PAI-1 在腫瘤進展中的功能與機制探討

王宇，劉超綜述，周旋審校

（天津醫科大學腫瘤醫院頜面耳鼻喉腫瘤科，國家惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津 300060）

纖溶酶原激活物抑制劑-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）是尿激酶型纖溶酶原激活物（urokinasetype plasminogen activator，uPA）和組織型纖溶酶原激活物（tissue-type plasminogen activator，tPA）的主要抑制劑，在調節細胞外基質重塑中發揮重要作用。PAI-1 是一種單鏈糖蛋白，分子量為45 kD，由379～381 個殘基組成，含有9 個α 螺旋結構和3 個β 片狀結構，主要包括3 個相互作用結構域：活性中心環（reactive centreloop，RCL），此結構域可以和纖溶酶原激活物結合；螺旋D（helix D，hD）、螺旋E（helix E，hE）、螺旋F（helix F，hF）結合位點的柔性關節區域，此結構域可以和玻連蛋白（vitronectin）結合；hD 和hE 中與低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP）結合的結構域[1]。根據RCL 的狀態，PAI-1 以3 種形式存在：活性形式，螺旋結構的RCL 暴露在分子表面；潛在形式，完整的RCL 內化在β 片狀結構內，無法與uPA/tPA 相互作用；裂解形式，RCL 的P1′Met殘基暴露在外，而含有P1 殘基的RCLN 端部分仍保留在β 片狀結構中。RCL 結構域是與uPA/tPA 結合的主要位點，包含與這些蛋白酶相互作用的P1-P1′肽鍵。P1-P1′肽鍵斷裂后，PAI-1/PA 分子形成不可逆復合物，導致PA 失活，RCL 結構域部分內化[2]。PAI-1 具有旁分泌和自分泌效應，可由腫瘤細胞或非腫瘤細胞產生，如內皮細胞、巨噬細胞和脂肪細胞等[3-4]。研究證明，PAI-1 在大多數腫瘤中表達異常升高，如乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、結腸癌和非小細胞肺癌，并且與患者不良預后相關。一項多中心前瞻性臨床試驗評估了8 377 例無淋巴結累及的乳腺癌患者病理組織中uPA/PAI-1 的表達水平，發現高uPA/PAI-1 組患者從輔助化療中獲益更多，并且預后較好，提示PAI-1 的表達影響化療療效和患者預后[5]。因此，PAI-1 參與腫瘤進展、影響治療療效，是一種有待進一步研究的關鍵分子。本文將從多個角度總結并闡明PAI-1 在腫瘤中的研究進展。

1 PAI-1 在不同腫瘤中的預后價值

1.1 乳腺癌 研究表明，PAI-1 在乳腺癌腫瘤組織中的表達明顯高于良性組織，并且腫瘤組織中PAI-1 表達升高與無復發生存率降低密切相關，腫瘤組織或血漿中PAI-1 表達水平與患者無病生存期和總生存期的相關性已被多項研究證實[6-7]。此外，乳腺癌中PAI-1 表達水平具有早期評估輔助化療療效的潛力，腫瘤組織中uPA/PAI-1 表達水平可用于設計個性化治療策略[5]。PAI-1 作為乳腺癌的一種標志物，與傳統預后因素，如腫瘤大小、腫瘤分級、淋巴結狀態和類固醇受體狀態相比，是一種更為有效的獨立預后因素[8]。

1.2 胃癌 大量研究表明，胃癌中PAI-1 表達與腫瘤侵襲性、預后不良相關。Kaneko 等[9]通過DNA 微陣列、RT-PCR 和組織微陣列技術，證實胃癌中PAI-1表達水平與腫瘤大小、淋巴結轉移和血管浸潤有顯著相關性。Nishioka 等[10]報道PAI-1 抑制劑在體內可以抑制胃癌轉移。雖然胃癌患者血漿中PAI-1 表達水平較高，但在胃癌的診斷或預后預測中尚無法替代腫瘤組織病理學。因此，PAI-1 可能成為影響胃癌預后的重要因素。

1.3 頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC） 通過對HNSCC微陣列進行分析發現，在1 260 個基因中PAI-1 mRNA 表達水平在正常組織和原發腫瘤組織中的差異最為顯著，并且可作為HNSCC 患者無進展生存期和總生存期的獨立預后因素[11]。同樣，Miguel 等[12]觀察到PAI-1 在腫瘤中的蛋白和mRNA 表達水平均高于正常組織，PAI-1 的高表達與HNSCC 患者較高轉移率和較差臨床預后相關。PAI-1 在HNSCC腫瘤侵襲和轉移過程中可能發揮作用，具有重要的預后價值。

