TMEFF2與惡性腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

馮豆，張洪，范月瑩，宋玲，譚佳杰

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院藥學(xué)部，武漢 430060)

TMEFF2(transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2)又被稱為TR-2(tomoregulin-2)[1]、TPEF(transmembrane protein containing epidermal growth factor and follistatin domains)[2]、HPP1(hyperplastic polyposis protein 1)[3]或TENB2(transmembrane protein 2)[4]，是表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)蛋白家族的一員，最早由Uchida等[1]從人胃成纖維細(xì)胞中分離出來。最初人們認(rèn)為TMEFF2可能與神經(jīng)生長發(fā)育有關(guān)，其胞外段能夠促進(jìn)大鼠海馬及中腦神經(jīng)元的存活；且TMEFF2基因敲除的幼鼠生長發(fā)育遲緩，并于斷奶期前后死亡[5-6]。近年來隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)TMEFF2還參與了前列腺發(fā)育、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡和DNA修復(fù)等多種生理過程[7]。研究表明，TMEFF2的異常表達(dá)在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[8-10]。目前已有報(bào)道顯示，在胃癌[8]、結(jié)直腸癌[9]、膀胱癌[10]等多種人類腫瘤中，TMEFF2基因能抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮抑癌基因作用；但也有研究表明，TMEFF2可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長，發(fā)揮促癌基因作用[11]?？梢?，TMEFF2在人類腫瘤中的作用十分復(fù)雜，其生物學(xué)功能及在腫瘤中的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步闡明?，F(xiàn)就TMEFF2與惡性腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 TMEFF2概述

1.1TMEFF2基因及蛋白簡介 TMEFF2基因位于人染色體2q32.3，整個(gè)基因序列長度為246 634 bp，含有11個(gè)外顯子；TMEFF2基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)位于其上游約700 bp處，該處除包含啟動(dòng)子外，還包含特異性蛋白1和E-box等多種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，且TMEFF2基因的5′區(qū)域是一個(gè)典型的CpG島，在腫瘤細(xì)胞中常發(fā)生高甲基化[2]。TMEFF2基因編碼一種含374個(gè)氨基酸的高度保守的Ⅰ型跨膜蛋白，該蛋白由胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)構(gòu)成，胞外區(qū)包含1個(gè) EGF樣結(jié)構(gòu)域和2個(gè)卵泡抑素(follistatin，F(xiàn)S)樣結(jié)構(gòu)域，而較短的胞內(nèi)區(qū)含有潛在的G蛋白激活基序，因TMEFF2胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域的不同，其可分為3種異構(gòu)體[4]。人與鼠TMEFF2蛋白的氨基酸序列有98.9%同源，僅4個(gè)氨基酸存在差異；在人正常組織中TMEFF2的表達(dá)有限，其信使RNA選擇性地表達(dá)于胚胎、成人的大腦、前列腺和胃成纖維細(xì)胞等部位，而在腫瘤組織中TMEFF2的表達(dá)不同程度地上調(diào)或下調(diào)[6]。

1.2TMEFF2蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) TMEFF2的結(jié)構(gòu)較為獨(dú)特，作為一種跨膜蛋白，TMEFF2胞外域(the extracellular domain of transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2，TMEFF2-ECD)可以被蛋白酶切割釋放到胞外間隙發(fā)揮作用。有證據(jù)表明，促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α和佛波酯均可誘導(dǎo)TMEFF2-ECD以去整合素金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)17依賴的方式從細(xì)胞膜上脫落，保留的膜片段則被γ-分泌酶復(fù)合物進(jìn)一步加工處理[12-13]。亦有研究表明，TMEFF2-ECD的脫落與腫瘤微環(huán)境相關(guān)，擁擠的細(xì)胞狀態(tài)使氧化應(yīng)激增加，進(jìn)而通過氧化應(yīng)激信號(hào)通路激活c-Jun氨基端激酶或p38來活化ADAM17，從而誘導(dǎo)TMEFF2-ECD脫落；此外，ADAM9、ADAM12和Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶matriptase-1和hepsin也能裂解TMEFF2，導(dǎo)致TMEFF2-ECD脫落，matriptase-1和hepsin與ADAM在不同的位置裂解TMEFF2，產(chǎn)生新的跨膜保留片段[14]。Quayle和Sadar[15]發(fā)現(xiàn)了一種新的TMEFF2的剪接變體，該亞型在前4個(gè)外顯子之后被截?cái)啵a(chǎn)生了一種只含有1個(gè)FS樣結(jié)構(gòu)域的分泌蛋白TMEFF2-S，TMEFF2-S蛋白可能與全長TMEFF2或裂解后的TMEFF2發(fā)生相互作用。

