Gremlin 與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展△

張鴻雁，王建堯，王斌#

1中國(guó)醫(yī)科大學(xué)研究生院，沈陽(yáng) 110122

2深圳市兒童醫(yī)院普外二科，廣東 深圳 518026

Gremlin是一種能夠編碼184個(gè)氨基酸、富含半胱氨酸的新基因，在健康大鼠的成纖維細(xì)胞中呈高表達(dá)，但在腫瘤基因轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中，其表達(dá)卻受到抑制，因此，將其命名為“DRM”，即down-regulated in v-mos-transformed cells。DRM蛋白與大鼠和人類DAN基因產(chǎn)物具有顯著的序列同源性，這些序列具有抑制腫瘤生長(zhǎng)的活性，并且DRM的表達(dá)具有組織特異性，在大鼠的大腦、脾臟、腎臟和睪丸中的表達(dá)水平高，在心臟、肝臟和骨骼肌中的表達(dá)水平低或不表達(dá)。1998年，Hsu等首次從非洲爪蟾的神經(jīng)嵴中分離出Gremlin基因，發(fā)現(xiàn)小雞、大鼠和人類的Gremlin基因同源，與非洲爪蟾的Gremlin基因共享80%的氨基酸序列。與Cerberus和DAN類似，Gremlin通過(guò)拮抗轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-beta，TGF-β）亞家族配體的活性從而調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin基因即IHG-2定位于人類染色體的15q13～q15；高糖環(huán)境下，Gremlin于系膜細(xì)胞呈高表達(dá)；與大鼠DRM基因的表達(dá)部位略有不同，在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞以及大腦、卵巢、小腸和結(jié)腸等組織中能夠檢測(cè)到人Gremlin基因的存在。Gremlin編碼的蛋白有3種形式，分別為 Gremlin1（GREM1）、Gremlin2（GREM2）和Gremlin3。Gremlin主要以分泌型和細(xì)胞相關(guān)型兩種形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細(xì)胞外表面，其C端包含一個(gè)高度保守富含半胱氨酸的重復(fù)區(qū)域，稱為半胱氨酸結(jié)，被TGF-β超家族、血小板源生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子和一些其他分泌蛋白所共享；N端包含多個(gè)潛在的糖基化和磷酸化修飾位點(diǎn)。Gremlin是骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）的內(nèi)源性拮抗劑，而B(niǎo)MP是TGF-β超家族中的一類多功能細(xì)胞因子，是哺乳動(dòng)物體內(nèi)最大的TGF-β亞家族，在不同類型細(xì)胞中參與細(xì)胞的增殖、分化和遷移等過(guò)程。Gremlin可以通過(guò)非共價(jià)鍵連接于細(xì)胞表面或游離于細(xì)胞外間質(zhì)，與BMP-2、BMP-4和BMP-7特異性結(jié)合，形成異源二聚體，從而抑制BMP與其受體結(jié)合，阻斷下游信號(hào)通路，產(chǎn)生拮抗作用，參與肢體生長(zhǎng)發(fā)育、軟骨形成、器官纖維化、血管生成等過(guò)程。

1 Gremlin 與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展

1.1 Gremlin與乳腺癌

乳腺癌是女性高發(fā)惡性腫瘤之一，盡管手術(shù)、化療和激素治療是大部分乳腺癌的主要治療方法，但考慮到術(shù)后復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和藥物不良反應(yīng)以及三陰性乳腺癌和其他類型乳腺癌的預(yù)后不良等因素，仍有必要尋找乳腺癌的有效治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，人類15號(hào)染色體q14區(qū)域含有一個(gè)可能與轉(zhuǎn)移性乳腺癌相關(guān)的抑癌基因，而Gremlin基因定位于人類染色體的15q13～q15，提示Gremlin可能與乳腺癌有關(guān)。有研究對(duì)Gremlin與乳腺癌的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，GREM1和BMP之間潛在的、復(fù)雜的相互作用與乳腺癌表型（如ER陰性和HER2陽(yáng)性）有關(guān)，這可能會(huì)影響乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲和遷移，進(jìn)而影響預(yù)后。Neckmann等通過(guò)對(duì)小鼠模型及數(shù)據(jù)庫(kù)中人乳腺癌組織中GREM1基因與乳腺癌相關(guān)基因的表達(dá)及預(yù)后情況分析發(fā)現(xiàn)，GREM1高表達(dá)與ER陰性乳腺癌患者的無(wú)復(fù)發(fā)生存率降低有關(guān)。Mohamad等研究發(fā)現(xiàn)，三陰性乳腺癌中GREM1的過(guò)表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)，而其表達(dá)水平的降低則與腫瘤的延遲進(jìn)展有關(guān)。研究顯示，GREM1高表達(dá)與乳腺癌（尤其是ER陰性乳腺癌）患者的預(yù)后不良有關(guān)，敲除GREM1可抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖，而GREM1的高表達(dá)則會(huì)增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的活力，促進(jìn)其生長(zhǎng)與侵襲。

