IER3在腫瘤中的意義

周日忠，鐘曉剛

(1.右江民族醫(yī)學(xué)院，廣西 百色 533000；2.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院，廣西 南寧 530000)

0 引言

IER3屬于一種應(yīng)激誘導(dǎo)基因，也稱為IEX-1，它歸屬為即刻早期反應(yīng)基因家族。通過讀取了許多國內(nèi)外關(guān)于腫瘤分子生物學(xué)的文獻(xiàn)，得知IER3基因與很多腫瘤的發(fā)生于發(fā)展密不可分，不過該基因在腫瘤中的作用機(jī)制尚未得以完全明確。隨著許多研究的展開人們逐漸意識到IER3在癌癥中所扮演的重要角色，更加進(jìn)一步的對該基因進(jìn)行研究還是很有必要的。將從以下內(nèi)容再對IER3進(jìn)行更深入的介紹。

1 IER3的結(jié)構(gòu)

IER3屬于一種應(yīng)激誘導(dǎo)基因，也稱為IEX-1，它歸屬為即刻早期反應(yīng)基因家族。人的IER3基因位于6號染色體(6p21.3)的短臂上，它含有2個外顯子，可以編碼156個氨基酸。它存在著多種翻譯后修飾，如糖基化等[1,2]。轉(zhuǎn)錄因子占了這個基因家族的大部分，它們進(jìn)行轉(zhuǎn)錄激活的時間相對來說十分之短，僅需數(shù)分鐘就可以完成。這主要還是得益于它們可以利用其它的蛋白質(zhì)進(jìn)行合成這一特性，節(jié)省了從頭開始合成蛋白質(zhì)這一步驟的時間[3]?？梢詫λ鼈冞M(jìn)行調(diào)控的因素種類十分的豐富，包括轉(zhuǎn)錄因子、炎性細(xì)胞因子、病毒、致癌物等等。受到這些因子的刺激后，它們會迅速地做出應(yīng)對，并且可以在十幾分鐘之內(nèi)就達(dá)到轉(zhuǎn)錄的波峰。但是，我們要注意到因為IER3并沒有任何一個區(qū)域可以跟DNA進(jìn)行結(jié)合，所以它不能算真正意義上的轉(zhuǎn)錄因子。它有時也可以起到協(xié)同激活或協(xié)同抑制的作用。顧名思義，IER3既然作為一個應(yīng)激誘導(dǎo)基因，在受到各種因素的刺激后它最主要的一個功能就是進(jìn)行協(xié)調(diào)激活或者抑制[4]。

