CST1基因在腫瘤中的研究進(jìn)展

崔逸峰 宋瑞鵬 郭 曉 綜述 陸朝陽 審校

CST1基因在腫瘤中的研究進(jìn)展

崔逸峰 宋瑞鵬 郭 曉 綜述 陸朝陽 審校

半胱氨酸蛋白酶抑制劑(Cystatin，CST)是對半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用的一類蛋白質(zhì)，廣泛分布于人體體液和分泌液中。目前研究表明CST超家族與腫瘤之間具有密切聯(lián)系，其中，半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN(Cystatin SN)為CST1基因所表達(dá)的產(chǎn)物，在多種腫瘤中表達(dá)異常。但其對腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及侵襲轉(zhuǎn)移等作用的具體機(jī)制目前尚不明確。本文通過對近年來國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧性分析，對CST1基因在腫瘤中的研究進(jìn)展做一綜述。

半胱氨酸蛋白酶抑制劑；半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN；腫瘤

半胱氨酸蛋白酶抑制劑(Cystatin，CST)最初是由Anastasi[1]等利用親和層析法首次在雞蛋清中得到的一類蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)對半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用，因此被命名為半胱氨酸蛋白酶抑制劑。后期的研究發(fā)現(xiàn)，半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族，根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)的不同，可將其分成三大類[2]：(1)Stefins家族：主要為細(xì)胞內(nèi)蛋白，由約100個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量約為11～12 kD，不含二硫鍵和糖基，這類分子包括人stefinA、B等；(2)Cystatins家族：為分泌性蛋白質(zhì)，由約120個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量約13～14 kD，部分成員含有糖基，C末端含有兩個(gè)特征性的鏈內(nèi)二硫鍵，N末端帶有19～28個(gè)氨基酸的信號(hào)肽[3]，這類分子包括人CystatinC、D、S、SA、SN；(3)Kininogens家族：也稱激肽原，分布于血管內(nèi)、血漿、關(guān)節(jié)液及羊水中，分子量約為60～120 kD，分為H-kininogen、L-kininogen及T-kininogen。近來國內(nèi)外大量研究結(jié)果顯示CST1基因與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯(lián)系，現(xiàn)對CST1基因在腫瘤增殖、侵襲轉(zhuǎn)移的研究做一綜述。

1 CST1基因的特點(diǎn)

半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN(Cystatin SN)是由CST1基因所編碼的分泌肽，其相對分子量約為14 kD。于1986年由研究者通過離子交換層析分離獲得[4]。CST1基因所轉(zhuǎn)錄出的mRNA含有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，翻譯出含有121個(gè)氨基酸殘基的分泌性蛋白質(zhì)。屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族中的2型亞家族，該亞家族系列變異多，包含多種類型的CST蛋白，而且分布極為廣泛，該類蛋白質(zhì)包括7個(gè)基因，均定位于常染色體20p11.2 300 kb的區(qū)域內(nèi)，能夠編碼一種分泌肽前導(dǎo)序列并且具有70%以上的核苷酸相似度[5-6]。該家族包括大量同源性蛋白酶抑制劑，而且每個(gè)成員都擁有至少一個(gè)Cystatins結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域?yàn)镃ystatin的活性區(qū)域，典型的Cystatins結(jié)構(gòu)域是由約100個(gè)氨基酸殘基所構(gòu)成一個(gè)楔形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠與半胱氨酸蛋白酶的活性部位相結(jié)合，從而抑制半胱氨酸蛋白酶的水解酶活性。CST蛋白廣泛分布于人體體液和分泌液中，如唾液、淚液、尿液和精液中。但是在其他正常組織中表達(dá)極低甚至不表達(dá)，而CST1蛋白僅分布于頜下腺、膽囊以及子宮[7]。

2 CST1基因與腫瘤

惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展與基因的突變、基因表達(dá)的異常有著密不可分的關(guān)系，隨著對腫瘤與基因之間關(guān)系的研究不斷深入，現(xiàn)已初步獲悉部分惡性腫瘤的發(fā)生機(jī)制，但惡性腫瘤的周圍浸潤及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移仍是當(dāng)代醫(yī)學(xué)治療惡性腫瘤的一大棘手難題。而最近大量研究表明[8-10]，CST1基因的過度表達(dá)在惡性腫瘤的增殖、浸潤及轉(zhuǎn)移方面起到關(guān)鍵的作用。

