细胞逐渐转变成mesenchymal-like失去上皮细胞的功能和特点。EMT被认为是参与许多肺部疾病的发病机制,从发育障碍,纤维组织改造肺癌。最重要的question-namely EMT的重要性和贡献的一些慢性肺部疾病的发病机理(哮喘、慢性阻塞性肺病、闭塞性细支气管炎综合征和肺纤维化)——目前激烈的争论。本文简要了解EMT的机理和评价方法在各种肺部疾病和总结最近的文献强调有争议的实验数据和结论。
来自Altmetric.com的统计
epithelial-mesenchymal过渡是什么?
Epithelial-mesenchymal过渡(EMT)是一个过程,上皮细胞逐渐获得间质纤维母细胞表型。对于胚胎发育EMT已被证明是至关重要的,原肠胚形成,神经嵴的发展,心脏和其他器官。EMT也参与组织修复、器官纤维化和癌症进展。EMT与许多类型的肿瘤的进展和参与他们的转移和治疗抵抗。1,2
细胞EMT的变化
EMT期间,上皮细胞发生深刻的变化,可分为四大细胞功能:转录调控的变化;细胞骨架的改变和能动性;细胞粘附的变化;和变化的合成细胞外基质(ECM)的组件。
一些转录因子如蜗牛、蛞蝓ZEB-1, ZEB-2,扭曲,β-catenin和Tcf /中位数已被确认为EMT的主要监管机构,和主开关的重要细胞“重编程”(图1)。2 - 5
最重要的特性(EMT) epithelial-mesenchymal过渡。已发现多个途径触发EMT:酪氨酸激酶受体(表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、结缔组织生长因子、血小板源生长因子、胰岛素样生长因子,等),整合蛋白,Wnt、核因子(NF) -κB和转化生长因子β(TGF-β)通路。这些通路的一个共同特征是他们主人的转录因子的激活(蜗牛、蛞蝓、Zeb-1扭曲等)打开EMT计划在上皮细胞,即表达下调钙粘蛋白和其他与上皮表型和基因表达激活与间质表型相关的基因的转录。规范TGF-β/ SMAD信号可能是最好的特征信号通路导致纤维化(最近的一个评论中看到费尔南德斯等90年)。激活规范Wnt信号和β连环蛋白使上皮细胞容易EMT TGF-β造成的,通过抑制生长逮捕由TGF-β诱导。细胞外基质(ECM)也通过整合素信号导致EMT调节TGF-β信号。炎性细胞因子激活NF-κB被认为进一步加重肺纤维化和EMT。
细胞角蛋白在上皮细胞特征中间丝。在EMT表达波形蛋白细胞重新编程。2,5其他细胞骨架变化涉及新创纤维母细胞特定蛋白的表达(FSP) 1(也称为S100A4)在上皮,已与迁移能力的提高,更具有攻击性的表型在肺癌肿瘤预后也差。6α-Smooth肌肉肌动蛋白(α-SMA)也是一个经常评估EMT的标志。的特征性表现是表达α-SMA myofibroblasts放下过量的ECM因此负责组织改造和纤维化(图1)。7
早期分子离解的EMT的迹象包括信息连接和/或拆卸联接的差别引起的对这些组件,如occludins ZO-1, claudins和钙粘蛋白。2,5E-cadherin-considered的逐渐丧失的标志emt是伴随着N-cadherin的同时获得间充质标记。这种变化通常被称为“钙粘着蛋白开关”(图1)。5
评估EMT的肺部组织
EMT被认为是一个渐进的过程,这意味着有中间细胞表型在过渡。上皮细胞发生EMT会表达一组不同的标记基因在这个过程。由于基因表达的变化也被发现在受伤期间,激活或去分化的上皮细胞,这显然是相当具有挑战性的识别与确定上皮细胞发生EMT在复杂的病理条件。
良好,生理修复过程中上皮损伤后,放松epithelial-epithelial细胞接触(例如,紧密连接和附着路口),cell-ECM联系人变更,激活(迁移)和细胞骨架形态变化(传播)发生在伤口修复。10这些表型的变化被认为是由EMT转录因子。11然而,我们必须强调,在生理伤口修复上皮细胞表达的间叶细胞标记并不一定意味着分化转化成纤维细胞或myofibroblasts。虽然获得间充质特性和分子标记,迁移在伤口修复上皮细胞不表达下调上皮紧密连接蛋白;有,而这些蛋白质的细胞间重新分配。11 - 13
