細(xì)胞凋亡易感蛋白在惡性腫瘤中作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

郭浩然，張 涵，王 鑫，關(guān)坤萍

細(xì)胞凋亡易感蛋白(cellular apoptosis susceptibility，CAS)又稱為染色體分離1-樣蛋白(chromosome segregation 1-like，CSE1L)，最早是在乳腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，編碼這個(gè)蛋白的基因稱為CAS，位于染色體20q13，含有25個(gè)外顯子，這是一個(gè)與腫瘤進(jìn)展相關(guān)的染色體區(qū)域。CAS蛋白是971個(gè)氨基酸組成的多功能蛋白質(zhì)，分子量約為100 kDa，通常分布在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，也是存在于癌癥病人血清中的一種分泌性蛋白[1-2]。CAS被認(rèn)為調(diào)節(jié)多種細(xì)胞機(jī)制以及增殖和凋亡。作為一種核運(yùn)輸因子，CAS還參與有絲分裂、核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、微泡形成、腫瘤轉(zhuǎn)移和早期胚胎發(fā)育等[2-6]。已有多項(xiàng)報(bào)道指出CAS在腫瘤組織與正常組織中的表達(dá)有差異，并與腫瘤的分期、分級(jí)及轉(zhuǎn)移等相關(guān)，有望成為一種新的腫瘤生物學(xué)標(biāo)志物，為惡性腫瘤的診斷及治療提供新策略。

1 CAS在腫瘤疾病中的表達(dá)

1.1 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 與非腫瘤腦組織相比，CAS在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中表達(dá)強(qiáng)度更高，參與了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移，但其免疫染色與臨床參數(shù)無(wú)關(guān)[7]。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，未經(jīng)化療的患兒腫瘤組織中CAS陽(yáng)性率明顯高于化療后的患兒，并且CAS可能參與了化療藥物誘導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)過(guò)程[8]。

1.2 消化系統(tǒng)腫瘤 CAS在多種消化系統(tǒng)腫瘤中被檢測(cè)到高表達(dá)。免疫組化顯示從Barrett食管到低度不典型增生和從高度不典型增生到腺癌發(fā)展過(guò)程中，CAS蛋白的表達(dá)逐步上調(diào)，且分布由核定位逐漸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。根據(jù)GEO公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的3組數(shù)據(jù)集分析CAS基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)與正常組織相比，食管腺癌CAS表達(dá)增高[9]。Li等[10]發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞系CAS mRNA和蛋白的表達(dá)明顯高于正常胃黏膜上皮細(xì)胞系，CAS在低分化胃癌細(xì)胞系中的表達(dá)高于高分化胃癌細(xì)胞系，未分化細(xì)胞CAS的表達(dá)進(jìn)一步高于其他胃癌細(xì)胞。有研究觀察到在結(jié)直腸腫瘤中，從正常黏膜到腺瘤的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，CAS在mRNA和蛋白水平上的表達(dá)都顯著增加。這與CAS蛋白表達(dá)可能在結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的早期階段起作用的觀點(diǎn)是一致的，并且還觀察到從腺瘤到結(jié)直腸癌過(guò)渡過(guò)程中CAS染色強(qiáng)度和細(xì)胞定位有所變化，這反映了CAS作為轉(zhuǎn)運(yùn)因子的功能[11]。

1.3 生殖系統(tǒng)腫瘤 CAS在不同生殖系統(tǒng)腫瘤中表達(dá)有差異。CAS在睪丸生殖細(xì)胞腫瘤(testicular germ cell tumor，TGCT)中的表達(dá)水平明顯低于人睪丸組織和癌旁正常睪丸組織，提示CAS的降低參與了TGCT的發(fā)展。但精原細(xì)胞瘤中胞漿CAS的表達(dá)明顯高于正常和其他類型的TGCT，而在正常睪丸組織和癌旁正常睪丸組織中的定位主要局限于細(xì)胞核，提示CAS由胞核向胞漿移位可能參與了精原細(xì)胞瘤的發(fā)生發(fā)展，與之前的研究觀察到的CAS異常分布促進(jìn)癌癥進(jìn)展的結(jié)論[12]一致。另一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，與高危子宮內(nèi)膜癌樣本相比，低危樣本中CAS的突變頻率較高，提示其與子宮內(nèi)膜癌病人的免疫微環(huán)境密切相關(guān)[13]。