2.1 CST1基因與腫瘤的診斷

Yoneda等[8]在結(jié)腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)，CST1蛋白可以作為早期診斷結(jié)腸癌的一項(xiàng)分子生物學(xué)指標(biāo)，并且該指標(biāo)可以在結(jié)腸癌患者的尿液中檢測出來。其研究的數(shù)據(jù)顯示CST1蛋白檢測結(jié)腸癌的敏感性和特異性分別為27.7%和95.0%。聯(lián)合CEA和CA19-9其診斷敏感性可達(dá)62.9%，特異性為90.0%，對早期結(jié)腸癌的診斷有著突破性的意義。

2.2 CST1基因與Wnt信號(hào)通路

腫瘤是一類細(xì)胞增殖周期調(diào)控紊亂性疾病，信號(hào)通路在腫瘤的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等作用以及治療中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)點(diǎn)。Wnt信號(hào)通路與細(xì)胞的生長、發(fā)育和增殖有著緊密的聯(lián)系，該信號(hào)通路的變異、異常激活與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。Wnt信號(hào)通路中有兩個(gè)重要信號(hào)分子，分別為β-鏈蛋白(β-Catenin)和T細(xì)胞因子(TCF)。β-Catenin作為具有多種功能的蛋白質(zhì)，其主要作用一方面同上皮鈣黏素(E-cadherin)結(jié)合構(gòu)成細(xì)胞之間的連接；另一方面與TCF形成復(fù)合物，能夠轉(zhuǎn)移活化增殖基因、激活Wnt信號(hào)通路下游靶基因轉(zhuǎn)錄[9]。有研究表明，在卵巢子宮內(nèi)膜樣腺癌中，CST1是Wnt信號(hào)通路的下游調(diào)控位點(diǎn)[10]。研究中，當(dāng)含有熒光素酶報(bào)告基因的CST1在卵巢癌細(xì)胞系——293細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)時(shí)，具有活性的突變體β-Catenin能夠高強(qiáng)度地刺激該基因；而在CST1啟動(dòng)子中4個(gè)可能與TCF結(jié)合的部位發(fā)生突變，則會(huì)徹底失去其對β-Catenin的激活反應(yīng)，與比較完整的CST1啟動(dòng)子片段相比，其他結(jié)構(gòu)突變和缺失的啟動(dòng)子片段都表現(xiàn)出含有熒光素酶報(bào)告基因的活性降低。因此，CST1受到Wnt信號(hào)的激活調(diào)控，參與Wnt通路的下游信號(hào)，并進(jìn)一步調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖。

2.3 CST1基因與腫瘤增殖

Choi等[11]研究表明，在胃癌中CST1基因的表達(dá)異常增高，通過小干擾RNA(siRNA)轉(zhuǎn)染方法，沉默表達(dá)后的細(xì)胞數(shù)量低于對照組的細(xì)胞數(shù)量，表明CST1對胃癌細(xì)胞的增殖起到促進(jìn)的作用。過表達(dá)的CST1可能參與TCF因子信號(hào)靶點(diǎn)促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖。在胰腺癌的研究中，沉默CST1基因后，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的基因，如增殖細(xì)胞核抗原(PNCA)以及磷酸化Akt(p-Akt)的表達(dá)也均有所降低。同時(shí)，與細(xì)胞惡性程度相關(guān)的蛋白，如細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)、細(xì)胞周期蛋白A2(cyclin A2)和細(xì)胞周期蛋白E(cyclin E)的表達(dá)水平也明顯降低。在裸鼠皮下轉(zhuǎn)移瘤模型中，將沉默CST1的PANC-1細(xì)胞做為實(shí)驗(yàn)組，種植皮下瘤一周后測量腫瘤大小，實(shí)驗(yàn)組腫瘤體積明顯小于對照組腫瘤體積，說明CST1與胰腺癌的增殖密切相關(guān)[12]。

