驅(qū)動(dòng)蛋白超家族20A在惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用研究進(jìn)展▲

王志維 李宗榮 林 輝 鐘永瀧

(1 武漢大學(xué)人民醫(yī)院胸心外科，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：wangzhiwe@whu.edu.cn；2 廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院胸心外科，南寧市 530021)

【提要】 驅(qū)動(dòng)蛋白超家族(KIF)20A是新近發(fā)現(xiàn)的KIF成員之一，主要參與細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中的染色體分離、紡錘體裝配、胞質(zhì)分離和軸突物質(zhì)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，在眾多腫瘤組織中KIF20A處于高表達(dá)狀態(tài)，沉默或抑制KIF20A的腫瘤細(xì)胞系多表現(xiàn)為細(xì)胞增殖減弱甚至發(fā)生細(xì)胞凋亡，說(shuō)明KIF20A的過(guò)表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。本文就KIF20A與多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

驅(qū)動(dòng)蛋白超家族(kinesin superfamily，KIF)是一類具有軸突運(yùn)輸功能的分子馬達(dá)，在胞內(nèi)以微管等細(xì)胞骨架為依托，可利用腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)水解釋放的化學(xué)能向細(xì)胞兩極運(yùn)送不同的分子“貨物”，在膜狀細(xì)胞器轉(zhuǎn)移、細(xì)胞有絲分裂、軸突運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮著重要的生理作用[1-2]。1985年，Hirokawa等[3]利用快速冷凍深度蝕刻技術(shù)首次觀察到微管與膜狀細(xì)胞器之間存在一些鏈狀結(jié)構(gòu)，即驅(qū)動(dòng)蛋白。至今共發(fā)現(xiàn)了45種KIF家族成員，依照它們之間的結(jié)構(gòu)差異，可分為14個(gè)亞族[4]。KIF20A最初在高爾基體中被發(fā)現(xiàn)，屬于KIF-6亞族的一員，作為微管相關(guān)馬達(dá)蛋白在減數(shù)分裂末期發(fā)揮作用，同時(shí)也可介導(dǎo)細(xì)胞分裂間期由高爾基體向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)方向的膜泡運(yùn)輸[5]。作為一個(gè)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，KIF20A對(duì)有絲分裂過(guò)程中染色體的分離、紡錘體的裝配和胞質(zhì)分裂有不可忽視的作用；KIF20A過(guò)表達(dá)可能導(dǎo)致染色體過(guò)度凝集、紡錘體形成異常、細(xì)胞分裂缺陷、形成染色體橋或非整倍體，從而改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分布，使細(xì)胞周期失控，最終漸進(jìn)性地導(dǎo)致腫瘤發(fā)生；而KIF20A表達(dá)下調(diào)可能導(dǎo)致有絲分裂阻滯，或可利用這一途徑刺激癌細(xì)胞的凋亡[6]。本文就KIF20A在惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 KIF20A的基因結(jié)構(gòu)與定位

人類KIF20A基因Rab6kifl定位于染色體5q31，其基因組DNA長(zhǎng)度為8.5 kb，含有19個(gè)外顯子，可編碼由890個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，分子量大小為100 kDa[7]。KIF20A蛋白在胎兒組織中呈高表達(dá)，而在成人胸腺、骨髓和睪丸中呈中等表達(dá)，在心臟、胎盤和脾臟中呈低表達(dá)[7]。KIF20A擁有兩個(gè)微管的結(jié)合點(diǎn)，包含N-末端的分子馬達(dá)區(qū)域和C-末端Rab6綁定區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，在HeLa細(xì)胞同步化后，處于分裂間期的細(xì)胞核不表達(dá)或低表達(dá)KIF20A；在G2/M期，KIF20A的表達(dá)水平逐漸達(dá)到胞質(zhì)分裂時(shí)的高峰；在G2期KIF20A定位于細(xì)胞核內(nèi)，核膜破裂后KIF20A進(jìn)入胞漿，在分裂中期至后期KIF20A聚集到紡錘體；進(jìn)入胞質(zhì)分裂階段，KIF20A的定位逐漸向紡錘體聚集直到胞質(zhì)分裂完成[5]。在細(xì)胞分裂間期，KIF20A主要定位于高爾基體，參與高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的逆行囊泡運(yùn)輸；此外，KIF20A對(duì)染色體乘客復(fù)合體在微管上的定位起重要作用[8-9]。