1.4 其他類型腫瘤 與健康對照組相比，惡性黑色素瘤患者血液中PAI-1 活性明顯升高，說明血漿中PAI-1 活性可能與較差預后以及更高轉移風險相關[13]。在結直腸癌肝轉移患者中，血漿PAI-1 水平顯著升高，并與漿膜浸潤、Duke 分期和淋巴轉移呈正相關[14]。因此，腫瘤組織或血漿中的PAI-1 高表達有望成為預防腫瘤局部侵襲以及遠處轉移的潛在分子標志物，具有一定的轉化意義。

2 PAI-1 在腫瘤進展中的作用

2.1 腫瘤侵襲與轉移 PAI-1 作為uPA 的抑制劑，理論上抑制腫瘤侵襲和轉移，而大部分研究表明，PAI-1 具有促進腫瘤侵襲和轉移的潛在能力[15]。PAI-1 通過促進細胞脫離某些細胞外基質（ECM）蛋白和防止細胞周圍ECM 過度降解來促進細胞遷移和侵襲[16]。一方面，PAI-1 通過阻止腫瘤細胞黏附于玻連蛋白，從而刺激腫瘤細胞向纖維連接蛋白（fibronectin）等ECM 底物遷移。另一方面，PAI-1 通過抑制尿激酶型纖溶酶原激活物受體（uPAR）結合的uPA，可以防止細胞黏附和遷移所必需的ECM 蛋白過度降解。在乳腺癌中，PAI-1 可通過激活磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）通路，促進細胞外基質重塑，其異常表達可能增加腫瘤局部侵襲與惡性浸潤的風險[17]。

作為一種重要的促凝血因子，PAI-1 可以誘導纖維蛋白在腫瘤周圍沉積，形成暫時性ECM，為細胞遷移提供支架，促進腫瘤轉移[18]。PAI-1 高表達與骨肉瘤遠處轉移密切相關，并且通過促進基質金屬蛋白酶（MMP）-13 的表達和分泌，促進腫瘤侵襲和轉移[19]。PAI-1 不僅作為EMC 成分，還是上皮間充質轉化（EMT）標志物，是多種腫瘤細胞（如A549、HepG2、RKO 等）中轉化生長因子-β（TGF-β）誘導EMT 關鍵下游的重要效應因子[20]。在非小細胞肺癌中，PAI-1 通過信號轉導與轉錄激活因子（STAT）3信號通路，增強EMT 介導的腫瘤轉移[21]。在乳腺導管腺癌中，內皮細胞通過PAI-1 和CCL5 信號增強EMT 誘導的腫瘤細胞轉移[22]。

2.2 腫瘤微血管生成 PAI-1 可以通過促進內皮細胞遷移、存活和增殖來促進血管生成。這種促血管生成活性源于其蛋白酶抑制和玻璃凝集素結合的功能。作為纖溶酶原激活的抑制劑，PAI-1 保護內皮細胞免受FasL 依賴的細胞凋亡，并且通過與玻連蛋白結合，干擾內皮細胞與玻連蛋白的結合，促進內皮細胞從玻連蛋白分離，向富含纖維連接蛋白但血管化較少的腫瘤間質遷移；PAI-1 通過抗纖溶活性，增加纖維蛋白沉積，促進內皮組織形成以及血管生成蛋白的釋放[16]。在大多數腫瘤中，PAI-1 在血管生成中發揮重要作用。在膀胱癌動物模型中，PAI-1 小分子抑制劑Tiplaxtinin 可有效抑制腫瘤血管生成[23]。在惡性胸膜間皮瘤中，無論有無血管生成刺激，抑制PAI-1 表達水平均可限制腫瘤的微血管化[24]。在肝細胞肝癌中，低氧誘導因子（HIF）-2α 依賴的PAI-1 通過降低活性纖溶酶的濃度，進而刺激血管生成[25]。

2.3 腫瘤細胞增殖與凋亡 研究表明，PAI-1 可以通過上調Cyclin D3/CDK4/6，加速G1 期到S 期細胞周期的進展，促進腫瘤細胞增殖[26]。PAI-1 還可通過其抗纖溶活性、細胞黏附活性和纖溶酶原激活物活性，抑制纖維蛋白溶解，維持凝血酶的活性，凝血酶與腫瘤細胞中蛋白酶激活受體相互作用，間接調節腫瘤細胞生長，促進腫瘤細胞增殖[27]。

