Twist基因與食管癌關(guān)系的研究進(jìn)展

趙榮榮，龔太乾

Twist 是位于常染色體上的編碼堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)的轉(zhuǎn)錄因子，最初很多研究表明，Twist主要在果蠅的胚胎發(fā)育中起著關(guān)鍵調(diào)控作用，尤其在中胚層的形成和分化中起著重要作用[1]。而近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，Twist作為一種癌基因，與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)變(epithelial-mesenchymal transition，EMT)及惡性腫瘤的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和細(xì)胞凋亡關(guān)系密切[2-5]。鑒于Twist在EMT及腫瘤的發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移和預(yù)后中都發(fā)揮著很重要的作用，Twist有望作為惡性腫瘤重要的診斷標(biāo)志物和潛在的藥物治療靶點(diǎn)，并且還可作為預(yù)測患者預(yù)后的新指標(biāo)。

雖然目前關(guān)于Twist與腫瘤的關(guān)系研究較多，但還未見文獻(xiàn)就Twist與食管癌的關(guān)系進(jìn)行總結(jié)。作者就Twist與食管癌的發(fā)生發(fā)展的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 Twist簡介

Twist是位于常染色體上的基本的bHLH家族的轉(zhuǎn)錄因子，在胚胎發(fā)育中起重要作用[1]。在人類中Twist包含有2種，即Twist1和Twist2，它們編碼的蛋白都有相同的bHLH結(jié)構(gòu)域，Twist1又常被稱為Twist[6]。Twist能夠識(shí)別短的DNA保守序列CANNTG，即E-box結(jié)構(gòu)域。Twist在不同的種屬之間序列高度保守,在小鼠和人類的氨基酸序列具有96%的同源性，而其DNA結(jié)合區(qū)域更是具有100%的序列保守，它們都能結(jié)合一種E-box的DNA序列[7]。E-box存在于許多基因中，在不同類型的器官發(fā)育中，Twist通過轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控方式抑制或活化下游基因，從而對器官的發(fā)育產(chǎn)生重要的調(diào)控作用。

人類的Twist基因位于7p21.2，包含2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子。第一個(gè)外顯子包含1個(gè)ATG區(qū)域隨后是1個(gè)編碼202個(gè)氨基酸的開放閱讀框。開放閱讀框后是1個(gè)含有45 bp的不翻譯的外顯子區(qū)域，1個(gè)536 bp的內(nèi)含子區(qū)及另一個(gè)不翻譯的外顯子區(qū)(65位和415位有2個(gè)潛在的聚腺苷酸位點(diǎn))[7]。人類Twist的分子量大約為21 kDa，等電點(diǎn)為9.6。這個(gè)蛋白在臨近N端的區(qū)域包含著更有極性的氨基酸區(qū)域，而在C端即bHLH區(qū)域則沒有極性，所以Twist的N端比C端更有極性。人類Twist蛋白與鼠的Twist有著96%的同源序列。而果蠅有490個(gè)氨基酸序列的Twist，比人類、鼠、爪蟾的氨基酸序列都大。

2 Twist與EMT

EMT指上皮細(xì)胞失去了分化的特性，包括細(xì)胞與細(xì)胞之間的連接及上皮細(xì)胞的極性，而具有了間質(zhì)細(xì)胞的特性，比如浸潤、游走和侵襲的能力。它是胚胎發(fā)育的一個(gè)基本過程，使得在特殊部位產(chǎn)生的上皮細(xì)胞從上皮組織中分離出來并遷移到其他位置，是正常發(fā)育、傷口愈合及惡性上皮腫瘤發(fā)生的基礎(chǔ)。E鈣黏蛋白(E-cadherin)的減少或丟失是EMT最重要的標(biāo)志性變化。

Twist是一種bHLH轉(zhuǎn)錄因子，它已經(jīng)被鑒定通過調(diào)控E-cadherin的表達(dá)在EMT誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)移中起重要的作用。Gao等[8]研究了食管鱗癌中Twist的表達(dá)與食管癌EMT之間的相關(guān)性，并探索了Twist表達(dá)和腫瘤滲透性及轉(zhuǎn)移性之間的關(guān)系。研究表明Twist與Vimentin在食管癌，尤其是轉(zhuǎn)移的食管癌中過表達(dá)，而E-cadherin在食管鱗癌中的表達(dá)則下調(diào)，初步表明Twist通過下調(diào)E-cadherin作為腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的啟動(dòng)子。Lee等[9]于2012年用免疫組化和反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)檢測了199例食管癌樣本中Twist的表達(dá)，并用組織樣本和體外模型分析了Twist和食管癌EMT之間的相關(guān)性，結(jié)果表明Twist與食管癌的EMT顯著相關(guān)，并且有可能作為食管癌診斷和預(yù)后的分子標(biāo)志物。Sasaki等[10]在食管鱗癌的患者中檢測Twist和E-cadherin的表達(dá)以及它們的預(yù)后價(jià)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Twist的高表達(dá)和E-cadherin的低表達(dá)與腫瘤侵襲的深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)程的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移、臨床分期以及預(yù)后差顯著相關(guān)，并且Twist的高表達(dá)與E-cadherin的低表達(dá)顯著相關(guān)。目前還有很多研究發(fā)現(xiàn)在食管鱗癌中Twist蛋白的表達(dá)與E-cadherin的表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)，提示Twist蛋白可能通過上游調(diào)控造成E-cadherin表達(dá)降低或缺失是發(fā)生EMT的關(guān)鍵機(jī)制,從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲力和轉(zhuǎn)移力[11-13]。

