脊索瘤分子調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展

梁辰，楊辰龍，劉曉光

0 引言

脊索瘤是起源于胚胎殘余脊索組織的原發(fā)腫瘤，國(guó)外數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其發(fā)病率約為百萬(wàn)分之一，占惡性骨腫瘤的1%～4%。肖建如等曾對(duì)近十年華東地區(qū)3個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的1 209例原發(fā)性骨腫瘤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示脊索瘤在惡性骨腫瘤中所占比例高達(dá)9.8%。該腫瘤發(fā)病年齡在50～60歲，男性多于女性，兒童罕見(jiàn)。組織學(xué)上，脊索瘤分為經(jīng)典型，軟骨型及去分化型，以經(jīng)典型為主。發(fā)生部位以中軸骨、骶骨最多，其次是顱底及脊柱其他節(jié)段[1-2]。脊索瘤為低、中度惡性腫瘤，生長(zhǎng)緩慢，起病隱匿，癥狀不典型，確診時(shí)多數(shù)腫瘤體積較大，且臨近結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)切除難度高。脊索瘤對(duì)化療不敏感，對(duì)放療部分敏感，目前手術(shù)切除配合放療是治療脊索瘤的常規(guī)手段。然而，脊索瘤術(shù)后復(fù)發(fā)率較高，中位生存期6～7年，5年生存率約為65%，10年生存率約為35%[3]。雖然腫瘤的多模式治療發(fā)展迅速，然而脊索瘤的治療仍是困擾臨床醫(yī)生的難題。既往研究表明，脊索瘤的發(fā)生發(fā)展具有復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。近年來(lái)，有關(guān)脊索瘤分子生物學(xué)研究逐漸深入，包括Brachyury在內(nèi)的多個(gè)分子、信號(hào)通路及microRNA被相繼發(fā)現(xiàn)，脊索瘤相關(guān)靶向治療也取得一定進(jìn)展。本文主要對(duì)脊索瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中關(guān)鍵分子、信號(hào)通路及表觀遺傳學(xué)等方面的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵分子及信號(hào)通路的選擇，主要是將腫瘤發(fā)生的經(jīng)典途徑與脊索瘤的自身特點(diǎn)相結(jié)合，選取與脊索瘤發(fā)生高度相關(guān)的分子及信號(hào)通路進(jìn)行闡述。其中，由于脊索瘤起源于胚胎殘余脊索組織，所以本文重點(diǎn)選取了與胚胎發(fā)育異常相關(guān)的基因及通路。此外，本文選取了與細(xì)胞周期相關(guān)及腫瘤干細(xì)胞相關(guān)的關(guān)鍵分子。最后，對(duì)表觀遺傳學(xué)在脊索瘤研究中的最新進(jìn)展進(jìn)行了闡述。

1 關(guān)鍵分子

1.1 胚胎相關(guān)分子

Brachyury基因，是T-box基因家族中的一員，位于6q27區(qū)域，編碼轉(zhuǎn)錄因子Brachyury蛋白，在胚胎發(fā)育過(guò)程中調(diào)控中胚層向脊索分化。Brachyury是近年來(lái)研究較為深入的脊索瘤標(biāo)志物，其在脊索瘤診斷中具有重要價(jià)值。

目前，體外研究已證實(shí)Brachyury是脊索瘤發(fā)生的關(guān)鍵分子。在脊索瘤細(xì)胞系中敲低Brachyury后，細(xì)胞增殖受到顯著抑制，細(xì)胞向衰老表型發(fā)展。最新研究發(fā)現(xiàn)，Brachyury基因及其上下游信號(hào)通路參與脊索瘤的惡性形成。在顱底脊索瘤中，激活PI3K/Akt通路可上調(diào)Brachyury的基因表達(dá)，且該通路抑制劑可顯著抑制脊索瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[4]。Shah等[5]發(fā)現(xiàn)Brachyury-YAP通路在調(diào)控脊索瘤的多能性及侵襲性方面具有重要作用。在分子診斷及預(yù)測(cè)脊索瘤預(yù)后方面，雖然Brachyury是公認(rèn)的標(biāo)志物，但是其表達(dá)量高低與腫瘤預(yù)后的相關(guān)性仍存在爭(zhēng)議。最新的高通量測(cè)序及基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，Brachyury基因拷貝數(shù)目及SNP位點(diǎn)與脊索瘤預(yù)后可能存在一定相關(guān)性。Kelley等[6]前期研究表明Brachyury基因拷貝數(shù)增加是家族性脊索瘤重要的易感因素，SNP位點(diǎn)rs1056048及rs3816300可能與脊索瘤發(fā)病相關(guān)。Wang等[7]研究了Brachyury基因3種異構(gòu)體在脊索瘤及脊索組織中的表達(dá)情況，脊索瘤組織及細(xì)胞系中長(zhǎng)異構(gòu)體表達(dá)水平最高，而長(zhǎng)/短異構(gòu)體比例在脊索瘤和脊索組織中存在明顯差異。異構(gòu)體差異表達(dá)是否影響脊索瘤發(fā)生發(fā)展，可能成為今后研究Brachyury基因的一個(gè)方向。

