Stathmin、PDCD4、Caveolin-1蛋白在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展

李少泉綜述 白錫波審校

我國已登記惡性腫瘤發(fā)病率為276.16/10萬，每年新發(fā)病例300萬，其中消化系統(tǒng)腫瘤占60%～70%，且呈年輕化趨勢。惡性腫瘤的發(fā)生是由于先天遺傳缺陷或后天環(huán)境因素影響導(dǎo)致原癌基因激活/過量表達、抑癌基因失活或調(diào)節(jié)失控共同參與的復(fù)雜過程。Stathmin、PDCD4、Caveolin-1分別為原癌基因、抑癌基因和雙重調(diào)控基因的表達產(chǎn)物，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，其功能缺陷是腫瘤發(fā)病的重要機制之一。

1 Stathmin、PDCD4、Caveolin-1蛋白的結(jié)構(gòu)、功能及作用機制

1.1 Stathmin

1996年，Belmont等在研究有絲分裂的時候發(fā)現(xiàn)了1種微管調(diào)節(jié)蛋白，序列分析確定了這種蛋白為Stathmin/oncoprotein 18 (Op18)，其家族成員包括STMN1、STMN2(SCG10)、STMN3(SCLIP)、STMN4(RB3)蛋白。Stathmin蛋白由3部分構(gòu)成：N端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域、中心區(qū)和C端的蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域。蛋白水解后的中心區(qū)包括4個結(jié)構(gòu)域(Ⅰ-Ⅴ)，其核心區(qū)域(第42～126位氨基酸)連接N端和C端，為可構(gòu)成與微管蛋白相互作用的最小片段之一[1]。Stathmin蛋白參與微管和紡錘體的組裝，與細胞的增殖、分化、再生和運動均有關(guān)[2]，具有調(diào)節(jié)信號激酶(如MAPK、細胞分裂周期蛋白)、環(huán)磷酸腺苷依賴激酶(如cyclicAMP，cAMP)和蛋白激酶PKC等活性的功能，參與調(diào)節(jié)細胞的突變和修復(fù)。

近年來有研究發(fā)現(xiàn)，Stathmin蛋白在多種腫瘤中高表達，并可通過調(diào)節(jié)微管的解聚促進腫瘤細胞的運動及侵襲，在成纖維細胞中Stathmin蛋白能夠調(diào)節(jié)P27kipl而促進細胞的活性[3]。

1.2 PDCD4

1995年Shibahara等成功克隆出了1個鼠cDNA，命名為MA-3，發(fā)現(xiàn)該cDNA能使細胞凋亡表達上調(diào)。此后，Onishi等公布了一份有關(guān)該cDNA拓撲異構(gòu)酶抑制劑抑制基因的同源染色體編碼序列TIS(topoisomerasein.hibitor suppressed gene)，其中包括人類的H731。2001年Schlichter等[4]在研究逆轉(zhuǎn)錄病毒基因v-myb時發(fā)現(xiàn)了禽類的PDCD4基因。為了概括人的H731、禽類的PDCD4、鼠的MA-3，將名稱統(tǒng)一為PDCD4。

人類的PDCD4基因定位于染色體10q24，編碼185個氨基酸。PDCD4蛋白具有多個磷酸化位點，可與蛋白激酶C、脯氨酸激酶、酪氨酸激酶相結(jié)合[5]。Schlichter等[4]研究逆轉(zhuǎn)錄病毒基因v-myb時發(fā)現(xiàn)該基因編碼的c-myb、v-myb蛋白與PDCD4基因序列的PyAACG/TG結(jié)合，使PDCD4基因裂解，結(jié)果PDCD4蛋白表達降低，細胞凋亡能力下降，細胞向腫瘤方向轉(zhuǎn)化。依賴AP-1的轉(zhuǎn)錄在細胞的增殖、轉(zhuǎn)化和浸潤中扮演著重要的角色，而PDCD4蛋白有抑制依賴AP-1轉(zhuǎn)錄的作用，從而發(fā)揮抑制細胞增殖、轉(zhuǎn)化和浸潤的作用。翻譯起始因子4A(eIF4A)是PDCD4蛋白的1個重要的結(jié)合配體，PDCD4蛋白與eIF4A結(jié)合抑制了eIF4A的解螺旋酶活性，從而抑制了轉(zhuǎn)錄作用。

