消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生有絲分裂危象的研究進展

李原 綜述 張玲 審校

細胞有絲分裂是真核細胞產(chǎn)生體細胞的過程，具有周期性。有絲分裂周期分為四個階段(G1、S、G2和M)。當細胞周期檢查點出現(xiàn)異?；蚣忓N體結構發(fā)生損傷會造成細胞死亡，這種現(xiàn)象稱為有絲分裂危象。細胞周期檢查點是保證細胞有絲分裂周期正常運行的關鍵節(jié)點[1]，由DNA損傷檢查點、DNA復制檢查點、紡錘體裝配檢查點構成。紡錘體裝配檢查點監(jiān)測染色體正確排列和分離，并確保子細胞基因組的完整性。對于進入有絲分裂的細胞，紡錘體裝配檢查點控制細胞走出M期[2]。消化系統(tǒng)腫瘤細胞為四倍體，由于缺乏細胞周期的控制和受損的細胞死亡信號而易發(fā)生多極化有絲分裂[3]。姐妹染色體在分離時發(fā)生錯誤，細胞表現(xiàn)出非整倍性。非整倍體細胞不受控于紡錘體裝配檢查點，無法通過下一個細胞周期中的M期而死亡。有絲分裂危象是一種新的細胞死亡方式，發(fā)展至終末期會以三種方式誘發(fā)細胞死亡：不退出有絲分裂后死亡；細胞進入下一個細胞周期的G1期后死亡；退出有絲分裂后死亡[4]。消化系統(tǒng)腫瘤細胞發(fā)生有絲分裂危象，電鏡下表現(xiàn)為染色體過早凝結、染色體斷裂和微核以及核分裂缺陷導致形成的巨大多核細胞[5]。

1 有絲分裂危象在消化系統(tǒng)腫瘤領域的研究現(xiàn)狀

1.1 胰腺癌細胞發(fā)生有絲分裂危象

胰腺癌惡性程度極高，確診時往往已經(jīng)不可治愈，且死亡率高，中位生存期僅為6個月，5年生存率僅為6%[6]。目前胰腺癌的主要治療手段為手術治療。胰腺癌對放化療具有高度耐藥性，有研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌細胞所處的微環(huán)境成分以及生長因子和細胞因子等可溶性蛋白質(zhì)之間的復雜相互作用，使得這些蛋白質(zhì)具有化療耐藥性、促進腫瘤生長、轉移擴散和上皮間質(zhì)轉化、支持免疫逃逸和干擾藥物輸送等功能[7]。如何控制胰腺癌細胞的增殖是胰腺癌研究領域的難點和焦點問題。有研究表明，Aurora蛋白激酶家族(AURKA)可以通過空間和時間控制磷酸化與有絲分裂調(diào)控相關的蛋白機制，包括表觀遺傳調(diào)節(jié)因子、致癌基因和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子之間的相互作用導致胰腺癌的發(fā)生。AURKA抑制劑可通過阻滯G2/M期，進而抑制胰腺癌細胞增殖。目前AURKA已經(jīng)成為胰腺癌治療的分子靶點[8]。Mathison等[9]發(fā)現(xiàn)甲基賴氨酸9組蛋白3(Methyl lysine 9 histone 3，H3K9me)通路的HP1γ(CBX3)被AURKA磷酸化來支持正常的有絲分裂過程。HP1γ與H3K9組蛋白甲基轉移酶(Histone methyl transferase，HMT)G9a、GLP、SUV39H1和SUV39H2等結合，形成一個多聚體復合體K9H3me。在共聚焦顯微鏡和電子顯微鏡下，以及細胞周期分析下，發(fā)現(xiàn)單獨使用AURKA抑制劑可引發(fā)Chk1-Cdc25c-Cdk1依賴性G2/M期阻滯，延緩胰腺癌細胞的生長。與H3K9me HMT抑制劑聯(lián)合使用時，會調(diào)節(jié)檢查點蛋白使其繞過G2/M期阻滯并下調(diào)Chk1-p53途徑，并且提高了胰腺癌的生長抑制效果。這種聯(lián)合使用產(chǎn)生的細胞毒性，可以誘導胰腺癌細胞發(fā)生有絲分裂危象而死亡。Florio等[10]發(fā)現(xiàn)苯并咪唑類驅(qū)蟲藥-帕苯達唑通過抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號傳導途徑改變微管組織和形成異常紡錘體而抑制胰腺癌細胞的增殖、克隆和遷移。帕苯達唑還可通過阻滯G2/M期而干擾細胞周期進程，使胰腺癌細胞形成巨大的多倍體細胞后發(fā)生有絲分裂危象。對于死亡率很高的胰腺癌，有絲分裂危象有望成為治療胰腺癌的關鍵節(jié)點。

