時(shí)鐘基因與腫瘤轉(zhuǎn)移的研究進(jìn)展

孟熙 金風(fēng)

作者單位：550004 貴陽 1貴州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院；550000 貴陽 2貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤科；3貴州省腫瘤醫(yī)院頭頸腫瘤科

腫瘤轉(zhuǎn)移涉及早期原發(fā)癌生長(zhǎng)、腫瘤血管生成、腫瘤細(xì)胞脫落并侵入基質(zhì)、癌栓形成、繼發(fā)組織器官定位生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移癌擴(kuò)散等多個(gè)步驟，且與黏附因子、纖維蛋白溶酶、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）［1］、干細(xì)胞［2］、機(jī)體免疫狀態(tài)、腫瘤微環(huán)境等因素有關(guān)。生物鐘是生物體內(nèi)源自主產(chǎn)生的調(diào)控系統(tǒng)［3］，由轉(zhuǎn)錄翻譯水平的多個(gè)反饋環(huán)組成。時(shí)鐘基因是構(gòu)成這些反饋環(huán)的基本元件，對(duì)多個(gè)反饋環(huán)具有調(diào)節(jié)作用［4］。研究發(fā)現(xiàn)，時(shí)鐘基因廣泛存在于有機(jī)體細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝等生理功能，在腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮促癌和抑癌雙重作用［5］。本文將對(duì)時(shí)鐘基因與腫瘤轉(zhuǎn)移的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 時(shí)鐘基因概述

哺乳動(dòng)物的生物鐘調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為3個(gè)部分，包括輸入通路、中樞“起搏器”和輸出通路，其中中樞“起搏器”位于大腦下丘腦的視交叉上核，可產(chǎn)生節(jié)律性的輸出信號(hào)從而調(diào)節(jié)不同細(xì)胞的生物節(jié)律。生物體內(nèi)的多種重要生命活動(dòng)，如細(xì)胞代謝和激素分泌，均受體內(nèi)生物鐘調(diào)控［5-8］。生物節(jié)律是大多數(shù)有機(jī)體重要的生物系統(tǒng)［9］。5%～15%的全基因組mRAN表達(dá)由時(shí)鐘基因驅(qū)動(dòng)，生物鐘破壞會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞正常生理功能喪失［10］，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展［11］。生物鐘基因幾乎存在于生物體內(nèi)的所有細(xì)胞［12-13］。20世紀(jì)80年代克隆得到果蠅的“周期基因”——Period，從此拉開了時(shí)鐘基因研究的帷幕［14］。20世紀(jì)90年代，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)第一個(gè)哺乳動(dòng)物時(shí)鐘基因Clock［15］。至今已發(fā)現(xiàn)的時(shí)鐘基因有Per1、Per2、Per3、Cry1、Cry2、Clock、Bmal1、TIM、CKIε、NPAS2、REV-ERBs、Dec1、Dec2和RORs［16-18］。研究發(fā)現(xiàn)，時(shí)鐘基因Bmal1、Clock、Per1、Per2、Per3和Cry1等與其蛋白產(chǎn)物相互作用，形成由正調(diào)控元件Bmal1和Clock以及負(fù)調(diào)控元件Per12和Cry12組成的轉(zhuǎn)錄翻譯負(fù)反饋環(huán)，傳導(dǎo)信號(hào)至基因組進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯后調(diào)控［4］。在時(shí)鐘基因家族中，Per1、Per2、Per3、NPAS2等基因具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移功能［18-22］，Clock、Cry1、Tim等基因具有促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移功能［10，23-24］，而Bmal1基因則具有抑制和促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的雙重作用［25-27］。可見，時(shí)鐘基因與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)。

