早期快速反應(yīng)基因5在宮頸癌細(xì)胞中的作用機(jī)制

吉　晨(綜述)，吳玉梅(審校)

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦科腫瘤科，北京100006)

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早期快速反應(yīng)基因5在宮頸癌細(xì)胞中的作用機(jī)制

吉晨△(綜述)，吳玉梅※(審校)

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦科腫瘤科，北京100006)

摘要：隨著從基因水平研究腫瘤的發(fā)生、增殖、調(diào)控、細(xì)胞凋亡等機(jī)制的不斷深入，許多腫瘤相關(guān)因子逐漸進(jìn)入人們的視線。宮頸癌作為僅次于乳腺癌的女性常見惡性腫瘤，放射治療為主要治療手段之一，提高放療敏感性是困擾臨床醫(yī)師的一個重要問題。早期快速反應(yīng)基因5(IER5)可對外界多種刺激做出快速應(yīng)答，已被證實(shí)在多種腫瘤細(xì)胞中可抑制增殖、促進(jìn)其凋亡，并增強(qiáng)輻射敏感性，但其在DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制仍不十分明確。

關(guān)鍵詞：宮頸癌；早期快速反應(yīng)基因5；腫瘤細(xì)胞凋亡；作用機(jī)制

宮頸癌是全球婦女中僅次于乳腺癌的第二個最常見的惡性腫瘤。雖然隨著宮頸癌篩查工作的進(jìn)行，宮頸癌發(fā)病率已有所下降，但其仍位于發(fā)展中國家女性癌癥發(fā)病前列，據(jù)國際婦產(chǎn)科聯(lián)盟年報數(shù)據(jù)(1991年)，我國Ⅲ期及Ⅳ期宮頸癌的收治率約為52%。晚期宮頸癌的治療方法以放射治療為主，而Ⅲ期、Ⅳ期宮頸癌5年生存率分別為30%～50%和5%～15%[1]，放射敏感性便是影響宮頸癌預(yù)后的一個重要因素。目前，隨著腫瘤相關(guān)因子的不斷發(fā)現(xiàn)，從分子水平探索腫瘤的發(fā)生機(jī)制及靶向治療已成為研究熱點(diǎn)，早期快速反應(yīng)基因5(immediate early response gene 5，IER5)作為輻射誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)的基因，值得進(jìn)一步關(guān)注及研究?，F(xiàn)就IER5宮頸癌細(xì)胞中作用機(jī)制的研究現(xiàn)狀綜述如下。

1IER5基因

IER5基因是慢動力早期反應(yīng)基因家族成員之一[2]，人的IER5基因位于第1號染色體，全長2350 bp，該基因?qū)儆跊]有內(nèi)含子的蛋白質(zhì)編碼基因，在很多組織中均有表達(dá)，編碼含327個氨基酸的蛋白質(zhì)。早期反應(yīng)基因的激活在細(xì)胞調(diào)節(jié)和對外界刺激的應(yīng)答中有不同表達(dá)，因而這類基因可能在細(xì)胞生長的控制中有重要作用。慢動力早期反應(yīng)基因?qū)Υ碳さ膽?yīng)答較慢，其轉(zhuǎn)錄會有延遲，但也會持續(xù)更長時間。

2006年，Kis等[3]對人成纖維細(xì)胞系進(jìn)行照射，利用基因芯片技術(shù)篩選出輻射誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)的基因28個，IER5即為其中之一，輻射后表達(dá)上調(diào)了1.42～1.85倍，他們將其歸為DNA損傷應(yīng)答組，因?yàn)槠渚哂型ㄟ^磷酸化或降解做出快速調(diào)節(jié)的潛能，因而可能在調(diào)節(jié)細(xì)胞有絲分裂及對輻射的反應(yīng)中起重要作用。在轉(zhuǎn)錄差異的時效研究中，IER5經(jīng)輻射后反應(yīng)迅速(2 h后)，且其24 h后仍有轉(zhuǎn)錄激活；而量效研究中，IER5的轉(zhuǎn)錄高峰為2 Gy。在對宮頸腺癌HeLa細(xì)胞進(jìn)行輻射后，也具有相同的基因表達(dá)上調(diào)情況[4]。