2 KIF20A與不同惡性腫瘤的關(guān)系

2.1 KIF20A與胰腺癌 胰腺癌具有很強(qiáng)的侵襲性，易侵犯局部神經(jīng)和血管，且對(duì)常規(guī)的化療、放療不敏感，因此其預(yù)后極差，總體的5年生存率不足7%；2018年全球新發(fā)胰腺癌病例458 918人，占新發(fā)癌癥人數(shù)的2.5%；死亡病例43 242人，占癌癥死亡人數(shù)的4.5%[10-11]。KIF20A作為細(xì)胞周期相關(guān)蛋白和分子馬達(dá)蛋白，其過(guò)表達(dá)與腫瘤的生長(zhǎng)與侵襲、不良預(yù)后、較低的總體存活率高度相關(guān)。2005年，Taniuchi等[12]首次發(fā)現(xiàn)RAB6KIFL/KIF20A在胰腺導(dǎo)管癌細(xì)胞中呈過(guò)表達(dá)，而通過(guò)小干擾RNA下調(diào)胰腺癌細(xì)胞中的KIF20A表達(dá)后，胰腺癌細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)能力明顯減弱。在后續(xù)的研究中，Taniuchi等[13]發(fā)現(xiàn)KIF20A可將胰島素樣生長(zhǎng)因子2的mRNA結(jié)合蛋白3及與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄物(包括二磷酸腺苷核糖基化因子6和Rho蛋白鳥(niǎo)苷酸交換因子4)沿微管運(yùn)送至細(xì)胞突觸，從而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞膜突觸的生成，進(jìn)而增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力和侵襲性。Stangel等[14]的研究同樣表明，抑制KIF20A的表達(dá)可減少胰腺癌細(xì)胞的侵襲和遷移，但在胰神經(jīng)內(nèi)分泌癌細(xì)胞中并未觀察到高表達(dá)的KIF20A。多家研究機(jī)構(gòu)的研究表明，KIF20A的衍生肽類靶向藥物在胰腺癌Ⅰ、Ⅱ期的臨床實(shí)驗(yàn)中有效，可顯著延長(zhǎng)患者的生存期，并證實(shí)KIF20A表達(dá)降低的胰腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的生長(zhǎng)抑制[15-17]。由此可見(jiàn)，KIF20A在胰腺癌細(xì)胞中呈過(guò)表達(dá)，通過(guò)沉默KIF20A可減少胰腺癌細(xì)胞的增殖和遷移；KIF20A靶向治療有望成為胰腺癌治療的新出路。

2.2 KIF20A與膠質(zhì)瘤 按分子組織學(xué)特征，膠質(zhì)瘤可分為彌漫性膠質(zhì)瘤和非彌漫性膠質(zhì)瘤，在所有原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中惡性程度最高，目前主要的治療手段為手術(shù)切除聯(lián)合同步放化療[18]。但由于膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)率高，對(duì)放化療耐受性強(qiáng)，患者的總體5年生存率僅為5%，中位生存期只有15個(gè)月[19]。KIF20A與膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，KIF20A在膠質(zhì)瘤中呈高表達(dá)，且其表達(dá)量與膠質(zhì)瘤病理分級(jí)有關(guān)，與患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，提示KIF20A過(guò)表達(dá)可作為判斷膠質(zhì)瘤患者預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[20]。Saito等[21]的研究表明，與癌旁組織相比，KIF20A在SF126神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中呈高表達(dá)，且抑制KIF20A可增加SF126神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的凋亡；經(jīng)KIF20A小干擾RNA處理，SF126神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞可產(chǎn)生雙核/多核畸形細(xì)胞，導(dǎo)致有絲分裂災(zāi)難，這或許是其抗腫瘤的機(jī)制之一。Duan等[22]認(rèn)為KIF20A可以作為預(yù)測(cè)膠質(zhì)瘤患者總體生存預(yù)后的獨(dú)立因素。Kikuchi等[23]對(duì)復(fù)發(fā)/進(jìn)行性高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者注射包含神經(jīng)膠質(zhì)瘤癌抗原(LY6K，DEPDC1，KIF20A和FOXM1)和神經(jīng)膠質(zhì)瘤血管生成相關(guān)抗原(VEGFR1和VEGFR2)的肽類疫苗，所有受試者均無(wú)疫苗相關(guān)的全身不良反應(yīng)，平均總生存時(shí)間為9.2個(gè)月；5例患者達(dá)到了至少6個(gè)月的無(wú)進(jìn)展?fàn)顟B(tài)；兩名復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者表現(xiàn)出穩(wěn)定的疾病狀態(tài)；接種9個(gè)月后獲得完全緩解，1例間變性少枝星形細(xì)胞瘤患者完全緩解。綜上，KIF20A是膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞存活的重要腫瘤相關(guān)抗原，或可作為新型免疫治療的潛在靶向分子。