2 IER3與細(xì)胞之間的關(guān)系

如果我們要明確IER3對臨床工作有何指導(dǎo)意義，就不得不研究它在細(xì)胞層面具有怎樣的作用，但這絕非易事，在細(xì)胞周期、分化等方面IER3的作用機(jī)制是十分復(fù)雜的，有時還存在互相矛盾的情況。IER3的表達(dá)對不同的細(xì)胞有不同的作用，有時IER3表達(dá)后表現(xiàn)為有利于細(xì)胞的生長，對另外一些細(xì)胞來說則是促進(jìn)了細(xì)胞的死亡或者阻礙了細(xì)胞分化。IER3對細(xì)胞具有增值作用主要表現(xiàn)為當(dāng)細(xì)胞受到各種理化因素的刺激后膜電位將發(fā)生改變，從而導(dǎo)致了細(xì)胞膜發(fā)生了去極化。IER3立即從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，誘導(dǎo)細(xì)胞從G0期開始進(jìn)行細(xì)胞分裂活動，從而起到促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用。IER3可以增強(qiáng)細(xì)胞的存活能力與在受到損害后的自我修復(fù)能力。比如，物理因素對血管平滑肌的破壞，腸道炎癥性疾病中腸道細(xì)胞的修復(fù)過程以及經(jīng)過放射性離子照射后的癌細(xì)胞。IER3均呈現(xiàn)出一個高表達(dá)的狀態(tài)[5,6]。在不同的環(huán)境下IER3展現(xiàn)出對細(xì)胞不同的作用。當(dāng)細(xì)胞所處的環(huán)境有利于生長時，IER3可通過高表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞的生長。當(dāng)細(xì)胞所處的環(huán)境不利于生長時，IER3可通過死亡受體發(fā)揮它促進(jìn)細(xì)胞死亡的作用。細(xì)胞的種類和刺激的強(qiáng)弱決定了調(diào)控的結(jié)果。有研究通過細(xì)胞轉(zhuǎn)染實驗發(fā)現(xiàn)[7,8]，原本IER3低表達(dá)或者無表達(dá)的永生化角化細(xì)胞和HeLa細(xì)胞通過轉(zhuǎn)染IER3基因后比對照組細(xì)胞的S期、G2M期比例增加。與對照組相比表現(xiàn)出更短的一個細(xì)胞周期以及更快的增值速度。這就表明了IER3能夠?qū)?xì)胞的生長有一個促進(jìn)的作用。當(dāng)使用化療藥物對細(xì)胞進(jìn)行處理后，高表達(dá)狀態(tài)IER3的細(xì)胞比對照組的調(diào)亡率要更加高。在許多種類型細(xì)胞的生長繁殖進(jìn)程中都有IER3的表達(dá)。有研究表明，在人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞U87-MG中[9]，星形膠質(zhì)細(xì)胞的增值分化過程可由IER3來介導(dǎo)。使用全反式維甲酸作為誘導(dǎo)劑[7,10]，對角化細(xì)胞和白血病細(xì)胞進(jìn)行處理，在這些細(xì)胞向終末細(xì)胞轉(zhuǎn)變的進(jìn)程中都可以檢測到IER3是一個低表達(dá)的狀態(tài)。以上的這些研究都表明了IER3對細(xì)胞的增值分化都起到了一定的作用。IER3具有磷酸化的作用，它具有3個可以和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)相結(jié)合并產(chǎn)生磷酸化的作用點(diǎn)。同時它也含有一個由86到101個氨基酸殘基組成的跨膜結(jié)構(gòu)域(TM)。IER3存在于多種細(xì)胞器中，細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體中都已被證實有它的存在[11]。

機(jī)體的生長繁殖和維持內(nèi)環(huán)境的平衡都離不開細(xì)胞增值與凋亡之間的均衡。一旦增值與凋亡之間的平衡被打破就有可能會引起機(jī)體內(nèi)環(huán)境的改變。很多疾病都是在凋亡機(jī)制發(fā)生改變的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)生的，比如惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展、自身免疫性疾病的產(chǎn)生以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生退變。有研究顯示，IER3在許多種類型的腫瘤細(xì)胞中表現(xiàn)出錯綜復(fù)雜的調(diào)控凋亡機(jī)制。MCL-1具有抗調(diào)亡作用[12]，它被PI3K/AKT活化后可發(fā)揮出更強(qiáng)的活性，IER3可以干擾這個過程，通過這種方式介導(dǎo)TNF-α發(fā)揮導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡的作用。IER3的表達(dá)增加與離子射線具有協(xié)同作用，可以使得U87-MG細(xì)胞的生長受到更大的抑制。更深的研究顯示IER3跟P53共同作用使得U87-MG細(xì)胞發(fā)生凋亡[13]。同樣，IER3可以作用于鈣離子，使得鈣離子內(nèi)流增加從而加速細(xì)胞的凋亡。由此可見，IER3誘導(dǎo)凋亡的過程是多種多樣的，有著繁雜的機(jī)理。另一方面，IER3也可以表現(xiàn)出抗凋亡能力。有人通過體內(nèi)和體外實驗表明，IER3抗凋亡能力主要是因為它能夠調(diào)控細(xì)胞中線粒體活性氧(ROS)的產(chǎn)生。主要機(jī)制為IER3的過表達(dá)降低了IF1蛋白的表達(dá)水平，增加了ATP酶的活性，并維持了線粒體內(nèi)膜Δψm的磷酸化狀態(tài)，從而減少了ROS的產(chǎn)生，并保護(hù)細(xì)胞免受線粒體依賴性凋亡的影響[14]。IER3調(diào)控的ROS的產(chǎn)生主要局限于線粒體，IER3的缺失幾乎沒有引起氧化應(yīng)激。在免疫調(diào)節(jié)中IER3也可發(fā)揮作用[15]，它可以激活T細(xì)胞中的ERK通路起到保護(hù)細(xì)胞凋亡的作用，使得免疫反應(yīng)效應(yīng)期時間持續(xù)的更久以及產(chǎn)生類狼瘡綜合征。IER3通過介導(dǎo)信號之間的傳遞發(fā)揮它抗凋亡的能力。這種能力可能與介導(dǎo)ERK[16]、ROS[17]、PI3K/AKT[12]的活化過程有關(guān)。在不同類型的細(xì)胞中IER3表現(xiàn)出不同的作用。