3 Twist與食管癌血管生成

近年來對腫瘤血管生成的研究表明，血管生成在腫瘤的生長、惡化和轉(zhuǎn)移等方面起著很重要的作用。血管表皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)作為最重要的血管內(nèi)皮生長因子之一，可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)血管的通透性，還可以介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的浸潤和遷移。在大多數(shù)惡性腫瘤中，VEGF的表達(dá)均升高，并且誘導(dǎo)腫瘤血管的生成。趙杰等[14]研究發(fā)現(xiàn)在食管鱗癌臨床組織樣本中Twist與VEGF的表達(dá)成正相關(guān)，提示Twist蛋白可能通過VEGF介導(dǎo)腫瘤血管生成，在食管鱗癌的生長、轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮重要作用。Gong等[15]的研究進(jìn)一步驗(yàn)證了食管鱗癌的臨床組織樣本中Twist與VEGF-C共表達(dá),并且發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Twist后食管鱗癌細(xì)胞的侵襲能力和VEGF-C的表達(dá)上調(diào)。這項(xiàng)研究表明Twist在食管鱗癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中通過增強(qiáng)VEGF-C的表達(dá)從而促進(jìn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。然而關(guān)于Twist與食管癌的血管生成的更直接的證據(jù)目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，現(xiàn)有的關(guān)于Twist與血管生成的直接證據(jù)在肝癌及乳腺癌中均有過相關(guān)研究，研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)Twist表達(dá)后可以提高腫瘤血管流量和血管滲透性[16]。

4 Twist與食管癌的浸潤和轉(zhuǎn)移

腫瘤的轉(zhuǎn)移是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，在此過程中需要不同的基因和信號(hào)通路來參與調(diào)控。目前腫瘤的轉(zhuǎn)移包括如下幾個(gè)步驟:①腫瘤細(xì)胞從原發(fā)性腫瘤病灶中分離，在此步驟中細(xì)胞需要經(jīng)歷EMT來獲得分離的能力；②侵入周圍組織，穿透基底膜，進(jìn)入血管或者淋巴管，各種蛋白溶解酶和趨化因子起著關(guān)鍵作用；③在失巢凋亡情況下存活；④移出或滲出血管或淋巴管；⑤形成微型轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)；⑥適應(yīng)周圍基質(zhì)環(huán)境，經(jīng)過EMT重新獲得上皮細(xì)胞增殖特性，形成轉(zhuǎn)移灶。

目前很多研究表明Twist在食管癌的浸潤和轉(zhuǎn)移中起著重要作用。Gong等[15]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中Twist的表達(dá)與食管癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移緊密相關(guān)。首先通過免疫組化檢測發(fā)現(xiàn)Twist在轉(zhuǎn)移的食管鱗癌組織中的表達(dá)要顯著高于非轉(zhuǎn)移的食管鱗癌組織，其次在建立的高轉(zhuǎn)移的食管鱗癌細(xì)胞系中檢測到Twist高表達(dá)。研究表明Twist可以促進(jìn)食管癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。賀波等[17]采用免疫組化染色方法檢測Twist在58例食管癌及對應(yīng)癌旁組織表達(dá)情況，并分析其細(xì)胞亞定位與患者性別、年齡、腫瘤位置、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等臨床資料的關(guān)系。結(jié)果表明Twist在食管癌細(xì)胞漿及細(xì)胞核中表達(dá)水平均顯著高于癌旁組織(P<0.01),Twist在食管癌細(xì)胞核中的高表達(dá)與患者TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)(P<0.01)，而與患者性別、年齡及食管癌位置無顯著相關(guān)性(P>0.05)。目前還有很多研究分析了Twist的表達(dá)與食管鱗癌臨床病理資料之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)Twist的表達(dá)與食管鱗癌的臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤的浸潤深度均顯著相關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了Twist參與了食管癌的浸潤和轉(zhuǎn)移[12，14,18-20]。