目前，脊索瘤中Brachyury基因上下游分子機(jī)制相關(guān)研究仍處于初始階段，生物信息學(xué)預(yù)測(cè)的信號(hào)通路有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。構(gòu)建以Brachyury為中心的網(wǎng)絡(luò)，尋找治療脊索瘤的有效靶點(diǎn)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用小分子抑制劑進(jìn)行治療，可能成為脊索瘤治療的新途徑。

1.2 細(xì)胞周期相關(guān)分子

1.2.1 P53及相關(guān)蛋白 P53是維持細(xì)胞正常功能的重要調(diào)控者，當(dāng)出現(xiàn)DNA損傷時(shí)，P53基因通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期阻滯及凋亡發(fā)揮抑癌作用。作為研究最為廣泛的抑癌基因，超過(guò)50%的腫瘤中可見(jiàn)P53變異。然而，脊索瘤中有關(guān)P53基因遺傳變異的研究較少，而關(guān)于P53蛋白表達(dá)水平的報(bào)道也不盡相同。早期研究表明，脊索瘤中P53表達(dá)水平與預(yù)后之間無(wú)顯著相關(guān)性，P53基因在脊索瘤中無(wú)變異表現(xiàn)。也有研究報(bào)道，P53蛋白在脊索瘤中高表達(dá)且與患者預(yù)后不良相關(guān)。Yakkioui等[8]對(duì)25例脊索瘤標(biāo)本中細(xì)胞周期相關(guān)標(biāo)志物進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，P53陽(yáng)性占28%，且P53表達(dá)水平與脊索瘤細(xì)胞增殖能力及患者預(yù)后不良相關(guān)。

P53蛋白在脊索瘤中的表達(dá)水平及其與預(yù)后的相關(guān)性，需要進(jìn)一步加大樣本量進(jìn)行檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析。p53基因作為公認(rèn)的抑癌基因，在脊索瘤中未有變異發(fā)生，且表達(dá)水平增高與臨床預(yù)后不良相關(guān)，提示可能存在抑制P53蛋白功能的機(jī)制，從而抑制P53對(duì)脊索瘤發(fā)生發(fā)展的調(diào)控。

鼠雙微基因2（mouse double murine 2,MDM2）是一種原癌蛋白，可與P53蛋白結(jié)合，抑制P53介導(dǎo)的反式轉(zhuǎn)錄激活，并通過(guò)泛素化修飾導(dǎo)致P53降解，抑制其功能。MDM2基因擴(kuò)增可在7%的腫瘤中檢測(cè)到，而在未檢測(cè)出該基因擴(kuò)增的腫瘤中MDM2蛋白表達(dá)明顯增多[9]。有研究報(bào)道，15%的脊索瘤中存在MDM2基因擴(kuò)增。在脊索瘤中，P53的表達(dá)水平降低與MDM2過(guò)表達(dá)顯著相關(guān)，也提示MDM2通過(guò)抑制P53蛋白功能，促進(jìn)脊索瘤的生長(zhǎng)[10]。

P53凋亡刺激蛋白（ASPP）是通過(guò)與P53蛋白家族相互作用，調(diào)控P53家族細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)功能的一類(lèi)蛋白。P53凋亡刺激蛋白抑制因子（inhibitor of apoptosis stimulating protein of p53, iASPP）是ASPP家族的一員，在多種腫瘤中呈過(guò)表達(dá)狀態(tài)。Ma等[11]研究表明，在脊索瘤中，iASPP高表達(dá)，且表達(dá)水平與預(yù)后不良顯著相關(guān)，iASPP可促進(jìn)脊索瘤的增殖、侵襲，敲低iASPP表達(dá)可以增加脊索瘤對(duì)順鉑的敏感度。

在脊索瘤中，是否存在其他抑制P53功能的蛋白、MDM2影響脊索瘤生物學(xué)功能的機(jī)制及iASPP對(duì)脊索瘤的其他作用，有待于進(jìn)一步深入研究。