2 時(shí)鐘基因與腫瘤轉(zhuǎn)移

2.1 Per基因家族

Per基因是最早被復(fù)制和鑒定的時(shí)鐘基因［14］，其家族成員包括Per1、Per2和Per3。降解細(xì)胞外基質(zhì)和破壞基底膜是腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移過程中的重要步驟，而MMP是降解細(xì)胞外基因最重要的蛋白酶類。研究表明，Per1、Per2、Per3基因可通過抑制 MMP表達(dá)而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。ZHAO等［18］研究發(fā)現(xiàn)，口腔鱗狀細(xì)胞癌組織中Per1的表達(dá)明顯下調(diào)；進(jìn)一步建立移植瘤模型，發(fā)現(xiàn)移植瘤增殖指數(shù)、分裂指數(shù)以及腫瘤重量均與Per1 mRNA表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，而Per1 mRNA表達(dá)與MMP-2 mRNA表達(dá)呈正相關(guān)。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)Per1異常表達(dá)與口腔鱗狀細(xì)胞癌生長(zhǎng)、增殖與轉(zhuǎn)移有關(guān)，認(rèn)為Per1可能是一個(gè)抑癌基因，可能通過調(diào)控MMP-2表達(dá)而抑制口腔鱗狀細(xì)胞癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。HAN等［19］在膽管癌研究中發(fā)現(xiàn)，膽管癌細(xì)胞過表達(dá)Per1可抑制腫瘤生長(zhǎng)、增殖、血管生成及腫瘤轉(zhuǎn)移。而ZHAO等［20］報(bào)道與癌旁正常組織相比，胃癌組織中Per1和Per2的表達(dá)水平明顯下調(diào)，兩者表達(dá)呈正相關(guān)，其中Per1表達(dá)與患者腫瘤臨床分期、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，Per2表達(dá)與患者腫瘤臨床分期、浸潤深度有關(guān)；Per1和Per2均低表達(dá)的患者較均高表達(dá)患者生存期更短，Per2是獨(dú)立的預(yù)后影響因素。提示Per1和Per2在胃癌的發(fā)生發(fā)展、浸潤以及預(yù)后中起重要作用，Per2有望成為新的預(yù)后預(yù)測(cè)標(biāo)志物。此外，HUISMAN等［11］研究顯示，在人結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn) 移 病 灶 中Clock、Bmal1、Per1、Per2、Per3、Cry1和Cry2等7個(gè)核心時(shí)鐘基因表達(dá)下調(diào)，其中Per3低表達(dá)與結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的數(shù)量顯著相關(guān)；在人原發(fā)結(jié)直腸癌組織中亦發(fā)現(xiàn)Bmal1、Per1、Per2、Per3和Cry2等5個(gè)時(shí)鐘基因表達(dá)下調(diào)，說明在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中，Per3可能發(fā)揮抑癌基因作用而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。WANG 等［28］報(bào)道 Per1、Per2、Per3基因在頭頸部鱗癌組織及頭頸部正常組織中均表達(dá)，但這3個(gè)基因在癌組織中的表達(dá)水平較正常組織明顯下降，且晚期患者較早期患者下調(diào)更明顯，認(rèn)為Per家族基因表達(dá)降低可能與頭頸部鱗癌發(fā)生有關(guān)。綜上認(rèn)為，Per1、Per2、Per3可能是抑癌基因，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移等多個(gè)過程。

2.2 Clock基因

Clock基因是時(shí)鐘基因多反饋環(huán)中的正向調(diào)控因子［4］。MOMMA 等［9］研究報(bào)道，Clock 染色陽性的結(jié)直腸癌患者的腫瘤體積明顯大于染色陰性者，且Clock染色陽性的患者腫瘤浸潤程度更嚴(yán)重，分期更晚。WANG等［23］在結(jié)直腸癌研究中發(fā)現(xiàn)，癌組織中hClock基因的表達(dá)水平較正常組織高，且分化差、Dukes腫瘤分期晚，64.3%伴隨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的患者h(yuǎn)Clock基因的表達(dá)水平明顯升高。進(jìn)一步研究［24］發(fā)現(xiàn)，敲低hClock基因可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，且shRNA靶向hClock基因可有效降低結(jié)直腸癌細(xì)胞在裸鼠中的轉(zhuǎn)移能力。EMT已被證明是一種重要的侵襲轉(zhuǎn)移方式［1］。WANG等［24］研究還發(fā)現(xiàn)，hClock過表達(dá)可增強(qiáng)血管生成相關(guān)基因如缺氧誘導(dǎo)因子1α、芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）的表達(dá)，并促進(jìn)了結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT。說明上調(diào)時(shí)鐘基因hClock表達(dá)可能促進(jìn)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移。BOSE等［29］研究發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘基因Clock可能促進(jìn)催乳素的分泌，進(jìn)而加速乳腺癌組織碳水化合物的代謝，促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。此外，血液循環(huán)中的腫瘤細(xì)胞可能黏附于血管內(nèi)皮表面，而TANG等［30］研究發(fā)現(xiàn)乏氧可導(dǎo)致hClock表達(dá)增加，從而誘導(dǎo) ROS（reactive oxygen species）的產(chǎn)生，激活RhoA激酶信號(hào)通路和NF-κB信號(hào)通路，引起血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激損傷及炎癥反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而可能導(dǎo)致血管內(nèi)皮表面的黏附位點(diǎn)暴露，為腫瘤細(xì)胞穿過內(nèi)皮細(xì)胞之間的連接、穿出血管壁形成轉(zhuǎn)移灶奠定了基礎(chǔ)；而抑制hClock則上述信號(hào)通路失活。