5 Twist與食管癌的細(xì)胞凋亡

腫瘤作為一種細(xì)胞周期異常疾病，具有增殖失控和凋亡抑制的基本特征。相關(guān)研究表明Twist通過抑制p300/CBP相關(guān)因子(p300/CBP-associated factor，PCAF)來調(diào)控p53轉(zhuǎn)錄活性，使p53失去調(diào)控細(xì)胞凋亡的功能，從而促進(jìn)腫瘤及腫瘤血管生長等生物學(xué)功能[7,21]。另外Twist還可通過改變成纖維細(xì)胞的特性，抑制可變讀框基因(alterative reading frame，ARF)/雙微體(murine double mimute2，MDM2)/p53，增強(qiáng)抗細(xì)胞凋亡作用。研究發(fā)現(xiàn)Twist對p53途徑的作用主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)層次[7,21-22]。Twist抑制ARF的表達(dá)影響p53穩(wěn)定性以及抑制p53分子結(jié)構(gòu)中20位的絲氨酸(Ser20)的自身磷酸化，從而使p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑失活；另外通過與p53反式作用因子HOXA5的相互作用，減少p53對Twist轉(zhuǎn)錄活性的抑制作用；同時(shí)Twist還通過抑制p300介導(dǎo)的乙酰化，阻止p53、p300和MDM2形成三元絡(luò)合物，間接抑制p53介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄。有相關(guān)研究還表明Twist可以綁定p53 C-末端來阻滯p53轉(zhuǎn)錄后調(diào)控及MDM2介導(dǎo)的降解，發(fā)揮促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的重要作用[22]。

目前有相關(guān)研究通過檢測食管癌患者的癌組織、癌旁組織和正常食管組織中Twist、p53、E-cadherin蛋白表達(dá)水平,探討了Twist蛋白表達(dá)與食管癌臨床病理參數(shù)的關(guān)系，并分析了Twist與p53、E-cadherin蛋白表達(dá)的相關(guān)性[23]。結(jié)果表明食管癌組織中p53表達(dá)水平顯著高于癌旁組織和正常食管組織,并且在不同的浸潤深度、TNM分期、腫瘤分化程度和有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的食管癌組織中p53蛋白表達(dá)具有顯著差異,同時(shí)發(fā)現(xiàn)食管癌組織中Twist表達(dá)水平與p53之間存在明顯的正相關(guān)性,表明食管癌中Twist可能通過誘導(dǎo)p53基因突變,使其失去抗癌作用從而參與食管癌的發(fā)生和發(fā)展,同時(shí)可能通過其他p53非依賴性通路抑制細(xì)胞的凋亡。這項(xiàng)研究表明Twist可能通過調(diào)節(jié)ARF/p53途徑抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)腫瘤細(xì)胞形成,同時(shí)影響E-cadherin的表達(dá)而促進(jìn)EMT現(xiàn)象,參與食管癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。

6 Twist與食管癌的預(yù)后

Twist被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞中促進(jìn)轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)EMT的關(guān)鍵因子。在很多腫瘤中都報(bào)道過Twist參與了腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，然而關(guān)于Twist和腫瘤預(yù)后的相關(guān)性卻仍舊存在爭論。Wushou等[24]用系統(tǒng)回顧和Meta分析法來鑒定Twist的表達(dá)是否和腫瘤患者的預(yù)后存在相關(guān)性。這個(gè)研究包含了17個(gè)實(shí)驗(yàn)：肺癌4個(gè)、頭頸癌3個(gè)、乳腺癌2個(gè)、食管癌2個(gè)、肝癌2個(gè)、骨肉瘤，膀胱癌，宮頸癌和卵巢癌各1個(gè)，共2 006例患者。結(jié)果表明Twist的表達(dá)與3年和5年生存率較差相關(guān)，與Twist的表達(dá)和腫瘤預(yù)后較差相關(guān)。另外Sasaki等[10]在166例食管鱗癌患者原發(fā)腫瘤外科手術(shù)樣本中用免疫組化檢測了Twist的表達(dá)和臨床病理資料及預(yù)后的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)Twist高表達(dá)和低表達(dá)組5年生存率有顯著差異，同樣的高表達(dá)E-cadherin組和低表達(dá)E-cadherin組5年生存率也有顯著差異，并且高表達(dá)Twist和低表達(dá)E-cadherin的5年生存率要比低表達(dá)Twist高表達(dá)E-cadherin組的5年生存率要差。目前有很多研究表明Twist可以作為食管癌預(yù)后的分子標(biāo)志物[25-27]。

7 展望

Twist作為一種重要的促癌基因，與食管癌的發(fā)生、浸潤、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后密切相關(guān)。但目前關(guān)于Twist調(diào)控食管鱗癌淋巴轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制以及Twist相關(guān)的信號(hào)通路都還不清楚，不過隨著Twist與腫瘤關(guān)系的研究這些問題終將得到解決。鑒于Twist在食管癌侵襲和轉(zhuǎn)移過程中的特定作用，我們可以通過靶向Twist從而阻止食管癌浸潤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移灶的形成，為患者治療提供新的理論依據(jù)。