有许多文章证明上皮细胞coexpress间叶细胞和上皮标记在人类各种肺部疾病。14到20其他方法通常用于识别EMT是显示信号通路的激活和转录因子调节EMT。这些机制,激活的转录因子蜗牛家庭的差别和随之而来的对这些E-cadherin-show纤维化之间惊人的相似之处,发展项目涉及EMT和致癌作用,表明一个共同的分子存在监管的背景。研讨会然而,这些实验方法只提供一个“快照”的过程在一段时间内,因此被批评为不适合遵循EMT之类的动态过程。解决这个正在进行的争论需要方法,能够跟踪分化转化过程更可靠,像活体的显微镜或细胞命运映射。
目前还没有可用出版物描述使用活体的显微镜实时评估EMT的肺上皮细胞。福克纳等24发现肾间质成纤维细胞不来自于管状上皮细胞在肾纤维化和描述,激活内在转化生长因子β(TGF-β)信号是至关重要的血源性转移形成使用体内成像技术在乳腺癌细胞。25
然而,剩下的最重要的问题是是否EMT会导致肺部疾病,如果是的,到什么程度?肺部疾病与慢性炎症和持久的损伤导致疤痕,纤维化和组织改造,导致肺功能下降、呼吸衰竭和死亡。最近,实验利用基因细胞命运的肺上皮细胞进行跟踪解决这个问题在肺纤维化小鼠模型9,26,27和过敏性哮喘。28这些研究发现,大约有30 - 50%的肺纤维化和过敏性哮喘小鼠肺成纤维细胞是来源于上皮细胞经历了EMT是由遗传标记。在这些模型中,β牛乳糖被用作基因标签。9,26,27批评该方法的强调,使用半乳糖苷酶反应和β牛乳糖不允许高分辨率共焦成像与荧光标记。因此,相邻细胞之间的界限是模糊的,假阳性的细胞识别的可能性不能排除。29日此外,这些lineage-tracking研究9,26,27使用转基因小鼠的重组是由3.7 kb片段人类表面活性剂的蛋白C (Sftpc)启动子,30.从内生小鼠是不同的吗Sftpc启动子驱动的复合其他动物模型。29日也离体培养的肺泡上皮细胞(aec)隔离后可能导致实验文物,这引发了怀疑是否EMT实际上有助于体内成纤维细胞的形成。8,9,26
最近公布的数据质疑了认为的一个重要部分myofibroblasts病变肺来源于上皮细胞在动物模型29日,31日和人类。32这些来自不同实验室的结果导致了密集的辩论肺纤维化和肾33,34和肝纤维化。35岩石等使用转基因小鼠应变与荧光蛋白标记(番茄)内生的控制下Sftpc启动子。这些实验表明,原子能委员会在大量不transdifferentiate进myofibroblasts博来霉素肺损伤模型。29日最近发表的一项研究在老鼠身上使用多个遗传标记细胞命运跟踪发现,单边myofibroblasts尿道梗阻(UUO)肾脏纤维化源自当地扩散前体(50%),从纤维细胞(35%)、endothelial-mesenchymal过渡(10%)和EMT (5%)。34研究LeBleu等34使用UUO模型就是一个很好的例子,突显出多个myofibroblasts的起源。然而,很难推断从UUO肾纤维化模型的肺器官功能,实质损伤的机制和顺向纤维化的变化是相当不同的。
这些有争议的数据说明了持续强化科学辩论的起源myofibroblasts纤维化疾病和组织改造。进一步阐明这是至关重要的决定未来的方向的研究和新的治疗靶点的识别。
EMT在肺癌发展和儿科疾病
第一个EMT事件描述发生在gastrulation-the胚胎发育的早期阶段。在这个过程中,主要的间质形成,给第一个上皮和间质表型之间的区别。上皮和间充质细胞表型并非不可逆转,并在胚胎发育过程中,细胞上皮和间充质状态之间的转换通过EMT过程或mesenchymal-to-epithelial过渡(满足)。36,37有时,几轮EMT和满足要求给一个专门的器官形成所需的细胞类型。在开发期间,EMT在细胞命运提供了灵活性;然而,专业组织在胚胎的发展需要其他上皮细胞可塑性略不同于古典EMT。上皮细胞可塑性的过程中是至关重要的分支形态发生在许多器官,包括肺。38,39Lung-branching形态发生需要相互之间的信号的上皮细胞和周围的间质由协调活动TGF-β/骨形态形成蛋白,Wnt,音猬因子的蛋白质,纤维母细胞生长因子(FGF)或维甲酸信号。40这些信号通路的失调与异常的肺分支,alveologenesis和肺血管发育,正常的肺发育的关键事件。除了遗传因素外,产前和产后环境因素,包括表观遗传学,扮演了一个重要的角色在儿科肺病编程肺形态发生和发展。
