《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》:Multifaceted roles of CD44 in cancer progression and targeted therapeutic strategies
CD44是一种多功能跨膜糖蛋白,不仅是癌症进展的旁观者,更是驱动肿瘤发生发展的关键因子,可维持肿瘤干细胞特性、促进转移并介导治疗耐药,因此被视为晚期恶性肿瘤极具潜力的治疗靶点。本文探讨CD44的独特特征,包括其由可变剪接以及剪切、磷酸化等翻译后修饰带来的结构多样性。同时阐述CD44作为多价细胞黏附受体,结合透明质酸、纤连蛋白、骨桥蛋白、肿瘤坏死因子刺激基因6(TSG6)等细胞外基质组分,进而调控淋巴细胞活化、细胞间相互作用、细胞黏附及细胞外基质内迁移的功能。此外,重点阐释CD44作为表皮生长因子受体(EGFR)、c-MET、血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)等受体酪氨酸激酶共受体的新兴功能,以明确其在恶性信号网络中的作用。研究人员还讨论了CD44作为晚期癌症治疗靶点的潜力,特别是在非偶联抗体、抗体偶联药物(ADC)、多肽类抑制剂及嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法中的应用。最后,本文总结临床研究中观察到的局限性,并展望未来的发展方向。
引言
CD44是一种可作为多种生长因子与细胞因子共受体的跨膜糖蛋白,在小鼠间充质细胞中被称为吞噬糖蛋白1,在人成纤维细胞中为Ⅲ型胶原受体,在人淋巴细胞中为赫密斯抗原,在人造血祖细胞中为归巢相关细胞黏附分子。其作为多种细胞外基质组分的细胞黏附受体,参与淋巴细胞活化、细胞间相互作用、细胞黏附及细胞外基质内迁移过程。CD44已被证实为乳腺癌、结直肠癌等多种癌症的肿瘤干细胞标志物,因其在多种癌症尤其是晚期阶段的高表达,被认定为晚期癌症的重要治疗靶点与生物标志物。CD44存在标准型及由可变剪接产生的多种变异型,在不同组织中呈现差异表达与功能。鉴于其广泛的翻译后修饰、复杂的结构及多样的功能,CD44在重大疾病尤其是癌症领域的研究备受关注。本文重点讨论CD44作为癌症治疗靶点的价值,及其功能对翻译后修饰的依赖性,同时阐述剪切型CD44介导的信号通路及当前以CD44为靶点的临床试验进展。
CD44的结构多样性及其生物学功能
可变剪接介导的CD44多样结构及异构体
CD44属于Ⅰ型跨膜蛋白,由胞外域(ECD,248个氨基酸)、跨膜域(TMD,21个氨基酸)及胞质内域(ICD,72个氨基酸)组成。标准型CD44(CD44s)不含10个变异外显子(v1–v10),理论分子量约37 kDa,但因ECD存在广泛的N-连接与O-连接糖基化等翻译后修饰,表观分子量为85–95 kDa。人类CD44基因包含20个外显子,其中10个为标准外显子,10个为变异外显子。外显子6(v1)在人类中存在终止密码子,无法翻译为蛋白,而在小鼠中可正常表达,因此人类表达的变异外显子为v2–v10。仅包含恒定外显子的CD44称为CD44s,插入变异外显子的CD44称为变异型CD44(CD44v)。理论上可产生超过700种CD44变异体,目前已研究的变异转录本约20种。上皮剪接调节蛋白1(ESRP1)、异质性核核糖核蛋白M等剪接因子可调控上皮癌中的CD44异构体转换。在上皮–间质转化(EMT)过程中,CD44的可变剪接发生动态重编程:EMT早期以CD44v为主,EMT完成时几乎仅表达CD44s;敲低CD44后,回补CD44s可挽救EMT表型,回补CD44v则无此效应,表明CD44s是EMT的功能必需分子。EMT过程中ESRP1表达下降,伴随CD44v向CD44s的转换,该转换与患者乳腺癌恶性程度正相关。转录因子Snail可通过结合ESRP1启动子的E-box直接抑制其表达,驱动CD44异构体转换,促进EMT进程。
正常与恶性组织中CD44异构体的差异表达及组织特异性分布
