上皮間葉転換

上皮間葉転換（EMT ）は、上皮細胞が細胞極性と細胞間接着を失い、遊走性と浸潤性を獲得して間葉系幹細胞になるプロセスです。間葉系幹細胞は、さまざまな細胞タイプに分化できる多能性 間質細胞です。EMTは、中胚葉形成や神経管形成など、多くの発達プロセスに不可欠です。EMTは、創傷治癒、臓器線維症、癌の進行における転移の開始にも発生することが示されています。

上皮間葉転換は、1980年代にベティ・ヘイによって初めて胚発生の特徴として認識されました。 ^{[1] [2]} EMTとその逆過程であるMET（間葉上皮転換）は、発生中の胚の多くの組織や臓器の発達、および原腸形成、神経堤形成、心臓弁形成、二次口蓋の発達、筋形成などの数多くの胚事象に重要です。^[3]上皮細胞と間葉細胞は表現型と機能が異なりますが、どちらも固有の可塑性を共有しています。^{[2]上皮細胞は、}タイトジャンクション、ギャップジャンクション、接着結合によって互いに密接に接続されており、頂基底極性、アクチン細胞骨格の極性を持ち、基底表面で基底膜に結合されています。一方、間葉系細胞にはこの分極がなく、紡錘形の形態をしており、焦点を通じてのみ相互作用する。^{[4]上皮細胞は}Eカドヘリンを高レベルで発現するのに対し、間葉系細胞はNカドヘリン、フィブロネクチン、ビメンチンを高レベルで発現する。したがって、EMTは細胞に重大な形態学的および表現型的変化をもたらす。^[5]

生物学的背景に基づいて、EMTは発達性（タイプI）、線維症^[6]および創傷治癒（タイプII）、および癌（タイプIII）の3つのタイプに分類されています。^{[7] [8] [9]}

E-カドヘリンの喪失は、 EMTにおける基本的なイベントであると考えられている。直接的または間接的にE-カドヘリンを抑制できる多くの転写因子（TF）は、EMT-TF（EMT誘導TF）と考えることができる。SNAI1 /Snail 1、SNAI2 /Snail 2（別名Slug）、ZEB1、ZEB2、TCF3、KLF8（Kruppel様因子8）は、E-カドヘリンプロモーターに結合してその転写を抑制できるが、Twist、Goosecoid、TCF4（別名E2.2）、ホメオボックスタンパク質SIX1、FOXC2（フォークヘッドボックスタンパク質C2）などの因子は、E-カドヘリンを間接的に抑制する。^{[10] [11]} SNAILおよびZEB因子はプロモーター領域のEボックスコンセンサス配列に結合し、KLF8はGTボックスを介してプロモーターに結合します。これらのEMT-TFはE-カドヘリンを直接抑制するだけでなく、クローディンやデスモソームなどの他の接合タンパク質の転写も抑制し、EMTを促進します。一方、グレインヘッド様タンパク質2ホモログ（GRHL2）やETS関連転写因子ELF3およびELF5などの転写因子はEMT中にダウンレギュレーションされ、間葉系細胞で過剰発現するとMETを積極的に駆動することがわかっています。^{[12] [13]}癌の進行におけるEMTは発生プログラムにおけるEMTを再現するため、多くのEMT-TFが転移イベントの促進に関与しています。^{[14] [15]}

いくつかのシグナル伝達経路（TGF-β、FGF、EGF、HGF、Wnt / β-カテニン、Notch）と低酸素症がEMT を誘導する可能性がある。^{[7] [16] [17]}特に、 Ras- MAPK はSnail と Slug を活性化することが示されている。^{[18] [19] [20] Slug は、 EMT プロセスの最初で必要な段階である、}デスモソームの破壊、細胞の拡散、細胞間境界での部分的な分離のステップをトリガーします。 その一方で、 Slug は、細胞運動の誘導、サイトケラチン発現の抑制、ビメンチン発現の活性化を含む第 2 段階をトリガーできません^{[21] 。 [22]} Snail と Slug は、上皮構造の適切な発達に必要な別の転写因子であるp63アイソフォームの発現を制御することが知られています。 ^[23] p63アイソフォームの発現の変化は細胞間接着を減少させ、癌細胞の移動特性を増加させた。p63因子はEMTの阻害に関与しており、特定のp63アイソフォームの減少は上皮癌の発生に重要である可能性がある。^[24]それらのいくつかはサイトケラチンの発現を制御することが知られている。^[25]ホスファチジルイノシトール3'キナーゼ（PI3K）/ AKT軸、ヘッジホッグシグナル伝達経路、核因子κB、活性化転写因子2もEMTに関与していることが示唆されている。^{[26] [27] [28] [29]}