摘要肺发育不良(BPD)是一种慢性肺部疾病,发生在早产儿和特点是alveologenesis受损,血管发展。桶的发展由于受伤或感染在一个非常不成熟的肺。间质纤维化是公认的一个突出特征桶由于重复的肺损伤。邓和同事,41通过转基因老鼠,记者发现肺成纤维细胞在桶可能来自从ATII经历了EMT的细胞。Noseda和他的同事们42,43显示表达式的Notch1或在内皮细胞会导致过渡到一个新的高度间质表型通过endothelial-to-mesenchymal过渡,一个非常类似于EMT过程。本构Notch1激活和抑制剂研究肺器官文化中,发现了一个角色等级信号一起TGF-β间皮的急救员。44什么等45也表明,间皮的肺表面覆盖细胞可以迁移到器官本身和产生不同的细胞类型,包括间质细胞,在发展中肺。
综上所述,这些研究结果有重要意义对我们的肺部发育缺陷的理解;然而,EMT的休闲影响桶还有待确定。
EMT在哮喘
气道重构包括基底膜的增厚伴随着sub-epithelial纤维化,上皮脱落和平滑肌肥大/增生。17在正常情况下,快速受损上皮细胞能够自我修复。然而,持续的慢性炎症造成的损失在哮喘导致的纤毛细胞数量大大减少,使基底膜表面只是部分覆盖着基底细胞抗凋亡。17钙粘蛋白损失EMT的标志在哮喘患者气道上皮细胞也描述。14,46,47成纤维细胞和myofibroblasts负责增加ECM蛋白质的生产,例如,胶原和蛋白聚糖,也作为存储TGF-β等细胞因子和生长因子,扮演了一个重要的角色在纤维化和fibroblast-myofibroblast分化的调节发炎的航空公司。48,49
最近的实验数据表明,辅助T 2主要慢性炎症导致TGF-β1水平升高在航空公司通过增加产量的TGF-β嗜酸性粒细胞和巨噬细胞,成纤维细胞,内皮细胞和平滑肌细胞。TGF-β存储在ECM和反过来引发EMT sub-epithelial纤维化。28
关于哮喘的发病机制,组织改造和sub-epithelial纤维化EMT贡献吗?约翰逊和他的同事们28发现这一现象的屋尘螨过敏原(HDM)敏感的转基因小鼠模型。他们证明β-galactosidase-tagged大气道上皮细胞逐渐失去上皮细胞特征,获得的间叶细胞标记物的表达,例如,波形蛋白,并迁移到sub-epithelial隔间。28体内细胞命运追踪基因标记上皮细胞为上皮细胞转分化提供了证据慢性哮喘小鼠模型。其他的研究主要使用人类支气管上皮细胞(hBEC)文化研究过敏原的角色EMT的敏化作用。HDM敏化作用的航空公司把TGF-β1和导致的损失钙粘蛋白表达,47caveolin-1掩饰和随之损失上皮的屏障功能。46哈科特等14调查EMT使用气液界面文化hBECs隔绝哮喘患者和non-asthmatic控制。作者发现分层气道上皮的基底细胞是最容易TGF-β1-induced EMT。有趣的是,他们发现没有组织学证据间充质标记表达式的匹配的哮喘患者的支气管上皮细胞数量的增加,而cytokeratin-5 + (KRT5 +)阳性细胞,表明基底上皮细胞表型分化转向。14上面讨论的结果突出了争议和差异有关EMT的研究数据。
EMT的闭塞性细支气管炎综合征
闭塞性细支气管炎综合征(BOS)是肺移植受者的同种异体移植物功能障碍的主要原因。霍奇等15发现间质蛋白的表达增加了大导气管支气管上皮细胞(bec)在肺移植后患者BOS EMT的存在的一个明确的指标。病房等50发现S100A4和基质金属蛋白酶(MMP) 2, MMP-7和MMP-9表达式出现在患者的气道上皮肺移植后稳定没有BOS的迹象。入侵的能力bec隔绝这些病人也显示。众所周知,同种异体移植物感染的风险构成BOS,已经被证明可以促进EMT在patient-derived小气道上皮细胞。51接枝微脉管系统不足和顺向移植物缺血已经成为EMT在肺移植的促进因素。52,53有趣的是,一个体外研究表明,常用的免疫抑制剂可能促进EMT bec。54