IER5基因在不同的生理、病理情況下表達(dá)也會有一些差異。約翰·霍普金斯的神經(jīng)科學(xué)研究所的學(xué)者[5-7]在對大鼠分別進(jìn)行8 h睡眠、自然清醒及睡眠剝奪后，通過cDNA芯片技術(shù)篩選其大腦皮質(zhì)中表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)在清醒和睡眠剝奪時，IER5等早期反應(yīng)基因表達(dá)上調(diào)。丙戊酸可以導(dǎo)致新生小鼠神經(jīng)管閉合缺陷[3,8]，在胚胎神經(jīng)管形成階段注射丙戊酸后，IER5基因的表達(dá)上調(diào)。這表明IER5基因在覺醒、神經(jīng)管細(xì)胞形成和丙戊酸致畸的過程中起一定作用。

2IER5基因與腫瘤細(xì)胞

很多腫瘤細(xì)胞均可以采用放射治療，這取決于該腫瘤細(xì)胞類型對放射線的敏感性，從而達(dá)到不同的治療效果。2006年,周平坤等利用基因芯片技術(shù)篩選對輻射敏感的基因，IER5是輻射誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)的25個基因之一[9-11]。

在裸鼠皮下注射4種腫瘤細(xì)胞：乳腺癌、肝癌、肺癌和腦腫瘤，成瘤后進(jìn)行照射，再分別測定IER5基因的mRNA表達(dá)，結(jié)果顯示肝癌的IER5對輻射最敏感，肺癌最不敏感[12]。Musella等[13]通過高密度寡核苷酸基因芯片技術(shù)對180例結(jié)直腸癌患者的手術(shù)標(biāo)本及正常黏膜進(jìn)行RNA分析，在所有的腫瘤組織中均發(fā)現(xiàn)了IER5基因。杜杰和楊川杰[14]在對消化系統(tǒng)幾種腫瘤進(jìn)行癌細(xì)胞及遠(yuǎn)癌正常組織的IER5蛋白比較時，發(fā)現(xiàn)其在肝癌、食管鱗癌、胃腺癌、結(jié)腸腺癌中表達(dá)升高，其表達(dá)量與患者性別、年齡、臨床分期等無關(guān)。

3IER5與宮頸癌

臨床宮頸癌患者以Ⅱ～Ⅲ期居多，除嚴(yán)重肝腎功能、造血功能障礙外，各期宮頸癌患者均適于放射治療，而Ⅱb期以上患者，以根治性放療為主要治療方案。據(jù)一些治療中心統(tǒng)計，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期患者經(jīng)放射治療5年生存率分別為60%～80%、50%～65%和10%～20%。對于晚期宮頸癌患者，如何提高放射治療的效果及患者腫瘤組織對放射線的敏感性是目前亟待解決的問題。

Ahn等[15]在研究宮頸癌致病基因功能時，采集了11例患者的腫瘤組織標(biāo)本，通過cDNA芯片技術(shù)研究了4700個基因，其中74個基因出現(xiàn)了2倍以上的改變，上調(diào)的為33個，而IER5基因增加的倍數(shù)最高，為89.3倍。在上調(diào)的基因中，很多基因的功能已經(jīng)明確，如編碼參與分化、免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞外活動的蛋白，而IER5等其他基因的功能目前尚不十分明確。但可以確定的是，這些基因表達(dá)的變化與宮頸癌細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)相關(guān)，在細(xì)胞生長及凋亡通路中扮演著重要角色，從而影響在宮頸癌的生長和調(diào)節(jié)。