正常组织中CD44异构体的表达与分布
CD44s在多种正常组织与细胞中广泛表达,包括造血细胞及肺、肝、胰腺组织,而变异型在正常组织中表达极为有限。CD44s在CD34+造血骨髓干细胞或祖细胞中的表达率达98.6%–100%,此类细胞中的造血型CD44(CD44H)属于CD44s范畴,CD44v6与CD44v5的平均表达率仅为1.5%–3.6%与0.6%–1.4%。CD44v6仅在特定上皮组织中表达,包括鳞状上皮(皮肤、宫颈、食管)、腺上皮(乳腺、前列腺)及肺泡Ⅱ型细胞,静息态造血骨髓干细胞与祖细胞中未检测到CD44v6。基于GTEx数据库的外显子表达分析显示,全血中 exon 6表达接近零,标准外显子广泛表达,而变异外显子的表达局限于皮肤、宫颈、阴道、食管等组织,证实CD44s在正常组织中的表达广度显著高于CD44v。
恶性组织中CD44异构体的表达与分布
基于GEPIA2数据库的泛癌分析显示,CD44s在多种癌症类型中均呈更高且更广泛的表达,而CD44v异构体的表达具有组织特异性。一项纳入1921例癌样本的荟萃分析表明,78.7%的原发鳞状细胞癌表达CD44v6,其中头颈部、食管、皮肤鳞状细胞癌的表达率超过90%;乳腺、胃、胰腺、前列腺腺癌中超过50%的癌细胞表达CD44v6,且淋巴结转移灶中CD44v6的表达水平与原发灶一致。胰腺肿瘤组织中CD44v6高表达与肿瘤转移增加及患者生存期缩短相关。CD44s在CD34+造血骨髓干细胞及祖细胞中高表达,同时也在肿瘤干细胞中表达,参与肿瘤的发生、进展、转移与复发,是非霍奇金淋巴瘤及乳腺癌、胃癌、结肠癌的重要标志物。值得注意的是,高级别浆液性卵巢癌中CD44v8–10的膜表面高表达与生存期延长及上皮表型(高E-钙黏蛋白、低波形蛋白)相关,而其胞外域经蛋白酶剪切后释放的可溶性CD44v8–10在患者腹水中检出,且与不良预后相关,提示CD44v8–10的区室特异性分布可差异化调控EMT进程。综上,CD44s在良恶性组织中均广泛表达,而CD44v异构体呈现组织特异性的表达模式与功能。
CD44的翻译后修饰及其功能
CD44的结构异质性源于ECD的可变剪接及糖基化等翻译后修饰,其表观分子量的变化主要来自磷酸化(~4 kDa)、N-连接糖基化(~18 kDa)与O-连接糖基化(~2 kDa)。主要的翻译后修饰包括ECD的N-连接与O-连接糖基化,以及胞质尾部的磷酸化,剪切过程也可介导额外的功能与信号。
糖基化
N-连接糖基化将脂质连接寡糖的寡糖链转移至蛋白的天冬酰胺残基,主要发生在CD44s的Asn-X-Thr/Ser(X≠Pro)保守序列。位点突变与糖基化抑制实验表明,特定N-连接糖基化位点的完整性及膜近端Ser–Gly基序是CD44结合透明质酸的必要条件,提示N-连接糖基化对CD44的配体相互作用与功能至关重要。Link结构域附近Asn25/57/100的N-糖基化调控透明质酸(CD44的主要配体)的结合亲和力,而远离Link结构域的Asn110/120/255的N-糖基化调控CD44的聚集。N-糖基化缺陷会阻碍CD44的细胞膜转运,降低其迁移能力,其中Asn57/100/110是膜转运与迁移促进的关键位点;糖基化不足还会诱导内质网应激,加速蛋白降解。因此,CD44的N-糖基化是配体结合亲和力的开关,也是运动与转移的精细调控因子。O-连接糖基化由N-乙酰半乳糖胺转移酶启动,将单个GalNAc残基转移至丝氨酸或苏氨酸,随后进行延伸或修饰。包含v3–v10的CD44v异构体比CD44s携带更多O-连接聚糖,含v3的蛋白聚糖型CD44变异体与透明质酸的结合能力显著降低,含v8–v10的CD44E与透明质酸的结合能力也远低于不含v8–v10的CD44H,表明v3及v8–v10外显子的可变剪接及其相关糖基化可减弱CD44–透明质酸的相互作用。
磷酸化