1.2.2 CDKN2A P16蛋白是由CDKN2A基因編碼，調(diào)控細(xì)胞周期的重要蛋白。P16主要通過(guò)阻止CDK4/cyclinD1復(fù)合體形成、抑制RB蛋白磷酸化，將細(xì)胞周期阻滯于G1期。P16是一種公認(rèn)的抑癌蛋白，在多種腫瘤中低表達(dá)。早期研究報(bào)道稱(chēng)，CDKN2A基因在70%脊索瘤中出現(xiàn)同源或雜合缺失，該基因失活可能在脊索瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與軟骨相比，脊索瘤中P16表達(dá)明顯降低，且表達(dá)水平與腫瘤的侵襲呈負(fù)相關(guān)。Choy等[13]發(fā)現(xiàn)脊索瘤中CDKN2A基因位點(diǎn)變異導(dǎo)致拷貝數(shù)減少，進(jìn)一步提示CDKN2A與脊索瘤發(fā)生顯著相關(guān)。

1.3 腫瘤干細(xì)胞相關(guān)分子

腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell, CSC）是具有自我更新和多向分化功能的腫瘤細(xì)胞，在腫瘤生長(zhǎng)、侵襲、復(fù)發(fā)等方面具有重要作用。干細(xì)胞的標(biāo)志物主要包括c-myc、SSEA-1、Oct4、Klf4、Sox2、Nanog等。早期研究發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞標(biāo)志物在脊索瘤組織及細(xì)胞系中均表達(dá)，檢測(cè)腫瘤干細(xì)胞是預(yù)測(cè)脊索瘤復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移的重要途徑。Sox9基因在胚胎發(fā)育、器官發(fā)生、軟骨分化及干細(xì)胞屬性等方面具有重要作用。Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)Sox9基因在脊索瘤中高表達(dá)，且表達(dá)水平與脊索瘤預(yù)后不良相關(guān)。Sox9敲低后，不僅抑制了脊索瘤的生長(zhǎng)和侵襲，促進(jìn)凋亡、導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯，還可引起干細(xì)胞標(biāo)志物Nanog、c-myc的表達(dá)降低，提示Sox9可作為脊索瘤診斷及治療的靶點(diǎn)。尋找影響脊索瘤中腫瘤干細(xì)胞表型的分子，通過(guò)抑制腫瘤干細(xì)胞活性治療脊索瘤，可能成為今后研究的方向。

1.4 其他分子

SMARCB1基因又名INI1/SNF5，編碼INI1蛋白，被認(rèn)為是抑癌基因。該基因在非典型畸胎瘤及橫紋肌肉瘤中缺失。Li等[15]研究表明，SNF5低表達(dá)與顱底脊索瘤預(yù)后不良相關(guān)。Antonelli等[16]最新報(bào)道，8例兒童脊索瘤病例中，4例出現(xiàn)SMARCB1/INI1表達(dá)缺失，并發(fā)現(xiàn)3個(gè)新致病突變位點(diǎn)，提示該基因與兒童脊索瘤相關(guān)。Owosho等[17]發(fā)現(xiàn)在去分化脊索瘤中，存在大量SMARCB1/INI1表達(dá)缺失。Cha等[18]報(bào)道了2例去分化兒童脊索瘤病例SMARCB1/INI1陰性表達(dá)，其中1例存在SMARCB1/INI1基因缺失。去分化脊索瘤罕見(jiàn)，主要侵犯兒童，預(yù)后較差，SMARCB1/INI1基因與去分化脊索瘤高度相關(guān)，需進(jìn)一步研究該基因缺失影響去分化脊索瘤發(fā)生的具體機(jī)制，尋找治療去分化脊索瘤的有效方法。

2 信號(hào)通路

2.1 受體酪氨酸激酶相關(guān)通路

受體酪氨酸激酶相關(guān)信號(hào)通路是細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要途徑，有助于維持正常細(xì)胞功能，同時(shí)也介導(dǎo)多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。受體酪氨酸激酶主要包括表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）家族、血小板生長(zhǎng)因子受體（platelet derived growth factor receptor, PDGFR-β）家族、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（hepatocyte growth factor receptor, HGFR）等。脊索瘤中，EGFR等多個(gè)受體酪氨酸激酶表達(dá)增高，PI3K/Akt/mTOR等多條信號(hào)通路處于激活狀態(tài)，與脊索瘤發(fā)生關(guān)系密切。

