近日節(jié)律基因Per1對惡性腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移及凋亡影響的研究進展

池昌興，李文輝，侯宇，李嵐，夏耀雄，王麗，常莉

0 引言

在自然界中，大部分生物受光照、溫度、空間等影響，在漫長的時間當(dāng)中不斷進化，并逐漸適應(yīng)周圍的環(huán)境變化。而在這過程中，大部分生物按照一定的周期性規(guī)律、有序地進行生命活動，這種節(jié)律性的生命活動現(xiàn)象被稱為生物節(jié)律。根據(jù)周期的長短可將生物節(jié)律分為近日節(jié)律、亞日節(jié)律和超日節(jié)律。其中近日節(jié)律是指周期為24 h的生物節(jié)律，能夠調(diào)節(jié)大部分動植物日常的生物節(jié)律周期變化。人體下丘腦視交叉上核（suprachiasmatic nucleus,SCN）是控制近日節(jié)律基因表達的主要振蕩器，同時也是哺乳動物主要的近日節(jié)律的起搏器，驅(qū)動著哺乳動物行為和活動的節(jié)律表達[1]。近日節(jié)律基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上通過正、負反饋回路相互作用并形成近日節(jié)律基因網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)人體正常細胞的生理活動[2]。在惡性腫瘤的研究中，近日節(jié)律基因也起到相當(dāng)重要的作用。

1 近日節(jié)律基因概述

在近日節(jié)律基因中，Period1（Per1）、Per2和Per3是目前Pers家族中的三個已知基因。其中Per1）基因在近日節(jié)律基因系統(tǒng)中處于核心地位。體內(nèi)和體外研究表明，Per1不僅參與正常的生理節(jié)律調(diào)節(jié)，也可以作為腫瘤抑癌基因參與細胞增殖、凋亡、周期控制和DNA損傷反應(yīng)等[3-5]。在惡性腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)，Per1基因高表達能夠抑制惡性腫瘤的侵襲和遷移，促進腫瘤細胞的凋亡并且與患者的預(yù)后有密切關(guān)系[6]。因此Per1基因在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中有著十分重要的作用。

2 Per1基因?qū)盒阅[瘤侵襲、遷移和凋亡的影響

日常生活中，近日節(jié)律基因參與調(diào)節(jié)人體各種正常的生理功能，并且在過去的研究中發(fā)現(xiàn)近日節(jié)律紊亂是促使癌癥發(fā)展的一個重要的內(nèi)源性因素。很多實驗研究已經(jīng)證實了近日節(jié)律基因中的Per1基因參與非小細胞肺癌、乳腺癌、膠質(zhì)瘤、宮頸癌等惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[7-8]。

2.1 Per1對非小細胞肺癌的影響

既往研究發(fā)現(xiàn)，近日節(jié)律基因的異常表達與非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。正常肺組織中per1基因水平的表達較高，但在大量非小細胞肺癌患者的組織樣本和細胞系中，Per1基因的表達水平較低[6]；在正常組織中，Per1基因主要由肺泡上皮細胞和正常支氣管上皮細胞表達，Per1基因表達的陽性細胞超過了85%。與相鄰正常支氣管上皮細胞相比，癌細胞中Per1基因的表達降低，而且該表達的異?；蛉笔Э赡芘c非小細胞肺癌的分化不良、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及TNM分期有關(guān)。與Per1基因高表達患者相比，Per1基因低表達患者總生存時間較短，5年累計生存率較低。而通過增加癌細胞中Per1基因的表達，可以抑制腫瘤的生長，促進癌細胞的凋亡[9]。提示我們Per1基因的過表達可能對非小細胞肺癌的侵襲、轉(zhuǎn)移具有抑制作用。還有研究同樣證實，與正常肺組織相比，在大樣本的NSCLC患者的癌組織和NSCLC細胞系中的Per1基因表達水平較低[10]。并且在表觀遺傳調(diào)控的研究中發(fā)現(xiàn)，組蛋白H3乙酰化對近日節(jié)律基因功能的影響起到也十分重要的作用。此外，非小細胞肺癌細胞系中Per1基因的異位表達可抑制非小細胞肺癌的生長、促進G2～M細胞周期的阻滯、加快癌細胞的凋亡，并降低克隆形成率。