PAI-1 的抗凋亡活性已被廣泛報道。PAI-1 通過抑制腫瘤細胞對玻連蛋白的黏附，促進細胞分離并遷移到其他ECM 蛋白，發揮抗細胞凋亡作用[16]。作為一種絲氨酸蛋白酶抑制劑，PAI-1 可以抑制Caspase-3 活性，從而抑制化療誘導的細胞凋亡[28]。PAI-1 通過與LRP-1 相互作用，激活c-Jun/細胞外信號調節激酶（ERK）信號通路，促進Bcl-2 抗凋亡蛋白的產生。PAI-1 還可以抑制腫瘤細胞表面纖溶酶對FasL 的切割，保護腫瘤細胞免受FasL 介導和化療誘導的細胞死亡[29]。

PAI-1 缺失可有效抑制膀胱癌和腎癌動物模型中腫瘤生長，而過表達PAI-1 可增加宮頸癌動物模型中的腫瘤細胞增殖能力。且抑制PAI-1 可以抑制膀胱癌腫瘤中血管生成，促進細胞凋亡，從而抑制腫瘤生長[30]。在卵巢癌中，敲除PAI-1 以及PAI-1小分子抑制劑TM5275 治療后，可顯著誘導G2/M細胞周期阻滯，抑制腫瘤細胞增殖[31]。

2.4 免疫抑制與免疫逃逸 PAI-1 可參與免疫抑制微環境形成，導致腫瘤快速進展[32]。近年來研究表明，TGF-β 可通過SMAD3 磷酸化增強非小細胞肺癌中PAI-1 的分泌，激活核因子（NF）-κB /白細胞介素（IL）-6/STAT3 通路，促進腫瘤相關巨噬細胞中TGF-β 分泌，從而形成免疫抑制微環境。PAI-1 可以作為炎癥相關因子，參與腫瘤炎癥反應。PAI-1 可增加肺泡上皮細胞中IL-8 和白三烯B4 的產生，促進炎癥細胞的遷移，誘導巨噬細胞的募集和T 淋巴細胞的存活[33]。PAI-1 還通過激活巨噬細胞中p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、NF-κB 和IL-6 的轉錄上調，影響單核/巨噬細胞向M2 極化，同時IL-6 激活單核細胞中轉錄激活因子，導致精氨酸酶、IL-10和CD163 的表達增加[34]。

3 腫瘤中調控PAI-1 表達的機制

3.1 生長因子 在腫瘤進展中，PAI-1 受多種生長因子調控，其中表皮生長因子（EGF）和TGF-β 被廣泛關注。在膠質母細胞瘤細胞中，EGF 通過連續激活蛋白激酶（c-SRC、PKC）和鞘氨酸激酶1（SPHK1）來促進PAI-1 的表達。在卵巢上皮細胞或乳腺癌細胞中，EGF 對PAI-1 表達的調控是通過NF-κB 或轉錄激活因子ETS 樣蛋白-1（ELK-1）等轉錄因子的激活來介導的[35]。此外，EGF 在皮膚鱗狀細胞癌、肝細胞癌和星形細胞瘤細胞等其他癌癥中，也有增強PAI-1 的作用，但其機制有待進一步探討。毛蕊異黃酮通過WNT 和PI3K/Akt 信號通路上調BATF2 靶向PAI-1，抑制TGF-β 誘導的結直腸癌細胞EMT 和細胞遷移[36]。TGF-β 在HepG2 肝癌細胞中誘導SMAD 與p53 相互作用，從而介導PAI-1 轉錄。同樣，在乳腺癌細胞中，TGF-β 誘導PAI-1 的表達也需要Smad2/3 與激活蛋白（AP）-1 組分之間的特異性相互作用。在卵巢癌細胞中，TGF-β 和地塞米松可通過激活p38MAPK、ERK1/2、SMAD2/3 通路和糖皮質激素受體，協同增強PAI-1 的表達[37]。

3.2 細胞因子 除了生長因子外，細胞因子也參與腫瘤進展中PAI-1 的調節。Kras 突變導致PAI-1 表達升高，激活胰腺星狀細胞，分泌IL-8 促進胰腺癌進展[31]。在膠質瘤細胞中，CXCL12/CXCR4 信號通路通過MAPK 介導的信號通路增強PAI-1 的表達，干擾素（IFN）-γ 也參與星形細胞瘤細胞中PAI-1 的調控[38]。此外，TNF-α 通過NF-κB 信號轉導誘導SW620 結腸癌細胞、HepG2 和HuH-7 肝癌細胞中PAI-1 的表達，IL-1 的存在也顯著增加了上述細胞系中PAI-1 的表達。雖然單獨IL-6 對PAI-1 表達的影響不大，但IL-1 和IL-6 的加入可協同誘導HepG2 和HuH-7 肝癌細胞中的PAI-1 表達[39]。

