N-myc下游調(diào)控基因1的研究進(jìn)展及惡性腫瘤誘導(dǎo)分化

陳玲

【摘要】目的 綜合評(píng)述N-myc下游調(diào)控基因1（NDRG1）的研究進(jìn)展及惡性腫瘤的誘導(dǎo)分化治療。方法 收集近年來(lái)有關(guān)NDRG1基因研究及腫瘤誘導(dǎo)分化治療的文獻(xiàn)并作綜述。結(jié)果 NDRG1基因在機(jī)體各方面發(fā)揮重要作用，腫瘤細(xì)胞可被誘導(dǎo)分化。結(jié)論 NDRG1基因在腫瘤誘導(dǎo)分化治療中發(fā)揮重要作用，有望成為腫瘤的一個(gè)預(yù)后標(biāo)志。

【關(guān)鍵詞】NDRG1;惡性腫瘤;誘導(dǎo)分化治療;誘導(dǎo)分化劑

【中圖分類號(hào)】R246.5?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】2026-5328（2021）03-001-04

惡性腫瘤是一種細(xì)胞分化障礙性疾病，其核心問(wèn)題是正常細(xì)胞的分化異常。誘導(dǎo)分化（induction of differentiation）是指惡性腫瘤在體內(nèi)外分化誘導(dǎo)劑存在下，重新分化向正常方向逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，誘導(dǎo)分化治療打破了“腫瘤細(xì)胞一旦生成就永遠(yuǎn)是腫瘤細(xì)胞[1]”的說(shuō)法。誘導(dǎo)分化劑是指可使不成熟的惡性細(xì)胞或去分化的腫瘤細(xì)胞被誘導(dǎo)而重新向正常細(xì)胞分化，甚至轉(zhuǎn)變成正常細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)。N-myc下游調(diào)控基因1（N-myc downstream regulated gene 1，NDRG1）作為近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的與細(xì)胞分化相關(guān)的新基因，其基因產(chǎn)物在多數(shù)組織中表達(dá)。分子功能涵蓋了廣泛的生物學(xué)過(guò)程，研究表明，NDRG1與細(xì)胞的生長(zhǎng)及凋亡、腫瘤細(xì)胞增殖[2]、缺氧應(yīng)激反應(yīng)[3]、腫瘤細(xì)胞的藥物反應(yīng)和耐藥性、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移[4]等相關(guān)。NDRG1在各種腫瘤細(xì)胞中表達(dá)不同，這種表達(dá)方式不同使得NDRG1可以作為一個(gè)重要的腫瘤標(biāo)志物。

一、NDRG1基因的研究進(jìn)展

1 基因的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)物

分化相關(guān)基因NDRG1（N-myc downstream regulated gene 1）屬于N-myc下游調(diào)節(jié)基因（NDRG）家族。該家族包括4個(gè)成員，即NDRG1、NDRG2、NDRG3和NDRG4。NDRG1是1977年荷蘭學(xué)者van Balzen等[5]在結(jié)腸癌細(xì)胞株HT27-D4體外誘導(dǎo)分化過(guò)程中克隆到的一個(gè)新的cDNA。該基因定位于人染色體8q24.3，長(zhǎng)約60kb，包含16個(gè)外顯子和15個(gè)內(nèi)含子。NDRG1基因轉(zhuǎn)錄從第123位核苷酸開(kāi)始，其mRNA全長(zhǎng)約3kb，后者包含一個(gè)1182bp的編碼區(qū)域，編碼蛋白產(chǎn)物為43KDa，含有394個(gè)氨基酸。主要位于細(xì)胞質(zhì)，但與細(xì)胞核、細(xì)胞膜和黏著連接也有關(guān)聯(lián)。

研究表明，NDRG1蛋白在腦、心、腎、分泌期乳腺、肺、胎盤外膜、前列腺、小腸、大腸、卵巢、肝臟、皮膚等組織高表達(dá)，在睪丸、胎盤、外周血白細(xì)胞、淋巴結(jié)、腦細(xì)胞、肌肉等組織低表達(dá)或無(wú)表達(dá)。其功能主要有細(xì)胞生長(zhǎng)和分化、增殖和生長(zhǎng)抑制、腫瘤形成、腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移、低氧反應(yīng)、NDA損害反應(yīng)等。NDRG1在不同組織中表達(dá)不同使其具有不同的生物學(xué)功能，同時(shí)調(diào)控其表達(dá)的方式也是不同的，這在許多體外試驗(yàn)中已被證實(shí)。該基因被其他多個(gè)學(xué)者相繼獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和分離，因此它又名為cap43 （calcium activated protein，鈣激活蛋白） 、rit42（reduced in tumor，42KDa）、PROXY-1 （Protein Regulated by OXYen-1，氧調(diào)節(jié)蛋白）。