EMT在慢性阻塞性肺病
慢性阻塞性肺病是伴随着炎症和组织改造,55并已知与肺癌密切相关。最近的一项研究发现一个健壮的基因组之间的联系COPD、肺癌和刺猬信号,也涉及tobacco-smoke-induced EMT。56在慢性阻塞性肺病组织改造的特点是肺气肿,和小气道重塑与peribronchiolar纤维化。最近的调查报道,尼古丁和烟草烟雾诱发EMT在bec Wnt3a /β-catenin TGF-β-dependent方式。57王等58描述,尿激酶纤溶酶原激活物受体在慢性阻塞性肺病患者的气道上皮和参与调停bec的烟草烟雾对EMT的影响。研究小鼠长期暴露于烟草烟雾显示TGF-β1水平上升,结缔组织生长因子(CTGF)和血小板源生长因子(PDGF - b)在治疗组。59所有这些生长因子诱导EMT。2,60,61年最近在COPD患者的临床调查18,20.表明细胞costaining上皮和间充质标记出现在大型航空公司特别是大量的无症状吸烟者和吸烟者。作者表明,网状基底膜组织遏制吸烟的人,那些有慢性阻塞性肺病是高度分散的,细长的空间或裂缝称为“结晶”,这是一个标志EMT的航空公司。62年,63年这些结晶在疟疾行动通常包含S100A4间充质细胞阳性标记,波形蛋白和MMP-9。20.最近的发现表明类似的变化也可以观察到在小(< 1毫米)航空公司的吸烟者。64年
EMT在特发性肺纤维化
组织学发现特征对特发性肺纤维化(IPF)是常见的间质性肺炎(摘要)和分散α-SMA-positive成纤维细胞的焦点(FF) collagen-rich地区交流与正常肺区域。IPF的最常用的动物模型是单剂博来霉素的挑战,尽管众所周知,一些特性IPF-most重要的是作为一个进步的代表和慢性疾病不佳。同时,许多药物包括皮质类固醇博来霉素模型中被证明是有效的但在IPF是无效的。65年最近发表的一项研究表明,一个重复博来霉素损伤模型概括人类IPF的几个特性优于传统的单剂量模型。在这个模型中,作者发现,大约50%的S100A4 +成纤维细胞上皮衍生利用基因命运跟踪。27相反,岩石等29日发现上皮细胞不会导致纤维母细胞形成的单剂量模型。
人类免疫组织化学研究EMT的角色在IPF myofibroblasts的形成是有争议的。66年原田等67年发现myofibroblast TTF-1 FF表达上皮细胞标记,细胞角蛋白和表面活性剂蛋白b Chilosi等68年确认迁徙标记laminin5-γ2,热休克蛋白27和fascin表达在上皮细胞集群上面FF摘要样品有特殊“三明治形态”。相反,山田等32没有发现组织学证据对组织样本中EMT病人诊断为IPF (n = 15)和非特异性间质性肺炎(n = 12)使用双重免疫组织化学。总之,所涉及的证据表明EMT激活myofibroblasts在肺纤维化的形成仍是有争议的。
EMT在肺癌
EMT被认为有助于癌症入侵和转移通过允许恶性转化的上皮细胞迁移,侵入周围的基质,通过血液和淋巴系统扩散到遥远的网站。通过EMT的过程中,肿瘤细胞不仅失去信息粘连和展览高架能动性和侵略,也获得抗细胞凋亡增加,化疗药物,甚至开发干细胞等属性。69年根据当前视图,EMT在各种癌症具有预后意义与侵入性表型和metastasis-forming能力高度相关。这种所谓的“EMT表型”是决定预后的主要因素。70年它已被证明在非小细胞肺癌,EMT表型与表皮生长因子受体突变和耐药性。71年并与肿瘤干细胞的形成。70年在肺癌中,循环肿瘤细胞(ctc)表达上皮标记EpCAM较低与其他固体肿瘤。72年然而,当CTC隔离不是基于上皮标记,CTC号码类似于其他固体肿瘤,具有强有力的预后价值。73年这些数据表明,肺癌已经经历了EMT ctc失去上皮细胞特征。最近经常表明抗癌和antimetastasis药物有副作用与伤口愈合不良,类似的分子途径导致这些流程的暗示。12然而,尽管越来越多的证据表明,人类仍然没有直接证据,EMT实际发生在肿瘤转移的形成一个动态的过程。
EMT的临床意义是什么?
