巨噬細胞加帽蛋白在腫瘤中作用的研究進展*

鄭 堯,欒桂萍 綜述,劉守勝,閔叢叢 審校

(1.青島大學生命科學學院,山東青島 266071;2.青島市市立醫(yī)院消化內科,山東青島 266011;3.青島市市立醫(yī)院臨床研究中心,山東青島 266071;4.青島大學附屬醫(yī)院消化內科,山東青島 266003)

巨噬細胞加帽蛋白(macrophage capping protein,CapG)是一種肌動蛋白結合蛋白,最早從兔肺泡的巨噬細胞中純化得到[1]。CapG基因定位于染色體2p11.2,編碼348個氨基酸,其蛋白分子量為38×103[2]。作為凝溶膠蛋白家族成員之一,CapG可以同時定位于細胞核與細胞質中,而該蛋白家族中其他蛋白只定位于細胞質中[2-3]。研究表明,CapG參與巨噬細胞的吞噬作用、真核細胞的有絲分裂等細胞生命活動[2],并在協助囊胚著床和早期妊娠成功的過程中也發(fā)揮著重要作用[4]。

細胞運動是由細胞骨架驅動的高度動態(tài)的過程,該過程與一系列信號級聯反應所調控的細胞骨架重排有關[5],而惡性轉化的細胞常伴隨細胞骨架的解聚,腫瘤細胞的運動能力也常因細胞骨架異常變化而增強。作為Ca2+敏感性的肌動蛋白結合蛋白,CapG常與Ca2+結合并覆蓋在肌動蛋白絲的末端形成帽狀結構,以實現對肌動蛋白絲的調控,從而發(fā)揮調節(jié)細胞行為的功能[6]。近年來的研究表明,CapG在多種腫瘤組織中高表達且與腫瘤的侵襲和轉移密切相關。LANG等[7]基于1 987例癌癥患者的信息,通過評估CapG表達水平與總生存(overall survival,OS)及臨床病理參數之間的關系,發(fā)現CapG高表達與不良預后及陽性淋巴轉移有很大的關聯性,這也意味著CapG可以作為一個腫瘤預測因子。鑒于CapG在多種腫瘤中有相關研究,但其作用機制及生物學效應尚無明確總結,所以本綜述對CapG在多種腫瘤中的研究進展進行了系統總結,并探討CapG在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機制。

1 CapG與胃癌

胃癌是目前最常見的惡性腫瘤之一,國際癌癥研究機構的GLOBOCAN 2020數據統計顯示,全球范圍內胃癌發(fā)病率居第5位,病死率居第4位[8]。大多數胃癌在晚期階段才被發(fā)現,5年OS率低于35%[9],因此,研究胃癌的早期精準預測和靶向治療方法至關重要。

有研究報道了CapG在胃癌中的異常表現,其發(fā)現CapG在伴有淋巴結轉移的胃癌組織中高表達,并通過實時熒光定量逆轉錄PCR和免疫組織化學方法證實了CapG在伴淋巴結轉移胃癌組織中的表達明顯高于不伴淋巴結轉移組[10-11]。此外,對脫離原發(fā)灶的腫瘤細胞進行CapG染色,發(fā)現其比靜止于原位的腫瘤細胞著色更強,故推測CapG可能促進胃癌細胞向深層組織浸潤,參與胃癌的浸潤和轉移。ICHIKAWA等[12]在對22例胃癌患者的手術切除標本進行蛋白質組學研究時發(fā)現,CapG的表達上調與淋巴結轉移密切相關,當利用RNA干擾技術使CapG表達下調后發(fā)現胃癌細胞的運動能力明顯降低。陳雅寧等[13]選取術中切除的胃癌組織進行免疫組織化學,結果發(fā)現胃癌組織中的CapG陽性表達率(68.75%)高于癌旁組織(35.00%),在利用慢病毒在BGC-823細胞中沉默CapG后,發(fā)現細胞的遷移能力受到了較明顯的抑制。在體外實驗中,高翔等[11]建立了穩(wěn)定過表達CapG的胃癌細胞系AGS,通過細胞劃痕及Transwell小室實驗分析過表達CapG基因對AGS細胞遷移能力的影響,結果表明CapG過表達能促進胃癌細胞的遷移。本課題組既往報道了CapG表達與胃癌淋巴結轉移、腫瘤分化程度、TNM分期有關,CapG高表達患者的總體預后較CapG低表達差,且CapG對術前預測胃癌淋巴結轉移的診斷價值較高(AUC=0.787,95%CI:0.685～0.869)[14]。

因此,CapG在胃癌的轉移中發(fā)揮重要作用。此外,CapG在胃癌中的作用機制尚不明確,未來的研究方向應該重點關注CapG在胃癌轉移中的作用機制及CapG影響胃癌患者預后的方式。

2 CapG與乳腺癌

乳腺癌是全球范圍內常見的女性惡性腫瘤,在女性中發(fā)病率與病死率均居于第1位[10]。經過手術切除,再輔助放療或化療后,仍然有約12%復發(fā)的風險[15]。

