Gadd45蛋白家族在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

曹宇，倪娟，曹能，楊國防，薛京倫，汪旭

0 引言

生長阻滯和 DNA 損傷誘導(dǎo)蛋白（growth arrest and DNA damage-inducible 45, Gadd45）基因家族包含3個成員：Gadd45A、Gadd45B和Gadd45G，分別編碼蛋白Gadd45α、Gadd45β和Gadd45γ。Gadd45蛋白在正常成人及胚胎組織中均有表達(dá)，其表達(dá)量隨細(xì)胞周期的改變而有所波動，G1期表達(dá)量最高，促使細(xì)胞順利完成G2期細(xì)胞周期檢查點及相應(yīng)的DNA損傷修復(fù)，確保遺傳過程中DNA的精確性；S期時則明顯降低[1]。Gadd45基因作為應(yīng)激敏感因子在響應(yīng)毒性和非毒性應(yīng)激反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。有研究表明在DNA受損后，細(xì)胞中會迅速產(chǎn)生Gadd45參與DNA的損傷修復(fù)過程，同時誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和（或）細(xì)胞凋亡[2]，隨后有研究者發(fā)現(xiàn)Gadd45蛋白家族與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系[3-5]，近幾年研究顯示，許多抗腫瘤藥物通過上調(diào)腫瘤細(xì)胞中Gadd45的表達(dá)水平，誘導(dǎo)細(xì)胞生長阻滯與凋亡[6-7]，其中關(guān)于Gadd45α的研究最多，涉及腫瘤相關(guān)的多個生理過程。本文分析了Gadd45蛋白家族參與腫瘤細(xì)胞周期、凋亡、自噬、侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥性發(fā)生等幾個重要生理過程的調(diào)控機制，總結(jié)并探討其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要性。

1 Gadd45α在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

Gadd45A基因位于人染色體1q31.3，編碼165個氨基酸，蛋白大小為18 kD，定位于細(xì)胞核中。有研究表明Gadd45α基因在抗腫瘤藥物發(fā)揮抑瘤作用及產(chǎn)生耐藥性過程中起重要作用[6-8]?；熕幬镯樸K是一種常用的廣譜抗癌藥，可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，但目前的抗癌藥物面臨的一大挑戰(zhàn)是癌細(xì)胞對其易產(chǎn)生抗藥性，使臨床上對藥物發(fā)揮抑瘤作用及產(chǎn)生耐藥性過程的檢測顯得尤為重要。Feng等[6]通過研究表明在非小細(xì)胞肺癌的治療過程中，順鉑可以促進(jìn)膜連蛋白A2（annexin A2, ANXA2）的表達(dá)，激活c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase,JNK）通路，導(dǎo)致Gadd45α蛋白表達(dá)下調(diào)，減少腫瘤細(xì)胞凋亡的發(fā)生，致使非小細(xì)胞肺癌對順鉑的耐藥性增加。CIL-102是一種生物堿衍生物，來源于中國特有的一種高大落葉喬木，具有一定的生物學(xué)抗癌活性。研究發(fā)現(xiàn)CIL-102可通過上調(diào)人結(jié)直腸癌細(xì)胞株DLD-1細(xì)胞中Gadd45α的表達(dá)，促使細(xì)胞周期阻滯和凋亡，進(jìn)而實現(xiàn)抗癌的生物學(xué)活性[8]。Li等[9]在研究低分化人結(jié)直腸癌細(xì)胞株RKO細(xì)胞響應(yīng)烷化劑MNNG（N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine）誘導(dǎo)DNA錯配修復(fù)發(fā)生的實驗中也證實這一觀點，當(dāng)Gadd45α呈現(xiàn)高表達(dá)狀態(tài)時，促進(jìn)細(xì)胞G2期阻滯和非p53依賴性細(xì)胞凋亡現(xiàn)象的發(fā)生。Yong等[7]對播散性腹膜腫瘤模型小鼠給予吉西他濱和曲妥單珠兩種化療藥物進(jìn)行聯(lián)合治療時，發(fā)現(xiàn)Gadd45α表達(dá)明顯升高，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生G2期阻滯及細(xì)胞凋亡，該結(jié)果提示二者聯(lián)合治療的抑瘤效果明顯優(yōu)于單一用藥。由此可見，上述結(jié)果預(yù)示著Gadd45α基因高表達(dá)時可能參與抗腫瘤藥物發(fā)揮的抑瘤作用，而當(dāng)該基因低表達(dá)時可能與藥物耐藥性正相關(guān)，但這一結(jié)果還需要大量研究進(jìn)一步證實。