2.3 KIF20A與膀胱癌 膀胱癌是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，好發(fā)于男性，全球每年新發(fā)膀胱癌和膀胱癌死亡人數(shù)分別約為38萬(wàn)例和15萬(wàn)例[24]。膀胱癌具有高復(fù)發(fā)性和易轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)，晚期或轉(zhuǎn)移性膀胱癌患者的5年生存率僅為15%[25]。Lu等[26]建立了B6D2F1小鼠和Fischer-344大鼠膀胱癌的動(dòng)物模型，并結(jié)合人類膀胱癌標(biāo)本進(jìn)行微陣列跨物種分析，證實(shí)KIF20A在膀胱癌細(xì)胞中呈高表達(dá)。Ho等[27]也發(fā)現(xiàn)KIF20A在膀胱癌細(xì)胞中呈高表達(dá)；隨后在不同條件下處理膀胱癌尿路上皮細(xì)胞并觀察腫瘤相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)KIF20A表達(dá)水平與膀胱癌增殖的分子標(biāo)志物表達(dá)水平呈正相關(guān)，表明KIF20A可能參與膀胱癌的增殖過(guò)程。Shen等[28]的研究表明，KIF20A的表達(dá)水平與膀胱癌的病理學(xué)分化程度呈正相關(guān)，即KIF20A的高表達(dá)往往提示膀胱癌的高病理學(xué)分化等級(jí)；KIF20A敲除的T24和5637膀胱癌細(xì)胞增殖與遷移水平被明顯抑制；腫瘤基因組圖譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，高表達(dá)KIF20A的膀胱癌患者的平均生存期較KIF20A表達(dá)水平正常的膀胱癌患者短，提示KIF20A的高表達(dá)促進(jìn)了體內(nèi)膀胱癌細(xì)胞的增殖，KIF20A有望成為膀胱癌治療的潛在靶點(diǎn)。以上研究表明，膀胱癌細(xì)胞的增殖、遷移與KIF20A的高表達(dá)相關(guān)，但具體的分子機(jī)制還需要更多的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)闡明。

2.4 KIF20A與乳腺癌 乳腺癌是女性最常見(jiàn)的惡性腫瘤，2018年全球新增210萬(wàn)例女性乳腺癌病例，死于乳腺癌的女性高達(dá)63萬(wàn)例[11]。中國(guó)每年新增女性乳腺癌約27萬(wàn)例，且發(fā)病率逐年增加[29]。Yang等[30]通過(guò)分析基底樣乳腺癌基因芯片(GSE25066和GSE21422)查找差異性表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)KIF20A等多個(gè)基因在基底樣乳腺癌中呈高表達(dá)，且KIF20A表達(dá)水平是乳腺癌患者不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。Khongkow等[31]發(fā)現(xiàn)，叉頭框轉(zhuǎn)錄因子M1(Forkhead box M1,FOXM1)可以從轉(zhuǎn)錄水平上直接調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞驅(qū)動(dòng)蛋白KIF20A的表達(dá)，而紫杉醇能減少FOXM1與KIF20A的表達(dá)水平；沉默F(xiàn)OXM1和KIF20A可導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞有絲分裂紡錘體及染色體排列異常，誘導(dǎo)有絲分裂災(zāi)難的發(fā)生。Bobustuc等[32]發(fā)現(xiàn)雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌可通過(guò)抑制DNA損傷修復(fù)酶O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)來(lái)降低KIF20A及細(xì)胞周期蛋白B2、A2、D1等多種腫瘤相關(guān)蛋白的表達(dá)，提示KIF20A是乳腺癌細(xì)胞O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶蛋白途徑免疫逃逸形成的關(guān)鍵因子，參與腫瘤細(xì)胞的免疫。Zou等[33]發(fā)現(xiàn)，KIF20A表達(dá)水平與乳腺癌細(xì)胞中的染色質(zhì)調(diào)節(jié)劑溴結(jié)構(gòu)域蛋白表達(dá)水平呈正相關(guān)，并且與雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌患者的生存率呈負(fù)相關(guān)，提示KIF20A過(guò)表達(dá)預(yù)示乳腺癌患者的不良預(yù)后。綜上所述，KIF20A參與有絲分裂紡錘體的形成，在乳腺癌細(xì)胞中可通過(guò)FOXM1調(diào)控其轉(zhuǎn)錄水平，其也是乳腺癌患者不良預(yù)后的獨(dú)立因素，有望成為乳腺癌化療及生物治療的候選靶向分子。

