TGM3在食管鱗狀細胞癌發(fā)生、發(fā)展中的研究進展

儲 瑋，肖黎明，郭 勇，李増山

·綜 述·

TGM3在食管鱗狀細胞癌發(fā)生、發(fā)展中的研究進展

儲 瑋，肖黎明，郭 勇，李増山

食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)是具有鱗狀細胞分化的惡性上皮性腫瘤，鏡下特征性表現(xiàn)為角質(zhì)細胞樣細胞存在細胞間橋和(或)角化。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)是由TGM3基因編碼的蛋白酶，屬于催化蛋白谷氨酸殘基與賴氨酸殘基共價交聯(lián)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶家族。TGM3主要表達于基層上部的復(fù)層鱗狀上皮，是角質(zhì)形成細胞末端分化的關(guān)鍵因子。近年有研究發(fā)現(xiàn)TGM3分子在ESCC中從食管正常鱗狀上皮到癌變的病理過程中出現(xiàn)表達降低的變化，因此，有學(xué)者認為其可以作為ESCC預(yù)后的分子學(xué)標(biāo)志物。提示TGM3分子與ESCC的發(fā)生、發(fā)展有十分密切的關(guān)系?，F(xiàn)就近年對TGM3分子的結(jié)構(gòu)特點、生物學(xué)功能及其在ESCC中的作用做一綜述。

食管腫瘤；鱗狀細胞癌；食管鱗狀上皮內(nèi)病變；TGM3；CK13；文獻綜述

食管癌是最常見的六大惡性腫瘤之一，在中國90%以上的食管癌患者為食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)，且大多數(shù)患者在確診時已為中晚期，5年生存率為15%～25%[1-2]。因此，對早期ESCC及癌前病變的篩查顯得尤為重要。ESCC的發(fā)生、發(fā)展是由多因素導(dǎo)致、多分子參與的多步驟過程。目前，多集中在TP53基因突變、Cyclin D1擴增、CDKN2A基因純合子缺失或重新甲基化、相關(guān)miRNA作用、EGFR過表達、APC基因啟動子沉默等分子研究[3-5]。

近年有研究表明，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)分子在食管正常鱗狀上皮和癌組織中表達明顯降低[6]，TGM3主要表達于基層上部的復(fù)層鱗狀上皮，是角質(zhì)形成細胞末端分化的關(guān)鍵因子，分析TGM3在ESCC發(fā)生、發(fā)展中的變化與機制，有望成為ESCC早期檢測的分子標(biāo)志物。本文現(xiàn)就近年TGM3在ESCC發(fā)生、發(fā)展中的研究進展作一綜述。

1 TGM3的生物學(xué)功能、結(jié)構(gòu)特點

TGM3是腫瘤抑制基因，位于20q11.2染色體上，cDNA全長2.61 Kb，編碼692個氨基酸，編碼Protein-glutamine gamma-glutamyltransferase E是一種鈣依賴性作用酶，屬于催化蛋白谷氨酸殘基與賴氨酸殘基共價交聯(lián)的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶家族。TGM3廣泛表達于小腸、腦、皮膚和黏膜[7]，主要表達于基層上部的復(fù)層鱗狀上皮，是角質(zhì)形成細胞末端分化的關(guān)鍵因子，是表皮末端分化的必須作用酶，通過催化谷氨酰胺與賴氨酸殘基之間鈣依賴性異構(gòu)肽結(jié)合鏈的形成，在基底層形成蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)；催化小脯氨酸蛋白質(zhì)(SPRR1和SPRR2)與Loricrin形成小跨鏈聚合物，再由TGM1進一步交聯(lián)，形成角質(zhì)化細胞套膜骨架。Eckhart等[8]認為如果TGM3的活動受到牽連，可能會擾亂角質(zhì)形成細胞的正常分化并誘導(dǎo)其發(fā)生程序性死亡。該死亡可能會阻止細胞內(nèi)溶物溢出或壞死，導(dǎo)致危險關(guān)聯(lián)分子模式發(fā)生，引發(fā)上皮炎癥反應(yīng)，進而導(dǎo)致表皮增生并為腫瘤的生長創(chuàng)造有利環(huán)境[9]。角質(zhì)化細胞套膜的形成缺陷會危害表皮屏障功能，表皮增生是一種損害后的自我平衡，在小鼠實驗上表皮完整、炎癥反應(yīng)、增生是致癌的一條重要路徑[10]。由此，Stacey等[11]推測TGM3的改變可以對角質(zhì)細胞的分化起溫和但持久的擾亂作用，從而導(dǎo)致皮層屏障功能缺陷，增加癌癥的易患性。TGM3在體內(nèi)還參與鈣通路、糖代謝、自身免疫性疾病[12]。分子機制方面啟動子的CpG島甲基化是頭頸部癌中TGM3基因沉默的機制[13]。He等[14]報道TGM3旁基因的雜合性缺失可能會導(dǎo)致TGM3的表達下調(diào)。