HeLa細(xì)胞是1951年從美國1例宮頸癌患者的腫瘤上取下的組織樣本，在病理類型上屬于腺癌細(xì)胞，是實(shí)驗(yàn)室最常用的增殖表皮癌細(xì)胞。有學(xué)者利用RNA干擾技術(shù)和基因過表達(dá)技術(shù)構(gòu)建IER5基因表達(dá)抑制和增強(qiáng)的細(xì)胞系[16-17]，同時對正常HeLa細(xì)胞輻射后發(fā)現(xiàn)IER5基因降低可促使細(xì)胞受輻射后發(fā)生S期與G2-M期的阻滯，促進(jìn)細(xì)胞分裂，提高細(xì)胞對輻射的拮抗性，同時發(fā)現(xiàn)IER5基因敲低的HeLa細(xì)胞的體積大于HeLa細(xì)胞。將這3種細(xì)胞的生物學(xué)特性進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)其增殖速度由高到低依次為IER5基因敲低細(xì)胞、HeLa細(xì)胞、IER5基因過表達(dá)細(xì)胞，即使在γ射線輻射下也具有這種特性。這一特性暗示IER5基因具有延緩HeLa細(xì)胞增殖的作用。根據(jù)不同劑量輻射后細(xì)胞集落克隆形成率也發(fā)現(xiàn)了同樣規(guī)律，說明IER5基因過表達(dá)能增加宮頸癌細(xì)胞輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。將數(shù)量相同的3種細(xì)胞接種在裸鼠皮下，瘤體生長最快的細(xì)胞是IER5基因敲低的HeLa細(xì)胞，其次為正常HeLa細(xì)胞。在研究IER5基因在細(xì)胞輻射后細(xì)胞周期的檢查點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，HeLa細(xì)胞經(jīng)2 Gy照射后IER5的表達(dá)高峰分別是2 h和12～24 h,而通過細(xì)胞增殖和存活曲線的分析顯示抑制IER5基因在6 Gy照射時對射線的抗性最強(qiáng)[12]。

從上述研究中不難發(fā)現(xiàn)，IER5基因?qū)ν饨绱碳さ膽?yīng)答很敏感，同時與放射線的敏感性密切相關(guān)，在腫瘤的增殖、凋亡中扮演著重要角色，但具體機(jī)制仍需通過離體、在體細(xì)胞及臨床實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探求及驗(yàn)證。

4IER5基因的調(diào)控與功能

4.1IER5基因的激活和轉(zhuǎn)錄IER5的活化不需要蛋白激酶C介導(dǎo)，環(huán)腺苷酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活可以使IER5表達(dá)上調(diào)。轉(zhuǎn)錄因子GC連接因子 位于IER5基因序列前，與啟動子內(nèi)的順式作用元件相互作用可以抑制該基因的表達(dá)，在IER5基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用，并且其負(fù)性調(diào)節(jié)作用隨著輻射劑量的增加而減弱[18]。同樣，位于IER5編碼區(qū)前的還有核轉(zhuǎn)錄因子，起正性調(diào)控作用，并且隨輻射劑量增加核轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)IER5的作用增強(qiáng)。

4.2IER5表達(dá)水平的調(diào)控通常認(rèn)為癌細(xì)胞對離子輻射的敏感性與早期誘導(dǎo)特殊基因的表達(dá)有關(guān)，使用cDNA微陣列技術(shù)，研究比較人淋巴母細(xì)胞正常人T淋巴母細(xì)胞細(xì)胞系在一些特定劑量的γ射線輻射后4 h的轉(zhuǎn)錄變化。一些重要的輻射反應(yīng)基因，如腫瘤蛋白基因p53I3、IER5等，給予0.05～10 Gy劑量范圍內(nèi)的輻射會使它們的轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)或者抑制[19]。在對大鼠進(jìn)行去勢后分析一些組織中的基因[20]，發(fā)現(xiàn)子宮中的IER5基因表達(dá)降低，經(jīng)過雌激素處理后子宮內(nèi)的IER5表達(dá)水平會再次升高。清醒狀態(tài)可引起大鼠海馬中IER5基因表達(dá)增加[21]。已有很多研究表明,IER5基因的表達(dá)在輻射之后有明顯的上調(diào)，離子輻射可使轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮功能。