CD44的胞质尾部(CD44s的290–361氨基酸残基)可发生广泛的磷酸化,已明确的核心磷酸化位点包括Ser291、Ser316、Ser323与Ser325。Ser323与Ser325是体内磷酸化的必需位点,但不调控膜定位或细胞骨架相互作用。钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(CaMKII)可磷酸化Ser325,该位点的磷酸化不影响透明质酸结合效率,但缺失磷酸化模拟突变会导致透明质酸依赖的细胞迁移功能丧失,提示CD44的配体结合与迁移能力受不同层级调控。佛波酯处理后,蛋白激酶C(PKC)与蛋白激酶A(PKA)可磷酸化Ser316,该位点的磷酸化缺陷会损害CD44依赖的佛波酯梯度定向感应能力,但不影响细胞运动或对趋化因子的定向迁移。PKC还可磷酸化Ser291,调控CD44与细胞骨架连接蛋白埃兹蛋白的相互作用,该位点的磷酸化效应与Ser325相反,二者存在 reciprocal调控关系。此外,Ser291磷酸化可抑制FBXO21介导的多药耐药1(MDR1,由ABCB1编码)泛素化降解,升高MDR1水平,介导多药耐药表型。综上,CD44磷酸化可调控配体结合亲和力、定向感应、细胞迁移及化疗耐药。
剪切
CD44首先在胞外近膜区经基质金属蛋白酶(MMPs)剪切,MMP14可在Arg162–Thr163、Arg186–Ser187、Gly192–Tyr193位点切割CD44,释放可溶性CD44(sCD44)至细胞外基质,MMP抑制剂可抑制该过程。ADAM10与ADAM10分别响应不同信号调控CD44胞外域剪切:ADAM10由Ca2+内流激活(通过解离钙调蛋白),ADAM17由PKC与小GTP酶Rac响应佛波酯刺激激活,二者均可介导CD44剪切,其中ADAM10是人黑色素瘤细胞中CD44的组成型剪切酶,而头颈部鳞状细胞癌中ADAM17是主要剪切酶,金属蛋白酶meprin β也可参与CD44胞外域剪切。胞内层面,早老素/γ-分泌酶复合物切割CD44的ICD区域,释放CD44胞内域(CD44-ICD)。CD44-ICD可从细胞质转位至细胞核,调控靶基因表达并发挥转录激活功能。胶质母细胞瘤中,MMP9剪切CD44后,γ-分泌酶在Ala278–Leu279与Ile287–Ala288位点二次切割释放CD44-ICD;肺腺癌中TSG6通过上调MMP9促进CD44-ICD生成,后者入核与AP-1、Smad2/3形成复合物,驱动EMT与肿瘤相关巨噬细胞极化。因此,CD44经γ-分泌酶与MMP14、MMP9、ADAM10、ADAM17等金属蛋白酶的顺序剪切,产生的功能性片段可通过转录调控促进恶性进展。
CD44的生物学功能
CD44的配体
CD44的N端胞外域可结合透明质酸、骨桥蛋白、胶原、TSG6、纤连蛋白、层粘连蛋白等细胞外基质组分,参与淋巴细胞活化、细胞间相互作用、细胞黏附及细胞外基质内迁移等过程。
透明质酸
透明质酸是细胞外基质的关键组分,调控正常组织结构完整性、发育及损伤修复再生。1990年的研究首次证实CD44是透明质酸的主要细胞表面受体,其透明质酸结合域(HABD)由21–178位氨基酸组成,其core结合区域位于Gly32–Pro124,对应Link结构域(32–124位氨基酸)。核磁共振交叉饱和分析鉴定出Arg29、Lys38、Arg41、Tyr42、Lys68、Arg78、Tyr79、Asn100、Asn101、Tyr105、Arg150、Arg154等12个氨基酸残基直接参与透明质酸结合。CD44对透明质酸的亲和力受N-糖基化调控,使其可在低亲和力滚动与高亲和力牢固黏附状态间切换,动态调控炎症白细胞归巢与肿瘤转移。分子动力学模拟显示,透明质酸与CD44的相互作用存在三种结合模式:初始阶段以弱结合模式(模式2、3)为主,允许CD44沿透明质酸聚合物进行一维扩散,加速受体聚集,提升生理过程效率。透明质酸的功能具有分子量依赖性:高分子量透明质酸维持组织稳态,而肿瘤微环境中的低分子量透明质酸作为促炎信号诱导细胞因子产生,与透明质酸介导的运动受体(RHAMM)协同增强CD44驱动的肿瘤细胞运动与侵袭。CD44与透明质酸的相互作用可通过脂筏内EGFR、ErbB2、c-MET等受体酪氨酸激酶的共激活,最大化凋亡抵抗与MDR1表达,形成PI3K–Akt–β-连环蛋白–COX2正反馈环路,提示需针对透明质酸–CD44轴进行情境依赖性靶向治疗。