Wntシグナル伝達経路は、胚葉形成、心臓弁形成、および癌におけるEMTを制御します。^[30]乳癌細胞におけるWnt経路の活性化は、EMT制御因子SNAILを誘導し、間葉系マーカーであるビメンチンを上方制御します。また、活性化Wnt/β-カテニン経路は、臨床において乳癌患者の予後不良と相関しています。同様に、TGF-βはSNAILとZEBの発現を活性化し、心臓の発達、口蓋形成、および癌におけるEMTを制御します。乳癌の骨転移はTGF-βシグナル伝達を活性化し、これらの病変の形成に寄与しています。^[31]しかし、一方で、よく知られている腫瘍抑制因子であるp53は、タンパク質ZEBとSNAILの産生を阻害するmiR-200とmiR-34などのさまざまなマイクロRNAの発現を活性化することでEMTを抑制し、上皮表現型を維持します。^[32]

胚発生の初期段階の後、胚の着床と胎盤形成の開始はEMTと関連している。栄養外胚葉細胞はEMTを経て子宮内膜への侵入と適切な胎盤の配置を促進し、それによって胚への栄養とガスの交換を可能にする。胚発生の後期、胚葉形成の際には、EMTによって細胞が胚の特定の領域（有羊膜類では原始条、ショウジョウバエでは腹溝）に進入できるようになる。この組織の細胞はEカドヘリンと頂基底極性を発現している。^[33]胚葉形成は非常に急速なプロセスであるため、EカドヘリンはTwistおよびSNAI1（一般にSnailと呼ばれる）によって転写的に抑制され、タンパク質レベルではP38相互作用タンパク質によって抑制される。原条は陥入により中内胚葉をさらに生成し、これが再びEMTにより分離して中胚葉と内胚葉を形成する。原条の間葉細胞は、EMTの逆、すなわち間葉系上皮転換により、脊索や体節など多くの上皮中胚葉器官の形成にも関与する。ナメクジウオは上皮神経管と背側脊索を形成するが、原条のようなEMT能を持たない。高等脊索動物では、間葉は原条から発生し、前方に移動して体節を形成し、神経堤間葉とともに心臓中胚葉の形成に関与する。

脊椎動物では、上皮と間葉が基本的な組織表現型である。胚発生の過程で、神経外胚葉の上皮細胞が関与するEMTによって移動性神経堤細胞が生成される。その結果、これらの細胞は神経襞から解離し、運動性を獲得して胚のさまざまな部分に拡散し、そこで多くの他の細胞型に分化する。また、頭部と顔面を形成する結合組織を形成する頭蓋顔面堤間葉は、EMTによって神経管上皮によって形成される。 ^{[34] EMTは、神経管を取り囲む}線維芽細胞と骨芽細胞によって合成される細胞外マトリックスから脊柱を構築する過程で起こる。これらの細胞の主な供給源は、原始条だけでなく、硬節間葉と体節間葉である。間葉系の形態により、細胞は胚内の特定の標的まで移動し、そこで分化したり、他の細胞の分化を誘導したりすることが可能になる。^{[34] [35]}

創傷治癒の過程では、創傷の境界にあるケラチノサイトがEMTを起こし、創傷が閉じると再上皮化またはMETを起こす。移動前線でのSnail2の発現はこの状態に影響を与え、その過剰発現は創傷治癒を加速させる。同様に、月経周期ごとに、卵巣表面上皮は排卵後の創傷治癒中にEMTを起こす。^[36]