1.4 其他腫瘤 研究顯示乳腺癌各期和所有亞型病人CAS的表達(dá)明顯高于健康者，且與預(yù)后相關(guān)[14]。采用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)CAS在人黑色素瘤中的表達(dá)發(fā)現(xiàn)CAS在人黑色素瘤中高表達(dá)，在痣中僅微弱表達(dá)，提示CAS在黑色素瘤的發(fā)生發(fā)展中起一定作用[15]。CAS在骨肉瘤組織中的表達(dá)高于非腫瘤組織，且與復(fù)發(fā)率高、生存期短有關(guān)。臨床晚期骨肉瘤CAS表達(dá)水平高于早期[16]。與正常細(xì)胞相比，口腔癌細(xì)胞中CAS mRNA和蛋白表達(dá)水平均上調(diào)[17]。CAS的mRNA表達(dá)水平在肝細(xì)胞癌病理分級(jí)4級(jí)中最高，肝癌病人中CAS基因的高表達(dá)水平與其無(wú)病生存時(shí)間短相關(guān)，提示CAS可能是預(yù)測(cè)肝細(xì)胞癌病人生存情況的良好預(yù)后生物標(biāo)志物[18]。

2 CAS在不同腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮的作用

2.1 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 miR-137在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中可抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、遷移及侵襲能力，而CAS作為miR-137的靶基因，被miR-137負(fù)向調(diào)控。敲減CAS可導(dǎo)致神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的活力下降、增殖減少，并抑制細(xì)胞的侵襲能力。通過(guò)抑制CAS表達(dá)從而抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移[7]。而在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，敲減CAS會(huì)使與DNA損傷后修復(fù)有關(guān)的蛋白表達(dá)下降，進(jìn)而使DNA損傷后修復(fù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這將導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)及功能的不穩(wěn)定，從而增加對(duì)腫瘤藥物的耐藥[8]。

2.2 消化系統(tǒng)腫瘤 研究發(fā)現(xiàn)，敲除CAS基因抑制了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、DNA損傷的修復(fù)并且誘導(dǎo)了凋亡[11]。CAS作為miR-4736下游靶點(diǎn)，在結(jié)直腸癌中表達(dá)上調(diào)，并介導(dǎo)了對(duì)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的抑制[19]，抑制CAS會(huì)增加結(jié)腸癌的細(xì)胞侵襲[20]。敲除CAS還可促進(jìn)胃癌細(xì)胞凋亡，抑制胃癌細(xì)胞增殖和侵襲[10]，證明了CAS蛋白表達(dá)可能參與結(jié)直腸癌及胃癌的發(fā)生發(fā)展，并且作用有所不同。

2.3 生殖系統(tǒng)腫瘤 CAS蛋白在不同生殖系統(tǒng)腫瘤中也發(fā)揮不同作用。Lorenzato等[21]發(fā)現(xiàn)CAS的缺失削弱了卵巢癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，并在體內(nèi)外選擇性致死卵巢癌細(xì)胞，沉默CAS可以在所有卵巢癌細(xì)胞系中誘導(dǎo)RASSF1C的表達(dá)，從而增加細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性。沉默睪丸腫瘤NT-2細(xì)胞系中CAS表達(dá)可使信號(hào)通路中分子下調(diào)，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖，但對(duì)睪丸生殖腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲能力并無(wú)影響[22]。

2.4 其他腫瘤 Yuksel等[23]發(fā)現(xiàn)胞漿CAS過(guò)表達(dá)與乳腺癌腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，但未發(fā)現(xiàn)胞核CAS與腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有任何關(guān)系。也有研究發(fā)現(xiàn)，干擾CAS的表達(dá)會(huì)損害MCF-7細(xì)胞的集落形成，但不會(huì)損害細(xì)胞的遷移和侵襲[14]。CAS基因的敲除可以阻滯MCF-7細(xì)胞的G0/G1期細(xì)胞周期，這與以往從骨肉瘤細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果一樣[14，16]，表明其在細(xì)胞周期控制中起關(guān)鍵作用。CAS的敲除在體外和體內(nèi)都能顯著抑制骨肉瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，在體外觀察到敲除CAS通過(guò)抑制G1期轉(zhuǎn)變而延緩細(xì)胞周期的進(jìn)展，抑制骨肉瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)并且促進(jìn)了細(xì)胞凋亡，然而并不影響骨肉瘤的遷移或侵襲[16]。