骨桥蛋白
骨桥蛋白是一种多功能细胞外基质糖蛋白。流式细胞术、荧光显微镜与GST pull-down实验证实二者存在浓度依赖性结合,骨桥蛋白缺陷会导致小鼠破骨细胞表面CD44表达下降,外源性补充可恢复其表达,表明二者存在相互调控。胶质母细胞瘤血管周围 niche中,骨桥蛋白与CD44结合后,经γ-分泌酶介导的蛋白水解产生CD44-ICD,后者转位至细胞核,通过CBP/p300共激活因子激活HIF-2α,上调VEGF、SOX2、NANOG等缺氧反应与干性基因,增强DNA修复与抗凋亡因子表达,介导放疗抵抗。结直肠癌中,肿瘤相关巨噬细胞高分泌的骨桥蛋白结合CD44,通过JNK信号增强肿瘤发生能力,二者联合表达与患者不良预后相关。骨桥蛋白还可通过结合αvβ3整合素激活酪氨酸激酶信号,在翻译后水平上调CD44v6蛋白合成并抑制其降解,增强肝癌细胞的透明质酸黏附与转移潜能。综上,骨桥蛋白与CD44的相互作用在胶质母细胞瘤、结直肠癌、肝癌中促进肿瘤干性、侵袭与免疫抑制。
纤连蛋白
纤连蛋白是一种多功能细胞黏附糖蛋白。CD44通过两种途径与其功能协同:一是直接结合纤连蛋白的C端肝素结合域,参与白细胞黏附与迁移;二是EMT与转移过程中调控纤连蛋白表达。CD44选择性结合包含纤连蛋白C端肝素结合域的片段,其细胞表面分布的活化与构象改变可提升结合亲和力,促进淋巴细胞黏附于内皮细胞并向纤连蛋白富集的炎症区域迁移。基底样乳腺癌细胞中,敲低CD44显著减少纤连蛋白黏附,而过表达CD44则通过上调纤连蛋白的经典受体α5β1整合素,增强纤连蛋白富集基质的黏附能力,提示高CD44水平通过inside-out激活纤连蛋白结合整合素,促进EMT与侵袭。
肿瘤坏死因子刺激基因6(TSG6)
TSG6是一种分泌型透明质酸结合蛋白,通过Link结构域与CD44物理性及功能性偶联,调控细胞外基质结构与炎症反应。TSG6的Link结构域中Lys11、Tyr12、Tyr59、Phe70、Tyr78等氨基酸残基是其结合透明质酸的关键位点,TSG6与透明质酸的结合可增强CD44的膜表面结合亲和力。肺癌细胞中,重组人TSG6可上调CD44表达,促进TSG6与CD44的相互作用,驱动EMT与侵袭。肝星状细胞中,TSG6与CD44共定位于细胞膜,通过激活GSK-3β/β-连环蛋白/YAP-1信号轴,诱导干样转录重编程,促进纤维化进程。结直肠癌与肺癌中,TSG6过表达与不良预后相关,其通过稳定CD44并促进CD44/EGFR复合物形成,以CD44依赖性方式激活ERK信号与EMT;同时TSG6还可通过CD44依赖的Smad与MAPK通路促进M2d型肿瘤相关巨噬细胞极化,构建促转移微环境。TSG6可作为支架稳定CD44/TGFβR1/EGFR复合物,放大TGFβ-Smad与EGFR-MAPK信号,驱动EMT进程。
CD44作为受体酪氨酸激酶的信号枢纽
CD44可作为多种受体酪氨酸激酶的共受体,通过直接相互作用调控下游信号。
表皮生长因子受体(EGFR)家族
EGFR与CD44在多种癌症中存在物理与功能连接。免疫沉淀实验证实头颈部鳞状细胞癌及非小细胞肺癌中CD44与EGFR存在相互作用,TSG6处理可促进该相互作用,激活MAPK信号,驱动EMT与肿瘤相关巨噬细胞极化。透明质酸可增强CD44与EGFR的相互作用,激活EGFR介导的信号通路并介导化疗耐药。TGFβ1依赖的增殖也通过CD44与EGFR的相互作用实现,二者耦合激活ERK1/2介导增殖反应。功能层面,EGFR抑制剂厄洛替尼可下调乳腺癌中CD44表达,而抑制CD44可降低野生型EGFR非小细胞肺癌的EGFR信号并增强顺铂敏感性,提示二者存在相互调控关系。ErbB2(HER2)也与CD44存在共定位与共免疫沉淀,转移性乳腺癌细胞及患者样本中可检测到CD44–EGFR–ErbB2复合物。CD44变异体可被不同ErbB配体招募:CD44v6是EGF、表位调节素诱导的EGFR激活及神经调节蛋白诱导的ErbB3、ErbB4激活的共受体,CD44v3参与pro-肝素结合EGF诱导的EGFR信号,以配体依赖性方式促进乳腺癌细胞存活与化疗耐药。
