組織型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶及其在上皮性卵巢癌中的研究進展

劉 云，劉曉霞，李 楠，宗 珊，岳 瑛

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院 腫瘤婦科，吉林 長春130021)

*通訊作者

組織型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶及其在上皮性卵巢癌中的研究進展

劉 云，劉曉霞，李 楠，宗 珊，岳 瑛*

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院 腫瘤婦科，吉林 長春130021)

組織型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，又稱TG2，是轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶家族中最常見及研究最多的成員[1]。它是一種多功能蛋白質(zhì)，主要催化Ca2+依賴的谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基的轉(zhuǎn)?；磻?yīng)，參與翻譯后蛋白質(zhì)修飾。并有腺苷三磷酸酶(ATPase)、鳥苷三磷酸酶(GTPase)及蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶、蛋白激酶活性。同時能介導(dǎo)與細胞外基質(zhì)(ECM)中纖連蛋白、整合蛋白及蛋白聚糖的相互作用[2]。正是由于它的多功能性，使其在細胞生長分化、腫瘤轉(zhuǎn)移和侵襲過程中起著重要作用。卵巢癌起病隱匿，發(fā)展快，早期診斷困難，多數(shù)病人就診時處于晚期，預(yù)后差，5年生存率僅為20-30%，是婦科腫瘤中致死率最高的惡性腫瘤[3]。其治療目前主要以手術(shù)結(jié)合術(shù)后化療為主，而多數(shù)病人隨著術(shù)后化療的深入會產(chǎn)生耐藥。因此積極探索卵巢癌發(fā)病機制、開發(fā)新藥具有重要意義。近年來，隨著TG2在腫瘤領(lǐng)域研究日趨熱門，有研究[4-6]表明它在上皮性卵巢癌發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移侵襲及耐藥中扮演了重要角色，推測TG2可能是未來治療上皮性卵巢癌的分子潛在靶點。

1 TG2的結(jié)構(gòu)、表達及活性調(diào)控

編碼TG2的基因位于人類20號染色體q11-12上，全長約32.5 kb[2]。TG2是高度保守的單體蛋白質(zhì)，分子量在74-80 kD，由四個重要部分組成：N-末端β三明治結(jié)構(gòu)域、催化三聯(lián)體(Cys277，His335，Asp358)結(jié)構(gòu)α/β催化核心域及兩個C末端筒狀域[7]。TG2是一種應(yīng)激蛋白，基因表達受到炎癥、腫瘤等病理生理因素的影響。TG2表達調(diào)控物有視磺酸(retinoic acid，RA)、IL-6、TGF-β1、Vitamin D、TNF-α等[8]。研究較為明確的是RA，RA可通過與視磺酸核受體(RAR)及視磺酸X核受體結(jié)合形成RAR/RAR同源二聚體或RAR/RXR異源二聚體，進而與啟動區(qū)的特定位點結(jié)合，在mRNA和蛋白質(zhì)水平上調(diào)控TG2表達[9]。IL-6、TGF-β1、TNF-α上調(diào)TG2的表達可能與激活NF-κB途徑有關(guān)[10-12]。

TG2的激活是參與多種生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，其活性受到Ca2+、GTP、Mg2+-核苷復(fù)合物、NO等多種因素影響[13]。GTP和Ca2+是TG2的主要活性調(diào)節(jié)物，通過改變TG2構(gòu)象，調(diào)節(jié)TG2酶活性，從而影響蛋白質(zhì)交聯(lián)活性。正常生理情況下，細胞內(nèi)Ca2+水平較低，GTP水平較高，GTP結(jié)合TG2形成緊湊結(jié)構(gòu)，隱藏TG2蛋白酶催化核心區(qū)域，不參與蛋白質(zhì)交聯(lián)。此時，TG2作為細胞支架蛋白，維持細胞穩(wěn)定及信號分子的傳遞。胞內(nèi)TG2可水解GTP和ATP。Mg2+為TG2水解ATP/GTP的輔因子，Mg2+-GTP結(jié)合TG2，保留ATPase活性，無蛋白質(zhì)交聯(lián)活性。Mg2+-ATP結(jié)合TG2抑制GTPase活性，但不影響蛋白質(zhì)交聯(lián)活性[13，14]。NO主要是通過催化核心區(qū)半胱氨酸S-亞硝基化，使TG2失去蛋白酶活性[15]。Ai等[16]在乳腺癌中發(fā)現(xiàn)，TG2啟動子中CpG(胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤)甲基化，降低TG2表達，推測TG2表達可能與啟動子CpG甲基化有關(guān)。