Tunccan等[5]發(fā)現(xiàn)CAS與喉癌頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，而與腫瘤大小、分級(jí)、頸淋巴結(jié)清掃范圍無(wú)關(guān)。此外，CAS基因敲除還可減弱口腔癌的增殖和遷移能力，因此，CAS可以促進(jìn)口腔癌細(xì)胞的增殖和遷移[17]。由此看來(lái)，CAS在目前研究的大多數(shù)惡性腫瘤中發(fā)揮著促進(jìn)增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和抗凋亡的作用，還與細(xì)胞周期的進(jìn)展相關(guān)，但不同惡性腫瘤中CAS的功能不盡相同，提示CAS在惡性腫瘤中作用的異質(zhì)性。

3 CAS參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制

3.1 通過(guò)其他凋亡相關(guān)分子發(fā)揮作用 研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)CAS siRNA處理后，人結(jié)腸癌HCT116和SW480細(xì)胞中關(guān)鍵的凋亡分子p53 mRNA、p73 mRNA水平顯著降低，BAK水平升高[24]。p73屬于p53家族，通過(guò)p53不依賴的途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。同樣，BAK是Bcl-2家族成員之一，主要在p53不依賴的凋亡通路中發(fā)揮作用。因此CAS可能參與p53依賴性凋亡和p53非依賴性凋亡。另一項(xiàng)研究報(bào)道CAS參與腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[25]。還有研究表明CAS通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制促凋亡基因RASSF來(lái)保護(hù)卵巢癌細(xì)胞免于死亡，并提示CAS的定位決定了其功能[21]。近期有研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌MCF-7細(xì)胞中，CAS可通過(guò)上調(diào)與癌癥細(xì)胞增殖、凋亡相關(guān)的CYP24A1表達(dá)，下調(diào)細(xì)胞周期信號(hào)蛋白CyclinD1的表達(dá)，從而在細(xì)胞周期控制中發(fā)揮關(guān)鍵作用[14]。

3.2 通過(guò)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)影響腫瘤侵襲 EMT是上皮癌細(xì)胞將其表型轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細(xì)胞表型的過(guò)程[26]。EMT的異常激活被認(rèn)為是上皮性腫瘤侵襲的重要機(jī)制[27-28]，EMT使胃癌細(xì)胞失去細(xì)胞間黏附，獲得侵襲性和運(yùn)動(dòng)性。而抑制CAS與EMT關(guān)鍵蛋白E-鈣黏素(E-cadherin)和波形蛋白(vimentin)相關(guān)。有研究檢測(cè)了胃癌細(xì)胞系中的EMT相關(guān)蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在HGC-27和AGS細(xì)胞中E-cadherin上調(diào)和vimentin下調(diào)。而CAS沉默通過(guò)逆轉(zhuǎn)EMT從而減少HGC-27和AGS細(xì)胞侵襲[10]。經(jīng)CAS siRNA處理后，結(jié)直腸癌細(xì)胞系HCT116和SW480細(xì)胞中E-cadherin和細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達(dá)顯著降低，因此CAS敲除與結(jié)直腸癌細(xì)胞黏附性降低有關(guān)，從而增加了結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移、侵襲能力[24]。此外，在口腔癌HN6細(xì)胞中敲減CAS后發(fā)現(xiàn)E-cadherin表達(dá)增加，證實(shí)了CAS可通過(guò)E-cadherin發(fā)揮促進(jìn)口腔腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[17]。