此外，還有一些研究者從TGM3的分子結(jié)構(gòu)闡明它的生物功能與可能的作用機制。有文獻報道TGM3的三維分子結(jié)構(gòu)與作用構(gòu)象研究[15-16]，并推測細胞內(nèi)Ga2+的變化會促使TGM3構(gòu)象發(fā)生變化被激活[17]。Ahvazi等[16]認為TGM3的催化是依賴于2個二價金屬離子。TGM3在不同的結(jié)合位點對二價金屬陽離子的親和力有很大的不同。真核細胞在生理狀態(tài)下靜止時，Mg2+濃度為1～2 mmol/L，而Ca2+的濃度最高只有100 nmol/L，所以摩爾比率約104個。因此，他們做出如下推測：TGM3以未激活的酶原形式存在于細胞中，酶原上含有單個Ca2+。TGM3的462～471殘基可變環(huán)易斷裂，導(dǎo)致它被激活。這時酶會獲得3個Mg2+，但酶原仍然未被激活。這是一種保護機制，保護TGM3酶避免由于異常轉(zhuǎn)氨基作用導(dǎo)致的水解。只有在微環(huán)境中Ca2+濃度到達一定界限時，TGM3酶可以獲得1個Ca2+，在結(jié)合位點Mg2+被Ca2+取代，這時2個結(jié)合位點均被Ca2+占據(jù)，Asn和Asp殘基會協(xié)調(diào)發(fā)揮作用，導(dǎo)致Asp-Ser環(huán)構(gòu)象發(fā)生改變，通道被打開，酶原被激活。但是基底細胞在通道被打開后，發(fā)生何種作用尚需進一步實驗分析。

2 TGM3在ESCC中的研究現(xiàn)狀

TGM3在食管正常鱗狀上皮至ESCC發(fā)生過程中有較高的特異性表達。Wu等[13]認為TGM3是候選的腫瘤抑制基因，在外源性表達細胞系中研究認為TGM3抑制增殖，加強體外癌細胞的凋亡，在體內(nèi)抑制腫瘤的生長，與頭頸部癌的預(yù)后有相關(guān)性。TGM3蛋白質(zhì)含量與頭頸部癌組織的病理分化密切相關(guān)(P=0.003 7)。生存分析顯示TGM3低表達預(yù)示患者生存期較差(P=0.000 2)。

Nair等[18-19]利用RT-PCR技術(shù)以及Northern雜交技術(shù)，檢測ESCC組織中TGM3基因在miRNA、cDNA、蛋白質(zhì)等的特異性表達。Chen等[20]認為，TGM3可以導(dǎo)致角質(zhì)化細胞套膜形成能力下降，雖然在ESCC形成中TGM3的作用機制尚不十分明確，但其與食管上皮細胞的角化、分化存在相關(guān)性。

Liu等[21]利用免疫組化技術(shù)檢測TGM3在9例新鮮ESCC組織和相應(yīng)正常黏膜中表達，結(jié)果顯示TGM3在ESCC組織中與對應(yīng)正常組織相比其陽性率下降了81.8%(81/99)，TGM3在ESCC中的表達水平顯著低于正常食管黏膜。TGM3表達主要與食管癌分期相關(guān)，在ESCC的高、中、低分化也明顯存在表達差異，呈逐次降低趨勢。TGM3表達與食管鱗狀細胞、組織學(xué)分級呈負相關(guān)；與文獻報道的TGM3在喉癌、頭頸部鱗癌、口腔黏膜白斑導(dǎo)致的口腔鱗癌中表現(xiàn)一致，他們認為在食管癌組織中TGM3表達下調(diào)，增加腫瘤的侵襲性，使淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率增高。

Uemura等[6]利用激光顯微切割技術(shù)獲得76例新鮮ESCC腫瘤細胞和對應(yīng)正常鱗狀上皮細胞，分別提取蛋白質(zhì)做2D-DIGE實驗，實驗結(jié)果顯示TGM3是一個獨立的預(yù)后因子，其預(yù)后意義要高于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、內(nèi)部轉(zhuǎn)移和脈管侵犯。作者認為TGM3穩(wěn)定角質(zhì)層細胞的這一過程先于角質(zhì)形成細胞“凋亡”為角質(zhì)細胞。因此，TGM3下調(diào)可能阻斷“凋亡”的關(guān)鍵起始反應(yīng)，從而有利于腫瘤的生存。