血管内皮生长因子受体(VEGFR)与间质上皮转化因子(c-MET)
CD44v6可放大VEGFR2与c-MET介导的血管生成信号。CD44v6模拟肽或v6特异性抗体可抑制VEGF-A诱导的VEGFR2激活及HGF/SF诱导的c-MET激活,下调下游ERK磷酸化,减少内皮细胞迁移、出芽与管形成,并在胰腺癌异种移植模型中显著抑制肿瘤诱导的血管生成。ELISA、pull-down、微量热泳动与荧光相关光谱分析证实,VEGF与HGF可直接结合CD44v6的胞外域,外源性CD44v6胞外域可通过竞争性抑制内源性CD44v6,阻断下游ERK通路激活,抑制细胞迁移与散射,提示CD44v6是病理性血管生成与侵袭行为的潜在靶点。
转化生长因子β受体I(TGFβRI)
转移性乳腺癌中,透明质酸结合CD44可诱导CD44与TGFβRI相互作用,增强TGFβ-Smad信号与侵袭能力,CD44的胞质域可直接结合TGFβRI。非小细胞肺癌中,TSG6处理可促进CD44与TGFβRI的相互作用,激活EMT与肿瘤相关巨噬细胞极化相关的基因表达,放大恶性进展信号。
血小板衍生生长因子受体(PDGFR)
乳腺癌中CD44s以异构体特异性方式结合PDGFRβ,诱导其磷酸化并激活下游STAT3-Akt信号,促进肿瘤球形成与肿瘤起始等肿瘤干细胞特性。敲低CD44s或过表达ESRP1(抑制CD44v向CD44s转换)可降低PDGFRβ-STAT3信号激活,PDGFR或STAT3抑制剂可阻断CD44s诱导的肿瘤干细胞表型,TCGA数据分析也证实CD44s相关基因与PDGFR通路呈强正相关。透明质酸–CD44v6也可作为PDGFR-β的共受体,通过PI3K–Akt通路增强细胞存活。
成纤维细胞生长因子受体(FGFR)
胃癌细胞中,CD44促进FGFR2表达与激活,FGFR2也反向上调CD44表达,二者通过共同介导因子c-Myc维持胃癌干细胞特性。共免疫沉淀显示FGFR2与CD44的结合需要CD44的膜近端胞外域与胞质域,敲低二者均可抑制肿瘤球形成并下调彼此表达,FGFR2抑制剂可减少CD44high胃癌干细胞比例,FGFR2过表达则上调CD44水平并加速肿瘤生长,提示CD44与FGFR2的物理相互作用是干性与致瘤性的核心调控通路。
胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)
CD44与IGF1R-β可形成脂筏整合信号复合物,透明质酸–CD44相互作用可激活该复合物,通过PI3K–Akt通路增强细胞存活与凋亡抵抗。肝细胞癌中,CD44与IGF1R的相互作用介导索拉非尼耐药,形成CD44–GRP78–IGF1R信号环路,同时下调TGFβ1;联合敲低TGFβ1与GRP78可阻断该信号,恢复索拉非尼敏感性。胰腺癌细胞中,吉西他滨通过磷酸化IGF1R,促进c-Jun、ETS1、EGR1入核结合CD44启动子,上调CD44表达并诱导异构体转换,介导吉西他滨耐药;敲低CD44可恢复E-钙黏蛋白表达,下调ZEB1,增强药物敏感性,CD44high/IGF1Rhigh胰腺癌患者预后更差,提示靶向IGF1R与CD44可抑制转移与化疗耐药。
CD44胞质域介导的信号及作用机制
CD44胞质域的翻译后修饰是启动下游信号级联的关键。CD44-ICD经蛋白剪切产生后可转位至细胞核,结合靶基因启动子的CCTGCG共识序列,调控侵袭、干性与耐药相关基因表达。乳腺癌细胞系中,干性能力与CD44-ICD水平的相关性高于膜表面CD44水平;敲低CD44可减少肿瘤球形成及NANOG、SOX2、OCT4表达,而过表达CD44-ICD即使在膜表面CD44被抑制时仍可恢复球体形成与干性因子表达。CD44-ICD的核定位信号与C端PDZ结构域是其结合并激活SOX2/OCT4启动子、调控肿瘤干性的关键。此外,CD44-ICD还可通过与Runx2相互作用,直接结合MMP9启动子的CCTGCG序列,作为转录共激活因子促进MMP9转录,驱动肿瘤进展。