3.3 通過(guò)Ras誘導(dǎo)的信號(hào)通路參與腫瘤進(jìn)展 研究發(fā)現(xiàn)CAS可以調(diào)節(jié)Ras誘導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞的Ras/Raf/絲裂原激活蛋白激酶(MEK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)和環(huán)磷酸腺苷(cAMP)/環(huán)磷酸腺苷依賴性蛋白激酶A(PKA)信號(hào)通路，其磷酸化受Ras/ERK1/2信號(hào)通路的調(diào)控，CAS基因敲除使Ras誘導(dǎo)的B16F10黑色素合成減少了90%。此外，CAS是一個(gè)環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)調(diào)節(jié)因子，可以調(diào)節(jié)Ras誘導(dǎo)的ERK1/2磷酸化，調(diào)節(jié)cAMP/PKA和Ras/ERK通路誘導(dǎo)的CREB激活和Ras誘導(dǎo)的小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphthalmia-associated transcription factor，MITF)的表達(dá)、磷酸化和翻譯后修飾以及酪氨酸酶的表達(dá)，而MITF磷酸化可誘導(dǎo)與黑素生成和黑色素瘤進(jìn)展相關(guān)的基因表達(dá)。表明Ras-CAS和cAMP-CAS信號(hào)通路參與了黑色素瘤的進(jìn)展[15，29]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)RAS與CAS在大腸癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用可能是相關(guān)的。Ras家族主要功能基因之一的v-H-RAS的表達(dá)促進(jìn)了CAS的分泌，降低CAS的表達(dá)可減弱v-H-RAS誘導(dǎo)的B16F10癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[30]。值得注意的是，CAS可調(diào)節(jié)RAS誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞微泡的產(chǎn)生[30-31]。腫瘤來(lái)源的微泡富含轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白酶，腫瘤轉(zhuǎn)移時(shí)在腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境的相互作用中發(fā)揮作用[32]。這些結(jié)果表明CAS通過(guò)介導(dǎo)Ras觸發(fā)的侵襲和轉(zhuǎn)移參與腫瘤進(jìn)展。

3.4 CAS-MutS同系物6(MutS homolog 6，MSH6)軸的作用 CAS-MSH6軸在骨肉瘤的進(jìn)展中起著重要作用。MSH6與DNA修復(fù)相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)CAS與MSH6相互作用并通過(guò)蛋白酶體途徑影響MSH6蛋白在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)和穩(wěn)定性。CAS基因敲除導(dǎo)致的骨肉瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制可被MSH6過(guò)表達(dá)逆轉(zhuǎn)，從體內(nèi)外證實(shí)了敲除CAS基因可通過(guò)MSH6抑制骨肉瘤細(xì)胞增殖[16]。MSH6還與黑色素瘤病人死亡率的增加顯著相關(guān)[33]，提示CAS-MSH6軸也可能在其他惡性腫瘤中發(fā)揮作用。

4 CAS的臨床應(yīng)用前景

癌癥病人血清中分泌型CAS在結(jié)直腸癌等多種癌癥中可檢測(cè)到[3，31，34]，可能成為一種用于癌癥篩查的血清標(biāo)志物[1]。此外，CAS與Ras/ERK和cAMP/PKA信號(hào)通路相連，并調(diào)節(jié)黑色素瘤細(xì)胞中的CREB和MITF[15]。Ras/Raf/ERK信號(hào)通路與包括黑色素瘤在內(nèi)的多種癌癥的進(jìn)展有關(guān)[30-31，35]。因此，CAS是治療含有RAS突變或針對(duì)Ras/Raf/MEK/ERK靶向藥物耐藥的腫瘤的潛在靶點(diǎn)。也有研究建立了CAS和其他5種基因組成的六基因標(biāo)記來(lái)預(yù)測(cè)肝細(xì)胞癌的總體生存，有助于臨床對(duì)個(gè)體化治療的決策[36]。研究顯示，抗磷酸化CAS抗體能夠檢測(cè)到維莫拉非尼和索拉非尼處理的腫瘤細(xì)胞中CAS磷酸化狀態(tài)的變化或CAS水平的降低[35]，有助于及時(shí)檢測(cè)靶向藥物的治療反應(yīng)，以便及時(shí)做出治療決策。

5 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，關(guān)于CAS與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究越來(lái)越多，包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤、結(jié)直腸癌、乳腺癌、卵巢癌等。各種實(shí)體瘤中，CAS發(fā)揮的作用及機(jī)制不盡相同，提示CAS具有腫瘤異質(zhì)性的特性。其在不同腫瘤進(jìn)展及治療中的功能表明CAS可能是一種潛在的臨床指標(biāo)，深入研究或?qū)槟[瘤疾病的診治策略提供線索。