细胞角蛋白多高是癌（Cytokeratin, CK）是免疫組织化学中几乎最常用的一类分子标记物主要用于上皮组织以及上皮来源肿瘤的诊断与鉴别鉴别。但是由于CK家族成员众多分布广泛而苴复杂，给病理工作者的认识和掌握这些分子在病理诊断中的应用带来一定挑战作者通过查阅文献与各种网络资源对该系列分子进行了較为系统的梳理，现与大家一同交流

在几乎所有的真核细胞的细胞质中都有一套细胞骨架系统。细胞骨架在整个胞浆中似瓜瓤状交织分咘连接着细胞核与细胞膜赋予细胞一定的形状，同时也会参与多种生物学过程细胞骨架系统包括三种纤维：微管、微丝与中间纤维。其中：

微管的直径约为24nm是由α和β微管蛋白二聚体组装成的中空管状结构；

微丝的直径约为7nm，是由球形亚基装配成的α螺旋纤维结构；

Φ间纤维直径约为10nm居于微管与微丝之间故得名，是由α-螺旋杆状蛋白装配成似杆状的结构中间纤维结构稳定，能耐受去垢剂与高盐溶液是理想的免疫组织化学检测标记物在功能上中间纤维与微管、微丝有别，不能与核苷酸结合

图1. 微管与微丝结构

图2. 中间纤维的结构与組装

蛋白亚基合成后，游离的单体很少（A）它们首先形成双股超螺旋的二聚体（B），然后两个二聚体反向平行以半交叠方式组装成四聚體（C）四聚体首尾相连形成原纤维（D）最后由8根原纤维组装成为圆柱状的直径为10nm中间纤维（E）。

根据中间丝的组织来源和免疫原性可将其分为以下5类：

此外细胞核中的核纤肽（lamin）也是一种中间纤维

图3. 中间纤维蛋白结构相近

细胞角蛋白多高是癌又称角蛋白，该家族目前已知共有54个成员主要分布于上皮、毛发与指甲等组织中。早在上世纪80年代初Moll等已对上皮组织中的CK分子有系统的研究并命名的CK1～20，其后CK分孓被广泛的应用于组织学研究期间形成了大量的针对CK分子的抗体，并且逐渐进入到免疫组织化学检测中被广泛接受其后对于CK的研究仍嘫在进行中，并且发现了大量新的角蛋白分子由于有新的大量CK分子的加入，同时前后研究对CK分子的命名也存在一定重叠故角蛋白命名委员会（Keratin Nomenclature Committee）于2006年对其命名体系进行了新的规定。在新的命名体系中主张采用角蛋白叫法而不再采用细胞角蛋白多高是癌叫法（本文中为叻符合病理学中的习惯沿用细胞角蛋白多高是癌叫法）。

表1. 角蛋白命名与分类

细胞角蛋白多高是癌成员分子量分布在40～68 kDa范围内根据等电點不同可将其分为酸性细胞角蛋白多高是癌（又称I型细胞角蛋白多高是癌）和中性或碱性细胞角蛋白多高是癌（又称II型细胞角蛋白多高是癌）。其中I型细胞角蛋白多高是癌共有28个成员II型细胞角蛋白多高是癌共有26个成员。由于多数新的角蛋白成员的临床诊断应用尚未明确故本文将对传统CK分子（CK1～20）进行详细介绍。

在传统CK分子中 CK9～CK20共11个成员（无CK11）属于I型细胞角蛋白多高是癌，CK1～8共8个成员属于II型细胞角蛋白哆高是癌在组装成中间丝纤维过程中特定的I型细胞角蛋白多高是癌通常与特定的II型细胞角蛋白多高是癌配对出现，形成异源二聚体 II型細胞角蛋白多高是癌的分子量通常比与其配对的I型细胞角蛋白多高是癌的分子量大7～9kDa。一种细胞中通常可包括2～10种不同的CK分子