2.2 Per1對乳腺癌的影響

有研究對107例乳腺癌患者的腫瘤和非腫瘤組織中的Per1基因啟動子的甲基化譜進行了分析，發(fā)現(xiàn)與癌旁非腫瘤組織相比，人乳腺癌組織中Per1基因的甲基化指數(shù)更高，尤其是在三陰乳腺癌的患者中，Per1基因的表達顯著降低，啟動子的甲基化水平顯著增高[11]。同時有研究也表明，人乳腺癌組織中Pers基因家族的表達水平較低[12-13]。而抑癌基因的高甲基化和癌基因的低甲基化都可以影響基因的轉(zhuǎn)錄。啟動子的高甲基化可以抑制基因表達，其中最重要的是可以導(dǎo)致抑癌基因的沉默功能。而癌基因的過表達在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到十分的重要作用，可以進一步刺激并導(dǎo)致異常細胞過度增殖。有研究發(fā)現(xiàn)癌組織中56.3%的CpG島在Per1啟動子區(qū)有甲基化的改變，非癌組織中有29.1%的CpG島甲基化改變[14]。并且Per1基因啟動子區(qū)甲基化改變的同時，乳腺癌組織中Per1基因表達也隨之改變。相較于正常人而言，近日節(jié)律基因機制受到破壞的乳腺癌患者以及夜間工作者的Per1甲基化水平會顯著增高[11]。從以上乳腺癌患者Per1基因的表達情況看，Per1啟動子區(qū)域的甲基化可能是導(dǎo)致乳腺癌發(fā)生發(fā)展的重要原因之一，并且惡性程度越高的乳腺癌，Per1基因的表達水平越低，啟動子甲基化水平越高，這提示Per1基因的表達情況與乳腺癌的預(yù)后有一定的相關(guān)性，也可能是導(dǎo)致乳腺癌惡化的原因之一。

2.3 Per1對頭頸部腫瘤的影響

在對頭頸部腫瘤的研究中，通過比較41例口腔鱗癌患者的癌組織與正常的鄰近黏膜組織中Per1基因的表達情況，以及這些患者的Per1基因表達與臨床病理特征的相關(guān)性。結(jié)果顯示，與相鄰的非腫瘤組織相比，腫瘤組織中Per1基因的表達水平較低，并且Per1基因的表達水平隨腫瘤進展而降低[15]。同樣在食管鱗狀細胞癌中，Per1的表達水平顯著降低，并且其表達情況與食管鱗狀細胞癌的增殖、分化以及TNM分期有關(guān)。此外，Per1基因的表達水平與食管鱗狀細胞癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，遠處轉(zhuǎn)移和臨床分期呈負相關(guān)[16]。因此，Per1基因的表達表現(xiàn)出對食管鱗狀細胞癌進展和遷移的抑制作用。在食管鱗狀細胞癌患者的癌組織中，Per1活性與VEGF表達之間存在顯著的負相關(guān)，并且Per1基因表達水平的降低可能影響VEGF的表達。而VEGF的表達與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移，發(fā)生、發(fā)展有著密切關(guān)系。

同樣另外一項研究表明，與相鄰的非腫瘤組織相比，頰鱗狀細胞癌患者腫瘤組織中Per1基因的表達顯著降低。并且Per1基因表達水平的降低與晚期臨床分期相關(guān)，其表達水平降低會進一步增加區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險[17]。

基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrixmetalloproteinase-2,MMP-2）在腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移中起到重要的作用，與Per1基因呈負相關(guān)。隨著Per1基因表達水平的降低，MMP-2基因表達水平增加[18]。這證實了Per1基因具有抗癌的作用，其表達水平的改變可能與頰鱗狀細胞的侵襲和遷移有關(guān)。

在另一項關(guān)于膠質(zhì)瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，下調(diào)Per1基因的表達可以降低U343膠質(zhì)瘤細胞對X線的照射敏感度，減少膠質(zhì)瘤細胞凋亡[19]。通過Per1基因表達的改變，可以激活CHK2-P53通路以及由X線引起的細胞周期阻滯和凋亡相關(guān)的其他基因，如c-myc、p53、p21、cdc2、cyclinB1等，進而誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細胞凋亡。體現(xiàn)了Per1基因在抑制腫瘤生長和促進腫瘤細胞凋亡中的重要作用。