1.2 結直腸癌細胞發(fā)生有絲分裂危象

結直腸癌是一種由遺傳和表觀遺傳因素引起的異質(zhì)性疾病，是全球第三大最常見的癌癥，且復發(fā)率高，5年生存率低[11]。結直腸癌化療效果差，主要是因為長時間的化療會使癌細胞產(chǎn)生多藥耐藥性。多藥耐藥性的發(fā)生可能是通過腫瘤細胞的遺傳、表觀遺傳或宿主因子實現(xiàn)的，有研究指出多藥耐藥性的發(fā)生與腫瘤干細胞相關。腫瘤干細胞是癌癥中的一類特殊細胞，腫瘤干細胞不能被化療藥物消滅是導致藥物治療后腫瘤復發(fā)和轉移的原因之一[12]。目前臨床治療結直腸癌使用較多的是靶向微管藥物，通過促進微管聚合或解聚來干擾微管生物化學動力學，從而損傷紡錘體的正常形成，進而導致紡錘體檢查點的激活，細胞周期發(fā)生阻滯[13]。Zdioruk等[14]研究發(fā)現(xiàn)水溶性微管蛋白抑制劑—鳥氨酸氨基轉移酶-449(OAT-449)，在6～30 nM的濃度范圍內(nèi)可顯著抑制結直腸癌細胞(HT-29)的增殖。OAT-449作用HT-29細胞18 h后，激活了Cdk1、NuMa、組蛋白H3和Aurora B的細胞信號通路；作用24 h后，HT-29細胞停滯在G2/M期，并抑制了微管蛋白聚合，導致微管和紡錘體之間缺乏張力。這阻止了紡錘體組裝檢查點的通路，使其未能完成M期，在HT-29細胞中引起有絲分裂危象；作用72 h后，發(fā)生非凋亡性細胞死亡。有絲分裂危象的發(fā)生涉及到p21/waf1/cip1蛋白的細胞質(zhì)積累，當p21/waf1/cip1蛋白位于細胞質(zhì)中時具有抑制凋亡的能力。Králová等[15]發(fā)現(xiàn)低濃度的氟苯達唑可以在體外抑制結腸癌細胞增殖，誘導發(fā)生有絲分裂危象和早衰。氟苯達唑作用結腸癌細胞后，通過β-微管蛋白亞單位上的秋水仙素結合位點來抑制微管蛋白聚合，激活凋亡通路，使含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-2(Caspase-2)和Caspase-3/7活性升高并伴有聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶切割。Caspase-2通過介導細胞骨架干擾物來誘導細胞死亡。針對多藥耐藥性且無法手術的結直腸癌患者，誘導結直腸癌細胞發(fā)生有絲分裂危象有望成為新型治療方案。

1.3 肝癌細胞發(fā)生有絲分裂危象

肝癌是全球第六大常見癌癥[16]，肝癌的發(fā)生是由于Raf/Ras/絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase，MAPK)通路的激活和促血管生成因子的過度表達[17]。手術是肝癌最佳治療方法，因為肝癌細胞Bcl-xL的過表達導致其對各種化療藥物有耐藥性。Bcl-xL是一種抗凋亡蛋白，其作用是阻止細胞毒性刺激誘導的線粒體細胞色素C釋放到胞質(zhì)溶膠中。多激酶抑制劑索拉非尼是目前唯一用于治療不可切除肝癌的藥物，Sonntag等[18]發(fā)現(xiàn)索拉非尼通過抑制MAPK通路和下調(diào)Cyclin D1來阻滯細胞周期進程，誘導肝癌細胞發(fā)生有絲分裂危象后死亡。蒽環(huán)類抗生素多柔比星是治療肝癌最重要的抗癌藥物。但多柔比星副作用較多，尤其是心臟毒性。Seok等[19]發(fā)現(xiàn)阿霉素誘導肝癌細胞凋亡所需濃度約為5～10 μg/mL，而阿霉素誘導肝癌細胞發(fā)生有絲分裂危象所需的濃度僅為0.025～0.15 μg/mL，可避免對正常組織的損傷。因此對于無法手術的肝癌患者，尋求一種可以誘導肝癌細胞發(fā)生有絲分裂危象的藥物至關重要。