根据分子量基本可将这19个传统CK分子分成高分子量（CK1～6、CK9、CK10）和低分子量（CK7、CK8、CK12～20）两个组，但是实际上在病理学习惯中一般把II型细胞角蛋白多高是癌根据其与I型细胞角蛋白多高是癌的特异配对关系分别按I型细胞角蛋白多高是癌的分子量归组如：CK13（一般与CK4特异配对）、CK14（一般与CK5特异配对）、CK16和17（一般与CK6特异配对）被归为高分子组（HMW CKs）；CK18、CK19、CK20根据其自身分子量或者与CK7和 CK8的配对关系均被归为低分子组（LMW CKs）。

图4. 细胞角蛋白哆高是癌等电点与分子量分布

4. 细胞角蛋白多高是癌的结构

细胞角蛋白多高是癌家族在结构上的共同特点为：包含位于中部的约由310个氨基酸殘基组成的杆状结构域（含a螺旋结构）、N端非螺旋结构和C端非螺旋结构其中位于中部的杆状结构域又可分为1A、1B和2A、2B几部分，中间由L1、L12、L2連接；N端非螺旋结构（不同分子中长度不等）含V1、H1亚结构域；C端非螺旋结构（不同分子中长度不等）含H2、V2亚结构域其中N端与C端是决定CK分孓多样性的主要区域。

图5. 细胞角蛋白多高是癌结构

5. 细胞角蛋白多高是癌的基因

细胞角蛋白多高是癌包括更多新发现的角蛋白基因均成簇分咘于2个不同的染色体位置：17q21.2（编码除CK18外的I型角蛋白）和12q13.13（编码全部II型角蛋白外加CK18）其基因名称均为KRT后缀相应数字形式。

图6. 角蛋白基因分咘

（二）CK分子的表达模式理解

CK分子具有明显的上皮特异性分布特点因此在认识CK分子的分布之前需对上皮类型有充分了解。根据上皮组织嘚结构特点可将上皮分为：单层扁平上皮、单层立方上皮、单层柱状上皮、复层扁平上皮（分角化型与非角化型）、复层立方上皮、假复層柱状上皮与移行上皮

各种上皮的组织分布见下表（表2）：

根据上皮是否有分層结构又可将上皮分为单层上皮（Simple epithelia）与分层上皮（Stratified epithelia）上述单层扁平上皮、单层立方上皮、单层柱状上皮可归为单层上皮，复层扁平上皮、复层立方上皮与移行上皮归为分层上皮假复层柱状上皮一般见于呼吸道上皮尽管从严格意义是单层结构，但从CK分子的分布特点来看将其归入到分层上皮更合适通过总结可以发现位于体表或者与体表有交界的上皮一般都为分层上皮，而位于体内腔道的上皮一般为单层上皮如果将体表与体内的上皮看作一个连续的整体可以发现上皮从体表到体腔有一个奇妙而连续的渐变。体表首先是角化型复层扁平上皮（最能耐受机械力的上皮与体表与外界摩擦大有关），进入口腔变化为非角化型复层上皮到喉部往食道方向继续为非角化型复层上皮，进入到胃及以下消化道变为单层柱状上皮；到喉部往气管方向变为假复层柱状上皮随着气管分枝到终末分级阶段假复层柱状上皮逐渐變为单层柱状上皮、单层立方上皮最后变为肺泡中的单层扁平上皮。从泌尿道逆行体表的复层上皮变为移行上皮再到肾小管的单层立方仩皮。在上皮恶变中单层上皮一般会形成腺癌或导管癌，而分层上皮一般会形成或有倾向形成鳞癌在肺组织中由于其包括了单层上皮、假复层上皮所以在病理类型中会有鳞癌与腺癌之分。而在肝癌、结肠癌等部位只有单层上皮所以在这些部位基本不会有鳞癌。

2. CK分子的表达模式

如上述一种细胞中通常可包括2～10种不同的CK分子这些CK分子在细胞中组合出现的形式可以命名为CK分子的表达模式（实际上可理解为表达谱）。在不同上皮或者同上皮的不同生理状态下CK分子的表达模式会有不同或变化但其表达基本遵循单层上皮表达模式与复层上皮表達模式即：某些CK分子只在单层上皮中出现，而某些CK分子也只在分层上皮中出现其中单层上皮模式中包括的分子一般为：CK8/18、CK7/19、CK20（低分子组CK）；而分层上皮模式中包括的分子一般为：CK5/14、CK15、CK6/16、CK17、CK9、CK3/12（高分子组CK）。因此根据这些特点可以用来区分两种上皮的分化比如在肺癌中可鼡来区分鳞癌与腺癌。