2基因的生物學(xué)功能

2.1 與細(xì)胞生長(zhǎng)及凋亡有關(guān)

van Belzen等[5]發(fā)現(xiàn)NDRG1在結(jié)腸癌上皮分化的過(guò)程中上調(diào)表達(dá)，而在結(jié)腸癌細(xì)胞株中表達(dá)降低，提示該基因的表達(dá)可能與細(xì)胞分化有關(guān)。有研究表明，NDRG1的表達(dá)隨著細(xì)胞周期的變化而呈雙相性的改變：在G1和G2/M期表達(dá)最高，在S期表達(dá)最低。有學(xué)者認(rèn)為該基因是維持紡錘體穩(wěn)定所必需的，而且與細(xì)胞的微管結(jié)構(gòu)有關(guān)。Agarwala等通過(guò)Western blot方法發(fā)現(xiàn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞株中的NDRG1表達(dá)增加，而且發(fā)現(xiàn)NDRG1蛋白在7個(gè)或者更多的位點(diǎn)上發(fā)生可逆的磷酸化反應(yīng)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)cAMP增加時(shí)，磷酸化反應(yīng)增多;同時(shí)觀察到在早期的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，磷酸化形式很多見(jiàn)，隨著細(xì)胞生長(zhǎng)密度的增加而逐漸下降。提示NDRG1蛋白可能是磷酸化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)蛋白，它的磷酸化可能與細(xì)胞的增殖有關(guān)。研究[6]得出干擾DRG1表達(dá)可以抑制PI3K/AKT信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而抑制皮膚鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)皮膚鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞凋亡。張生彬等得出NDRG1基因過(guò)表達(dá)可顯著促進(jìn)膽囊癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲并抑制其凋亡，其分子機(jī)制可能是上調(diào)的NDRG1基因能有效調(diào)節(jié)與細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，從而發(fā)揮其介導(dǎo)作用。

2.2 與組織缺氧有關(guān)

缺氧是實(shí)體瘤共有的特征，研究[7]發(fā)現(xiàn)缺氧可以誘導(dǎo)NDRG1的表達(dá)。NDRG1在缺氧環(huán)境下的表達(dá)調(diào)控可能主要通過(guò)HIF-1途徑，但研究顯示AP-1、Egr-1、Sp-1、NF-kB等也參與缺氧誘導(dǎo)NDRG1的表達(dá)過(guò)程。因此，缺氧誘導(dǎo)NDRG1的表達(dá)可以是HIF-1依賴的也可以是HIF-1非依賴的。研究顯示，缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia-inducible transcription factor-1，HIF-1）能夠靶向結(jié)合NDRG1啟動(dòng)子，調(diào)控NDRG1的轉(zhuǎn)錄，而HIF-1是缺氧應(yīng)激反應(yīng)中的中樞調(diào)控因子，故缺氧可誘導(dǎo)NDRG1的表達(dá)。缺氧也可以誘導(dǎo)早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子Egr-1表達(dá)（Egr-1具有調(diào)控機(jī)體急性炎癥反應(yīng)因子的作用） ，Egr-1在缺氧環(huán)境下與NDRG1啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，與HIF-1共同調(diào)控NDRG1表達(dá)，Egr-1調(diào)控NDRG1的表達(dá)為HIF-1依賴和HIF-1非依賴。AP-1和Sp-1均為轉(zhuǎn)錄因子，與NDRG1啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，調(diào)控NDRG1的表達(dá)。

2.3 與腫瘤抑制基因有關(guān)

p53和PTEN是目前公認(rèn)的腫瘤抑制基因，有研究發(fā)現(xiàn)，兩者可以調(diào)控NDRG1的表達(dá)。Stein等證實(shí)p53促進(jìn)NDRG1的表達(dá)可以抑制細(xì)胞增殖，但是在轉(zhuǎn)移性肺癌細(xì)胞中沒(méi)有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，這暗示NDRG1在轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞中與細(xì)胞生長(zhǎng)抑制有關(guān)。NDRG1與PTEN的正相關(guān)性也被很多實(shí)驗(yàn)證實(shí)，而子宮內(nèi)膜癌中NDRG1于PTEN成負(fù)相關(guān)。而p53和PTEN還可以調(diào)控轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶1、2、9、13以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），從而通過(guò)該通路參與腫瘤的轉(zhuǎn)移抑制。抑癌基因VHL通過(guò)抑制Sp-1的活動(dòng)來(lái)抑制NDRG1的表達(dá)，因此Masuda等證實(shí)抑癌基因VHL通過(guò)下調(diào)NDRG1的表達(dá)從而發(fā)揮其抑制腫瘤的作用。