1.4 胃癌細胞發(fā)生有絲分裂危象

據(jù)2020年世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構調(diào)查數(shù)據(jù)，全球新發(fā)腫瘤病例1 929萬例，其中胃癌新發(fā)病例109萬例[16]。目前胃癌發(fā)病率趨向年輕化，大約有3%的胃癌病例可能發(fā)生在35歲或更年輕的人群中。年輕患者的胃癌已被證實是一種雖然少見但是致命的疾病[20]。晚期胃癌患者的5年生存率低于10%[21]。胃癌細胞對化療耐藥主要是由于生存素的存在。生存素是一類凋亡抑制蛋白[22]，能抑制細胞凋亡、促進細胞增殖和調(diào)節(jié)細胞有絲分裂。有研究發(fā)現(xiàn)，生存素能促進胃癌細胞克服G0/G1和G2/M檢查點的控制，使胃癌細胞對化療高度耐藥。抑制胃癌細胞中生存素的功能可阻斷生存素與有絲分裂紡錘體的聯(lián)系，增加胃癌細胞對細胞毒性藥物的敏感性并誘導胃癌細胞發(fā)生有絲分裂危象。Tu等[22]發(fā)現(xiàn)反義和突變基因Cys84Ala在體外和體內(nèi)引起胃癌細胞紡錘體裝配檢查點的失調(diào)以及微管組裝和功能的缺陷，導致有絲分裂危象，引發(fā)胃癌細胞死亡。微管是細胞骨架的重要組成部分，還是很多基本細胞功能的組成蛋白。Qu等[23]發(fā)現(xiàn)白屈菜堿可抑制微管蛋白聚合，破壞微管結構，改變細胞骨架，影響紡錘體的形成和功能。白屈菜堿作用胃癌SGC-7901細胞系24 h后，可抑制SGC-7901細胞進入M期。作用48 h后，可誘導SGC-7901細胞在G2/M期阻滯。作用72 h后，受損紡錘體未能得到徹底修復的情況下，細胞越過檢查點進入下一個細胞周期的G1期，形成具有大量微核的多倍體偽G1細胞，無法存活。巨細胞長時間停滯M期，表現(xiàn)多個不同大小的微核，表明SGC-7901發(fā)生有絲分裂危象。經(jīng)白屈菜堿處理后，SGC-7901細胞系的Caspase-3蛋白表達隨時間逐漸增加，有絲分裂危象的發(fā)生可能與Caspase-3依賴的信號通路有關。Song等[24]發(fā)現(xiàn)低劑量(<40 μM)2，4-二叔丁基苯酚可誘導人胃腺癌AGS細胞的p21和Rb上調(diào)以及β-半乳糖苷酶活性的增加，使人胃腺癌AGS細胞衰老。高劑量的(>40 μM)2，4-二叔丁基苯酚通過抑制人胃腺癌AGS細胞的人組蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)的活性，使聚合微管蛋白—乙?；?微管蛋白比例增加，誘導有絲分裂危象發(fā)生并產(chǎn)生多核細胞。目前有研究發(fā)現(xiàn)，從大蒜中提取的含硫化合物大蒜素，對消化系統(tǒng)腫瘤有抑制作用，其還可與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合使用，增加抑制腫瘤增殖的作用，降低藥物的耐藥性。

2 小結與展望

本文總結了消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生有絲分裂危象的研究現(xiàn)況。相較傳統(tǒng)化療藥物誘導腫瘤細胞發(fā)生凋亡，精準誘導腫瘤細胞發(fā)生有絲分裂危象治療效果顯著，并且還可以聯(lián)合其他化療藥物增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。目前消化系統(tǒng)腫瘤確診病例逐年升高，迫切需求新型治療方案。誘導腫瘤細胞發(fā)生有絲分裂危象成為治療消化系統(tǒng)惡性腫瘤的熱點研究方向，但是其發(fā)生的分子生物學機制及相關信號通路尚不明確，需要我們深入研究與探討。