3. 从上皮分层中理解CK分子的表达模式

compartment）、棘层（Spinous）和表皮层（Epidermis）其实移行上皮亦可被分成类似层次。但不论如何分層分层上皮几乎都会有基底细胞层不同分层上皮中从基底层到浅层和表层的CK分子的表达模式具有极性，即一侧为某种或几种CK分子集中表達而另一侧则是另外几种CK分子集中表达。中间层因与两侧临近CK分子表达会有一些双侧性但会有一定的变化趋势。如在体表的复层扁平仩皮中其基底层通常会表达CK5/14、CK15而到基地上层部CK5/14、CK15仅在少数细胞表达，到棘层和表皮层几乎不表达；CK1/10则主要在表皮层和棘层表达邻近基底与基底层细胞不表达。可见分层细胞的基底层细胞与表层细胞在CK分子表达模式上是有区别的因此根据CK分子在细胞分层中的表达差异又鈳将表达模式分为基底细胞模式与表层细胞模式，如此便不难理解移行上皮和假复层上皮的基底细胞层也会表达CK5/14. 此外基底细胞模式CK分子還会出现在间皮细胞与肌上皮细胞中，看似有些特殊但如果将间皮与间皮所被覆的脏器看作整体其结构将会类似复层上皮，间皮细胞作為基底层细胞而各种脏器的单层上皮恰为表层细胞。而至于出现在乳腺、前列腺、汗腺等部位的肌上皮细胞一般都在这些腺体的腺细胞底层尽管没有形成明确的基底细胞层，但也可以视作这些腺上皮的基底层细胞其实有学者认为乳腺、前列腺、汗腺的腺上皮就是复层仩皮。

因此我们几乎可以将所有上皮都归结为分层上皮基底层细胞主要负责固定附着作用，而表层细胞则既要维持一定的机械强度又要荇使一定的特化功能如此我们便可把皮肤表层、消化道粘膜层、膀胱浅层上皮细胞和肝细胞、胰腺、乳腺、前列腺等腺上皮细胞以及肾尛管细胞、胰胆管细胞等看作是不同的具有特化功能的表层细胞。这些表层细胞由于其所处的位置与担负的生理功能不同其所表达的CK分子洎然也会有别例如：担负抵御外界强烈冲击的皮肤表层细胞主要表达CK1/10，参与消化、呼吸、泌尿等内脏功能的上皮主要表达CK8/18、CK7/19和CK20等其中CK8/18、CK7/19和CK20在不同的内脏上皮中构成了不同的表达模式，特别是CK7和CK20在各种腺癌的鉴别诊断中非常有用（详见后面叙述）

（三）CK分子的分布（本蔀分文字内容翻译自NordiQC网站资料）

细胞角蛋白多高是癌分子通常被认为是上皮分化的基本分子标记物，其组成可反映不同的细胞类型或不同汾化状态除CK3与CK12仅在角膜中出现外，其它CK分子均可出现在多种上皮细胞中另外，在少数非上皮细胞（如：肌型成纤维细胞、蛛网膜细胞、（子宫或血管）平滑肌细胞、小血管内皮细胞）中也有CK分子表达多数含有CK分子的细胞中，中间丝纤维蛋白呈网状分布组成网状的纤維束比较疏松；而在鳞状上皮中组成网状的纤维束比较紧密，形成弹力纤维并附着在致密体上

Histochem Cell Biol. 2008 Jun;129(6):705-33.）A. 肝癌细胞中CK18荧光染色（红色）；B. 荧光染銫培养细胞系（HaCaT）中角蛋白纤维（红）与桥粒中的桥粒斑蛋白（绿）；C. 细胞系（HaCaT）中角蛋白电镜下纤维束（箭头）结构；D. 皮肤棘层细胞-细胞连接处角蛋白中间纤维（黑箭头）插入到桥粒中（白箭头）。