2 TG2細胞分布及其生物學(xué)作用

TG2主要存在于細胞漿，少量位于細胞核、線粒體、細胞膜及膜表面[13]。研究[17]發(fā)現(xiàn)TG2的細胞定位、構(gòu)象改變及酶活性共同決定了其在炎癥、神經(jīng)退化、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移侵襲中的作用。如前所述，細胞內(nèi)的TG2結(jié)合GTP/GDP以無酶活性形式存在，影響細胞穩(wěn)定性。細胞外TG2結(jié)構(gòu)中C370和C371位點、C370與C230位點結(jié)合形成二硫鍵，Ca2+水平雖高，但其仍保持緊湊結(jié)構(gòu)，而無蛋白酶活性[14]。當(dāng)細胞受損，炎性因子及氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物可破壞二硫鍵，暴露酶活性結(jié)構(gòu)域，催化ECM中蛋白質(zhì)交聯(lián)，可促進某些腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[18]。膜表面TG2能與纖連蛋白及整合蛋白家族中β1、β3、β5相互作用形成三元體復(fù)合物，在腫瘤細胞粘附、轉(zhuǎn)移和耐藥中發(fā)揮重要作用，但其分泌機制尚不清楚[19]。細胞核TG2通過與E2F1、SP1、組蛋白相互作用，影響細胞分化及凋亡[13]。研究顯示[20]TG2二硫化物異構(gòu)酶活性與線粒體某些功能有關(guān)，具體機制尚在探究。

3 TG2與上皮性卵巢癌的關(guān)系

3.1 TG2促進上皮性卵巢癌細胞轉(zhuǎn)移和侵襲 Satpathy等[4]利用上皮性卵巢癌體外移植物模型發(fā)現(xiàn)，卵巢癌上皮及間質(zhì)細胞中TG2表達明顯上調(diào)。且對癌性腹水和炎性腹水檢測發(fā)現(xiàn)，TG2在癌性腹水中表達明顯上調(diào)，推測TG2可能與上皮性卵巢癌腹腔轉(zhuǎn)移有關(guān)。敲除移植物模型的TG2發(fā)現(xiàn)β1-整合蛋白在細胞表面的分布明顯下降，降低癌細胞的粘附作用，抑制癌細胞轉(zhuǎn)移侵襲。研究[21]發(fā)現(xiàn)敲除TG2后，癌性腹水中MMP-2也減少，其主要機制是TG2通過誘導(dǎo)PP2A-α的降解，激活環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)，使MMP-2啟動子中CREB結(jié)合位點磷酸化，調(diào)控基因表達，促進癌細胞轉(zhuǎn)移。加入TG2抑制劑KCC009后發(fā)現(xiàn)CREB轉(zhuǎn)錄活性減少10倍左右，表明TG2酶活性對于CREB激活十分必要。Yang等[5]發(fā)現(xiàn)TG2主要通過兩個方面促進卵巢癌腹腔轉(zhuǎn)移，一方面激活非經(jīng)典的NF-κB通路，誘導(dǎo)CD44表達上調(diào)。另一方面增加IκB-α降解，促進NF-κB途徑激活，上調(diào)轉(zhuǎn)錄阻遏物Zeb1表達，下調(diào)E-鈣粘蛋白表達。兩者共同促進癌細胞EMT，增加癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。Condello等[6]發(fā)現(xiàn)TG2激活Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路，可提高β-連環(huán)蛋白轉(zhuǎn)錄活性，增強細胞粘附作合并用，促進上皮性卵巢癌細胞轉(zhuǎn)移。Oh等[10]發(fā)現(xiàn)TG2下游的IL-6可促進卵巢癌細胞發(fā)生血行轉(zhuǎn)移，敲除體外移植物TG2后，卵巢癌血行轉(zhuǎn)移明顯降低，推測兩者影響的信號通路可能是卵巢癌干細胞和EMT表型的交匯點。