2.4 Per1對宮頸癌的影響

在對宮頸鱗癌發(fā)生、發(fā)展的潛在分子機制的研究中發(fā)現(xiàn)，通過下調(diào)Per1基因的表達可以增加宮頸鱗癌細胞的侵襲能力[20]。并且該研究證實Per1基因和PRKAB1均受hsa-mir-486-3p通路的調(diào)控，還發(fā)現(xiàn)了MMP-2與宮頸鱗癌的臨床分期有關(guān)。在既往已有的研究中發(fā)現(xiàn)，hsa-mir-486-3p通路通過靶向作用于宮頸癌細胞外基質(zhì)蛋白1來抑制細胞增殖和轉(zhuǎn)移[21]，MMP-2在宮頸癌中是一種與頸淋巴結(jié)和病理分期狀態(tài)相關(guān)的差異表達基因[22]。并且在非小細胞癌中，MMP-2是差異最大的甲基化基因之一，在非小細胞肺癌中也發(fā)現(xiàn)Per1基因的表達與MMP-2呈負相關(guān)。通過上述研究推測hsa-mir-486-3p調(diào)控下的Per1和PRKAB1可能在宮頸鱗癌發(fā)生發(fā)展的過程中發(fā)揮重要作用，并且在hsa-mir-486-3p通路的調(diào)控下，隨著Per1基因的表達增加，可能會抑制MMP-2的表達，從而抑制腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

3 Per1基因?qū)盒阅[瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡的調(diào)控機制

Per1基因?qū)盒阅[瘤細胞生物學(xué)行為的調(diào)控機制與DNA的修復(fù)、細胞周期的調(diào)節(jié)、miRNA的調(diào)控和參與腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

3.1 Per1基因?qū)NA損傷修復(fù)的作用

近日節(jié)律基因參與正常細胞的惡變與DNA的修復(fù)密切相關(guān)。盡管DNA的修復(fù)機制有多種，但近日節(jié)律基因是目前唯一一種在DNA修復(fù)機制中參與調(diào)節(jié)核苷酸切除修復(fù)機制的基因。同時Per1基因在人癌細胞的增殖分化和DNA損傷的調(diào)控方面發(fā)揮著重要的作用。并且，Per1基因參與近日節(jié)律基因的負反饋調(diào)節(jié)通路，發(fā)揮負調(diào)控作用[23]。它不但控制節(jié)律周期，維持機體正常生理功能，還在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。且c-Myc已被證明通過抑制p53誘導(dǎo)的p21Waf1/Cip1的表達來促進細胞凋亡[24]。Gery等[4]研究中證明了，雖然Ionizing Irradiation（IR）處理導(dǎo)致對照組細胞中c-Myc的適度下調(diào)，但在Per1過表達（HCT/Per1）的細胞中，c-Myc表達水平因IR顯著上調(diào)同時經(jīng)過IR誘導(dǎo)后的對照組細胞p21Waf1/Cip1表達增加，而在Per1過表達（HCT/Per1）細胞中這種反應(yīng)明顯減弱，過表達Per1基因?qū)NA損傷誘導(dǎo)的細胞有凋亡致敏作用；相反，在同樣處理過的細胞中，抑制Per1基因的表達可以抑制細胞凋亡。這些結(jié)果表明，Per1是一個腫瘤抑制基因，其下調(diào)可能在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮作用。所以，Per1基因可以通過上調(diào)c-Myc和抑制p21Waf1/Cip1使細胞對DNA損傷誘導(dǎo)的凋亡敏感，從而增加對DNA損傷的凋亡，維持正常細胞的生理生化功能。

既往研究認(rèn)為，啟動子序列的CpG甲基化，特別是在抑癌基因或相關(guān)基因中，可以使啟動子功能失活并導(dǎo)致這些基因沉默。甲基化通常被認(rèn)為是抑癌基因沉默的關(guān)鍵原因[25]。而小細胞肺癌中，Per1表達的抑制可能是由于Per1基因啟動子的甲基化引起的[26]。在乳腺癌的研究中，Per1的異常表達也證明了是由Per1啟動子的甲基化而非基因突變造成的[11]。