2.3 Cry基因

Cry基因是時(shí)鐘基因反饋環(huán)中的負(fù)調(diào)控元件之一，主要包括基因Cry1基因和Cry2基因［4］。HASAKOVA等［31］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠的Cry1基因發(fā)生突變時(shí)，小鼠喪失生理節(jié)律，并且移植瘤生長(zhǎng)速度加快。目前Cry基因與腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)研究主要集中在結(jié)直腸癌。YU等［10］在結(jié)直腸癌研究中發(fā)現(xiàn)，Cry1在大多數(shù)結(jié)直腸癌細(xì)胞株中表達(dá)上調(diào)，可促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖及遷移；Cry1在結(jié)直腸癌組織中表達(dá)亦上調(diào)，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM分期有關(guān)，Cry1高表達(dá)還與結(jié)直腸癌患者不良預(yù)后有關(guān)。然而，HUISMAN等［11］在人結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移病灶中發(fā)現(xiàn)，Cry1等核心時(shí)鐘基因表達(dá)下調(diào)。表明Cry1基因在結(jié)直腸癌不同的轉(zhuǎn)移病灶中表達(dá)水平可能不一致。MAZZOCCOLI等［32］研究亦發(fā)現(xiàn)與正常黏膜組織相比，結(jié)直腸癌患者腫瘤組織中Cry2等時(shí)鐘基因表達(dá)明顯下調(diào)；鄰近淋巴結(jié)腫瘤組織中Cry2的表達(dá)亦下調(diào)。WANG等［33］研究結(jié)直腸癌患者Per、Cry和Tim基因的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)與結(jié)直腸癌患者正常黏膜組織相比，腫瘤組織中Cry2的表達(dá)明顯降低；與正常淋巴結(jié)組織相比，鄰近淋巴結(jié)腫瘤組織中Cry2表達(dá)亦降低，推測(cè)Cry2低表達(dá)可能促進(jìn)結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。綜上認(rèn)為，Cry1和Cry2在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，有望成為結(jié)直腸癌的治療靶點(diǎn)和預(yù)后判斷標(biāo)志物。此外，HABASHY等［34］研究發(fā)現(xiàn)慢性淋巴細(xì)胞白血病患者表達(dá)Cry1，且可能通過上調(diào)CD38表達(dá)參與慢性淋巴細(xì)胞白血病的侵襲過程。CHUN等［35］在乳腺癌研究中發(fā)現(xiàn)Cry基因可能通過調(diào)控乳腺癌細(xì)胞DNA損傷修復(fù)而促進(jìn)乳腺癌發(fā)生發(fā)展。MTEYREK等［36］研究報(bào)道Cry1、Cry2基因缺陷的小鼠罹患膽管癌的風(fēng)險(xiǎn)是野生型小鼠的8倍，推測(cè)Cry基因缺陷可能與膽管癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

2.4 Bmal1基因

Bmal1基因又稱為ARNTL基因，是哺乳動(dòng)物生命活動(dòng)中重要的中央時(shí)鐘元件，位于11號(hào)染色體短臂，編碼蛋白質(zhì)Bmal1，屬于bHLH-PAS結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子家族［37］。研究發(fā)現(xiàn)，Bmal1基因在腫瘤中既可起促癌作用［25］，也可發(fā)揮抑癌作用［26-27］。ELSHAZLEY等［25］研究發(fā)現(xiàn)，與非致瘤性間皮細(xì)胞系和正常胸膜壁層細(xì)胞相比，大多數(shù)惡性胸膜間皮瘤細(xì)胞系Bmal1的表達(dá)水平更高，Bmal1基因敲除可抑制惡性胸膜間皮瘤細(xì)胞增殖，認(rèn)為Bmal1基因在惡性胸膜間皮瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促癌作用，可能成為其治療靶點(diǎn)。HE等［26］在鼻咽癌研究中發(fā)現(xiàn)Bmal1 mRNA的表達(dá)水平與腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)。JUNG等［27］報(bào)道，Bmal1過表達(dá)可抑制肺癌和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移，敲低Bmal1則促進(jìn)其侵襲與轉(zhuǎn)移；同時(shí)Bmal1敲低激活了PI3K/Akt/MMP2信號(hào)通路，而Bmal1過表達(dá)則可抑制該通路，認(rèn)為Bmal1可能通過阻斷PI3K/Akt/MMP2信號(hào)通路抑制癌細(xì)胞侵襲。MAZZOCCOLI等［32］認(rèn)為在結(jié)直腸癌中Bmal1基因下調(diào)可能抑制腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲。此外，ZENG等［38］研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)Bmal1基因表達(dá)可加速體外實(shí)驗(yàn)細(xì)胞的增殖以及小鼠體內(nèi)移植瘤的生長(zhǎng)；抑制Bmal1在小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞的表達(dá)，可減少依托泊苷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡以及多西紫杉醇治療后分布在G2/M期的細(xì)胞，同時(shí)減輕順鉑誘導(dǎo)的DNA損傷。綜上認(rèn)為，Bmal1可能發(fā)揮抑癌基因作用而抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。