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）被認(rèn)為是乳腺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要因素，基于Gremlin在纖維化疾病發(fā)生EMT的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。Sung等驗(yàn)證了Gremlin作為EMT誘導(dǎo)劑在人乳腺癌細(xì)胞中的作用，即通過(guò)EMT促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的遷移。在器官纖維化疾病中，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin通過(guò)拮抗BMP從而參與器官纖維化過(guò)程；不同于纖維化疾病中Gremlin與BMP之間的相互拮抗作用，在乳腺癌組織中可以同時(shí)檢測(cè)出GREM1和BMP-4高表達(dá)，提示二者可能存在協(xié)同作用，這可能與BMP對(duì)腫瘤的雙重作用相關(guān)，也可能提示Gremlin通過(guò)BMP非依賴性途徑參與腫瘤進(jìn)展，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究闡明。另外，目前，GREM1的來(lái)源尚未完全明確，在乳腺癌患者的活檢組織中僅有6%的乳腺癌組織中GREM1的表達(dá)水平升高。Ren等研究發(fā)現(xiàn)，GREM1表達(dá)于腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblast，CAF），并且其通過(guò)與腫瘤細(xì)胞相互作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲。此外，Neckmann等的研究認(rèn)為GREM1可能來(lái)自腫瘤細(xì)胞本身，也可能來(lái)自浸潤(rùn)腫瘤的細(xì)胞。

1.2 Gremlin與肺癌

Gremlin在胚胎正常氣道和肺循環(huán)的發(fā)育中起著重要作用，在健康人的肺上皮細(xì)胞中可以被檢測(cè)到，可能起到維持上皮完整性的作用。研究表明，Gremlin參與肺部纖維化疾病的發(fā)生與發(fā)展，如肺動(dòng)脈高壓、特發(fā)性肺纖維化。近年來(lái)，Gremlin在肺癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。在肺腺癌中，Gremlin的過(guò)表達(dá)能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。Yin等在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）組織以及晚期NSCLC患者的血漿中檢測(cè)到了表達(dá)上調(diào)的Gremlin，并且發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的Gremlin可能能夠阻斷BMP信號(hào)通路；敲除PC-9/GR細(xì)胞中的Gremlin可以抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)BMP-7蛋白的表達(dá)；另外，Gremlin的表達(dá)與NSCLC細(xì)胞對(duì)吉非替尼的耐藥有關(guān)，沉默Gremlin基因可以促進(jìn)吉非替尼介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。因此，盡管有少量文獻(xiàn)報(bào)道Gremlin的高表達(dá)與肺癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，但Gremlin在不同類型肺癌中的表達(dá)情況及相關(guān)通路是否存在差異仍需進(jìn)一步研究。

1.3 Gremlin與食管癌

食管癌是中國(guó)居民高發(fā)的消化道惡性腫瘤之一，其治療方法包括手術(shù)治療、放療、化療和靶向治療等。靶向治療藥物具有選擇性高、不良反應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此，靶向基因治療對(duì)于腫瘤的治療具有重大意義。Zhang等在研究放療誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞發(fā)生EMT的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著化療劑量的增加，食管癌細(xì)胞中TGF-β、Chordin和Gremlin的表達(dá)上調(diào)，BMP-4的表達(dá)下調(diào)，提示劑量依賴性放療會(huì)誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞發(fā)生EMT，其機(jī)制可能與TGF-β信號(hào)的激活和BMP通路的阻斷有關(guān)。研究顯示，has-miRNA-203在食管癌中的表達(dá)下調(diào)，靶基因GREM1在食管癌中的表達(dá)上調(diào)。Hong等發(fā)現(xiàn)Gremlin1在人食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）組織中呈高表達(dá)，間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞分泌的Gremlin1促進(jìn)ESCC發(fā)生EMT，抑制BMP-4表達(dá)，促進(jìn)TGF-β表達(dá)；在CAF中，Gremlin蛋白可能通過(guò)腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。提示Gremlin可能通過(guò)BMP信號(hào)通路參與食管癌的EMT過(guò)程，并有望成為食管癌診斷及治療的生物標(biāo)志物。