1.3TMEFF2蛋白的生物學(xué)功能 TMEFF2的生物學(xué)功能較為復(fù)雜，其EGF樣結(jié)構(gòu)域可能作為人EGF受體erbB-1或erbB-4的配體而直接參與細(xì)胞生長信號(hào)通路，如在結(jié)直腸癌細(xì)胞中過表達(dá)TMEFF2可導(dǎo)致erbB-4活化；在前列腺癌中，由于前列腺癌細(xì)胞株缺乏erbB-4表達(dá)，因此有利于TMEFF2與erbB-1結(jié)合從而促進(jìn)細(xì)胞生長[1,16]。FS樣結(jié)構(gòu)域可能結(jié)合并調(diào)節(jié)多種生長因子的功能，如與轉(zhuǎn)化生長因子-β家族、血管內(nèi)皮生長因子、血小板衍生生長因子等相互作用[1,17]。已有研究證實(shí)，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，TMEFF2通過其含有的FS樣結(jié)構(gòu)域胞外域選擇性地與血小板衍生生長因子-AA相互作用，抑制其受體活化，從而調(diào)控血小板衍生生長因子信號(hào)通路[17]。同時(shí)，TMEFF2的FS樣結(jié)構(gòu)域也能調(diào)節(jié)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素在垂體促腎上腺皮質(zhì)激素細(xì)胞中的信號(hào)傳遞，抑制環(huán)腺苷酸和環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的產(chǎn)生以及促腎上腺皮質(zhì)激素的分泌，導(dǎo)致垂體瘤細(xì)胞AtT20增殖減少[18]。TMEFF2的胞內(nèi)域則可能與酪氨酸蛋白激酶介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)[1]?？梢?，目前雖然TMEFF2蛋白的功能尚不完全清楚，但作為一種跨膜蛋白，TMEFF2可通過與多種蛋白結(jié)合在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用。

2 TMEFF2與惡性腫瘤的關(guān)系

目前TMEFF2表達(dá)異常已在多種腫瘤中得到證實(shí)，在原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性前列腺癌、部分平滑肌瘤以及子宮內(nèi)膜癌中TMEFF2的表達(dá)均顯著上調(diào)；在胃癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、膀胱癌、甲狀腺癌、上尿路上皮癌、非小細(xì)胞肺癌、腎細(xì)胞癌等惡性腫瘤中，TMEFF2基因啟動(dòng)子區(qū)的CpG島常出現(xiàn)高甲基化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默，進(jìn)而使TMEFF2表達(dá)下調(diào)[8-10,19-23]。由于DNA甲基化是人類腫瘤中常見的表觀遺傳修飾，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，且常發(fā)生于腫瘤早期調(diào)節(jié)基因的表達(dá)水平，因此TMEFF2基因高甲基化具有成為腫瘤特異性標(biāo)志物的潛力[24]。

2.1TMEFF2與前列腺癌 TMEFF2在前列腺癌進(jìn)展中的作用受到廣泛關(guān)注。在正常前列腺細(xì)胞、組織以及雄激素依賴性前列腺癌細(xì)胞、組織中TMEFF2基因均顯著高表達(dá)，同時(shí)在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平其表達(dá)均受雄激素調(diào)控[25-26]。雖然TMEFF2在部分原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞系及臨床樣本中均表達(dá)上調(diào)[25-27]，但有研究表明TMEFF2發(fā)揮促癌作用[28-29]；同時(shí)也有研究顯示，TMEFF2可抑制前列腺細(xì)胞的侵襲和遷移發(fā)揮抑癌基因作用[28-30]，這種相互矛盾的作用模式在一定程度上與TMEFF2蛋白水解產(chǎn)生可溶性的TMEFF2-ECD有關(guān)。不同形式的TMEFF2具有不同的生物學(xué)特性，即全長TMEFF2發(fā)揮抑癌作用，脫落形式的TMEFF2-ECD則可引起胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)磷酸化，促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而發(fā)揮促癌作用，故推測(cè)TMEFF2的主要形式及作用會(huì)隨著疾病的進(jìn)展而發(fā)生改變[13]。