転移の開始には浸潤が必要であり、これはEMTによって可能になる。^{[37] [38]}原発腫瘍内の癌細胞は、Eカドヘリン抑制によって媒介される細胞間接着を失い、浸潤性が高まった状態で基底膜を突き破り、血管内侵入によって血流に入る。その後、これらの循環腫瘍細胞（CTC）が血流から出て微小転移を形成すると、これらの転移部位でクローン増殖のためにMETを受ける。このように、EMTとMETは浸潤転移カスケードの開始と完了を形成する。^{[39]この新しい転移部位では、腫瘍は成長を最適化するために他のプロセスを経る可能性がある。たとえば、EMTは、特に肺癌において}PD-L1発現と関連している。PD-L1レベルの上昇は免疫系を抑制し、癌がより容易に広がることを可能にする。  ^[40]

EMTはがん遺伝子誘発性の早期老化に対する抵抗力を付与する。Twist1とTwist2、およびZEB1は、ヒト細胞とマウス胎児線維芽細胞を老化から保護する。同様に、TGF-βは進行期の腫瘍浸潤と免疫監視の回避を促進することができる。TGF-βが活性化Ras発現乳腺上皮細胞に作用すると、EMTが促進され、アポトーシスが阻害される。^[41]この効果は、GATA-3などの上皮分化誘導因子によって逆転させることができる。^[42]

EMTは転移​​性前立腺癌におけるアンドロゲン除去療法によって誘導されることが示されている。^[14]アンドロゲン軸の阻害によるEMTプログラムの活性化は、腫瘍細胞が適応して疾患の再発と進行を促進するメカニズムを提供する。Brachyury 、Axl、MEK、およびAuroraキナーゼAはこれらのプログラムの分子ドライバーであり、阻害剤は現在、治療への応用を決定するための臨床試験中である。^[14]発癌性PKC-iotaは、 EMT中にビメンチンを活性化することにより、メラノーマ細胞の浸潤を促進することができる。PKC-iota阻害またはノックダウンは、転移性メラノーマ細胞におけるE-カドヘリンおよびRhoAレベルの増加をもたらし、総ビメンチン、リン酸化ビメンチン（S39）、およびPar6を減少させた。これらの結果は、PKC-ιがメラノーマにおけるEMTをアップレギュレートするシグナル伝達経路に関与していることを示唆した。^{[43] [44]}

EMTは薬剤耐性の獲得に関与していることが示唆されている。EMTマーカーの獲得は、卵巣癌上皮細胞株のパクリタキセル耐性と関連していることが判明した。同様に、SNAILはp53媒介アポトーシスを阻害することで、パクリタキセル、アドリアマイシン、放射線療法に対する耐性も付与する。^[45]さらに、癌や線維症の進行と関連している炎症は、炎症誘発性EMTを介して癌に関連していることが最近示された。^[46]その結果、EMTは細胞が遊走性表現型を獲得することを可能にし、また、複数の免疫抑制、薬剤耐性、アポトーシスの回避メカニズムを誘発する。

いくつかの証拠は、EMT を経た細胞が幹細胞のような特性を獲得し、がん幹細胞(CSC) を生み出すことを示唆している。活性化 Ras によるトランスフェクションにより、推定幹細胞マーカー CD44high/CD24low を示す細胞のサブポピュレーションが増加し、同時に EMT が誘導される。^[47]また、ZEB1 は幹細胞のような特性を付与できるため、EMT と幹細胞性の関係が強化される。したがって、EMT はがん患者にとって危険性を増大させる可能性がある。なぜなら、EMT はがん細胞が血流に入ることを可能にするだけでなく、腫瘍形成能と増殖能を高める幹細胞性の特性を付与するからである。^[48]

しかし、最近の研究では、EMTの主な影響は浸潤や転移から化学療法剤への耐性へとさらにシフトしています。乳がんと膵臓がんの研究では、EMTを獲得しても細胞の転移能に違いがないことが実証されています。^{[49] [50]}これらは、EMT転写因子TWISTが乳がんの局所浸潤を媒介するために実際には完全な接着結合を必要とすることを示す別の研究と一致しています。 ^[51]したがって、EMTの影響と浸潤および転移との関係は、状況に大きく依存する可能性があります。

尿路上皮癌細胞株ではHDAC5の過剰発現は長期的な増殖を阻害するが、上皮間葉転換（EMT）を促進する可能性がある。^[52]