2.5 KIF20A與胃癌 胃癌是全球最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，在所有癌癥中其發(fā)病率位居第五，死亡率位居第三，2018年全球新增胃癌病例超過(guò)100萬(wàn)例，胃癌死亡人數(shù)約為78萬(wàn)例[11]。胃癌多起病隱匿且無(wú)自覺(jué)癥狀，早期診斷率低，大多數(shù)胃癌患者在就診時(shí)已經(jīng)是進(jìn)展期甚至晚期，從而錯(cuò)過(guò)了手術(shù)治療的最佳時(shí)機(jī)[34]。因此，尋找有效的胃癌腫瘤標(biāo)記物和治療靶點(diǎn)，對(duì)于胃癌患者的診療是極其迫切和重要的。Hasegawa等[35]通過(guò)對(duì)比腸道型胃癌癌組織與癌旁組織的基因芯片，首次證實(shí)KIF20A在胃癌組織中呈高表達(dá)。Claerhout等[36]報(bào)告伏立諾他(組蛋白脫乙酰酶抑制劑)是治療胃癌的潛在藥物，其可誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡與自噬，并下調(diào)KIF20A表達(dá)水平，KIF20A表達(dá)下調(diào)可減少胃癌細(xì)胞的增殖。Yan等[37]發(fā)現(xiàn)，沉默胃腺癌細(xì)胞的KIF20A可抑制細(xì)胞活力并誘導(dǎo)G2/M阻滯，并增加癌細(xì)胞對(duì)染料木黃酮抑制的敏感性。Sheng等[38]也發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞高表達(dá)KIF20A可以促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖，KIF20A是獨(dú)立的預(yù)后預(yù)測(cè)因子和潛在的治療靶標(biāo)，并且染料木黃酮可通過(guò)下調(diào)KIF20A的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)有絲分裂阻滯，因此染料木黃酮可能是作用于KIF20A的胃癌靶向藥物。以上研究表明，KIF20A在胃癌組織中呈高表達(dá)，沉默KIF20A可誘導(dǎo)有絲分裂阻滯，有望成為胃癌藥物干預(yù)的潛在分子靶點(diǎn)。

2.6 KIF20A與其他腫瘤 Zhao等[39]通過(guò)免疫組化及腫瘤基因組圖譜分析發(fā)現(xiàn)，肺腺癌組織中KIF20A呈高表達(dá)；KIF20A的表達(dá)水平與肺腺癌臨床病理分級(jí)呈正相關(guān)，且KIF20A是肺腺癌患者總體生存期縮短的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素；沉默KIF20A后，肺腺癌癌細(xì)胞周期停止于G1期，細(xì)胞凋亡水平增加。KIF20A在有絲分裂期間可與人類乳頭瘤病毒E2結(jié)合，這表明KIF20A與人類乳頭瘤病毒相關(guān)腫瘤有著密切聯(lián)系[40]。除此之外，KIF20A還可能與鼻咽癌、結(jié)腸癌、肝癌、宮頸癌和肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌的發(fā)生有關(guān)[41-46]。但關(guān)于KIF20A在這些腫瘤中作用的研究尚不完整，還需要大量實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證及闡明KIF20A在這些腫瘤中的作用機(jī)制。

3 展 望

近年來(lái)，KIF與腫瘤之間的關(guān)系一直是研究的熱點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)蛋白KIF20A是重要的細(xì)胞有絲分裂調(diào)節(jié)因子，在多種腫瘤組織中均呈不同程度的表達(dá)上調(diào)，其高表達(dá)與多種腫瘤細(xì)胞增殖、腫瘤進(jìn)展、腫瘤侵襲和較差的總體存活率高度相關(guān)。目前可以肯定的是KIF20A參與微管組裝、紡錘體形成、胞質(zhì)分裂、軸突運(yùn)輸，但其具體的分子機(jī)制、上下游的相關(guān)蛋白等仍未十分明確，而這些具體分子機(jī)制的探究將是KIF20A能否成為腫瘤早期診斷、靶向治療及預(yù)后判斷的關(guān)鍵。