2.5 NPAS2基因

NPAS2基因又名MOP4基因，屬于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（basical helix-loop-helix-PAS，bHLH-PAS）家族。NPAS2基因定位于人類染色體2p11.2-2q13上，相對(duì)分子質(zhì)量約為176.68 kb；NPAS2多肽鏈由622個(gè)氨基酸組成，位于N端的bHLH及PAS結(jié)構(gòu)域可介導(dǎo)蛋白二聚體形成；C端由核受體連接區(qū)組成，介導(dǎo)NPAS2與核受體的銜接［39］。YANG 等［40］研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，新鮮結(jié)直腸癌組織中NPAS2表達(dá)水平降低，且與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及TNM分期有關(guān)，NPAS2表達(dá)低的患者腫瘤更大、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率更高，NPAS2表達(dá)水平高的患者5年生存率明顯優(yōu)于表達(dá)水平低的患者。XUE等［22］研究亦發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者腫瘤組織中NPAS2 mRNA表達(dá)水平較癌旁正常組織明顯下調(diào)，NPAS2表達(dá)與腫瘤大小、TNM分期以及腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)；沉默NPAS2基因可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖與侵襲，同時(shí)增強(qiáng)傷口的愈合能力，說明在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中NPAS2可能是抑癌基因，可能抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，是潛在的預(yù)后預(yù)測(cè)指標(biāo)。此外，YI等［41］對(duì)348例乳腺癌患者組織標(biāo)本的NPAS2基因類型及表達(dá)水平進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NPAS2表達(dá)水平高的患者無病生存期和總生存期明顯改善，提示NPAS2在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后中發(fā)揮重要作用。

2.6 Tim基因

Tim基因的研究相對(duì)較晚，人類Tim基因位于第12號(hào)染色體上，長(zhǎng)約43 kb，主要編碼Tim蛋白，可與Per基因形成異二聚體［42］。Tim基因主要調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、代謝等活動(dòng)。WANG等［33］研究發(fā)現(xiàn)Tim基因在直腸癌患者癌組織中的表達(dá)較癌旁正常組織明顯升高，可能促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。ZHANG等［43］報(bào)道宮頸癌細(xì)胞株Tim基因的mRNA和蛋白表達(dá)水平異常，在宮頸癌組織中表達(dá)升高，且與患者年齡、臨床分期、盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、鱗狀細(xì)胞癌抗原、腫瘤復(fù)發(fā)、腫瘤分級(jí)、手術(shù)切緣狀況等有關(guān)，Tim基因上調(diào)與患者的總生存期和無病生存期較短有關(guān)。Tim基因在轉(zhuǎn)移性前列腺癌移植瘤中的表達(dá)亦較正常前列腺組織高，且Tim基因高表達(dá)與患者淋巴結(jié)受累、高水平的前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）等不良預(yù)后因素相關(guān)，認(rèn)為Tim基因可促進(jìn)前列腺癌轉(zhuǎn)移，可能是轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)基因［44］。LIU 等［45］研究發(fā)現(xiàn)，Tim基因在鼻咽癌細(xì)胞株、新鮮冷凍和石蠟包埋的鼻咽癌組織中均表達(dá)上調(diào)，且與臨床分期、腫瘤轉(zhuǎn)移、血清EB病毒DNA水平等相關(guān)，其高表達(dá)還與患者較短的總生存期及無進(jìn)展生存期有關(guān)，是無進(jìn)展生存期及總生存期的獨(dú)立影響因素。此外，該研究的體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)還表明Tim基因在鼻咽癌細(xì)胞中的異常高表達(dá)可抵抗順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化表型，激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路及其下游基因的轉(zhuǎn)錄；而敲低Tim基因則得到相反的結(jié)果，認(rèn)為Tim基因可能促進(jìn)鼻咽癌進(jìn)展。由此可見Tim基因可能具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移作用。

3 小結(jié)

時(shí)鐘基因是生物體調(diào)控系統(tǒng)多反饋環(huán)的基本元件，在腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮促癌和抑癌的雙重作用。其中，Per1、Per2、Per3和NPAS2可抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，可能為抑癌基因；Clock、Cry1、Tim等可促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移，可能為促癌基因；Bmal1基因在不同的腫瘤中發(fā)揮的作用不同，可能為抑癌基因或促癌基因；而其余時(shí)鐘基因與腫瘤轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系則有待進(jìn)一步研究。對(duì)時(shí)鐘基因進(jìn)行深入研究，將有助于揭示腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移機(jī)制，從而更好地防治腫瘤轉(zhuǎn)移，提高患者生存率。