3 IER3在不同腫瘤中的意義

在不同的腫瘤中IER3的表達(dá)程度并不相同，也表現(xiàn)出不同的作用。有研究通過免疫組化法對上皮性卵巢癌和良性腫瘤進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，IER3的表達(dá)與FIGO分期和病理分級存在負(fù)相關(guān)，在卵巢上皮性組織惡變的過程中，IER3的表達(dá)逐漸較少[18]。同時，用TUNEL法對細(xì)胞凋亡進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的凋亡也隨之減少。發(fā)現(xiàn)卵巢癌中IER3高表達(dá)組中凋亡指數(shù)相對較高。這表明了IER3的表達(dá)與凋亡指數(shù)有正相關(guān)，提示IER3使得細(xì)胞凋亡活性增強(qiáng)從而對卵巢癌的腫瘤產(chǎn)生抑制作用。IER3表達(dá)陽性組的中位生存期顯著長于陰性表達(dá)組。同樣，在對胰腺癌的研究中也發(fā)現(xiàn)IER3陽性表達(dá)組的生存時間比陰性表達(dá)組的生存時間顯著延長。IER3表達(dá)降低與胰腺腫瘤對鄰近動脈和漿膜的局部侵襲相關(guān)[19]。IER3可能促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的凋亡，IER3的缺失可能導(dǎo)致癌細(xì)胞的生長和侵襲。Steensma等人[20]研究顯示在超過60%的MDS患者中IER3的表達(dá)被解除。在MDS的早期階段，IER3表達(dá)減弱與骨髓細(xì)胞高凋亡率同時存在。當(dāng)疾病進(jìn)展到AML時，IER3在高水平上調(diào)，同時骨髓細(xì)胞凋亡率降低，這與IER3在疾病中的抗凋亡作用是符合的[21]。有研究表明，浸潤性乳腺癌中IER3的表達(dá)是浸潤前腫瘤或健康組織的三到四倍[22]。浸潤性導(dǎo)管癌中IF1的表達(dá)也增加，也許IF1和IER3之間的平衡參與了浸潤性乳腺癌有氧糖酵解和氧化磷酸化比例的調(diào)節(jié)。增加IF1的表達(dá)可以導(dǎo)致更多的ROS形成，從而增強(qiáng)NF-κB的激活[23,24]。NF-κB的激活進(jìn)而激活了IER3的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)If1的降解，從而將If1的表達(dá)控制在一定的閾值。確實，癌細(xì)胞同時使用氧化磷酸化和有氧糖酵解，與正常細(xì)胞相比后者的比例更高[25]。了解癌細(xì)胞中氧化磷酸化和有氧糖酵解是如何改變的，對于癌癥的治療和預(yù)后具有重要意義。幾個人乳腺細(xì)胞系也被研究，以闡明IER3促進(jìn)乳腺腫瘤發(fā)生的機(jī)制。同源盒A1(Homeobox A1，HOXA1)是一種轉(zhuǎn)錄因子，在哺乳動物組織的正常生長和分化過程中發(fā)揮重要作用。在正常組織中很難檢測到它的表達(dá)，但在人類乳腺腫瘤中卻清晰可見[26]。IER3在永生化人乳腺上皮細(xì)胞系MCF-10A中的過表達(dá)導(dǎo)致體內(nèi)腺泡形態(tài)發(fā)生異常和致癌轉(zhuǎn)化[27]。基因芯片分析顯示，轉(zhuǎn)染HOXA1的MCF-7乳腺癌細(xì)胞株中IER3的表達(dá)顯著增加，IER3可抵抗細(xì)胞凋亡，并直接參與乳腺腫瘤的發(fā)生。直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程可分為幾個階段，包括癌前異常隱窩形成(ACF)、浸潤前癌和惡性腫瘤。ACF進(jìn)一步分為增生型(低危)和異型(高危)兩類，但常規(guī)免疫組化很難區(qū)分這兩類病變。有研究證實IER3的高水平表達(dá)與結(jié)直腸癌的低風(fēng)險之間存在關(guān)聯(lián)。與鄰近的正常結(jié)腸隱窩相比，腫瘤隱窩的IER3免疫組織學(xué)染色明顯減弱[28]。Segditsas等人在IER3敲除小鼠上的研究結(jié)果顯示IER3表達(dá)增加與結(jié)腸腺癌相關(guān)。APC或大腸腺瘤性息肉病是一種腫瘤抑制基因，它的突變與人類和小鼠的結(jié)直腸癌有關(guān)?；蛐酒治龊蛁RT-PCR結(jié)果顯示，IER在人或鼠結(jié)腸腺瘤中的表達(dá)分別增加了2倍或10倍以上[29]。研究表明，IER3在結(jié)直腸癌的不同亞型或不同階段可能扮演著完全不同的角色。