EGFR是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)分化的重要跨膜受體蛋白，與腫瘤的不良預(yù)后、化療及放療耐受等緊密相關(guān)。EGFR是脊索瘤中激活最為顯著的受體酪氨酸激酶，早期研究發(fā)現(xiàn)EGFR促進(jìn)脊索瘤發(fā)生發(fā)展，應(yīng)用EGFR抑制劑治療脊索瘤的部分藥物已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)，但是長(zhǎng)期療效有待進(jìn)一步觀察。Scheipl等[19]在3株脊索瘤細(xì)胞系中進(jìn)行了1 097個(gè)化合物療效的篩選，其中EGFR抑制劑sapitinib療效最為顯著。Magnaghi等[20]研究了EGFR抑制劑對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的抑制作用，發(fā)現(xiàn)阿法替尼是唯一對(duì)所有脊索瘤細(xì)胞系均具有明顯抑癌作用的EGFR抑制劑，為阿法替尼進(jìn)入臨床試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。Tosuner等[21]研究發(fā)現(xiàn)，編碼HGFR的c-MET基因與脊索瘤復(fù)發(fā)相關(guān)，可作為判斷預(yù)后的標(biāo)志物。

PI3K/Akt/mTOR通路是受體酪氨酸激酶相關(guān)的重要通路，該通路的激活與腫瘤發(fā)生相關(guān)，抑癌蛋白PTEN是該通路的負(fù)向調(diào)控者。Chen等[22]探討了骶骨脊索瘤中PTEN和mTOR的表達(dá)水平與預(yù)后的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)兩者表達(dá)與腫瘤的局部侵襲相關(guān)，可作為脊索瘤治療的潛在靶點(diǎn)。Wu等[23]對(duì)顱底脊索瘤骨侵襲的蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明，PTEN與骨侵襲的程度相關(guān)，PI3K/Akt/mTOR通路也與骨侵襲相關(guān)。

Hu等[24]研究發(fā)現(xiàn)另一條重要的受體酪氨酸激酶通路FGFR/MEK/ERK可以與Brachyury作用，預(yù)測(cè)該通路可以作為治療脊索瘤的新靶點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō)，雖然與脊索瘤相關(guān)受體酪氨酸激酶較多，但是針對(duì)脊索瘤治療的有效靶點(diǎn)仍然欠缺，構(gòu)建RTKs與Brachyury等分子之間的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，研發(fā)針對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)及通路的復(fù)合藥物，可能成為改善脊索瘤化療耐受的重要方式。

2.2 Sonic Hedgehog（SHH）通路

Hedgehog基因最早是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的，因其突變導(dǎo)致果蠅胚胎覆蓋尖齒，形似刺猬而得名。Hedgehog家族主要包括：SHH、Desert Hedgehog和Indian Hedgehog。Hedgehog通路不僅在人胚胎發(fā)生中起重要作用，而且在多種腫瘤中激活，然而在脊索瘤中相關(guān)研究較少。SHH是Hedgehog家族中研究最為廣泛的分子，被認(rèn)為參與椎體的發(fā)育[3]。SHH是SHH通路的啟動(dòng)子，SHH與其受體PTCH1結(jié)合后，解除了PTCH1對(duì)蛋白的抑制，激活下游效應(yīng)分子Gli1、Gli2、Gli3等[25]。Cates等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在一組28例脊索瘤標(biāo)本中，96%存在SHH高表達(dá)，82%存在PTCH1受體的陽(yáng)性表達(dá)，而PTCH1受體正是SHH的下游分子。在脊索瘤中，尚缺乏SHH通路其他下游分子，如SMO、Gli1、GLli2、Gli3等的研究，SHH是否能夠成為脊索瘤的治療靶點(diǎn)，還有待于進(jìn)一步探討。

2.3 Wnt通路

大量研究表明，Wnt通路參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展。β-cantenin是Wnt通路中的關(guān)鍵分子，其在胞核內(nèi)積聚是腫瘤細(xì)胞發(fā)生的重要表現(xiàn)。個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，Wnt通路在維持脊索功能中具有重要作用，通過(guò)干擾β-cantenin阻斷Wnt通路后，脊索功能發(fā)生障礙。有關(guān)細(xì)胞黏附分子在脊索瘤中表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，β-cantenin與脊索瘤的組織結(jié)構(gòu)形成及維持相關(guān)，可能作為脊索瘤診斷的標(biāo)志物。早期針對(duì)細(xì)胞黏附分子的1項(xiàng)16例脊索瘤研究發(fā)現(xiàn)，37.5%存在β-cantenin膜表達(dá)。Chen等[27]的最新研究發(fā)現(xiàn)，在脊索瘤中microRNA185-5p可以通過(guò)Wnt信號(hào)通路發(fā)揮作用。以上研究結(jié)果提示，Wnt通路可能在脊索瘤發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色，需深入研究Wnt通路中關(guān)鍵分子的表達(dá)水平及調(diào)控作用。