CD44在癌症中的病理生理学
肺癌
CD44在非小细胞肺癌尤其是肺腺癌中频繁上调,肺鳞癌中表达较低。荟萃分析显示55.3%的非小细胞肺癌患者高表达CD44,其中肺鳞癌高表达率达76.6%,肺腺癌为31.9%,高表达患者淋巴结转移率更高。功能实验表明,过表达CD44可增强肺癌细胞增殖、集落形成、迁移与侵袭能力,激活ERK-ZEB1信号;CD44阳性细胞在原发灶与转移淋巴结中均富集,且表达多能性基因OCT4、NANOG、SOX2,是肺癌干细胞标志物。此外,肺腺癌中CD44表达与PD-L1 mRNA水平及B细胞、CD8+T细胞、CD4+T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞的浸润呈正相关,提示CD44可调控增殖、转移与免疫逃逸。
头颈部鳞状细胞癌
TCGA数据分析显示头颈部鳞状细胞癌组织中CD44 mRNA与蛋白表达显著高于正常组织,高表达与患者不良预后相关。荟萃分析纳入2102例患者,总体CD44阳性率为57.8%,其中咽癌66.4%、喉癌54.7%、口腔癌49.3%;CD44表达与喉癌、咽癌的晚期T分期、N分期、高肿瘤分级及5年总生存率降低相关,但与口腔癌临床特征无显著相关性。CD44v6与v4在头颈部鳞状细胞癌中高表达,其表达水平随肿瘤复发与转移升高。过表达CD44可促进癌细胞增殖、迁移,增强顺铂耐药并抑制凋亡;CD44与EGFR的相互作用可激活Ras与RhoA介导的信号通路,促进细胞迁移与肿瘤进展,透明质酸介导的CD44–EGFR复合物还可诱导MMP分泌,驱动肿瘤侵袭。
乳腺癌
CD44尤其是CD44v6在侵袭性基底样三阴性乳腺癌中富集,可标记肿瘤干细胞,促进侵袭、化疗耐药并预示不良预后。Kaplan–Meier分析显示高CD44表达与总生存期缩短及复发风险升高相关,但在luminal亚型中无此相关性。TCGA数据RNA-seq分析表明,CD44s与肿瘤干细胞特征基因呈正相关,可激活PDGFR–STAT3信号,而CD44v无此效应。CD44+CD24–/CD44+CD24low细胞仅需100个即可在NOD/SCID小鼠体内成瘤,而CD44–/CD24+细胞即使接种数万也无法成瘤,证实CD44是肿瘤起始的驱动因子。敲低CD44可减少细胞侵袭与骨髓内皮细胞黏附,延长小鼠生存期,降低全身肿瘤负荷与骨转移发生率。此外,CD44s可通过Akt信号上调透明质酸合成酶2(HAS2)表达,形成“CD44s–HAS2–透明质酸”正反馈环路,维持肿瘤存活与治疗抵抗。
膀胱癌
荟萃分析与TCGA数据显示,膀胱癌组织中CD44表达低于非肿瘤组织,但其表达与晚期T分期、淋巴结转移显著相关,是疾病进展与复发的独立危险因素。CD44v3通过Akt/ERK/STAT3通路促进尿路上皮癌进展,敲低CD44v3可下调p-Akt、p-ERK、p-STAT3及抗凋亡蛋白Bcl-2,诱导G0/G1期细胞阻滞;而CD44v6对生长与抗凋亡相关因子无显著影响。CD44v9表达与膀胱癌恶性程度相关,肌肉浸润性膀胱癌中高CD44v9表达患者的淋巴血管侵犯率与淋巴结转移率显著升高,高CD44v9表达患者的无进展生存期与肿瘤特异性生存期更短,提示不同CD44v异构体的功能具有肿瘤类型与情境依赖性。
胰腺癌
Kaplan–Meier分析显示CD44阴性胰腺癌患者中位总生存期为28个月,而阳性患者仅为17个月,CD44高表达预示不良预后。敲低CD44可减少克隆形成能力与迁移能力,抑制转移。CD44v6与CD133、组织因子的共表达与血管侵犯、淋巴结转移、肝转移及不良预后相关,三者联合检测可作为胰腺癌预后评估的生物标志物。
胶质母细胞瘤
