Schlafen基因家族及與腫瘤相關(guān)的研究進(jìn)展

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Schlafen基因家族及與腫瘤相關(guān)的研究進(jìn)展

李晶晶1沈彥偉袁瑛

(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院，浙江杭州310000)

〔關(guān)鍵詞〕Schlafen；腫瘤；DDA損傷藥物(DDAs)；化療療效

1浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院腫瘤內(nèi)科

第一作者：李晶晶(1988-)，女，在讀碩士，主要從事腫瘤個(gè)體化治療研究。

Schlafen(Slfn)基因家族是1988年由Schwarz等〔1〕發(fā)現(xiàn)的參與調(diào)控人與鼠等眾多生物學(xué)功能的一類重要基因。最早發(fā)現(xiàn)的Slfns家族基因是4個(gè)鼠源基因(鼠源Slfn 1、2、3、4)，分別表達(dá)在T細(xì)胞活化和胸腺細(xì)胞成熟過程中的不同時(shí)期。研究證實(shí)Slfns家族基因從細(xì)菌、病毒到鼠、馬、人等分布各個(gè)物種，具有較廣泛的同源性。研究表明Slfn蛋白可以抑制細(xì)胞增殖、驅(qū)動(dòng)減數(shù)分裂、調(diào)控造血細(xì)胞、T細(xì)胞分化及調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答等，但仍有許多功能尚不清楚〔2～4〕。研究報(bào)道指出Slfns家族蛋白不僅可以抑制HIV病毒復(fù)制，而且與腫瘤治療密切相關(guān)。它可抑制腫瘤細(xì)胞活性，甚至具有預(yù)測(cè)腫瘤化學(xué)藥物療效等重要功能〔5〕。本文就Slfns基因家族與腫瘤相關(guān)的研究進(jìn)展做一綜述。

1結(jié)構(gòu)及功能

目前，Slfns基因家族包括10種鼠源和5種人類亞型，根據(jù)基因同源性和編碼蛋白的大小可以分成3組〔6〕。其中蛋白分子大小在37～42 kD的Slfns蛋白為組Ⅰ，58～68 kD為組Ⅱ，100～104 kD為組Ⅲ〔6，7〕。所有Slfns蛋白都含有一個(gè)Slfn盒，其對(duì)于Slfns家族蛋白具有特異性，但功能尚不清楚。該結(jié)構(gòu)位于Slfns中的一個(gè)AAA結(jié)構(gòu)域附近，可能具有參與結(jié)合細(xì)胞活性相關(guān)的GTP/ATP的功能〔6，3〕。而另一個(gè)結(jié)構(gòu)域選擇性地表達(dá)在Slfns的組Ⅱ和組Ⅲ中，稱為SWADL區(qū)，這個(gè)結(jié)構(gòu)域稱為Ser-Trp-Ala-Asp-Leu序列〔6〕。Slfns蛋白中只有組Ⅲ具有C末端的延長結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也存在于DNA和RNA解螺旋酶上，具有較強(qiáng)同源性。此延長結(jié)構(gòu)同時(shí)包含一個(gè)核定位信號(hào)(RKRRR)，提示組Ⅲ的Slfns參與細(xì)胞核機(jī)制〔6〕。研究表明Sflns蛋白家族含有涉及RNA代謝或RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的相應(yīng)結(jié)構(gòu)域，Slfns組Ⅲ蛋白因含有類似DNA/RNA解螺旋酶的模體結(jié)構(gòu)，揭示其可能是解旋酶超家族Ⅰ中RNA依賴的ATP酶新成員。