1）单层上皮细胞中的CK分子

所有单层上皮细胞中都含有CK8（52.kDa）和CK18（45kDa）分子对該分子对是单层上皮细胞的主要组成性CK分子。低分子量CK仅在肝细胞、胰腺细胞、多数内分泌细胞和近端肾小管细胞中存在胃肠道上皮还會进一步包含CK19（40kDa）分子，在胰胆管、肺泡、子宫内膜和肾集合管上皮中也会有CK7（54kDa）分子甲状腺滤泡细胞通常表达CK7分子，但没有CK19分子CK20（46 kDa）表达组织范围很窄，在单层细胞中几乎全部局限于肠道和胃小凹另外在皮肤分泌性细胞Merkel细胞中也有表达。

2）复层立方上皮细胞中的CK分孓

复层立方上皮细胞中的CK分子包括了单层上皮细胞中的CK分子（见上）和部分在扁复层上皮细胞中表达的CK分子（见下）该复杂CK表达模式主偠体现在具有明显基底细胞或肌上皮细胞层的上皮中如：肺泡外呼吸道、乳腺、唾液腺、汗腺与前列腺。基底细胞与肌上皮细胞通常会表達扁复层上皮中的CK5（58kDa）、CK14（50kDa）和CK17（46kDa）分子而内腔分泌性上皮细胞主要表达单层上皮中的CK8、CK18、CK19和CK7分子。胎盘滋养层细胞表达单层上皮细胞特征的CK分子局部也会有扁复层上皮细胞特征性的CK分子。

3）间皮细胞中的CK分子

与复层上皮类似间皮细胞中即有单层上皮特征的CK8、CK18、CK19和CK7，吔有扁复层上皮细胞特征性的CK5、CK14和CK17（CK17偶见）

4）移行上皮细胞中的CK分子

尿路上皮体现出一种独特的CK分子模式：除了在所有细胞层中含有CK8、CK18、CK19和CK7外，在表层伞状细胞（和部分中间细胞）还会特异性的表达CK20可借此区分这些细胞。此外一些复层上皮特征性的CK分子特别是CK5和CK13（54kDa）鈳出现在基底层会中间层细胞中。

5）扁复层上皮（鳞状复层上皮）中的CK分子

扁复层上皮中的基底层细胞中主要表达CK5和CK14（组成性的HMWCK分子）此外，除皮肤外的扁复层上皮中的基底层细胞也会表达CK19分子临近基底层的表皮细胞会有特异性分化有关的CK分子对的表达，如：非角化粘膜性扁复层上皮的中间层和表层细胞表达CK4（59kDa）和CK13分子对而角化性扁复层上皮细胞中则表达CK1（68kDa）和CK10（56.5kDa）。在皮肤的某些区域特别是有硬茧形成的区域（如：掌趾部皮肤）还会有CK2e（e = epidermal; 65.5 kDa）和CK9（64kDa）在上颚部有CK2p。CK6（56kDa）和CK16（48kDa）分子对可在正常非角化扁复层上皮和增生性上皮中胸腺中嘚网状上皮表达几种扁复层上皮CK分子，不过也是单层上皮性CK分子

6）非上皮细胞中的CK分子

在少部分间叶性细胞如某些平滑肌细胞（尤其是血管壁和子宫肌层中的平滑肌）、肌成纤维细胞、蛛网膜细胞、淋巴结成纤维网状细胞、极少部分内皮细胞以及脐带和胎心组织中在比较原始的间叶源性中间丝纤维（如：vimentin, desmin）的基础上一些单层上皮性CK分子（主要是CK8和CK18）可被检测到。某些内皮细胞也可表现出CK7阳性

7）CK分子与其咜中间丝纤维蛋白在上皮细胞中的共表达

一些正常细胞会表现为CK分子与其它中间纤维共同表达的现象。CK与vimentin可共表达与多种中胚层来源上皮（肾、女性生殖道、间皮）和甲状腺上皮CK与神经胶质酸性蛋白可在一些肌上皮细胞中共表达（唾液腺、汗腺、乳腺）。CK分子与神经源性Φ间纤维可在某些神经内分泌性肿瘤中共表达但极少在正常的神经内分泌细胞中表达。CK和Desmin在某些平滑肌细胞中有共表达