目前，TMEFF2在前列腺癌中發(fā)揮抑癌或促癌作用的分子機(jī)制尚不明確。Chen等[28]發(fā)現(xiàn)，TMEFF2的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域與肌氨酸脫氫酶相互作用可下調(diào)肌氨酸的細(xì)胞水平，同時(shí)影響葉酸介導(dǎo)的一碳單位代謝，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲，而脫落的TMEFF2-ECD不與肌氨酸脫氫酶相互作用，因此與肌氨酸的細(xì)胞水平無關(guān)。肌氨酸是前列腺癌進(jìn)展中的一種潛在標(biāo)志物，肌氨酸水平上調(diào)可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞遷移、侵襲的能力[31]。研究發(fā)現(xiàn)，TMEFF2可通過整合素信號(hào)通路調(diào)節(jié)αvβ3等整合素的表達(dá)及RhoA的活化，抑制前列腺癌細(xì)胞的遷移和黏附，且這種調(diào)控作用與TMEFF2胞內(nèi)區(qū)富含的13個(gè)堿性氨基酸區(qū)域密切相關(guān)，該區(qū)域缺失可阻止TMEFF2對(duì)前列腺癌細(xì)胞遷移和黏附的抑制作用[29]。由此推測(cè)，全長TMEFF2蛋白可能通過影響一碳單位代謝，以甲基化形式從表觀遺傳學(xué)水平調(diào)節(jié)整合素基因的表達(dá)，從而抑制前列腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲，而TMEFF2-ECD無此作用。此外，Chen和Ruiz-Echevarría[30]還發(fā)現(xiàn)，TMEFF2蛋白可調(diào)控Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信號(hào)通路以及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號(hào)通路，但不同形式的蛋白對(duì)信號(hào)通路有不同的調(diào)節(jié)作用，在生長因子作用下全長TMEFF2蛋白可促進(jìn)ERK的磷酸化，對(duì)Akt的磷酸化則無影響；而TMEFF2-ECD可抑制ERK的磷酸化并促進(jìn)Akt的活化，因此TMEFF2-ECD可能作為可溶性生長因子在細(xì)胞外發(fā)揮促癌作用，提示Akt和ERK通路可能介導(dǎo)了TMEFF2由抑癌到促生長功能的轉(zhuǎn)換。

雖然TMEFF2在前列腺癌中的作用機(jī)制尚未完全闡明，但已有研究顯示，TMEFF2可能成為前列腺癌診斷的分子標(biāo)志物[32]。亦有學(xué)者建議將TMEFF2作為放射性免疫治療前列腺癌的靶基因，利用TMEFF2的抗體治療前列腺癌[33-34]，但仍處于研究階段。