1.1鼠源Slfns目前已知的小鼠Slfns基因包括Slfn 1、2、3、4、5、8、9、10、14〔8〕。這些基因表達(dá)蛋白分為3組：組Ⅰ(Slfn1和Slfn2)、組Ⅱ(Slfn3、Slfn4)和組Ⅲ(Slfn5、Slfn8、Slfn9、Slfn10和Slfn14)〔8〕。研究明確Slfns基因主要在免疫系統(tǒng)相關(guān)的細(xì)胞中表達(dá)，參與細(xì)菌感染過程的調(diào)控，且對(duì)細(xì)胞增殖調(diào)節(jié)也有影響。目前關(guān)于功能研究較多的是Slfn1、Slfn2、Slfn3和Slfn4這4種蛋白。Slfn1參與細(xì)胞周期調(diào)控，通過抑制細(xì)胞周期蛋白D1而抑制細(xì)胞生長。但Zhao等〔9〕的研究卻得出相反結(jié)論：Slfn1和Slfn2并不抑制成纖維細(xì)胞及髓細(xì)胞的生長，其中SLFN 2可通過AP-1和NF-κB兩種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機(jī)制在髓細(xì)胞分化或成熟期間表達(dá)上調(diào)〔7〕。研究證實(shí)Slfn2具有促進(jìn)免疫應(yīng)答、細(xì)胞分化和細(xì)胞生長等多種生物功能。Slfn2能維持T細(xì)胞靜息狀態(tài)，發(fā)生Slfn2突變(elektra突變)的小鼠對(duì)細(xì)菌和病毒感染更敏感，但卻使T細(xì)胞和炎癥單核細(xì)胞面對(duì)激活或擴(kuò)增刺激信號(hào)時(shí)，以內(nèi)在凋亡途徑發(fā)生凋亡而無法發(fā)揮免疫應(yīng)答功能，導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)免疫缺陷〔10〕。經(jīng)脂多糖(LPS)刺激的巨噬細(xì)胞中，LPS可通過激活NF-κB和AP-1途徑激發(fā)Slfn2啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，參與固有免疫〔11〕。Slfns組Ⅱ中的2個(gè)成員Slfn3和Slfn4，在T細(xì)胞活化過程中表達(dá)會(huì)上調(diào)。研究表明循環(huán)中CD4+CD25+T細(xì)胞能表達(dá)Slfn3，在CD4+CD25+Tregs的活化和增殖期間Slfn3的mRNA會(huì)下調(diào)〔12〕。這些發(fā)現(xiàn)均提示Slfn家族成員可能通過控制T細(xì)胞活化和分化來參與調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。Slfn3除參與免疫應(yīng)答外，還可調(diào)節(jié)腸黏膜分化，參與腸發(fā)展和成熟過程〔13〕。與組Ⅰ的Slfns一樣，Slfn3也具有抗增殖特性，在腸癌細(xì)胞株中異位表達(dá)，使在S期的增殖核抗原表達(dá)下降，且通過增加細(xì)胞周期負(fù)性調(diào)控因子P 27的表達(dá)，來抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶CDK 2，導(dǎo)致細(xì)胞增殖顯著減少〔14，15〕。關(guān)于Slfn4功能研究揭示其可能主要參與骨髓細(xì)胞調(diào)控：當(dāng)巨噬細(xì)胞被激活時(shí)Slfn4 mRNA水平表達(dá)上調(diào)，分化期間則表達(dá)下調(diào)。因而在體內(nèi)骨髓細(xì)胞系中Slfn4的表達(dá)變化可能會(huì)對(duì)骨髓細(xì)胞生成過程產(chǎn)生重要影響〔16〕。鼠源Slfns家族中組Ⅲ成員的功能目前仍不清楚，但其特殊的RNA解螺旋酶結(jié)構(gòu)提示其可能具有區(qū)別于其他組蛋白的特異性功能。

1.2人源Slfns人Slfns包括5種亞型:Slfn5、11、12、13、14。與小鼠Slfns不同，人Slfns中只有Slfn12缺乏解螺旋酶結(jié)構(gòu)域，且是唯一位于細(xì)胞外的組Ⅱ蛋白。其余的人Slfns均屬于組Ⅲ，包含一個(gè)解旋酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)細(xì)胞核定位信號(hào)〔8〕。在組Ⅲ的人Slfns，研究發(fā)現(xiàn)其中Slfn5和Slfn11相關(guān)的生物學(xué)功能。人Slfn5對(duì)惡性黑色素瘤細(xì)胞的錨定依賴性生長及侵犯膠原質(zhì)具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用〔17〕。在比較正常黑色素細(xì)胞與惡性黑色素瘤細(xì)胞系中Slfn5表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)后者Slfn5的mRNA表達(dá)被抑制，表明在惡性表型出現(xiàn)時(shí)會(huì)選擇性抑制Slfn5的表達(dá)。Li等〔18〕研究表明Slfn11能特定抑制逆轉(zhuǎn)錄病毒HIV-1的產(chǎn)生。Slfn11不影響HIV-1逆轉(zhuǎn)錄病毒感染過程的早期，如反轉(zhuǎn)錄、整合和轉(zhuǎn)錄。相反，在后期階段Slfn11可以通過一種“依賴密碼子的方式”選擇性抑制病毒蛋白表達(dá)。而且Slfn11能夠結(jié)合tRNA，并抵消因HIV病毒存在所引起的tRNA池的改變，從而抑制被HIV病毒感染的細(xì)胞合成病毒蛋白。這種Slfn11參與的新型抗病毒機(jī)制，為抗HIV病毒感染的治療帶來新突破。除重要的抗病毒特性外，研究指出Slfn11的另一個(gè)重要功能是：其表達(dá)高低可預(yù)測(cè)惡性細(xì)胞對(duì)拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑的敏感性，通過測(cè)定腫瘤細(xì)胞內(nèi)源性Slfn11表達(dá)量可預(yù)測(cè)腫瘤病人使用某些化療藥物的療效〔19〕。