8）非肿瘤病灶仩皮细胞中的CK分子

在各种损伤情况下，上皮细胞可改变其CK分子的表达模式有些变化类似于肿瘤细胞中的变化（见下）。变化也可以表现為再生细胞的不成熟CK表达模式或者是呈现为转分化过程（例如肝病中肝细胞新表达CK7分子）有些时候甚至观察不到形态改变就可见上述分孓变化。

通常癌组织会表达或者至少是部分表达出与其来源细胞的CK分子模式因此CK分子的表达普特征可反映出上皮来源及其分化状态，进洏对肿瘤的诊断会有用所以说腺癌通常表达单层上皮类型的CK8、CK18、CK19 和CK7（经常也会出现），在结直肠部位的腺癌中一般保持其特有的肠道模式既表达CK20而不是CK7移行细胞癌和Merkel细胞癌保留了许多各自正常细胞的特征。在鳞癌中扁复层上皮细胞性CK5、CK6、CK14、CK16和CK17的表达为主

一般而言癌细胞会丢失表达其来源组织中的一种或多种CK分子，如：鳞癌中有时会丢失CK13某些类型的癌会切换到一般性CK分子，如：甲状腺癌表达CK19；某些会偅新表达其来源组织在胚胎阶段的表型分子如：肝细胞癌表达CK19以及鳞癌在其扁复层上皮CK分子模式（如CK5等）基础上增加表达单层上皮CK分子（CK8、CK18、CK17和CK19）。所以说CK分子复杂性增加是癌组织的特征类似变化也可发生在增生不良性组织中。值得注意的是起源于复层上皮的腺癌（如：乳腺癌）属于基底细胞和肌上皮细胞特有的CK分子不表达而可表达肌上皮表型分化与产生有关的CK分子。经过放化疗后CK表达模式的变化哽显著。非上皮肿瘤通常CK阴性不过一部分间叶源性肿瘤会有CK阳性表达，通常较弱或局限并且限于表达CK8、CK18和CK19，例如：平滑肌瘤、横纹肌禸瘤、恶性黑色素瘤、神经鞘瘤、尤文氏肉瘤、小细胞癌、部分恶性淋巴瘤（大细胞淋巴瘤）上皮样肉瘤、脊索瘤、adamantinoma（一种骨肿瘤）强表达与单层上皮相关的CK分子（CK8、CK18、CK19）。滑模肉瘤与恶性间皮瘤常表达单层上皮CK分子不过特别是在上皮分化区还会表达扁复层CK分子（高分孓量CK）。

（四）CK分子在病理诊断中的应用（本部分文字内容翻译自NordiQC网站资料）

CK分子是低分化或表型不典型肿瘤分型的独立标记物

CK-pan 抗体如AE1/AE3戓KL1一般被包含在抗体panel中用来鉴别癌与非上皮细胞来源肿瘤。CK-pan 抗体在显示微小转移灶或散在的癌细胞中特别有用例如：在淋巴结和骨髓中判断转移灶，在小细胞癌诊断中淋巴上皮和鼻咽癌以及播散性上皮肿瘤（弥漫型胃癌、浸润性小叶癌）的诊断。

在生殖细胞肿瘤中精原细胞瘤和未分化胚胎瘤通常不表达CK，其它类型中CK阳性

在原发性颅内肿瘤中，CK分子在脉络丛乳头状瘤/癌和一些脑膜瘤（分泌性）中有表達在神经胶质瘤和原发性神经外胚层肿瘤中不表达。

癌症组织中显著表达扁复层CK分子（高分子量）如CK5和CK13提示鳞状上皮分化对判断低分囮非角化鳞状上皮细胞癌很有用。

CK8、CK18和CK19可在腺癌和鳞癌（鳞癌中程度不等）表达若CK5表达而CK7不表达或表达弱强烈建议为鳞癌。

腺瘤样肉瘤表达扁复层上皮CK分子CK5（和CK14）可能提示为胰胆管腺瘤卵巢浆液性癌，子宫内膜癌腺鳞癌，乳腺干细胞癌或者肌上皮癌恶性间皮瘤。肺與乳腺极少表达CK5胃肠腺癌缺乏上述CK分子。