在腫瘤細(xì)胞中，Gadd45α除參與細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡以外，還可參與細(xì)胞自噬過程的調(diào)控。細(xì)胞自噬的發(fā)生及調(diào)控對于腫瘤細(xì)胞來說是一把雙刃劍，在腫瘤發(fā)生的早期，自噬體的增多可減緩腫瘤的進(jìn)展；但出現(xiàn)在晚期，尤其是當(dāng)患者接受放療和化療之后，自噬體的增多有助于腫瘤細(xì)胞快速適應(yīng)低氧、低營養(yǎng)狀態(tài)，從而會加快腫瘤的進(jìn)展[10-11]。14-脫氧-11、12-雙脫水穿心蓮內(nèi)酯是一種具有抗腫瘤、抗病病毒、抗炎的萜類生物活性物質(zhì)，可誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞系T-47D中Gadd45α蛋白表達(dá)量增加，促進(jìn)自噬相關(guān)蛋白LC-3Ⅱ（microtubule-associated proteins 1 light chain 3A）表達(dá)量的增加，從而出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、空泡及自噬的發(fā)生，抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[12]。Zhang等[3]通過研究表明，Gadd45α與BECN1（Beclin-1）相互結(jié)合，阻止后者與磷酸肌醇-3-激酶3（phosphatidylinositol 3-kinase catalytic subunit type 3, PIK3C3）形成復(fù)合體，使食管鱗癌等多種腫瘤細(xì)胞的LC3-Ⅱ和自噬體的表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而抑制自噬的發(fā)生，維持腫瘤細(xì)胞增殖的高活性；隨后敲低Gadd45α的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的自噬體會明顯增加。鑒于Gadd45α對腫瘤細(xì)胞自噬的發(fā)生存在一定的調(diào)控作用，可以視為晚期腫瘤治療的潛在靶點，尤其是放療和化療后的耐藥患者，通過靶向增加Gadd45α的表達(dá)進(jìn)而抑制自噬，達(dá)到減緩腫瘤發(fā)展進(jìn)程的目的。

此外有研究者還發(fā)現(xiàn)Gadd45α基因還與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)。上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition, EMT）是指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程，具有促進(jìn)胚胎發(fā)育及傷口愈合等重要作用，其主要的特征有細(xì)胞黏附分子如上皮鈣黏蛋白（E-cadherin, E-ca）表達(dá)的減少、細(xì)胞角蛋白轉(zhuǎn)化為波形蛋白為主的細(xì)胞骨架及形態(tài)上具有間充質(zhì)細(xì)胞的特征等，EMT是上皮細(xì)胞來源的惡性腫瘤細(xì)胞獲得遷移和侵襲能力的重要生物學(xué)過程[13]。Tamura等[4]在前列腺癌細(xì)胞系DU145中，通過實驗發(fā)現(xiàn)Gadd45α/γ與CDK11p58（CDK11/PITSLRE protein kinase family member 58）結(jié)合，能顯著抑制其活性，削弱了CDK11p58對上皮特異性Ets轉(zhuǎn)錄因子（epithelium-specific Ets transcription factor, SPDEF）的磷酸化程度，致使SPDEF發(fā)生泛素化降解，失去對其下游基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而改變了E-ca和細(xì)胞角蛋白18（cytokeratin 18,CK-18）等幾種EMT標(biāo)志物的表達(dá)，促進(jìn)EMT的發(fā)生，提高了腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力，加速腫瘤的發(fā)展進(jìn)程。除了EMT以外，腫瘤血管生成是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的另一個重要因素。Liu等[14]通過RNAi技術(shù)，敲低人皮膚鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系SCL-1中Gadd45α的表達(dá)，可有效促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡，延緩細(xì)胞衰老；并增加促進(jìn)炎性反應(yīng)因子（IL-1α、IL-1β、IL-6和TNF-α）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的表達(dá)，促進(jìn)血管生成，加速腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。綜上所述，Gadd45α在腫瘤細(xì)胞周期阻滯、自噬、耐藥、凋亡、炎性反應(yīng)及侵襲轉(zhuǎn)移等過程的調(diào)控中，均發(fā)揮重要作用，是腫瘤發(fā)生及發(fā)展過程中較為重要的應(yīng)激蛋白之一。