2與腫瘤相關(guān)的研究進(jìn)展

因Slfns家族在細(xì)胞增殖和免疫應(yīng)答等過程中占有重要地位，使研究者放眼于腫瘤領(lǐng)域?qū)lfns的功能展開探索。研究發(fā)現(xiàn)與腫瘤細(xì)胞增殖調(diào)控相關(guān)的有Slfn2，該基因敲除的腫瘤細(xì)胞錨定依賴性生長會(huì)增加，而錨定依賴性生長是腫瘤生長轉(zhuǎn)移必備方式，因而Slfn2對(duì)惡性細(xì)胞轉(zhuǎn)移及生長潛力具有負(fù)性調(diào)節(jié)作用〔20〕。Slfn2蛋白具有誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成腫瘤的潛力,壞死因子家族成員RANKL誘導(dǎo)Slfn2的合成，而Slfn2通過激活c-Jun和誘導(dǎo)NFATc1的表達(dá)促進(jìn)破骨細(xì)胞生成〔21〕。Slfn3的異位表達(dá)能抑制腫瘤干細(xì)胞(CSC),特別是結(jié)腸癌細(xì)胞的多種特性，能逆轉(zhuǎn)它們對(duì)FOLFOX方案的耐藥〔21〕。將Slfn3轉(zhuǎn)染至對(duì)FOLFOX耐藥的結(jié)腸癌HCT-116細(xì)胞中，觀察到CSC標(biāo)記CD44、CD133、CD166分子mRNA 和蛋白水平均下降〔21〕。同時(shí)對(duì)CSC所具有的腫瘤形成/克隆形成能力降低。此外，Slfn3使CSC排出Hoechst33342染料(一種化療耐藥的指示劑)減少，并能刺激凋亡發(fā)生，逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌HCT-116對(duì)FOLFOX耐藥治療〔22〕。因此，Slfn3的表達(dá)可使結(jié)腸CSC對(duì)腫瘤化療更敏感。