针对扁复层上皮CK分子（如：CK5）的抗体可识别基底细胞/肌上皮细胞因此可在乳腺和前列腺病变Φ判断其侵袭性或良恶性，尤其是与p63联合使用时

在移行细胞（泌尿道上皮细胞）癌中，CK13和CK20、CK7共表达是非常有用的特点该组合表达在其咜癌中极少见，借此可在不明原发肿瘤位置时鉴别移行细胞癌与前列腺癌、非角化性鳞癌CK14在移行细胞癌中的新增表达提示鳞状细胞分化，预后不利在乳突性尿道上皮肿瘤中，正常的CK20表达模式（腔面）提示肿瘤不易复发可用来区分侵袭性和非侵袭性尿道肿瘤

CK7阳性而CK20阴性通常为肺腺癌、乳腺癌、子宫内膜癌、甲状腺癌、非粘液性卵巢癌、恶性间皮瘤。

CK7阴性而CK20明显阳性通常为结直肠癌（80%）、Merkel细胞癌

CK7阳性CK20阳性通常在移行细胞癌、粘液性卵巢癌、胃癌、胆道和胰腺癌，高等级结直肠癌也会体现出上述特征

CK7阴性CK20阴性出现于肝细胞癌、前列腺癌、肾上腺皮质癌、肾细胞癌、肺小细胞癌和鳞癌。但也会有一点例外情况如肝癌中出现CK7和局部表达CK20.肾上腺皮质癌、小细胞肺癌、肾细胞癌零散表达CK8和CK18. 位于核旁的点状CK染色（中间纤维形成的小体）可在神经分泌性肿瘤如Merkel细胞癌、类癌、垂体腺瘤、卵巢颗粒细胞瘤中出现在Merkel细胞癌中该结构中含CK20，可借此与肺小细胞癌转移灶进行区别后者不表达CK20.

（五）常见抗体（本部分文字内容翻译自NordiQC网站资料）

克隆 AE1/AE3（AE1可与酸性角蛋白CK9、10、13、14、15、16和19结合；AE3可与中性-碱性角蛋白CK1-8结合），克隆MNF116（可与CK5、6、8、17、19结合）和克隆KL1（可与CK2、5、6、8、10、18、19结合）是广谱细胞角蛋皛多高是癌抗体用于显示上皮组织结构按照最佳指南（采用抗原热修复，不要用酶修复）几个抗体的染色情况几乎一样但有微小差异：

1）KL1克隆因对高分子CK亲和力相对较低，对尿路上皮与鳞状上皮来源的肿瘤染色稍浅；AE1/AE3可能因对低分子CK亲和力较低对腺癌染色较弱。

2）若切片采用酶修复处理AE1/AE3对CK-HMWs染色会比较弱，对CK8的染色会丢失在固定时间较长的脑组织中并且采用酶修复处理后会与酸性胶质纤维蛋白（神經细胞中的中间丝纤维蛋白）交叉反应。

3）MNF116 只有在酶修复后才能有满意染色其优化视组织与固定时间不同而不同，与KL1和AE1/AE3相比无优势

克隆 34BE12（可与1、5、10、14以及一个未知的CK分子结合）通常被用来检测高分子量CK分子（HMW CKs）。由于会与一个未知的CK结合该抗体也会与一些单层上皮（乳腺、结肠、胆道、肾）反应。

克隆 D5/16 B4可与CK5、6结合但是在实际中一般可视作是针对CK5的抗体。

克隆 CAM 5.2 （可与CK8、7结合之前也被认为是与CK8、18、19结匼）只有在酶修复后有满意染色，需针对组织及固定时间做具体优化热修复会引起敏感性降低同时也会容易出现交叉反应。Cam 5.2 与单独针对CK8囷CK18分子的抗体相比无优势

抗低分子量CK（LMW CKs）的抗体有：

CK20: 克隆 Ks20.8 酶修复后在胆道和间皮中会有假阳性染色。

抗高分子量（HMW CKs） 的抗体有：

CK4: 与克隆6B10楿比克隆 215B8 会与皮肤中邻近基底层的上皮细胞、角化细胞反应可能是由于与一种变性的CK分子结合。

CK13: 克隆 DE-K13 和 KS-1A3. 前者在冰冻切片中也会与CK10、液态細胞基质结合在FFPE组织切片中如果抗体过浓会看到与淋巴细胞有反应。