1.3 Caveolin-1

Caveolin-1是1989年由Gleeny等在研究Rous肉瘤病毒轉(zhuǎn)錄的時候發(fā)現(xiàn)的1個分子量為22 kD的蛋白質(zhì)，屬于細胞支架蛋白酪氨酸磷酸化酶家族，位于細胞膜上，有α和β 2種異構(gòu)體。Caveolin-1蛋白存在1個寡聚化結(jié)構(gòu)域，在該結(jié)構(gòu)域內(nèi)有1個功能結(jié)構(gòu)域，由41個氨基酸殘基組成，被稱為窖蛋白腳手架區(qū)( caveolin scaffolding domain，CSD) ，是介導(dǎo)Caveolin-1蛋白與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子(如eNOS、EGFR、PKC、Src酪氨酸激酶等)相互作用的區(qū)域。許多信號蛋白(如Ras、eEF22K、EGFR、VEGFR22、PDGF、EphR、Src、Neu、蛋白激酶C等)都具有能夠與Caveolin-1蛋白CSD部位結(jié)合的特殊序列,Caveolin-1蛋白能夠通過調(diào)節(jié)這些信號蛋白的活性影響細胞生長。腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移在很大程度上依賴它內(nèi)部新生血管的生成與成熟,新生血管的生成與成熟是1個復(fù)雜的多因子參與和多信號傳導(dǎo)的過程,其中較為肯定和重要的因子是血管內(nèi)皮生長因子受體2(VEGFR-2)。Caveolin-1 蛋白通過抑制VEGFR-2 減少血管內(nèi)皮細胞的增生，從而抑制腫瘤生長[6]。Lin等[7]在實驗中發(fā)現(xiàn)Caveolin-1蛋白表達陰性的小鼠由于VEGFR-2活性增強而致腫瘤血管的通透性增加及生長加快,這一結(jié)果可被抗通透性的肽類物質(zhì)cavtratin抑制。腫瘤細胞遠處轉(zhuǎn)移的特征主要由于刺激了絲氨酸/蘇氨酸激酶的活性使上皮細胞鈣黏蛋白丟失而使腫瘤發(fā)生遠處擴散。Caveolin-1蛋白能夠通過抑制Ras2p42 /44 MAPK信號通路活性，發(fā)揮絲氨酸/蘇氨酸激酶抑制作用,降低腫瘤細胞的侵襲性[8]。然而在某些腫瘤如前列腺癌[9]、膀胱癌[10]中Caveolin-1蛋白能促進癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移[11]，機制不明。

2 Stathmin、PDCD4、Caveolin-1在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究

2.1 Stathmin

王峰等[12]利用原位雜交和免疫組化的方法研究了3株食管鱗癌細胞系(EC9706、Eca109 和EC-1)、食管鱗癌組織、癌旁不典型增生組織和正常食管黏膜組織中Stathmin mRNA 和蛋白的表達，并分析Stathmin 表達與臨床病理特征的關(guān)系。結(jié)果顯示：在3株食管鱗癌細胞EC9706、Eca109 和EC-1中Stathmin mRNA和蛋白均呈高表達。在食管鱗癌組織標(biāo)本中，Stathmin mRNA及蛋白的陽性表達率較癌旁不典型增生組織及正常食管黏膜組織顯著增高。Jeon等[13]在食管癌、胃癌中發(fā)現(xiàn)Stathmin蛋白的表達與腫瘤的分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、浸潤深度和TNM 分級均有密切關(guān)系;且在Stathmin蛋白表達陽性的胃癌患者中無復(fù)發(fā)中位生存期為7個月，而在表達陰性的患者中生存期為17個月。Hsieh等[14]采用免疫印記方法發(fā)現(xiàn)在肝癌中Stathmin蛋白的高表達與局部浸潤、早期復(fù)發(fā)、不良預(yù)后密切相關(guān)。采用特定的siRNA在體外沉默Stathmin基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)胃癌和肝癌細胞的增殖、浸潤、轉(zhuǎn)移能力明顯受到抑制。