两疾病组需要考虑有关的临床重要性EMT在肺纤维化和组织改造条件,恶性肺部疾病。
最近,各种形式的肺纤维化和组织改造存在慢性呼吸道疾病。74年目前的研究数据强调我们要小心判断多少EMT导致实际的纤维化,疤痕和组织改造。在确定目标是TGF-β通路和其他生长因子,像PDGF CTGF, FGF和血管内皮生长因子被认为是触发EMT,证明在肺纤维化疾病的致病作用。75 - 78大多数的分子靶点已在动物模型中进行测试77年,79年,80年但没有成功到目前为止在翻译这些发现诊所。81年Pirfenidone是唯一治疗IPF许可82年但作用机理是模糊的,没有对EMT体内数据的影响。
Wnt信号通路已经被证明是重要的发病机制中的一些肺部疾病,如纤维化,3哮喘,83年慢性阻塞性肺病84年和肺癌,85年他们可以作为另一个有前途的治疗目标。目前有多种治疗方法针对Wnt信号在肺部疾病在不久的将来可能应用于临床。86 - 88
最近的一个详细审查的EMT参与恶性转化和癌症进展,看到Craene和Berx。70年
为最近的一个简短说明文章EMT在肺部疾病,请参阅表在网上补充。
摘要和结论
总之,我们可以说EMT在肺部疾病的程度和意义仍然是有争议的,因为下面的问题:
大多数研究EMT在肺部疾病使用方法,只需要一个“快照”这个动态过程的例子,免疫组织化学、免疫印迹或流式细胞术。虽然已经有了标准化的举动EMT的分子标记,5,33有怀疑是否EMT coexpression只能定义的某些上皮和间充质标记66年自相似的分子变化发生在上皮细胞在伤口修复。11,12
对于纤维化改变,基因谱系标记的细胞在动物模型中被认为是一个可靠的方法;然而,结果矛盾在不同的动物模型对肺纤维化和其他器官纤维化模型。33看来,结果在转基因小鼠不同关于自然的遗传标记,该方法用于检测,转基因构建用于重组的质量。
体内的大量数据之间的联系纤维化和EMT已经从单剂获得肺博来霉素挑战模式。这显然已经收到了批评和需要发展的一个更可靠的小鼠肺纤维化模型,准确地反映人类的摘要。
越来越多的证据支持,EMT在恶性转变一个关键的角色,入侵和转移能力,在肿瘤干细胞的形成。在肺癌癌,ctc似乎转向更间质表型与其他固体肿瘤相比,表明EMT。迄今为止,没有令人信服的直接体内EMT在人类肿瘤的证据,虽然建议对EMT在原位肿瘤的检测。89年
总之,最近的研究强调了潜在的EMT参与肺发育和疾病的反应。EMT的精确的临床重要性以外的肿瘤生物学仍有待确定,但药物的发展目标已知生长因子促进EMT的EMT过程表明调制临床可能很快成为可能。这些临床是否有效还有待观察。
引用
补充材料
-
补充数据
仅这个web文件已经由英国医学杂志出版集团从一个电子文件提供的作者(年代)和没有对内容进行编辑。
在这个数据补充文件:
- 数据补充1——在线补充
脚注
贡献者DB、纳米RYM OE, DRT写和编辑的手稿。
资金DB目前由FP7间玛丽居里奖学金之下(FP7-PEOPLE-IEF 300371)和收到资金从欧洲呼吸学会长期奖学金(ERS-LTRF 2011 - 131)。188bet官网地址
相互竞争的利益一个也没有。
出处和同行评议不是委托;外部同行评议。