2.2TMEFF2與胃癌 研究表明，與正常胃黏膜上皮細(xì)胞相比，TMEFF2在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)顯著下調(diào)，體外過表達(dá)TMEFF2可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、周期阻滯，從而抑制胃癌細(xì)胞增殖[8]。在裸鼠體內(nèi)過表達(dá)TMEFF2可顯著抑制腫瘤的生長，提示TMEFF2在胃癌中可能發(fā)揮抑癌基因作用[35]。有研究者對(duì)TMEFF2表達(dá)與胃癌患者臨床病理特征的關(guān)系進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，TMEFF2低表達(dá)與胃癌患者性別、腫瘤體積增大、較差的病理分期以及預(yù)后不良均密切相關(guān)，其中男性患者TMEFF2表達(dá)水平高于女性患者，與TMEFF2的表達(dá)受雄激素調(diào)節(jié)相符；此外，與TMEFF2高表達(dá)的胃癌患者相比，TMEFF2低表達(dá)患者的生存時(shí)間顯著縮短，表明TMEFF2可作為評(píng)估胃癌患者預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)[36]。關(guān)于TMEFF2在胃癌中可能的作用機(jī)制，有研究發(fā)現(xiàn)，TMEFF2的胞內(nèi)區(qū)可直接與胃癌的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白Scr同源結(jié)構(gòu)域2磷酸酶-1蛋白的兩個(gè)SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3的磷酸化；同時(shí)，TMEFF2也是STAT3的新靶基因，在幽門螺桿菌感染引起的胃癌中，磷酸化的STAT3直接與TMEFF2基因啟動(dòng)子結(jié)合抑制TMEFF2基因轉(zhuǎn)錄，使胃癌細(xì)胞中的TMEFF2表達(dá)下調(diào)，TMEFF2與STAT3的這種雙向調(diào)控機(jī)制可能參與了幽門螺桿菌相關(guān)胃癌的發(fā)生、發(fā)展[35-36]。Han等[37]發(fā)現(xiàn)，胃癌患者血清中的維生素C水平與TMEFF2的表達(dá)呈正相關(guān)，抑制TMEFF2的表達(dá)可以促進(jìn)人正常胃黏膜上壁細(xì)胞系GES-1和胃癌細(xì)胞系A(chǔ)GS的增殖能力，而給予維生素C會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的增殖能力受到抑制、TMEFF2的表達(dá)顯著上調(diào)，提示TMEFF2的表達(dá)參與了維生素C的抗細(xì)胞增殖作用，進(jìn)一步證實(shí)TMEFF2可能是胃癌治療的潛在靶點(diǎn)。

2.3TMEFF2與結(jié)直腸癌 TMEFF2在80%以上的結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào)[9]，是一種腫瘤抑制基因，其基因高甲基化是結(jié)直腸癌進(jìn)展過程中的早期表觀遺傳學(xué)改變，表明TMEFF2在結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào)可能與基因啟動(dòng)子區(qū)高甲基化有關(guān)。Elahi等[9]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論在體內(nèi)還是體外，TMEFF2均顯示出對(duì)結(jié)直腸癌的抑制活性。另有研究發(fā)現(xiàn)，TMEFF2可能通過調(diào)控Janus激酶(Janus kinase，JAK)/STAT信號(hào)通路介導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞的部分生長抑制活性，具體機(jī)制為TMEFF2過表達(dá)可誘導(dǎo)JAK1、JAK2與細(xì)胞表面受體結(jié)合而活化，活化的JAK再通過磷酸化作用誘導(dǎo)STAT1和STAT2活化、異源二聚以及核移位，進(jìn)而導(dǎo)致STAT1和STAT2與下游的α干擾素信號(hào)調(diào)控元件啟動(dòng)子位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)α干擾素的表達(dá)，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長和增殖，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[38]。另有研究表明，在過表達(dá)TMEFF2的結(jié)直腸癌細(xì)胞中，可溶性TMEFF2-ECD以ADAM17依賴的方式脫落，且參與了JAK-STAT信號(hào)通路，同時(shí)TMEFF2在結(jié)直腸癌中的抑癌作用需要TMEFF2-ECD的裂解和脫落[16]。亦有文獻(xiàn)報(bào)道，在結(jié)直腸癌和胃癌中，抑癌基因TMEFF2可能通過移碼突變使基因失去抑癌活性，從而參與腫瘤的發(fā)生，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究[39]。此外，在原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌中均可觀察到TMEFF2基因高甲基化，通過對(duì)轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者糞便樣本的研究發(fā)現(xiàn)，TMEFF2高甲基化與結(jié)直腸癌早期病變密切相關(guān)；對(duì)患者血液樣本的研究發(fā)現(xiàn)，TMEFF2基因甲基化水平越高，患者的預(yù)后越差[40-41]。由此推測(cè)，TMEFF2基因有望成為結(jié)直腸癌患者早期診斷和預(yù)后的甲基化生物標(biāo)志物，且應(yīng)用前景廣闊[42-43]。