Stathmin蛋白作為1種促癌基因的表達產(chǎn)物在食管癌、胃癌、肝癌中能夠促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，但并非在所有組織中Stathmin蛋白都發(fā)揮促癌的作用。Ogino等[15]采用免疫組化法研究了546例結(jié)、直腸癌患者中Stathmin蛋白的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)297(54%)例Stathmin蛋白表達陽性，其中5年生存率中78%的患者Stathmin蛋白表達陽性；26%的患者表達陰性。同時采用Cox -proportional hazard models統(tǒng)計方法研究了Stathmin與各種因素(包括：腫瘤的分期、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性、CpG 島、甲基化作用、LINE-1低甲基化、KRAS、BRAF、PIK3CA、p53、p21、p27、cyclin D1、β-catenin及肥胖)與死亡率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肥胖患者(BMI≥30 kg/m)Stathmin蛋白的高表達與死亡率有密切關(guān)聯(lián)，而非肥胖患者Stathmin蛋白的高表達與死亡率沒有明顯的因果關(guān)系，提示Stathmin蛋白的作用與患者體質(zhì)密切相關(guān)。

2.2 PDCD4

PDCD4蛋白是1種功能相對比較明確的抑癌基因表達產(chǎn)物，在消化系統(tǒng)腫瘤(如食管癌、大腸癌、胰腺癌、胃癌、肝癌)中發(fā)揮著抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展、浸潤、轉(zhuǎn)移的作用。Fassan等[16]采用免疫組化的方法研究食管癌中PDCD4蛋白的表達情況，發(fā)現(xiàn)PDCD4蛋白的表達與腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、血管轉(zhuǎn)移以及神經(jīng)浸潤負相關(guān)。馬剛等聯(lián)合應(yīng)用Western blotiing和免疫組化方法研究發(fā)現(xiàn)PDCD4蛋白在大腸癌[17]、胰腺癌[18]、胃癌[19]中表達均明顯下降，癌組織中PDCD4蛋白的表達水平與癌的分化程度密切相關(guān),PDCD4蛋白表達陰性者預(yù)后差。同樣在人類肝癌細胞中，PDCD4蛋白的表達也會降低[20,21]。將PDCD4 cDNA轉(zhuǎn)染人類肝癌細胞系Huh7，肝癌細胞會發(fā)生細胞核裂解和細胞凋亡DNA梯度的改變，經(jīng)過轉(zhuǎn)化生長因子-1(TGF-1)處理PDCD4蛋白表達增加，轉(zhuǎn)染Smad7(TGF-1抑制劑)PDCD4蛋白表達則會降低；說明TGF-1能夠促進PDCD4的凋亡作用。

2.3 Caveolin-1

Caveolin-1蛋白在實驗研究中發(fā)現(xiàn)在不同的腫瘤組織中發(fā)揮著不同的作用，例如任勁松等[22]檢測結(jié)直腸癌與正常結(jié)直腸黏膜中Caveolin-1蛋白的表達水平，發(fā)現(xiàn)在癌中Caveolin-1 蛋白的陽性表達率明顯低于正常黏膜，且與癌的浸潤深度呈負相關(guān)，在伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的癌中Caveolin-1蛋白陽性表達率明顯減弱?？梢奀aveolin-1蛋白在大腸癌中扮演著抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展的角色。齊潔敏等[23]研究發(fā)現(xiàn)：Caveolin-1蛋白在正常大腸黏膜、腺瘤及大腸癌中的陽性表達率分別為100%、59.3%和34.6%，兩兩比較差異具有顯著性。因此認為Caveolin-1蛋白參與了大腸正常黏膜一腺瘤一大腸癌的發(fā)生、發(fā)展過程。