腫瘤轉移涉及多個過程并受多個基因調控,這些基因的產物也可以作為特異性預后標志物。徐思光[16]在研究乳腺癌細胞肺轉移過程中的差異表達蛋白時,通過Western blot分析發(fā)現CapG在乳腺癌轉移的過程中呈現高水平表達。WESTBROOK等[17]對乳腺癌細胞肺轉移、骨轉移和非轉移變異的蛋白質組進行比較,發(fā)現在乳腺癌轉移的過程中發(fā)生了CapG的高表達,認為CapG可以作為乳腺癌轉移的潛在生物標志物。

HUANG等[18]構建了小鼠移植瘤模型來探討CapG在體內促進乳腺癌轉移的機制,發(fā)現CapG可以抑制PRMT5與STR-1基因啟動子的結合,進而降低了PRMT5依賴的組蛋白H4R3的甲基化,從而上調STC-1基因的轉錄來促進乳腺癌的轉移,該研究認為CapG可作為乳腺癌患者術后OS的獨立預測因子。在紫杉醇化療治療乳腺癌過程中,CapG的高表達可激活PI3K/Akt通路進而增加乳腺癌對紫杉醇化療的耐藥性。當CapG與轉錄激活因子p300/CREB結合蛋白(CBP)的結合被抑制時,PI3KR1/p50的轉錄和PI3K/Akt通路被明顯抑制,從而提高紫杉醇治療乳腺癌的效果。因此,CapG水平的高低可以用來衡量紫杉醇治療乳腺癌的效果[19]。既往研究證實,過表達CapG將會提高乳腺腫瘤細胞的運動、侵襲和轉移能力。雖然在CapG中不存在核定位信號,但有研究證實在Ca2+和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸[phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate,PIP2]的調節(jié)下可促使CapG轉運進入細胞核,此外,核轉運受體蛋白importin-β被證明參與了CapG進入細胞核的過程[20]。GLASER等[21]利用亞細胞定位和快速實時熒光定量PCR也發(fā)現在細胞中CapG存在向細胞核擴散的特征。

CapG在細胞核中如何進一步發(fā)揮作用來促進腫瘤的侵襲和轉移尚不清楚,其是否在細胞核中作為轉錄調節(jié)因子或影響轉錄調節(jié)因子的活性來調節(jié)下游基因的表達還需要更多的研究來證實。

3 CapG與前列腺癌

前列腺癌是常見的威脅男性健康的惡性腫瘤,在全球男性中發(fā)病率居于第2位,病死率居于第5位[10]。前列腺癌發(fā)生轉移之后患者的5年OS率僅約28%[22]。

木海琦[23]基于生物信息學方法高通量篩選與前列腺癌轉移相關的基因,并通過實時熒光定量逆轉錄PCR輔助驗證,最終確定CapG與前列腺癌轉移密切相關,而對CapG與臨床指標相關性的分析中發(fā)現,CapG的表達水平與患者的年齡及有無吸煙史無相關性。南存金等[24]利用免疫組織化學檢測了前列腺腫瘤標本與對照標本中CapG的表達情況,并通過Transwell實驗驗證了腫瘤細胞的遷移能力。其結果表明,前列腺癌組織中CapG表達的陽性率(55.6%)高于正常前列腺組織(16.7%)。

在CapG參與前列腺癌發(fā)生、發(fā)展的機制研究中,LI等[25]發(fā)現CapG在前列腺癌的診斷治療中可能是一個獨立的預后因素,且CapG可以通過調節(jié)含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase)-6/caspase-9/Bcl-2/p-Akt/Akt信號通路明顯影響細胞增殖和凋亡。相似的,木海琦[23]研究也揭示了CapG通過PI3K/Akt通路介導上皮間質轉化途徑實現促進前列腺癌細胞遷移和侵襲。在基因組學和轉錄組學的分析中發(fā)現,在42%的原發(fā)性前列腺癌標本和100%的轉移性前列腺癌標本中均檢測到PI3K通路組分基因表達的改變[26]。

4 CapG與膀胱癌

膀胱癌是一種泌尿系統惡性腫瘤,在全球男性中發(fā)病率居于第3位,病死率居于第9位[10]。早期及時的診斷及綜合治療可以得到較好的結果,一旦腫瘤發(fā)生轉移往往難以治愈且預后情況較差,相對5年OS率僅為15%[27]。

BAHRAMI等[28]采用二維凝膠電泳(two dimensional electrophoresis,2-DE)和液相色譜與串聯質譜聯用(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)分析膀胱癌腫瘤組織蛋白質組的差異表達,結合實時熒光定量逆轉錄PCR和Western blot驗證,結果顯示在腫瘤組織中CapG mRNA及蛋白的表達水平明顯高于正常組織。Hippo信號通路具有高度保守性,調節(jié)細胞增殖、凋亡和組織更新,Hippo/Yes相關蛋白(YAP)通路通過“打開”“關閉”調控下游靶基因的表達,在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[29-30]。