血液中の血小板は、がん細胞でEMTの誘導を開始する能力を持っています。血小板が血管内のある部位に集まると、さまざまな成長因子（PDGF、^[53] VEGF、^[54] アンジオポエチン-1 ^[55]）やEMT誘導因子TGF-β ^[56]などのサイトカインを放出します。原発腫瘍近くの血管で血小板からTGF-βが放出されると、腫瘍内でのがん細胞の浸潤性が高まり、転移が促進されます。^[57]マウスモデルで欠陥のある血小板と血小板数の減少を調べた研究では、血小板機能の低下が転移形成の減少と関連していることが示されています。^{[58] [59]}ヒトでは、血小板数と血小板増多症が正常範囲の上限内にある場合、子宮頸がん、^[60]卵巣がん、^[61]胃がん、^[62]食道がんなどの進行期、多くの場合転移性のがんと関連しています。^[63]腫瘍細胞と血小板の相互作用を研究する研究は数多く行われてきたが、この相互作用を標的とした癌治療法はまだ確立されていない。^[64]これは、活性化血小板による癌細胞のEMT誘導を介した転移促進イベントを防ぐために複数の治療法が必要となる、血栓促進経路の冗長性に一部起因している可能性がある。

がん転移の発生確率を高めるには、がん細胞が血流に入ったら免疫系による検出と標的化を回避する必要があります。活性化血小板は、がん細胞の表面にある糖タンパク質と糖脂質（PSGL-1などのPセレクチンリガンド）に結合して、血流中のナチュラルキラー細胞による溶解からがん細胞を保護する物理的なバリアを形成する能力があります。^[65]さらに、活性化血小板は、血小板上に存在する接着分子を使用して、血管の内側を覆う活性化内皮細胞へのがん細胞の接着を促進します。^{[66] [64]}がん細胞の表面にあるPセレクチンリガンドはまだ解明されておらず、がんの病気の進行の潜在的なバイオマーカーとして機能する可能性があります。^[64]

多くの研究で、EMTの誘導は上皮癌細胞が転移を促進する悪性表現型を獲得する主なメカニズムであると提唱されている。^{[67]そのため、癌細胞におけるEMTの活性化を標的とした} 医薬品開発が製薬会社の目標となっている。^[68]

TGF-β誘導性EMTを阻害できる低分子が開発中です。^[68] シルミタセルチブ（CX-4945）は、TGF-β誘導性EMTとの関連が支持されているタンパク質キナーゼCK2の低分子阻害剤であり、現在、胆管癌（胆管癌）の臨床試験と、血液悪性腫瘍およびリンパ系悪性腫瘍の前臨床開発中です。^{[69] [70]} 2017年1月、シルミタセルチブは米国食品医薬品局から胆管癌に対する希少疾病用医薬品の指定を受け、現在第II相試験中です。シルミタセルチブはSenhwa Biosciencesによって開発されています。^[71]もう一つの低分子阻害剤ガルニセルチブ（LY2157299）は、強力なTGF-β I型受容体キナーゼ阻害剤であり、マウス異種移植を用いたトリプルネガティブ乳がん細胞株において、腫瘍の大きさ、腫瘍の増殖率、および腫瘍形成能を低下させることが実証されている。^[72]ガルニセルチブは現在、リリーオンコロジー社によって開発されており、肝細胞がん、切除不能膵臓がん、および悪性神経膠腫を対象に第I/II相臨床試験が行われている。 ^[73] EMTの低分子阻害剤は、従来の化学療法剤の代替品としては機能しないと考えられているが、それらと併用するとがん治療において最大の有効性を発揮する可能性がある。