CD44在胶质母细胞瘤中高表达,参与化疗放疗抵抗、缺氧活性调控、生长与侵袭过程。CRISPR/Cas9敲除CD44可上调p16INK4a等细胞周期抑制剂,抑制细胞增殖,下调缺氧相关基因表达。原位胶质瘤异种移植模型中,敲低CD44可抑制肿瘤生长并增强化疗药物敏感性,含v3、v8、v10的硫酸乙酰肝素修饰CD44v3-v10-Fc融合蛋白显示出最优的抗胶质母细胞瘤效果;透明质酸靶向药物4-甲基伞形酮通过干扰透明质酸–CD44信号,可减少胶质母细胞瘤生长与迁移,提示CD44及相关分子是胶质母细胞瘤的潜在治疗靶点。
靶向CD44及其配体的临床意义与治疗开发
CD44作为肿瘤干细胞标志物,已成为单抗、多肽、CAR-T等抗癌药物研发的重点靶点,研究方向已从泛CD44靶向转向肿瘤特异性CD44v亚型精准靶向,同时以CD44配体透明质酸为载体的药物递送策略也在开发中。
抗CD44抗体
非偶联抗CD44人源化抗体
RG7356是罗氏开发的靶向所有CD44异构体(包括CD44s)HABD附近的人源化IgG1单抗,I期临床试验显示其对急性髓系白血病与晚期实体瘤仅有中等抗肿瘤活性。急性髓系白血病试验中,1200 mg剂量下出现2例药物诱导的无菌性脑膜炎,加强预处理后未再发生,治疗过程中骨髓CD68+巨噬细胞增加、CD34+白血病细胞减少,与预临床研究中巨噬细胞募集与吞噬的效应一致。实体瘤试验中,给药后CD14+单核细胞呈剂量依赖性短暂减少,伴细胞因子一过性升高,但临床疗效有限,常见发热、疲劳、头痛、腹痛等不良反应,试验因未观察到明确的临床与药代动力学量效关系提前终止。
Bivatuzumab(BIWA4)是针对CD44v6的人源化单抗,CD44v6在头颈部、肺、皮肤、食管鳞状细胞癌中高表达,而在正常组织中表达极低,其表位为CD44v6胞外域360–370位氨基酸区域的WFGNRWHEGYR序列,对膜结合型CD44v6的亲和力高于可溶性形式。放射性标记的Bivatuzumab在鳞状细胞癌异种移植模型中可实现快速、选择性肿瘤蓄积,最大肿瘤摄取达注射剂量的18%/g组织。
抗CD44药物偶联物
Bivatuzumab mertansine(BIWI-1)是将美登素衍生物美登素(mertansine)与Bivatuzumab偶联的ADC,美登素通过结合微管抑制微管动力学,诱导G2/M期阻滞与凋亡。I期剂量递增试验中,BIWI-1在25–325 mg/m2剂量范围内药代动力学呈线性,清除率低(1.45 ml/min),半衰期3–3.5天,仅出现疲劳、恶心、呕吐等轻度不良反应,未检测到抗药物抗体。但140 mg/m2剂量下1例患者用药2次后出现中毒性表皮坏死松解症,因正常皮肤基底与棘层角质形成细胞表达CD44v6,高剂量ADC可向其递送美登素,诱导微管破坏与广泛表皮细胞凋亡,最终试验因皮肤毒性风险终止。
H1D8-DC是靶向CD44v5的ADC,由人源化抗CD44v5单抗H1D8与微管抑制剂单甲基澳瑞他汀E(MMAE)通过缬氨酸–瓜氨酸连接子偶联而成。CD44v5在肝内胆管癌中高表达,而在大多数正常器官包括皮肤中几乎不表达。临床前研究显示H1D8-DC对CD44v5阳性肝内胆管癌细胞具有强效特异性杀伤作用,在患者来源异种移植模型中可诱导显著肿瘤消退,目前有望进入临床试验。
放射性同位素标记抗CD44抗体
186Re标记的Bivatuzumab用于头颈部鳞状细胞癌放射免疫治疗,I期试验显示可重复给药,肿瘤吸收剂量因病灶而异,皮肤毒性罕见且黏膜炎轻微,186Re的β射线半衰期较长(约89小时),能量沉积有限,部分辐射能量可逸出皮肤薄上皮层,避免了类似BIWI-1的皮肤毒性,显示出良好的疗效与耐受性平衡。89Zr标记的RG7356作为免疫PET显像剂,在≥200 mg剂量下可实现肿瘤靶向显像,可用于早期药物研发中验证肿瘤部位靶点表达及评估全身生物分布。
CAR-T细胞
CD44靶向CAR-T细胞