最近一項關于CapG與膀胱癌的研究表明,CapG在膀胱癌中表達上調,與腫瘤的進展和不良預后相關,體內外實驗表明,CapG能促進膀胱癌發(fā)生、轉移和上皮間質轉化,免疫熒光染色發(fā)現CapG可能通過抑制Hippo通路導致YAP磷酸化減少而發(fā)生核易位促進膀胱癌的轉移[3]。目前就CapG如何作用于Hippo信號通路并引起該通路改變的分子機制暫不十分清楚,需要更深入的研究來證實。

5 CapG與結直腸癌

結直腸癌是常見的消化道腫瘤疾病,全球范圍內結直腸癌的發(fā)病率與病死率均居于第3位,同時發(fā)現結直腸癌的發(fā)病呈現年輕化的趨勢[10,31]。在診斷時約35%的患者已發(fā)生轉移,多達50%的非轉移性結直腸癌患者最終也表現出轉移性疾病[32],因此,尋找特異性結直腸癌標志物來反映腫瘤的發(fā)生、發(fā)展情況顯得尤為重要。

TSAI等[20]利用免疫組織化學染色檢測結直腸癌組織和對照組織中CapG的表達水平,發(fā)現結直腸癌組織中CapG表達水平明顯升高。進而在HCT116、HT29、SW1116、DLD-1這4種結直腸癌細胞系中利用實時熒光定量逆轉錄PCR和Western blot對CapG的表達進行檢測,同樣發(fā)現了CapG的高表達現象。WU等[33]通過免疫組織化學實驗發(fā)現在結直腸癌組織中CapG的表達高于非腫瘤細胞,利用RNA干擾技術抑制CapG的表達后,腫瘤細胞的轉移活性受到抑制,以此推斷CapG與結直腸癌的發(fā)生及轉移擴散有關。王炳平[34]報道了在手術切除的結直腸癌組織中CapG的陽性表達率(76.92%)高于癌旁正常組織(26.37%),進一步的Transwell侵襲實驗中,CapG過表達的結直腸癌HCT116細胞穿過Transwell小室的數目多于空白組與對照組,表明CapG高表達的結直腸癌細胞具有較高的侵襲和轉移能力。

YI等[35]研究發(fā)現了一種蛋白賴氨酸甲基轉移酶NSD3,其表達水平下降會抑制結直腸癌的增殖和遷移。通過實驗手段在結直腸癌細胞中實現NSD3過表達后,信號調節(jié)激酶1/2信號通路得到了激活,同時CapG的表達也得到了增強。當細胞中存在針對CapG的siRNA時,腫瘤細胞的遷移能力有所下降,這些結果也印證了CapG的存在影響結直腸癌的轉移。

除以上幾種腫瘤外,DE LIMA-SOUZA等[36]利用生物信息學技術整理了可用于唾液腺腫瘤診斷或衡量預后效果的蛋白標志物,基于CapG在已發(fā)生轉移的腫瘤組織中的高表達水平認為CapG有較好的協助診斷的價值。

6 CapG作為潛在靶點在腫瘤診斷和治療中的價值

近幾年越來越多的研究著眼于CapG在腫瘤診斷治療中的實際價值,逐步將其應用于實際的診斷治療過程中。在子宮內膜癌的診斷中,CapG結合β-catenin、核輸出蛋白-2(exportin-2)的檢測可使得診斷的特異度達到96%[37]。李姝等[38]研究發(fā)現與同源異型盒基因轉錄因子1(prospero-related homeobox 1,Prox-1)、酪氨酸激酶受體B(tyrosine kinase receptor B,TrkB)相比,在單獨檢測時CapG的靈敏度最高(95.16%)。此外,不少研究人員構建了類似CapG抗體的納米體用于乳腺癌、胃癌的治療,該納米體在體內可特異性地與CapG結合并抑制該蛋白發(fā)揮功能,其中CapG抗體的納米體可使乳腺癌肺轉移降低90%以上,這為抑制腫瘤的轉移提供了新的方向[39-41]。PRESCHER等[42]研究表明CapG和RAVER1在發(fā)生氧化還原反應之后會發(fā)生相互作用,而該復合物將有利于增強細胞與細胞外基質的連接進而減弱細胞的運動能力。此外,該研究還證實CapG的GC282和C290位半胱氨酸被氧化或發(fā)生突變時會減少CapG的核易位,進而抑制腫瘤的轉移,表明氧化還原敏感的CapG半胱氨酸可作為控制腫瘤轉移的新靶點。JIANG等[43]發(fā)現CapG可能參與了卵巢癌免疫抑制腫瘤微環(huán)境,產生一種“T細胞衰竭”現象的同時使腫瘤進一步惡化,這使得CapG可作為免疫治療的新靶點。

7 小 結

目前可以證實CapG的高表達與腫瘤轉移及不良預后有關,但CapG如何作用于相關靶基因引起后續(xù)一系列信號通路變化的分子機制不明確。在今后的研究中,應該重點關注CapG在腫瘤細胞中發(fā)揮作用的分子機制,并研究CapG作為腫瘤診斷、預后和治療靶點的價值,以便制備相應的分子探針實現精準診斷或開發(fā)相應的靶向藥物來阻斷其下游信號通路,抑制腫瘤細胞轉移,有效改善患者預后,從而為腫瘤治療開發(fā)新的途徑。