3 表觀遺傳學(xué)

表觀遺傳學(xué)是指在不改變基因序列的基礎(chǔ)上，通過(guò)DNA甲基化及非編碼RNA等修飾改變基因表達(dá)的過(guò)程。近年來(lái)，表觀遺傳學(xué)研究是腫瘤學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

3.1 DNA甲基化

DNA甲基化是不改變DNA序列，通過(guò)甲基化進(jìn)行DNA化學(xué)修飾。目前研究表明，特定基因的DNA甲基化及去甲基化與腫瘤發(fā)生具有密切關(guān)系。早期研究發(fā)現(xiàn)，20余個(gè)甲基化及去甲基化的基因可能與脊索瘤發(fā)生相關(guān)。Marucci等[28]探討了顱底脊索瘤中DNA修復(fù)蛋白O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（O-6-methylguanine-DNA methyltransferase, MDMT）的甲基化狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在復(fù)發(fā)脊索瘤中MDMT基因啟動(dòng)子存在甲基化。Alholle等[29]對(duì)復(fù)發(fā)及未復(fù)發(fā)的脊索瘤進(jìn)行全基因組甲基化分析，初步確定了一系列與脊索瘤有關(guān)的甲基化位點(diǎn)。了解脊索瘤中基因甲基化水平，有助于深入理解脊索瘤的發(fā)生機(jī)制，挖掘腫瘤相關(guān)的分子標(biāo)志物。

3.2 非編碼RNA

非編碼RNA（noncoding RNA, ncRNA）主要包括微小RNA（microRNA）、環(huán)狀RNA（circular RNA, cirRNA）、長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long noncoding RNA, lncRNA）等。越來(lái)越多的研究表明，非編碼RNA參與腫瘤生物學(xué)功能的調(diào)控。目前，與脊索瘤相關(guān)的非編碼RNA研究集中在microRNA。microRNA是一類(lèi)非編碼小RNA，通過(guò)與目的基因序列特異性結(jié)合參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的調(diào)控。miR-1是最早被發(fā)現(xiàn)的、在脊索瘤組織、細(xì)胞系中下調(diào)最為顯著的microRNA，其表達(dá)增高可抑制脊索瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。隨后，Osaka等[30]研究證實(shí)， miR-1通過(guò)下調(diào)slug表達(dá)抑制脊索瘤的增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲。Zhang等[31]發(fā)現(xiàn)miR-608可靶向調(diào)控EGFR、Bcl-xL。miR-34a可靶向調(diào)控MET，抑制脊索瘤的增殖和侵襲，促進(jìn)脊索瘤的凋亡。microRNA中，與脊索瘤預(yù)后及腫瘤發(fā)生相關(guān)的還有miR-185-5p、miR-219-5p、miR-1237-3p、miR-155等[27,32-34]?？偟膩?lái)說(shuō)，雖然脊索瘤相關(guān)microRNA研究層出不窮，然而一方面鮮有相同的差異microRNA報(bào)道，另一方面針對(duì)microRNA調(diào)控脊索瘤關(guān)鍵分子的功能研究尚缺乏，差異microRNA作用有待進(jìn)一步研究證實(shí)。除此之外，lncRNA、cirRNA等非編碼RNA是目前腫瘤領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，而在脊索瘤中尚無(wú)相關(guān)研究，今后可以通過(guò)高通量測(cè)序篩選腫瘤及對(duì)照組間差異lncRNA及cirRNA，建立其調(diào)控上下游分子的交互信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，探討其影響脊索瘤生物學(xué)功能的機(jī)制。

4 問(wèn)題與展望

近年來(lái)，有關(guān)脊索瘤分子調(diào)控機(jī)制的研究取得了一定進(jìn)展，為脊索瘤的體內(nèi)外研究奠定了基礎(chǔ)。雖然多個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)及關(guān)鍵通路相繼被發(fā)現(xiàn)，但脊索瘤的有效治療仍任重道遠(yuǎn)。探討lncRNA及cirRNA等非編碼RNA在脊索瘤中的作用、尋找影響腫瘤干細(xì)胞表型的分子，進(jìn)一步構(gòu)建脊索瘤發(fā)生發(fā)展的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，是改善目前脊索瘤診治困難的重要途徑。總體上，我們對(duì)脊索瘤的病因及發(fā)病機(jī)制了解甚微，且治療脊索瘤困難重重，深入研究脊索瘤的發(fā)病機(jī)制，研發(fā)新的治療方法，是未來(lái)研究的一個(gè)重要方向。