2.4 與激素作用有關(guān)

在乳腺癌中，NDRG1的陽(yáng)性表達(dá)率在ER、PR表達(dá)陽(yáng)性者明顯高于ER/PR表達(dá)陰性者，應(yīng)用雌二醇可使NDRG1表達(dá)水平降低，這種降低可能是通過(guò)ER-α依賴的途徑介導(dǎo)，NDRG1可能作為一種分子標(biāo)記來(lái)判斷抗雌激素的抗乳腺癌物質(zhì)的治療效果。Tu等通過(guò)對(duì)前列腺癌細(xì)胞中的蛋白組學(xué)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，NDRG1是雄激素作用的靶點(diǎn)，在雄激素誘導(dǎo)細(xì)胞分化和抑制前列腺癌轉(zhuǎn)移方面都有重要作用。

2.5 與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)

Okuda等建立了一個(gè)敲除NDRG1基因的小鼠模型，組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)神經(jīng)鞘細(xì)胞功能喪失，外周神經(jīng)脫髓鞘，NDRG1基因是最早被證實(shí)的一個(gè)與脫髓鞘性神經(jīng)性疾病相關(guān)的基因，該基因148X突變可以導(dǎo)致HMSNL，這是一種屬于CMTD的常染色體隱性遺傳病。NDRG1蛋白在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中高度表達(dá)，在感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和軸突中表達(dá)低。

二、惡性腫瘤的誘導(dǎo)分化

腫瘤誘導(dǎo)分化是指應(yīng)用某些化學(xué)物質(zhì)可使不成熟的惡性細(xì)胞逆轉(zhuǎn)，向正常細(xì)胞分化，去分化的腫瘤細(xì)胞也可被誘導(dǎo)而重新向正常細(xì)胞分化，甚至轉(zhuǎn)變成正常細(xì)胞。誘導(dǎo)分化治療在于可不殺傷腫瘤細(xì)胞，而是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化為正常或接近于正常的細(xì)胞。這些化學(xué)物質(zhì)稱為分化誘導(dǎo)就。近年來(lái)，隨著實(shí)體瘤體外瘤細(xì)胞系的不斷建立和檢測(cè)手段的改進(jìn)，實(shí)體瘤的誘導(dǎo)分化研究及新的誘導(dǎo)分化劑的探索也逐步增多。惡性細(xì)胞誘導(dǎo)分化的確切機(jī)制尚無(wú)定論，腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化與細(xì)胞外環(huán)境、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞系統(tǒng)、癌基因、抑癌基因等多方面因素密切相關(guān)。目前常用的腫瘤誘導(dǎo)分化劑包括維甲酸（RA）類、砷劑、組蛋白去乙?；敢种苿?、甲基化抑制劑、PPAR激動(dòng)劑、羥甲基戊二酰輔酶A還原酶抑制劑等。

1.維甲酸

維甲酸（vitamin A acid，RA）又稱視黃酸，是維生素A的衍生物，維生素在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)變?yōu)槿词骄S甲酸（all-trans-retinoic acid，atRA）、13-順維甲酸（13-cis-retinoic acid，13cRA）和9-順維甲酸（9-cis-retinoic acid，9cRA）等幾種異構(gòu)體。維甲酸最早作為誘導(dǎo)分化劑用于血液系統(tǒng)腫瘤的治療，目前用維甲酸治療急性早幼粒細(xì)胞白血病已成為誘導(dǎo)分化治療的典范。由于全反式維甲酸對(duì)血液系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞顯著的誘導(dǎo)分化作用，促使人們考慮全反式維甲酸應(yīng)用于其他實(shí)體瘤的治療是否依然有效。近年來(lái)，諸多學(xué)者已從細(xì)胞學(xué)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及臨床試驗(yàn)的角度相繼對(duì)胃癌、食管癌、肝癌、肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、膀胱癌、卵巢癌、淋巴瘤、宮頸癌等惡性腫瘤用全反式維甲酸進(jìn)行誘導(dǎo)、分化的治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ATRA對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞具有誘導(dǎo)分化、抑制增殖、誘導(dǎo)凋亡等作用。Taibi等報(bào)道ATRA可上調(diào)甲狀腺癌細(xì)胞的NIS表達(dá)，使細(xì)胞內(nèi)NIS增多，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞再分化。研究顯示ATRA作用于癌細(xì)胞PC-3，阻斷細(xì)胞于G1/G0期，抑制細(xì)胞增殖，Survivin mRNA表達(dá)量降低。有結(jié)果推斷在胰腺癌細(xì)胞核骨肉瘤細(xì)胞中，低濃度的ATRA與BTZ聯(lián)合應(yīng)用可以逆轉(zhuǎn)ATRA的促生長(zhǎng)效應(yīng)，高濃度的ATRA與BTZ聯(lián)合應(yīng)用可以顯著增強(qiáng)ATRA抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的能力。