CD44v6因在急性髓系白血病、多发性骨髓瘤等血液瘤及头颈部鳞状细胞癌、肺癌、胃癌等实体瘤的肿瘤干细胞中高表达,而在正常造血干/祖细胞中几乎不表达,成为CAR-T治疗的理想靶点。基于BIWA8单抗单链抗体的第二代、第三代CD44v6 CAR-T细胞可实现MHC非依赖性识别肿瘤细胞。结构功能研究显示,CD44v6的剪接多样性决定CAR间隔区长度的选择:短间隔区(NWN2)可有效识别膜近端表位,长间隔区(NWL)更适配膜远端表位,短间隔区构建体在急性髓系白血病与卵巢癌异种移植模型中显示出更高的抗肿瘤效能。临床前研究中,CD44v6 CAR-T细胞在急性髓系白血病、多发性骨髓瘤及软组织肉瘤模型中均显示出强效抗肿瘤作用,且未损伤造血干细胞与角质形成细胞,这可能与皮肤免疫豁免特性、正常皮肤CD44v6表达低及炎症信号不足限制了CAR-T充分激活有关。靶向CD44v6的MLM-CAR44.1 CAR-T细胞(共表达HSV-TK Mut2自杀基因以降低脱靶毒性)已完成I–IIa期临床试验(NCT04097301),结果尚未公布。
双特异性或三特异性CD44靶向CAR-T细胞
为提升疗效与选择性,研究人员开发了同时靶向CD44v6与其他抗原的CAR-T细胞。CD44v6 CAR-T细胞在肺癌与卵巢腺癌异种移植模型中可抑制肿瘤生长、延长生存期。针对复发胶质母细胞瘤的CD44/CD133双靶向Tris-CAR-T细胞,通过同时靶向两个呈负相关表达的抗原,减少抗原阴性克隆逃逸,临床前研究显示其可在颅内异种移植模型中实现长期肿瘤抑制,患者来源的CAR-T细胞在胶质母细胞瘤类器官模型中也显示出强效抗肿瘤活性。I期临床试验(NCT05577091)纳入4例患者,未观察到≥2级的神经毒性,给药后影像学显示肿瘤缩小或生长受抑,临床症状与神经功能改善,提示多靶点策略可有效应对抗原异质性与逃逸问题。
多肽抑制剂
AMC303
AMC303(HP558)是靶向CD44v6的5氨基酸环肽抑制剂,通过阻断CD44v6的共受体功能发挥作用,其核心功能基序为NEWQG。临床前研究显示其可抑制CD44v6依赖的MET激酶激活与细胞迁移,在胰腺癌模型中抑制肿瘤生长与转移,甚至诱导转移灶消退。I/Ib期临床试验纳入55例晚期CD44v6阳性上皮癌患者(头颈部鳞状细胞癌、非小细胞肺癌、宫颈癌),显示其安全性良好,无剂量限制性毒性,药代动力学呈线性,部分患者达到疾病稳定,目前食管癌鳞状细胞癌的II期临床试验正在中国开展。
A6肽
A6肽是源自尿激酶型纤溶酶原激活物连接肽域的8氨基酸肽(acetyl-KPSSPPEE-NH2),其与CD44 Link结构域的NASAPPEE序列同源,可结合CD44并诱导构象改变,激活FAK与MEK-ERK信号,抑制CD44表达细胞的迁移与转移。Ib期卵巢癌试验与II期复发性卵巢癌试验显示其耐受性良好,无剂量限制性毒性,但客观抗肿瘤活性有限,6个月无进展生存率较低,后续开发停滞,目前主要作为CD44靶向配体用于临床前纳米药物研发。
结论与未来展望
CD44在细胞黏附、迁移与免疫监视中的生理功能体现了其进化保守性,而其作为受体酪氨酸激酶共受体与肿瘤干细胞标志物的病理重塑则揭示了重要的治疗脆弱性。可变剪接产生的肿瘤特异性异构体(如鳞状细胞癌中的CD44v6)为选择性靶向提供了可能,CD44的蛋白剪切产生的CD44-ICD可转位至细胞核,转录激活MMP9等基质重塑基因、SOX2等干性基因及ABC转运蛋白等耐药因子。早期的泛CD44靶向策略临床获益有限,RG7356疗效中等,Bivatuzumab–美登素出现皮肤毒性,推动了向异构体特异性干预的策略转变:CD44v5靶向ADC H1D8-DC在临床前肝内胆管癌模型中显示出更低的皮肤毒性;CD44v6靶向肽AMC303在I期试验中安全性良好,已进入II期开发;CD44v6靶向CAR-T疗法也在血液瘤与实体瘤中稳步推进。未来治疗策略将聚焦于与受体酪氨酸激酶抑制剂、免疫检查点抑制剂的合理联用,基于生物标志物的患者筛选,以及克服肿瘤微环境屏障与抗原异质性的创新方法。总体而言,靶向CD44为破坏肿瘤干细胞维持、转移播散与药物耐药提供了有力范式,有望为CD44驱动的恶性肿瘤患者带来显著的临床获益。