3.3 轉錄調控 研究表明，PAI-1 在腫瘤中受多種miRNA 調控，影響腫瘤的發生與進展。在胃癌組織中，miR-145 靶向PAI-1 編碼基因SERPINE1，抑制腫瘤進展與微血管生成[40]。miR-93/106b 可調節平滑肌瘤中PAI-1 的表達，miR-486 可降低黏液樣脂肪肉瘤中PAI-1 的表達。此外，miR-34a 可作為PAI-1 的調節因子，抑制其轉錄后翻譯[41]。HIF-1α作為經典的轉錄激活因子，也參與PAI-1 的表達調控。在非小細胞肺癌中，低氧刺激可通過穩定HIF-1α 而轉錄調控PAI-1 蛋白表達水平[42]。

4 針對PAI-1 的腫瘤靶向治療前景

在目前已知的PAI-1 化學合成抑制劑中，Tiplaxtinin（PAI-039）已在多種腫瘤（纖維肉瘤、肺癌、宮頸癌、膀胱癌以及HNSCC）中被證實可以干擾細胞PAI-1 的表達或活性，在體外或體內誘導細胞凋亡、抑制血管生成、抑制增殖、細胞黏附以及腫瘤細胞自我更新能力，是一種有潛力的抗腫瘤藥物[13，28，32，43]。SK-216 和SK-116 是另外兩種重要的PAI-1 抑制劑，SK-116 在肺癌和惡性胸膜間皮瘤小鼠模型中有效降低血清PAI-1 水平，表現出顯著的抗血管生成作用，從而抑制腫瘤轉移和進展；同樣，SK-216 可通過抑制PAI-1 的表達而影響骨肉瘤143B 細胞株的侵襲能力，SK-216 處理后143B 細胞分泌的MMP-13 呈劑量依賴性減少，腹腔注射SK-216 可下調骨肉瘤原發灶中PAI-1 的表達水平，抑制腫瘤肺轉移[19]。此外，TM5441 和TM5275 不僅在體外能有效抑制細胞增殖，還能在體內促進細胞凋亡，并降低血管密度，從而抑制腫瘤生長[44]。在纖維肉瘤中，XR5967 使PAI-1 失活，抑制細胞遷移、侵襲和血管生成[45]。此外，一種新型PAI-1 抑制劑IMD-4482 可以通過抑制細胞對玻連蛋白的黏附作用，從而抑制卵巢癌細胞的侵襲能力；同時，IMD-4482 還可以通過抑制ERK 磷酸化來抑制細胞增殖，誘導細胞周期阻滯進而促進腫瘤細胞凋亡；進一步的體內研究發現，IMD-4482 還可以通過抑制FAK 磷酸化和腫瘤微血管化來抑制腫瘤轉移[46]。

越來越多的研究證實，PAI-1 是一個極具潛力的抗腫瘤治療靶點。雖然PAI-1 抑制劑在體內外實驗中取得了卓越的抗腫瘤療效，然而，PAI-1 抑制劑的有效性受諸多因素的限制，如對穩定結合玻連蛋白的PAI-1 缺乏活性、藥物半衰期不足2 h、藥代動力學不足、治療濃度在μmol/L 范圍內等。PAI-1 小分子抑制劑作用機制和調節機制尚不完全清楚，目前尚無臨床試驗，還需要進一步臨床前評估，包括安全性評估、用藥劑量、藥物對凝血系統的影響等。

5 總結與展望

PAI-1 對腫瘤侵襲、轉移和血管生成的影響已在多種實體腫瘤中得到廣泛研究與報道。此外，多種生長因子和細胞因子可調控PAI-1 的表達水平，激活關鍵致癌信號通路，促進腫瘤進展。以PAI-1為靶點的治療在多種腫瘤的基礎與轉化研究中同樣取得了實質性進展。越來越多的證據表明，PAI-1可作為潛在預測性生物標志物和治療靶點應用于腫瘤的臨床診療中。然而，PAI-1 在腫瘤發生、發展中的具體機制仍有待進一步研究。