1.4 Gremlin與胃癌

胃癌是發(fā)病率、病死率均較高的消化道惡性腫瘤。有研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin參與胃癌的進(jìn)展，并與其預(yù)后有關(guān)。Ran等發(fā)現(xiàn)，GREM2在胃癌中的表達(dá)上調(diào)；GREM2的沉默抑制了c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號(hào)通路的激活，進(jìn)而抑制了裸鼠胃癌干細(xì)胞（gastric cancer stem cell，GCSC）在體內(nèi)的成瘤能力和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，以及體外GCSC的增殖、遷移和侵襲，加速GCSC細(xì)胞凋亡。

除了GREM2外，在胃癌組織及其鄰近正常胃組織中也可檢測(cè)到部分Gremlin1的表達(dá)，且Gremlin1的表達(dá)與一些臨床病理改變呈負(fù)相關(guān)。有研究通過(guò)免疫組化法檢測(cè)Gremlin1在胃癌組織中的表達(dá)情況，結(jié)果顯示，與Gremlin1陽(yáng)性組相比，Gremlin1陰性組的腫瘤浸潤(rùn)深度深，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，淋巴和靜脈侵犯明顯增加（P＜0.01）；Gremlin1陽(yáng)性組的術(shù)后療效明顯優(yōu)于Gremlin1陰性組（P＜0.01），提示Gremlin1陰性與胃癌患者的預(yù)后不良有關(guān)。另外，Honma等分析了159例胃腺癌患者的臨床資料，發(fā)現(xiàn)Gremlin1陰性胃腺癌患者的生存率低于Gremlin1陽(yáng)性胃腺癌患者（P=0.002）；單因素和多因素分析結(jié)果顯示，Gremlin1表達(dá)是胃癌患者生存的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。

1.5 Gremlin與胰腺癌

胰腺癌是一種高度惡性的消化系統(tǒng)腫瘤，靶點(diǎn)治療能夠提高胰腺癌患者的生存率。多種腫瘤的血管生長(zhǎng)因子與腫瘤的轉(zhuǎn)移、侵襲有關(guān)。Gremlin是主要促血管生成受體——血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）的新型激動(dòng)劑，結(jié)合以上背景，Chen等對(duì)GREM1在胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌瘤（pancreatic neuroendocrine tumor，PNET）中的表達(dá)情況進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PNET中GREM1的表達(dá)情況與腫瘤相關(guān)血管生成有關(guān)。Gremlin以單體和共價(jià)連接的同型二聚體兩種形式存在。單體Gremlin作為VEGFR2的拮抗劑，可以抑制腫瘤生長(zhǎng)和血管形成。GREM1在正常胰腺組織中的表達(dá)水平較低，主要表達(dá)于胰島細(xì)胞。有研究通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Gremlin1的過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)胰腺星狀細(xì)胞的增殖、遷移以及胰腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和EMT，并通過(guò)Shh信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。另外，Gremlin1在胰腺癌組織中的過(guò)表達(dá)與病理分級(jí)和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移分期有關(guān)。

1.6 Gremlin與肝癌

研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin在肝細(xì)胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的進(jìn)展、肝星狀細(xì)胞的激活過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用，并參與肝纖維化進(jìn)程。纖維母細(xì)胞分泌的Gremlin可以通過(guò)抑制BMP的表達(dá)參與HCC的發(fā)生、發(fā)展。Gremlin在HCC組織中的表達(dá)水平較高，與BMP-7的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，BMP-7/Smad通路可能參與HCC的發(fā)生與進(jìn)展。經(jīng)肝動(dòng)脈化療栓塞術(shù)后表達(dá)上調(diào)的Gremlin2可能通過(guò)抑制BMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞富集，從而促進(jìn)HCC細(xì)胞生長(zhǎng)。因此，Gremlin可能通過(guò)BMP信號(hào)通路參與HCC的發(fā)生與發(fā)展。

1.7 Gremlin與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是全球范圍內(nèi)常見(jiàn)的惡性腫瘤。近年來(lái)，Gremlin在結(jié)直腸癌中的作用被發(fā)現(xiàn)。Karagiannis等利用數(shù)學(xué)模型，結(jié)合體外細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)了Gremlin1在腫瘤微環(huán)境中的作用，提示Gremlin1能夠在體外誘導(dǎo)惡性腫瘤細(xì)胞遷移，并可能以BMP-7依賴的方式介導(dǎo)其促癌作用。深入研究發(fā)現(xiàn)Gremlin1是由CAF于腫瘤侵襲前緣產(chǎn)生，可能導(dǎo)致BMP信號(hào)被抑制和EMT的發(fā)生，從而參與腫瘤的形成和局部侵襲。正常結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞不表達(dá)或低表達(dá)Gremlin1，而Gremlin1在CRC間質(zhì)細(xì)胞中呈高表達(dá)，并且其高表達(dá)與低腫瘤分期有關(guān)，提示Gremlin1是CRC患者預(yù)后良好的標(biāo)志物。此外，沉默Gremlin1可能通過(guò)阻斷BMP/Smad通路和VEGF非依賴性途徑抑制CRC細(xì)胞的增殖、遷移、血管生成和EMT，參與CRC的發(fā)生、發(fā)展。Gremlin基因是結(jié)直腸癌的潛在靶點(diǎn)。