2.4TMEFF2與其他腫瘤 目前的研究已證實(shí)，TMEFF2在胰腺癌、膀胱癌、非小細(xì)胞肺癌等多種腫瘤組織和細(xì)胞系中的表達(dá)均顯著下調(diào)，TMEFF2在子宮內(nèi)膜癌中的表達(dá)水平顯著高于非典型內(nèi)膜增生和正常子宮內(nèi)膜[11，44-46]，且其在各類型腫瘤中發(fā)揮作用的機(jī)制亦不同。在胰腺癌ASPC1細(xì)胞系和CAPAN1細(xì)胞系中，過表達(dá)的TMEFF2通過與抑癌因子Scr同源結(jié)構(gòu)域2磷酸酶-1相互作用下調(diào)磷酸化STAT3、髓樣細(xì)胞白血病因子1、血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，從而顯著抑制胰腺癌細(xì)胞增殖，并促進(jìn)其凋亡[19]。同時(shí)，TMEFF2還可通過抑制促分裂原活化的蛋白激酶信號(hào)通路的磷酸化，抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，進(jìn)而發(fā)揮抑制基因的作用[44]。在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中下調(diào)TMEFF2的表達(dá)后，腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力均降低，促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3-激酶信號(hào)通路活化減少，上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化受到抑制；此外，高水平的TMEFF2與子宮內(nèi)膜癌患者較差的預(yù)后相關(guān)[11]，提示TMEFF2可能作為子宮內(nèi)膜癌患者治療及預(yù)后評(píng)估的潛在靶標(biāo)。

由于胰腺癌、膀胱癌等腫瘤中TMEFF2啟動(dòng)子區(qū)存在顯著的高甲基化，因此目前的研究熱點(diǎn)更多地集中于診斷和預(yù)后的甲基化生物標(biāo)志物方面。如在胰腺癌中，TMEFF2的甲基化水平與TNM分期密切相關(guān)，檢測(cè)TMEFF2的甲基化狀態(tài)可作為胰腺癌早期診斷及預(yù)后的方向[45]。目前，臨床用于檢測(cè)和篩查膀胱癌的方法大多為有創(chuàng)，或敏感性、特異性較低。研究表明，應(yīng)用去甲基化藥物5-氮雜-2′脫氧胞苷處理后，膀胱癌T24細(xì)胞的甲基化水平被逆轉(zhuǎn)，凋亡顯著增加，而增殖、遷移和侵襲顯著被抑制，提示TMEFF2基因啟動(dòng)子甲基化在膀胱癌的惡性進(jìn)展中發(fā)揮重要作用，降低TMEFF2基因啟動(dòng)子甲基化水平可能是一種潛在的治療策略[10]。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)了一組包括TMEFF2在內(nèi)的能夠通過尿液樣本對(duì)膀胱癌進(jìn)行早期、準(zhǔn)確、無創(chuàng)檢測(cè)的甲基化生物標(biāo)志物，檢測(cè)尿液中基因的甲基化水平可更直接反映膀胱的健康狀況[46]，表明TMEFF2作為膀胱癌早期診斷的甲基化生物標(biāo)志物具有巨大潛力。

3 小 結(jié)

TMEFF2既具有抑癌作用又具有促癌作用，其在前列腺癌中的作用最為復(fù)雜。雖然目前有關(guān)TMEFF2在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的具體作用機(jī)制尚不完全清楚，但其獨(dú)特的生物學(xué)功能揭示了其在腫瘤診斷及治療中的巨大潛力。①TMEFF2有限的組織分布可能成為偶聯(lián)抗體治療前列腺癌的工具；②TMEFF2-ECD這一分泌型的出現(xiàn)提示調(diào)節(jié)TMEFF2的裂解可能會(huì)改變其功能；③在胃癌、膀胱癌等多種實(shí)體腫瘤中，TMEFF2基因常因高甲基化導(dǎo)致表觀遺傳沉默，在腫瘤發(fā)展中發(fā)揮重要作用，因此TMEFF2基因異常甲基化具有成為多種腫瘤早期診斷及治療特異性標(biāo)志物的潛力。由于惡性腫瘤的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，早期診斷困難，因此深入研究TMEFF2的作用機(jī)制有助于進(jìn)一步了解TMEFF2蛋白的功能,為惡性腫瘤的早期診斷和治療提供新思路。