2.砷劑

砷劑用于腫瘤的治療早在《本草綱目》中即有記載，但因其長(zhǎng)期被列為劇毒劑而影響其使用。近年來(lái)，對(duì)砷劑的研究又有了新的發(fā)展。目前認(rèn)為砷劑（As2O3和As3O4等）有促進(jìn)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)細(xì)胞分化和抑制細(xì)胞增殖的作用。臨床上使用砷劑治療早幼粒細(xì)胞白血病已取得了巨大成功。由于它還能誘導(dǎo)RA敏感性和RA抵抗的APL患者完全緩解而被認(rèn)為是ATRA的替代治療藥物。目前通過(guò)CD11b和CD14表達(dá)增加及CD33表達(dá)降低可證實(shí)As2O3通過(guò)粒細(xì)胞途徑誘導(dǎo)APL細(xì)胞部分分化。低濃度As2O3引起的PML-RARα降解雖然進(jìn)展緩慢，但仍可幫助解除分化阻滯。另外，最近研究取得了很多砷在其他細(xì)胞通路中的作用機(jī)制的資料，如蛋白激酶途徑、NF-κB途徑等，為研究砷劑誘導(dǎo)分化作用的機(jī)制提供了新的思路。許多研究證明As2O3對(duì)多種消化系腫瘤，多發(fā)性骨髓癌，宮頸癌，激素非依賴性前列腺癌，子宮內(nèi)膜癌，腎癌細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作用。其抗腫瘤的機(jī)制主要有促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制Hh信號(hào)通路、逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性、抑制血管生成等。

3.HDAC抑制劑

組蛋白氨基末端富含賴氨酸殘基，通過(guò)對(duì)賴氨酸殘基的乙?；蛉ヒ阴；筛淖兒诵◇w內(nèi)DNA的構(gòu)象，調(diào)控基因的表達(dá)。其乙?；癄顟B(tài)受兩種酶的調(diào)控：組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙酰化酶（HDAC）。組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACi）對(duì)ATRA耐藥的APL患者提供了腫瘤誘導(dǎo)分化治療的新思路。多種HDAC抑制劑在臨床上得到應(yīng)用，最常見(jiàn)的是丁酸鈉。丁酸鈉（Sodium butyrate，NaB）是食物纖維成分在大腸菌群作用下產(chǎn)生的一種無(wú)毒的四碳短鏈脂肪酸，是一種新的組蛋白去乙?；敢种苿?，實(shí)驗(yàn)證實(shí)能夠明顯增強(qiáng)組蛋白乙酰化。它參與多種基因的表達(dá)，并可抑制多種腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，誘導(dǎo)細(xì)胞成熟分化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生凋亡，達(dá)到治療腫瘤的目的。研究證實(shí)丁酸鈉對(duì)前列腺癌、卵巢癌、甲狀腺癌、胃癌、結(jié)腸癌等細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作用。其誘導(dǎo)分化的確切機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

小結(jié)

惡性腫瘤的治療，目前在臨床上主要有手術(shù)、化療、放療及生物治療，但各種治療方法的療效及相應(yīng)的副反應(yīng)限制其在臨床上的應(yīng)用，因此應(yīng)努力尋找療效更好、副反應(yīng)小的新型藥物。綜上所述，加強(qiáng)誘導(dǎo)分化機(jī)制的研究及積極尋找高效實(shí)用的分化誘導(dǎo)劑，為腫瘤防治做出貢獻(xiàn)。NDRG1作為一種與誘導(dǎo)分化相關(guān)的基因，對(duì)其作用機(jī)制的研究，及各種分化誘導(dǎo)劑如維甲酸，砷劑，丁酸鈉等對(duì)其誘導(dǎo)表達(dá)的研究，這為腫瘤的分化誘導(dǎo)治療帶來(lái)了新的希望，同時(shí)為各種分化誘導(dǎo)劑在臨床上單獨(dú)應(yīng)用或與傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物聯(lián)合應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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