3.2 TG2促進上皮性卵巢癌細胞生長 研究發(fā)現(xiàn)[6，22]TG2可激活Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路、NF-κB通路及SMADS轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)細胞周期蛋白D1(cyclin D1)和c-myc蛋白表達，促進卵巢癌細胞增殖和分化。除此之外，TG2還與MAPK途徑有關(guān)聯(lián)，MAPK激活可使其上游KRAS/BRAF結(jié)構(gòu)突變，這種現(xiàn)象見于許多腫瘤，卵巢腫瘤也不例外，尤其是化療不敏感的低度惡性的卵巢癌選擇性抑制MAPK上游調(diào)節(jié)因子MEK，使卵巢癌中MAPK失活，下調(diào)TG2表達，可抑制腫瘤細胞生長[23]。目前關(guān)于TG2在卵巢癌MAPK/RAS/RAF信號通路研究尚少，具體機制需進一步探究。

3.3 TG2影響上皮性卵巢癌耐藥性及癌干細胞生存 Hwang等[24]采用siRNA干擾TG2在上皮性卵巢癌細胞中表達，能明顯增加癌細胞對多西他賽的化療敏感性。研究[12]發(fā)現(xiàn)TG2激活NF-κB及FAK途徑，能增加癌細胞對順鉑的耐藥性。推測TG2是上皮性卵巢癌預(yù)后的不利因素。由于耐藥性是導(dǎo)致化療失敗、腫瘤復(fù)發(fā)及死亡的主要原因。因此靶向TG2逆轉(zhuǎn)卵巢癌患者抗藥性有可能是一個十分有效的治療策略。癌干細胞是維持腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的一類細胞，與腫瘤的復(fù)發(fā)及耐藥密切相關(guān)。研究[15，25]發(fā)現(xiàn)CD44+/CD117+上皮性卵巢癌干細胞生存依賴于TG2的過度表達，是上皮性卵巢癌干細胞的生存因子，對于維持癌干細胞的生長生存、侵襲轉(zhuǎn)移、EMT至關(guān)重要。推測TG2可能是癌干細胞存活及抗常規(guī)化療藥物的關(guān)鍵媒介。對于日后開發(fā)新藥，可能具有很好的指導(dǎo)作用。

4 問題與展望

轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最致命性的特征，90%的患者死于腫瘤轉(zhuǎn)移。腫瘤基因和腫瘤轉(zhuǎn)移機制的探索，不僅能為腫瘤轉(zhuǎn)移提供有預(yù)見性的意義，而且能發(fā)現(xiàn)治療轉(zhuǎn)移性腫瘤新的靶點。隨著TG2在上皮性卵巢癌轉(zhuǎn)移和侵襲方面研究的不斷深入，許多TG2抑制劑包括KCC009、ITP-79、T53在體外的試驗性研究表明，抑制TG2的功能，能降低上皮性卵巢癌轉(zhuǎn)移和侵襲，增加癌細胞對化療藥物的敏感性。作為小分子抑制劑，它們的毒副作用較小、起效快，但仍未行臨床試驗。能否與目前卵巢癌治療的相關(guān)藥物進行聯(lián)合，開發(fā)新藥，仍是一大挑戰(zhàn)。TG2在組織中廣泛表達，如應(yīng)用TG2相關(guān)抑制劑，是否影響人體正常細胞功能以及其在卵巢癌中更深層次的作用,仍需我們探索。但可以預(yù)見的是，TG2在上皮性卵巢癌中具有很好的研究前景，有望成為治療上皮性卵巢癌的分子靶點。

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