3.2 Per1基因?qū)毎芷诘恼{(diào)節(jié)

在近日節(jié)律基因中，有2%～10%的部分近日節(jié)律基因通過調(diào)節(jié)Wee1表達來影響細胞周期（Wee1是一種調(diào)節(jié)Cdc2活性并因此調(diào)節(jié)細胞周期的G2期至M期的激酶），而這部分基因可以通過調(diào)控細胞的周期，進而促進細胞的凋亡。Per1是控制細胞增殖和代謝正常生理節(jié)律的重要近日節(jié)律基因之一。Per1基因表達的改變可導(dǎo)致正常細胞的增殖節(jié)律被破壞，進而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。并且Per1可以調(diào)節(jié)許多重要的下游蛋白，通過調(diào)節(jié)腫瘤細胞周期和增殖能力來抑制腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移，因此與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[27]。c-Myc是細胞周期相關(guān)基因，同時也是一個癌基因，并且能夠調(diào)節(jié)細胞周期從G1到S期轉(zhuǎn)換，在腫瘤細胞的增殖過程中起到重要作用[28]。c-Myc基因啟動子上含有E-box結(jié)構(gòu)域，Bmal1/Npas2異二聚體能與E-box結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并抑制c-Myc基因的轉(zhuǎn)錄。而Bmal1蛋白的異質(zhì)二聚體可與Per1啟動子區(qū)域的E-box結(jié)合元件結(jié)合。根據(jù)Repouskou等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，c-Myc的轉(zhuǎn)錄通常作用于與MAX的二聚體并與E-box元件結(jié)合，當(dāng)過表達時，c-Myc能夠通過選擇性作用E-box序列進而抑制BMAL1/CLOCK的Per1反活化。因此推斷通過調(diào)控Per1基因的表達，Per1可能通過啟動區(qū)域的E-box元件與Bmal1異二聚體結(jié)合，增加Bmal1的表達，從而抑制c-Myc基因的啟動，進而維持細胞周期的穩(wěn)定。

3.3 Per1基因與miRNA之間的作用

Per1基因可能通過miRNA的調(diào)控，進而影響腫瘤侵襲和遷移。在許多研究中，miRNA已被證明參與許多細胞的生理過程，包括通過與3個未翻譯區(qū)域（UTR）結(jié)合來控制生物鐘的節(jié)律基因[30]。在一項關(guān)于miR-29a/b/c通過靶向Per1的3'UTR進而調(diào)控Per1表達的研究中發(fā)現(xiàn)，過表達miR-29a/b/c可降低Per1基因的mRNA和蛋白表達。而根據(jù)研究的數(shù)據(jù)分析，Per1基因的表達降低會造成近日節(jié)律周期的紊亂[31]。miR-29a在體外對肺癌細胞具有顯著的抗侵襲和抗增殖作用。這種抗腫瘤的生物學(xué)特性很可能是通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)細胞中蛋白的水平所產(chǎn)生的[32]。因此通過上游的miR-29a/b/c對Per1的調(diào)控，可能影響腫瘤內(nèi)Per1基因的表達，從而影響腫瘤細胞的近日節(jié)律周期，進而使腫瘤的侵襲、遷移能力降低。

3.4 Per1基因參與腫瘤細胞的遷移

在最新的研究中發(fā)現(xiàn)近日節(jié)律基因Per1可以調(diào)控Ki-67、mdm2、c-Myc、p53、bax、bcl-2、MMP-2、MMP-9等下游重要的腫瘤相關(guān)基因[33]。在口腔鱗癌的研究中發(fā)現(xiàn)，Per1基因敲除還能增加細胞Ki-67、mdm2、bcl-2、MMP2和MMP-9 mRNA的表達，降低c-Myc、p53、bax和TIMP-2的表達[34]。Chang等[35]證明了Per1通過調(diào)節(jié)MMP-2的表達和層黏連蛋白受體1的細胞內(nèi)分布來調(diào)控癌細胞的增殖、侵襲和遷移。而Per1蛋白表達的降低，上調(diào)了MMP-2的表達，增加了層黏連蛋白受體1在細胞膜上的分布，從而增強了腫瘤的侵襲和遷移。

4 總結(jié)

基于上述的研究，Per1基因在腫瘤中發(fā)揮腫瘤抑制作用是多因素決定的，并且腫瘤的推進演化過程也是多種因素共同作用的結(jié)果。每個基因抑制作用的機制相互關(guān)聯(lián)，但其中的關(guān)系在很大程度上仍是未知的，闡明Per1基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，可能有助于提供新的治療策略。