人Slfns家族蛋白中Slfn11可以評(píng)估腫瘤藥物化療療效。Barretina 等〔19〕在建立腫瘤細(xì)胞系百科全書(CCLE)過程中將947個(gè)人類腫瘤細(xì)胞系的基因庫與24種具有代表性抗腫瘤藥物的藥理學(xué)特點(diǎn)結(jié)合來預(yù)測(cè)藥物敏感性，發(fā)現(xiàn)Slfn11表達(dá)與腫瘤細(xì)胞對(duì)拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑的敏感性相關(guān)。Zoppoli等〔23〕研究推斷Slfn11可能為DNA/RNA解螺旋酶，并具有能預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞對(duì)致DNA損傷為機(jī)制化療藥物的敏感性的潛力。他們通過聯(lián)合超過17 000種基因的表達(dá)譜與多種DDA損傷的藥物(DDAs)的藥物活性(GI50)進(jìn)行相關(guān)分析后發(fā)現(xiàn)：Slfn11的表達(dá)與DNA損傷的藥物包括TOP1抑制劑(拓?fù)涮婵岛鸵亮⑻婵?、TOP2抑制劑(阿霉素，依托泊苷)、DNA烷化劑(苯丁酸氮芥，順鉑)及DNA合成抑制劑(吉西他濱，氟達(dá)拉濱)等藥物的細(xì)胞毒特性呈顯著正相關(guān)，但與靶向腫瘤細(xì)胞其他成分的藥物如蛋白酶抑制劑(厄洛替尼，索拉菲尼)、微管蛋白(紫杉醇，多西他賽)等無關(guān)聯(lián)性。體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)用siRNA干擾高表達(dá)Slfn11的腫瘤細(xì)胞后，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)CPT、依托泊苷、順鉑的敏感性至少減少5倍而產(chǎn)生耐藥，但并不影響細(xì)胞對(duì)微管蛋白或蛋白酶抑制劑等的應(yīng)答〔23〕。Slfn11敲除減弱由CPT介導(dǎo)的S期停滯，并阻止sub-G1的誘導(dǎo)，使部分細(xì)胞仍可向S期和G/M期前進(jìn)〔23〕。推測(cè)Slfn11在誘導(dǎo)DNA損傷所引起的細(xì)胞周期停滯及誘導(dǎo)凋亡中扮演重要角色。Slfn11或許能預(yù)測(cè)經(jīng)含順鉑方案治療的卵巢癌病人的總生存時(shí)間(OS)。在評(píng)估了110例經(jīng)過含順鉑方案治療的卵巢癌病人的芯片數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)Slfn11高表達(dá)者平均OS為80個(gè)月，低表達(dá)者平均OS為49月〔23〕。在包括診斷方式、手術(shù)選擇和Slfn11這三個(gè)預(yù)測(cè)因子的COX風(fēng)險(xiǎn)比例模型中，Slfn11是具顯著意義的OS預(yù)測(cè)因子。目前的研究結(jié)論是Slfn11表達(dá)是決定來源不同組織的人類腫瘤細(xì)胞系對(duì)DDAs藥效敏感的預(yù)測(cè)因子，而且可能將是接受含該類藥物治療的惡性腫瘤預(yù)后因子。目前對(duì)于Slfn11如何能預(yù)測(cè)包括拓?fù)洚悩?gòu)酶在內(nèi)的DDAs藥物療效的機(jī)制仍不清楚，但發(fā)現(xiàn)Slfn11是一個(gè)核內(nèi)蛋白，具有C末端的延長結(jié)構(gòu)，與DNA和RNA解螺旋酶具有同源性，這也許是DNA/RNA損傷應(yīng)答中的一個(gè)組件，當(dāng)細(xì)胞遇到外源性DNA損傷時(shí)，能增強(qiáng)細(xì)胞周期停滯和凋亡。Slfn11如何影響細(xì)胞周期，有關(guān)Slfn 11假定具有解螺旋功能的問題還需進(jìn)一步探究。

綜上所述，有關(guān)Slfns家族的功能目前尚知之甚少，特別是在腫瘤細(xì)胞中的作用。對(duì)于其免疫調(diào)節(jié)及細(xì)胞分化方面的作用，與多種自身免疫性疾病密切相關(guān)。腫瘤可以認(rèn)為是免疫缺陷或免疫失調(diào)的一種狀態(tài)，從而可以推斷Slfns家族蛋白可能在腫瘤免疫中也扮演重要角色。研究顯示Slfns家族的某些蛋白與腫瘤療效無論是耐藥還是腫瘤敏感性均相關(guān)，特別是Slfn11表達(dá)與DDAs對(duì)腫瘤細(xì)胞體外殺傷活性之間的因果關(guān)系，及Slfn11與預(yù)測(cè)人類腫瘤經(jīng)過這些藥物治療后的臨床預(yù)后之間的潛在關(guān)系，都支持Slfn11是一個(gè)與基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化腫瘤研究均高度相關(guān)的蛋白。雖然對(duì)于探索Slfn11在腫瘤生物學(xué)中功能仍很艱難，但Slfn11在臨床治療決策的重要地位即將在未來的臨床研究中展現(xiàn)。Slfns家族在腫瘤中重要的生物學(xué)地位和作用，有望為腫瘤研究及治療提供新的方向和思路。

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〔2014-09-05修回〕

(編輯王一涵/張慧)

通訊作者：袁瑛(1971-)，女，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，主要從事腫瘤個(gè)體化治療研究。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(No.81102013)；浙江省杰出青年基金(No.R2090353)

〔中圖分類號(hào)〕R73

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2015)22-6613-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.22.144