アンタゴミールおよびマイクロRNA模倣物は、癌におけるEMT誘導性転移を標的とする治療薬の潜在的供給源として、また他の多くの疾患の治療薬として関心を集めている。^[74]アンタゴミールは最初、肝臓に豊富かつ特異的なマイクロRNAであるmiR-122を標的とするために開発され、この発見は、腫瘍微小環境または癌細胞内に存在する特定のマイクロRNAと対になることができる他のアンタゴミールの開発につながった。^{[75] [73]} miR-655のマイクロRNA模倣物は、膵臓癌細胞株においてEMT誘導性転写因子ZEB1およびTGF-β受容体2を標的とすることにより、EMTを抑制することがわかった。Panc1癌細胞株におけるmiR-655模倣物の過剰発現は、E-カドヘリンの発現を上方制御し、間葉系癌細胞のような移動および浸潤を抑制した。^[76] EMTを抑制するためのマイクロRNA模倣体の使用は、他の癌細胞株にも拡大しており、臨床薬物開発の可能性を秘めている。^{[74]しかし、マイクロRNA模倣体とアンタゴミールは、}生体内での安定性に欠けており、治療のためにこれらの分子を腫瘍細胞または組織に標的とする正確な送達システムが欠けている。^[77]ロック核酸（LNA）オリゴヌクレオチドやペプチド核酸（PNA）などの化学修飾によるアンタゴミールとマイクロRNA模倣体の安定性の向上は、 RNaseによるこれらの小分子の急速な除去を防ぐことができる。^{[77] [74]}これらの分子をリポソームナノ粒子に封入して細胞に送達することは関心を集めているが、リポソーム構造には、薬物送達メカニズムとして効果的に使用するには克服する必要がある独自の欠点がある。^[77]リポソームナノ粒子のこれらの欠点には、細胞による非特異的な取り込みと免疫応答の誘導が含まれる。^[78]マイクロRNAが癌の発生と転移に果たす役割については多くの科学的調査が行われており、マイクロRNA模倣体やアンタゴミールが癌におけるEMTや癌原性マイクロRNAを抑制する標準的な臨床治療として機能するかどうかはまだ実証されていない。^[74]

がん幹細胞の生成と同様に、EMTはヒト膵島から内分泌前駆細胞を生成することが実証されています。^[79]当初、ヒト膵島由来前駆細胞（hIPC）は、これらのhIPCのβ細胞の子孫が活性インスリンプロモーター領域を定義するエピジェネティックマークを継承するため、より優れた前駆細胞であると提案されました。 ^{[80]しかし、その後、別の一連の実験により、標識されたβ細胞は}in vitroで間葉系様表現型に脱分化するが、増殖しないことが示唆され、2007年に議論が始まりました。^{[81] [82] [83]}

ヒト膵島でのこれらの研究では系統追跡分析が行われていなかったため、マウスの不可逆的にタグ付けされたβ細胞から得られたこれらの知見がヒト膵島に外挿された。このように、レンチウイルスと遺伝子の系統追跡システムを使用してβ細胞を標識することで、成人ヒト膵島β細胞がEMTを起こし、in vitroで増殖することが説得力を持って実証された。^{[84] [85]}また、これらの知見はヒト胎児膵臓インスリン産生細胞でも確認されており、膵島由来の間葉系細胞はEMTの逆過程（MET）を起こして膵島様細胞凝集体を生成できる。^[86]このように、EMTによってインスリン産生細胞から前駆細胞を生成する、または癌におけるEMT中に癌幹細胞を生成するという概念は、糖尿病の補充療法の可能性を秘めている可能性があり、癌におけるEMTの阻害を標的とした薬剤が必要である。^[86]

すべての細胞が完全なEMT、すなわち細胞間接着を失って単独遊走特性を獲得するのではない。その代わりに、ほとんどの細胞は部分的なEMT、すなわち細胞間接着や頂基底極性などの上皮特性の一部を保持し、遊走特性を獲得する状態を経て、このハイブリッド上皮/間葉（E/M）表現型の細胞は集団細胞遊走などの特別な特性を備えている。^{[51] [87] [88] [30] [89] [ 90] [91] [92]}単一細胞追跡は、EMT中の形態学的変化の可視化、細胞遊走表現型の識別、および姉妹細胞間でのこれらの特性の遺伝性の相関を可能にすることに貢献する。^[93]このハイブリッドE/M表現型の出現を説明するために2つの数学モデルが提案されており、^{[89] [91]} MCF10A、HMLE、H1975細胞株での実験で示されているように、異なる細胞株が異なるハイブリッド状態を採用する可能性が高い。^{[90] [94]}ハイブリッドE/M状態は「準安定」または一時的と呼ばれてきましたが、H1975細胞での最近の実験では、この状態が細胞によって安定的に維持できることが示唆されています。^[95]

• 集団細胞移動
• 集団からアメーバへの移行
• 間葉系上皮細胞転換
• c-Met阻害剤
• 血管擬態