2.4 CST1基因與腫瘤轉(zhuǎn)移

肖建如教授[13]通過體外篩選及培養(yǎng)，最終獲得肺癌脊柱轉(zhuǎn)移性最強(qiáng)的細(xì)胞系A(chǔ)549L6，并用RNA序列分析研究其如何被誘導(dǎo)侵襲轉(zhuǎn)移。分析發(fā)現(xiàn)許多與癌癥相關(guān)的基因都有所改變，其中CA12-5、CST1以及VEGFC的高表達(dá)，對腫瘤短期復(fù)發(fā)有著促進(jìn)和誘導(dǎo)的作用，說明CST1基因的表達(dá)與惡性腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有著密切關(guān)系。當(dāng)今醫(yī)療技術(shù)手段中，手術(shù)是治療惡性腫瘤，改善患者生活質(zhì)量，提高患者生存率有效且可行的辦法。但是對于一些惡性腫瘤晚期的患者，因?yàn)槟[瘤已有周圍浸潤或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，喪失了手術(shù)根治的最佳時(shí)期，只能行姑息性切除。所以惡性腫瘤的周圍浸潤及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移仍然是當(dāng)代醫(yī)學(xué)治療惡性腫瘤的一大棘手難題，同時(shí)也是導(dǎo)致手術(shù)失敗、患者生存率低以及死亡的主要原因。因此，CST1對腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的機(jī)制研究透徹后，將有望通過分子免疫、靶向藥物等手段提高患者的治愈率以及遠(yuǎn)期生存率。但目前國內(nèi)外研究中，尚無相關(guān)機(jī)制的研究。

3 CST1基因與腫瘤患者預(yù)后

3.1 CST1基因與肺癌預(yù)后的關(guān)系

中山大學(xué)的專家們做了一項(xiàng)關(guān)于174名非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)患者的回顧性研究。研究中[14]，繪制患者復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)比曲線，Cystatin SN高表達(dá)組與低表達(dá)組相比，有明顯增高的復(fù)發(fā)率，尤其術(shù)后第三年高表達(dá)組復(fù)發(fā)比率最高，在所有非小細(xì)胞肺癌患者中兩組復(fù)發(fā)率差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，單獨(dú)分析肺腺癌患者中，同樣具有顯著差異(P<0.004)，然而在肺鱗狀細(xì)胞癌患者中卻沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.093)。繪制患者生存曲線，同樣發(fā)現(xiàn)無瘤生存期與總體生存期在高表達(dá)組與低表達(dá)組之間有顯著差異(P<0.001)，肺腺癌中也同樣如此(P=0.004)。并CST1可以作為獨(dú)立的預(yù)后評估因素。而且最后推測CST1的表達(dá)不僅受CST1基因擴(kuò)增的調(diào)控，同時(shí)還受到其他分子機(jī)制的調(diào)控，如轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。

3.2 CST1基因與食管癌預(yù)后的關(guān)系

同樣出自于中山大學(xué)專家組的另一篇關(guān)于食管癌的研究中，卻有著相反的結(jié)果[15]，即CST1在癌旁組織中呈高表達(dá)，而食管癌細(xì)胞中呈低表達(dá)。同樣高表達(dá)組患者無瘤生存期與總生存期要比低表達(dá)組患者時(shí)間長(P<0.001)。為何CST1在食管癌中的作用會(huì)與在其他惡性腫瘤中的作用不同呢？該專家組認(rèn)為最主要的可能是Cystatin SN在不同組織細(xì)胞內(nèi)體現(xiàn)不同的特異性，同時(shí)樣本也存在一定的選擇偏倚。

3.3 CST1基因與其他腫瘤患者預(yù)后的關(guān)系

Choi等[11]的研究首次將CST1基因表達(dá)情況與患者pTNM分期結(jié)合起來，胃癌患者的臨床病理pTNM分期越晚，患者癌組織內(nèi)的CST1表達(dá)越高。同時(shí)CST1的表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移高度相關(guān)，但是數(shù)據(jù)并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.053)。