2 Gadd45β在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

Gadd45B基因位于人染色體19q13.3，編碼160個氨基酸，蛋白大小為18kD，定位于細(xì)胞核質(zhì)和細(xì)胞外基質(zhì)中。在多發(fā)性骨髓瘤中，一種小肽抑制劑DTP3（D-tripeptide）破壞Gadd45β與絲裂原活化蛋白激酶激酶7（Mitogen-activated protein kinase kinase 7, MKK7）之間的物理結(jié)合，通過特異位點識別并與MKK7結(jié)合，恢復(fù)MKK7的活性，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，即Gadd45β通過與MKK7的結(jié)合，降低腫瘤細(xì)胞對小肽抑制劑的敏感度，維持了細(xì)胞存活的能力[15]。Myint等[5]通過研究發(fā)現(xiàn)在膽管癌中，高達(dá)75%的病理組織切片都呈現(xiàn)Gadd45β蛋白高表達(dá)狀態(tài)，并且與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。當(dāng)敲低人膽管癌細(xì)胞系HuCCA-1細(xì)胞中Gadd45β的表達(dá)時發(fā)現(xiàn)，EMT標(biāo)志物表達(dá)也隨之發(fā)生改變，細(xì)胞活力和侵襲轉(zhuǎn)移能力均有所下降，提示Gadd45β可能通過參與EMT通路的調(diào)控，影響腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的過程。此外，Gadd45β還參與了腫瘤細(xì)胞免疫逃逸的調(diào)控過程，通過與細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB）的共同作用，限制了腫瘤部位的炎性反應(yīng)及腫瘤微環(huán)境中T淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)運，進(jìn)而加劇了腫瘤細(xì)胞免疫逃逸的發(fā)生。當(dāng)抑制骨髓細(xì)胞中Gadd45β的表達(dá)，可明顯恢復(fù)促炎性反應(yīng)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的活化和腫瘤內(nèi)免疫浸潤，從而減少了腫瘤免疫逃逸的發(fā)生[16]。由此可見，Gadd45β在推進(jìn)腫瘤發(fā)展的過程中發(fā)揮巨大作用，通過靶向抑制腫瘤細(xì)胞中Gadd45β的表達(dá)，可以得到較好的抑瘤效果。

3 Gadd45γ在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

Gadd45G基因位于人染色體9q22.2，編碼159個氨基酸，蛋白大小為17 kD，定位于細(xì)胞核中。Xu等[17]發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞中，Gadd45γ的低表達(dá)致使其下游效應(yīng)分子Smad互作蛋白1（Smad-interacting protein 1, SIP1）低表達(dá)，抑制了腫瘤細(xì)胞凋亡的發(fā)生，維持了細(xì)胞存活和增殖的能力。而蛋白酶抑制劑MG132可以通過誘導(dǎo)Gadd45γ的表達(dá)進(jìn)而激活JNK信號通路，促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。通過對肝癌細(xì)胞索拉非尼耐藥株和敏感株以及病理組織的分析發(fā)現(xiàn)，耐藥株中Gadd45γ的表達(dá)量明顯高于敏感株，敲低Gadd45γ的表達(dá)可以明顯降低由索拉非尼引起的敏感株細(xì)胞的凋亡率[18]，提示Gadd45γ在腫瘤細(xì)胞耐藥性的產(chǎn)生過程發(fā)揮重要作用，可能作為一個潛在的耐藥性腫瘤治療靶點。

4 總結(jié)與展望

腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個涉及多因素、多基因、多階段的復(fù)雜的生物學(xué)過程[19]。具體表現(xiàn)為Ⅰ/Ⅱ相代謝酶活性，DNA損傷修復(fù)及氧化應(yīng)激的異常致使正常細(xì)胞的生理過程發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期，凋亡及抗炎抗氧化等生理活動的異常，促使腫瘤發(fā)生；基質(zhì)金屬蛋白酶異常表達(dá)，血管生成及EMT等，均可以加速腫瘤的發(fā)展，使腫瘤細(xì)胞獲得侵襲轉(zhuǎn)移能力，從原位脫離，經(jīng)血液和（或）淋巴循環(huán)散播至身體其他部位，定植并再次增殖，形成難治愈的轉(zhuǎn)移性腫瘤[20]。

Gadd45蛋白作為一種響應(yīng)環(huán)境應(yīng)激蛋白，不僅參與細(xì)胞環(huán)境應(yīng)激的調(diào)控，還在腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。在腫瘤發(fā)生階段參與細(xì)胞DNA損傷修復(fù)；改變腫瘤起始階段的細(xì)胞周期調(diào)控，抑制腫瘤細(xì)胞增殖并促進(jìn)凋亡的發(fā)生；并在腫瘤惡化階段涉及腫瘤細(xì)胞自噬、EMT、免疫逃逸以及腫瘤細(xì)胞耐藥性發(fā)生等相關(guān)進(jìn)程?；贕add45蛋白參與腫瘤發(fā)生發(fā)展各個進(jìn)程的相關(guān)通路，并且發(fā)揮著舉足輕重的作用，提示Gadd45蛋白家族可能是一個較為重要的預(yù)后指標(biāo)和分子靶點。鑒于其本身響應(yīng)環(huán)境應(yīng)激的特性，有望通過改變腫瘤微環(huán)境中微營養(yǎng)元素含量或放化療藥物的濃度來影響Gadd45蛋白家族的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮其影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用，實現(xiàn)輔助治療腫瘤的目的。