4 總結(jié)與展望

IER3不僅在腫瘤和正常細(xì)胞中表達(dá)不同，而且在不同疾病階段的同一腫瘤中的表達(dá)也不同。它的陽性表達(dá)可能預(yù)示著乳腺癌、骨髓瘤的病變向轉(zhuǎn)移型轉(zhuǎn)化，反之，IER3的表達(dá)缺失可能是卵巢癌的不良指標(biāo)。在分析的癌癥中，IER3在監(jiān)測卵巢癌從良性到惡性階段的進(jìn)展方面顯示出希望。我們對這些癌癥還沒有很好的答案。從這些癌癥中收集的有爭議的數(shù)據(jù)可能與IER3既是促凋亡加速器又是抗凋亡加速器有關(guān)。IER3可以被各種環(huán)境線索快速而短暫地誘導(dǎo)，使我們能夠評估不同個體在不同時間的動態(tài)癌癥反應(yīng)，這在監(jiān)測癌癥進(jìn)展方面可能非常有用。IER3對腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞效應(yīng)可能與周圍正常細(xì)胞截然不同。IER3的這些獨(dú)特屬性使其成為一個潛在有用的生物標(biāo)記物，無論是單獨(dú)使用還是與其他基因聯(lián)合使用，都能預(yù)測癌癥預(yù)后。IER3在癌細(xì)胞和周圍正常組織中的差異表達(dá)及其獨(dú)特的功能為腫瘤表達(dá)IER3的患者提供了一條新的抗癌策略的重要途徑。例如，大多數(shù)卵巢癌患者在確診時，由于晚期疾病局部侵犯附近器官和/或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，無法接受根治性腫瘤手術(shù)。放療和化療是治療晚期卵巢癌的重要選擇。不幸的是，腫瘤細(xì)胞通常對放射或化療有抵抗力。IER3在HeLa細(xì)胞中的過表達(dá)增強(qiáng)了其對化療藥物誘導(dǎo)的凋亡的敏感性[8]，IER3的過表達(dá)也使人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系對輻射誘導(dǎo)的凋亡敏感[30]。因此，IER3基因可能是提高放化療療效的候選基因。

IER3是一個重要但真正未被研究的基因。它在癌細(xì)胞中的去調(diào)節(jié)作用，再加上它在細(xì)胞凋亡、存活和生長中的關(guān)鍵作用，強(qiáng)調(diào)了它在癌癥發(fā)病機(jī)制中的作用。然而，使用IER3作為癌癥預(yù)后的生物標(biāo)志物仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為IER3的確切分子作用仍然是難以捉摸的；目前還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法用于臨床篩查IER3的表達(dá)，而且我們對其復(fù)雜的細(xì)胞功能的潛在機(jī)制了解太少。希望在以后的科研工作中能夠?qū)ER3進(jìn)行更多的研究，IER3有望成為一個有意義的生物標(biāo)記物。