4.3IER5基因功能的研究從擔(dān)子酵母菌中提取的肽結(jié)合多糖近年常應(yīng)用于癌癥的免疫治療和體外誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，IER5、早期生長反應(yīng)因子1等早期反應(yīng)基因表達(dá)上調(diào)，再調(diào)控肽結(jié)合多糖引起白血病細(xì)胞人髓系白血病細(xì)胞凋亡[22]。在急性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞中，IER5過表達(dá)引起細(xì)胞周期G2-M期阻滯和雙特異性蛋白磷酸酶B表達(dá)減少從而抑制細(xì)胞增殖，IER5降低Cdc25B mRNA表達(dá)是通過直接結(jié)合Cdc25B啟動子和抑制轉(zhuǎn)錄因子核因子YB型家族、p300來實(shí)現(xiàn)的[23]。此外，位于第1號染色體的IER5基因在細(xì)胞有絲分裂的過程中也起著重要作用[24]，它還可以作為評估輻射劑量的標(biāo)志物[25]。

5結(jié)語和展望

IER5基因在腫瘤組織中表達(dá)增高是基于其對外界刺激快速應(yīng)答的原理，而它在細(xì)胞凋亡及DNA損傷及修復(fù)通路中的具體作用，仍需要進(jìn)一步研究。放射治療在宮頸癌的治療中占有重要地位，但晚期宮頸癌的5年生存率近年未有明顯提升，提高患者腫瘤組織對射線的敏感性同時保護(hù)正常組織是困擾臨床醫(yī)師的一大問題。經(jīng)過許多研究發(fā)現(xiàn)，在對多種腫瘤細(xì)胞進(jìn)行照射后，IER5基因的改變符合預(yù)先猜測，若證實(shí)其與宮頸癌放射敏感性相關(guān)，且探求出IER5基因在細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡中的作用，了解其生物學(xué)功能，進(jìn)一步探求IER5基因能否成為輻射損傷的生物標(biāo)志物及宮頸癌放射治療的潛在增敏靶點(diǎn)，為今后臨床上放療增敏藥物的開發(fā)提供新的線索。近期研究還發(fā)現(xiàn)，IER5在黑色素瘤化療后的表達(dá)升高[27]，提示可以進(jìn)一步探究IER5基因與放化療同步治療宮頸癌的關(guān)系，為宮頸癌治療方案的制訂乃至基因治療提供新的理論依據(jù)。

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Mechanism of Immediate Early Response 5 Gene in Cervical Cancer Cells

JIChen,WUYu-mei.

(DepartmentofGynecologicalOncology,BeijingObstetricsandGynecologyHospital,CapitalMedicalUniversity，Beijing100006,China)

Abstract：With more intensive research about the mechanism of cancer occurrence,proliferation,regulation and apoptosis from gene level,many tumor related factors are walking into the sight of people. Cervical cancer is the second common malignant tumor only to breast cancer in women,and radiation therapy is one of the main treatment of cervical cancer,though improving radiation sensitivity still remains an important obstacle in clinic.Immediate early response 5(IER5) gene can make a quick response to lots of stimulations,and it has been confirmed that it can suppress proliferation,accelerate the apoptosis in a wide variety of tumor cells and enhance radiation sensitivity,and increase the radiation sensitivity.However,its role in the mechanism of DNA damage and repair,cell apoptosis is still not very clear.

Key words：Cervical cancer; Immediate early response 5; Tumor cell apoptosis; Mechanisms of action

收稿日期：2014-03-28修回日期：2014-07-21編輯：伊姍

基金項目：國家自然科學(xué)基金(81272888)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.016

中圖分類號：R73-3； R737

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)01-0040-03