1.8 Gremlin與生殖系統(tǒng)腫瘤

除了乳腺癌、肺癌和消化系統(tǒng)腫瘤外，在胚胎卵巢、卵泡發(fā)育、不孕癥和婦科腫瘤等方面，亦有關(guān)于Gremlin1、Gremlin2表達(dá)情況的研究。2006年，Namkoong等發(fā)現(xiàn)Gremlin1在宮頸癌中過(guò)表達(dá)，過(guò)表達(dá)的Gremlin1通過(guò)與YWHAH蛋白相互作用參與宮頸癌的發(fā)生。Sato等研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin1的高表達(dá)與腫瘤體積大（腫瘤直徑＞4 cm）有關(guān)；在宮頸癌中，其可能在臨床復(fù)發(fā)和維持腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）特性方面具有重要作用。有研究通過(guò)基因微陣列分析發(fā)現(xiàn)，Gremlin2在子宮內(nèi)膜癌組織中的表達(dá)下調(diào)，并認(rèn)為Gremlin2可能通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)參與子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生與發(fā)展。此外，雖有學(xué)者發(fā)現(xiàn)Gremlin1在卵巢癌中呈高表達(dá)，但相關(guān)的機(jī)制研究尚未見(jiàn)報(bào)道，仍需要科研工作者進(jìn)一步探索。

1.9 Gremlin與其他腫瘤

研究發(fā)現(xiàn)，Gremlin在惡性間皮瘤中過(guò)表達(dá)，惡性間皮瘤細(xì)胞產(chǎn)生高表達(dá)的Gremlin1，通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子Slug的調(diào)控及與肌原纖維蛋白2結(jié)合作用于腫瘤微環(huán)境，調(diào)控間皮瘤細(xì)胞的存活狀態(tài)，并且通過(guò)誘導(dǎo)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)表型轉(zhuǎn)化和促進(jìn)腫瘤血管形成從而驅(qū)動(dòng)惡性間皮瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。在垂體瘤中，Gremlin是腫瘤血管生成的重要因素。在膠質(zhì)瘤中，敲除GREM1會(huì)降低細(xì)胞活力，抑制細(xì)胞的遷移、侵襲及EMT過(guò)程，阻斷TGF-β1介導(dǎo)的Smad通路，促進(jìn)膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展。在腎透明細(xì)胞癌中，GREM1啟動(dòng)子Ⅲ區(qū)的甲基化與腫瘤的惡性程度及血管生成活性有關(guān)。此外，在分化差、有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、存在周?chē)M織和器官侵犯或TNM分期為Ⅲ～Ⅳ期的膽管癌中，Gremlin1的陽(yáng)性表達(dá)率明顯升高，提示Gremlin1的陽(yáng)性表達(dá)與膽管癌患者的預(yù)后不良有關(guān)。Gremlin參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，且與疾病預(yù)后有關(guān)，研究其在不同惡性腫瘤中的表達(dá)情況及作用機(jī)制將有助于對(duì)腫瘤的診斷、治療和預(yù)后預(yù)測(cè)。（表1）

表1 GREM在不同惡性腫瘤中的功能特征

2 小結(jié)與展望

Gremlin是一種高度保守的分泌型糖蛋白，可于血清中被檢測(cè)到，其異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及器官纖維化有關(guān)，對(duì)腫瘤的復(fù)發(fā)及預(yù)后具有一定的評(píng)估價(jià)值。但Gremlin對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用一直存在爭(zhēng)議，大多數(shù)人認(rèn)為Gremlin的表達(dá)具有組織特異性：Gremlin基因在肺、乳腺、胃等器官中的過(guò)表達(dá)可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，相反，其在腎等器官中表達(dá)的下調(diào)可能會(huì)抑制腫瘤的生長(zhǎng)。Gremlin的預(yù)后意義存在差異可能與腫瘤類型、腫瘤分期等因素有關(guān)。另外，Gremlin的來(lái)源尚不能確定，雖有大量文獻(xiàn)顯示腫瘤性疾病中的Gremlin由CAF或腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，但上皮細(xì)胞等其他類型細(xì)胞是否能分泌Gremlin仍需要進(jìn)一步明確。Gremlin甲基化與多種惡性腫瘤的發(fā)展有關(guān)，可能通過(guò)影響細(xì)胞周期和BMP通路發(fā)揮致癌作用，但Gremlin基因在惡性組織中的作用很復(fù)雜，具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步深入研究。