但在食管癌、肝癌、胰腺癌中Caveolin-1蛋白又扮演著促進腫瘤發(fā)生的角色，Caveolin-1蛋白的高表達反而提示患者的預(yù)后不良。Ando等[24]采用免疫組化的方法分析了食管磷狀細胞癌細胞系(TE1-15)和正常食管上皮細胞系(Het-1A)中以及食管癌患者中Caveolin-1蛋白的表達與臨床病理之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在TE1-15細胞系中Caveolin-1 蛋白呈現(xiàn)高表達，而在Het-1A細胞系中并沒有檢測到Caveolin-1蛋白的表達。免疫組化結(jié)果顯示：在食管癌中Caveolin-1蛋白的表達與T因素(淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、血管浸潤、分化程度)有明顯的關(guān)系，并且Caveolin-1蛋白表達陽性的患者生存期明顯低于表達陰性患者。Cokakli等[25]運用免疫組化和western blotting的方法研究了在肝細胞癌，肝硬化，正常肝組織和9種肝癌細胞系中Caveolin-1蛋白的表達情況。結(jié)果示：正常肝組織中Caveolin-1蛋白的陽性表達率相當(dāng)?shù)停瑑H為5%，肝硬化中陽性表達率為45%，而在肝癌中陽性表達率高達66%； Caveolin-1蛋白的表達情況在低分化的肝細胞癌中明顯高于高分化的肝細胞癌；門靜脈浸潤的患者中Caveolin-1蛋白的陽性表達率明顯高于門靜脈未浸潤者；在HepG2和Huh7細胞系中Caveolin-1蛋白高表達明顯增加了細胞的浸潤能力和細胞的運動性。從以上的研究結(jié)果不難看出Caveolin-1蛋白的表達情況在肝癌形成的過程中逐步增加，同時Caveolin-1蛋白促進了肝癌細胞的浸潤和運動，這與潘一明等[26]的研究結(jié)果相符。在胰腺上皮瘤變和胰腺癌中，Witkiewicz等[27]發(fā)現(xiàn)Caveolin-1蛋白的表達與胰腺癌的組織分化程度和腫瘤的分期密切相關(guān)。在低分化的胰腺癌組織中Caveolin-1蛋白呈高表達，且低表達的患者有明顯的生存優(yōu)勢。Caveolin-1蛋白在胰腺上皮瘤變、正常的胰腺導(dǎo)管和腺泡中低表達或者不表達。Tanase等[28]采用Western blot研究了Caveolin-1蛋白在胰腺癌與癌旁組織中表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與癌旁組織比較，胰腺癌組織中高表達Caveolin-1，且與腫瘤的大小、分化程度、分期有明顯的關(guān)系。說明Caveolin-1蛋白在胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。

在同一腫瘤組織的不同階段Caveolin-1蛋白也起著不同的作用，這一假設(shè)在胃癌中得到了證實。Burgermeister等[29]采用Western blotting方法研究胃癌細胞中Caveolin-1蛋白的表達情況，結(jié)果顯示Caveolin-1蛋白水平有不同程度下降。同時發(fā)現(xiàn)在一系列不同的胃癌細胞中，原發(fā)胃癌細胞系中(如AGS 、SNU-1)Caveolin-1蛋白表達降低，而在轉(zhuǎn)移性胃癌細胞系中(如MKN-7,MKN-45,NCI-N87,KATO-Ⅲ,SNU-5)Caveolin-1蛋白表達增加。羅紅梅等[30]在體外運用基因重組技術(shù)，將人全長Caveolin-1基因穩(wěn)定轉(zhuǎn)染原發(fā)胃癌細胞系MGC803，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)染后的MGC803細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化：由異形性明顯、核大、胞質(zhì)很少、核分裂明顯變得形態(tài)較一致、胞質(zhì)豐富、核/質(zhì)比明顯變小、核分裂相很少見?；蜣D(zhuǎn)染后細胞的群體倍增時間明顯延長，細胞周期分布發(fā)生了明顯變化，G0/G1期細胞數(shù)明顯增多。以上研究結(jié)果提示：在胃癌的不同階段Caveolin-1蛋白發(fā)揮不同的作用，在早期它的缺失促進了原發(fā)性胃癌的進展，而進展階段其表達的增加反而促進胃癌的進展，但具體的機制尚不明確。

總之，Stathmin、PDCD4、 Caveolin-1分別作為原癌基因、抑癌基因和雙重調(diào)控基因的表達產(chǎn)物在食管癌、胃癌、大腸癌、肝癌、胰腺癌等消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。Stathmin和PDCD4的功能相對明確，而Caveolin-1蛋白在不同腫瘤以及腫瘤發(fā)生的不同階段扮演著截然相反的角色，且這3種蛋白在某些消化系統(tǒng)腫瘤如膽管癌、小腸癌中的研究較少。

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