國內(nèi)劉偉[22]采用高通量組織芯片以及免疫組化技術(shù)，分析99例ESCC組織中TGM3的表達，結(jié)果顯示TGM3基因在ESCC中的表達比正常鱗狀上皮顯著下調(diào)，差異具有顯著性(P<0.05)；其與ESCC病理分級有關(guān)(P<0.05)。采用免疫組化檢測TGM3分子在ESCC組織中表達，結(jié)果顯示TGM3在正常食管鱗狀上皮中呈強陽性，在ESCC中呈陰性，差異化明顯。

3 TGM3與其他蛋白分子之間的關(guān)系

目前，TGM3基因信號通路尚不清楚。復(fù)習(xí)文獻發(fā)現(xiàn)TGM3與其他分子之間的關(guān)系主要通過共純化、共結(jié)晶、酵母雙雜交、基因相互作用等分析手段確立。實驗測定與TGM3有關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)有USP53、USP32、CALML5、WWOX。文獻報道TGM3與CALML5、CystatinM/E存在分子之間的聯(lián)系。Abdulmajeed等[23]通過對CALML5(又稱CLSP蛋白)氨基酸的順序分析結(jié)果表明其與TGM3高度同源；Zeeuwen等[24]認為Cystatin M/E可抑制天冬酰胺內(nèi)肽酶(LGMN)的不受控水解，但另一方面Cystatin M/E可激活TGM3。

4 總結(jié)與展望

目前，臨床檢測早期ESCC的方法有balloon細胞學(xué)篩選、Lugol染色內(nèi)鏡檢查、內(nèi)鏡窄帶成像術(shù)，這些方法均各有利弊[25-26]，其中組織學(xué)檢查主要依靠活檢病理診斷標(biāo)準(zhǔn)。食管鱗狀上皮內(nèi)病變是正常鱗狀上皮發(fā)展為ESCC的早期組織學(xué)變化。上皮內(nèi)病變具有組織結(jié)構(gòu)異型性和細胞學(xué)異型性。組織結(jié)構(gòu)異型性包括細胞排列紊亂、極向消失及上皮向下生長[27]。細胞學(xué)異常包括核增大、深染，細胞核與細胞質(zhì)比例增大，核分裂象增多。在低級別上皮內(nèi)病變(low-grade intraepithelial neoplasia, LGIEN)中，細胞異型性局限于上皮的下1/2處；而高級別上皮內(nèi)病變(high-grade inraepithelial neoplasia, HGIEN)則累及上皮的上1/2處，且細胞學(xué)異型較LGIEN更明顯。但這項診斷因存在主觀性，受到質(zhì)疑。一些分類系統(tǒng)，如維也納分類系統(tǒng)把上皮內(nèi)病變分為一類，歸于不確定的發(fā)育不良組織，這很難確定增生組織是瘤性的還是非瘤性的[28]。與ESCC對鱗狀上皮損傷分類沒有標(biāo)志物不同，子宮頸和口腔組織已有可用于臨床確定分級的診斷標(biāo)志物[29-30]。近年隨著ESCC分子標(biāo)志物篩選工作的開展，已有新的分子標(biāo)志物涌現(xiàn)[31-32]，這其中TGM3分子備受關(guān)注，因其表達于基層上部的復(fù)層鱗狀上皮，是角質(zhì)形成細胞末端分化的關(guān)鍵因子；且TGM3在正常鱗狀上皮和癌組織出現(xiàn)非常明顯的差異化表達，但TGM3的分子機制與通路分析十分欠缺。目前，關(guān)于TGM3在癌組織中與正常鱗狀上皮中表達急劇下降的原因仍未闡明。另外，TGM3在LGIEN和HGIEN中是否出現(xiàn)表達的變化也尚不清楚。因此，對TGM3分子機制與通路的進一步深入分析是十分必要的。

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國家重點實驗室開放課題基金(CBSLK201313)

第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院病理科，西安 710032

儲 瑋，女，助理研究員。E-mail: chuwei2010@163.com 李增山，男，教授，通訊作者。E-mail: lizsh72@fmmu.edu.cn

時間：2017-5-17 23:53 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170517.2352.017.html

R 363.1+4

A

1001-7399(2017)05-0547-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.05.017

接受日期：2017-03-03