王亞東等[16]通過熒光定量PCR、免疫組化和癌組織切片染色的方法，結(jié)合膀胱患者臨床病例以及隨診資料，同樣得出癌組織中CST1的表達(dá)量高于癌旁組織的結(jié)果，CST1的表達(dá)水平與腫瘤直徑(P<0.001)、病理分期(P<0.001)、分級(jí)(P=0.016)和復(fù)發(fā)率(P<0.001)有關(guān)，而且分析還顯示CST1表達(dá)高低是影響患者復(fù)發(fā)的獨(dú)立因素，預(yù)示著CST1是一個(gè)可以預(yù)測膀胱癌復(fù)發(fā)的生物學(xué)標(biāo)記物，并且有很高的臨床價(jià)值。

4 小結(jié)與展望

雖然目前國內(nèi)外研究進(jìn)展表明，CST1對惡性腫瘤的形成以及侵襲轉(zhuǎn)移有一定的作用，但其與腫瘤的形成以及通過何種途徑轉(zhuǎn)移之間的機(jī)制目前尚不明確。Feldman等[17]認(rèn)為Cystatins家族成員有共同的結(jié)構(gòu)域，生物體內(nèi)存在著蛋白酶與CST的平衡調(diào)節(jié)，該平衡的失衡在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲以及轉(zhuǎn)移中起到重要作用。Cathepsin是木瓜蛋白酶家族中的一員，為體內(nèi)重要的組織蛋白酶，其家族成員有B、H、L、V等。在腫瘤中，能對癌組織周圍的間質(zhì)組織起到蛋白水解作用，干擾細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，從而使腫瘤細(xì)胞易于遷移、浸潤、轉(zhuǎn)移和血管生成。這是促使手術(shù)切除腫瘤后容易早期復(fù)發(fā)、造成癌癥患者不良預(yù)后的主要因素。CST與半胱氨酸蛋白酶形成復(fù)合物，令半胱氨酸蛋白酶失去對細(xì)胞外基質(zhì)的水解作用，從而抑制癌細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[18]。Kim等[19]研究認(rèn)為CST1和CST3有50%的同源性，可以與Cathepsin B競爭性結(jié)合CST3，而且CST1與CST3形成的復(fù)合體比CST3與組織蛋白酶B形成的復(fù)合體親和性要高，該作用可以抵消CST3對組織蛋白酶的抑制活性，從而使細(xì)胞中組織蛋白酶活性恢復(fù)，促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。然而其具體的功能及致癌機(jī)制，是否參與EMT等生物學(xué)行為還有待于進(jìn)一步研究。

CST1與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及侵襲轉(zhuǎn)移有著密切的聯(lián)系并起到重要的作用，雖然作用各有差異，但在大多數(shù)惡性腫瘤中，CST1對腫瘤的惡性增生、侵襲、轉(zhuǎn)移等行為起到促進(jìn)作用。而CST1在另一惡性程度較高的惡性腫瘤——肝癌中的表達(dá)情況、程度以及對肝癌的發(fā)生發(fā)展起到何種作用，目前尚無相關(guān)文獻(xiàn)記載。

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(收稿：2017-03-15)

Research progress of CST1 gene in tumor

CUIYifeng，SONGRuipeng，GUOXiao，LUZhaoyang

Department of Hepatic Surgery，The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Key Laboratory of Hepatosplenic Surgery，Ministry of Education，Harbin 150001，China

Cystatin Cystatin(CST)is a class of proteins that inhibit cysteine proteases and are widely distributed in human body fluid and secretion.The present study shows that the CST superfamily is closely related to the tumor，in which the cysteine protease inhibitor SN is the product expressed by the CST1 gene and is abnormal expression in various tumors.However，its occurrence and development of tumor as well as effects of invasion and metastasis on the specific mechanism is not yet clear.In this paper，we retrospectively analyze the related studies in recent years and review the progress of CST1 gene in tumor.

CST；Cystatin SN；Tumor

國家自然科學(xué)基金(81602058)

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院肝臟外科，肝脾外科教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱 150001)

崔逸峰，男，(1988-)，碩士研究生，從事肝臟疾病的診療研究。

陸朝陽，E-mail：lzy76772005@163.com

R73

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.04.013