Gremlin-1在腫瘤及泌尿系統(tǒng)領(lǐng)域研究進(jìn)展

張軒銘綜述，郝 林，韓從輝審校

0 引 言

Gremlin-1(Grem-1)是促血管生長(zhǎng)因子，屬于Dan超家族成員，其可以與BMP(骨形態(tài)發(fā)生蛋白)-2，4，7直接通過(guò)胱氨酸鍵結(jié)合，繼而阻斷BMP與其相應(yīng)受體結(jié)合形成拮抗作用[1]。最新研究發(fā)現(xiàn)，grem-1除通過(guò)拮抗BMPs發(fā)揮作用，亦可通過(guò)非經(jīng)典機(jī)制(與Grem-1拮抗BMPs的機(jī)制無(wú)關(guān))在新生血管形成及干細(xì)胞發(fā)育等方面發(fā)揮獨(dú)特作用[2]，體現(xiàn)了其廣泛的功能性。近年來(lái)，隨著B(niǎo)MPs信號(hào)通路在腫瘤領(lǐng)域的作用被發(fā)掘，其拮抗劑如Grem-1、Noggin、CV-2等也逐漸引起了研究者們的興趣，大量文章開(kāi)始報(bào)道這些拮抗劑通過(guò)何種途徑來(lái)調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和與腫瘤預(yù)后事件的關(guān)系。本文將介紹Grem-1的功能及在各系統(tǒng)腫瘤的研究進(jìn)展。

1 Grem-1的多功能性

Grem-1的編碼基因最早于1997年由Topol等[3]于大鼠細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為該基因作為Drm(Down regulated in mos-transformed cells)會(huì)抑制正常細(xì)胞的生長(zhǎng)。隨后Merino等[4]針對(duì)該基因編碼的蛋白展開(kāi)了一系列研究，發(fā)現(xiàn)其可以特異性拮抗BMPs，并通過(guò)該機(jī)制調(diào)節(jié)胚胎時(shí)期的軟骨形成和肢體發(fā)育。

1997年來(lái)，Grem-1在不同領(lǐng)域的多功能性已被廣泛發(fā)掘。Grem-1被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于哺乳動(dòng)物的脂肪細(xì)胞中，其高表達(dá)可能會(huì)通過(guò)拮抗BMP2/4來(lái)影響脂肪細(xì)胞的分化進(jìn)而誘導(dǎo)肥胖的產(chǎn)生[5]。在二型糖尿病患者中發(fā)現(xiàn)，Grem-1在胰島和肝組織中表達(dá)水平升高可能導(dǎo)致胰島素抵抗和肝臟脂肪樣變[6]。另外，Grem-1被認(rèn)為與造血干細(xì)胞的發(fā)育和分化密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)由成骨細(xì)胞分泌的Grem-1大量?jī)?chǔ)存于人體造血器官如骨髓和脾，其在血清和器官中的表達(dá)水平與造血干細(xì)胞向不同細(xì)胞系分化的趨向性具有相關(guān)性[7]，這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)慢性白血病的治療提供新的參考。

Grem-1不僅在中胚層誘導(dǎo)、組織細(xì)胞分化和各種器官的形態(tài)發(fā)生過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，近年來(lái)也已被證明參與到了腫瘤分化、炎癥反應(yīng)和侵襲轉(zhuǎn)移等方面。下面我們將著重探討Grem-1與腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)性的研究。

2 Grem-1的表達(dá)水平與腫瘤進(jìn)展的相關(guān)性

2.1Grem-1表達(dá)與腫瘤的進(jìn)展高度相關(guān)研究Grem-1表達(dá)水平與腫瘤病理參數(shù)之間的相關(guān)性，可以為為尋找新的診斷標(biāo)志和藥物治療靶點(diǎn)提供線索和思路。早期Kosinski等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在正常結(jié)腸中，黏膜上部有高表達(dá)的 BMPs，而基底部則有大量的Grem-1和其他BMP拮抗劑，而B(niǎo)MP信號(hào)的中斷會(huì)促進(jìn)腸道息肉的形成和癌癥轉(zhuǎn)歸。Pelli等[8]后續(xù)研究補(bǔ)充，Grem-1在高分化，低級(jí)別，低組織浸潤(rùn)的結(jié)腸癌中表達(dá)強(qiáng)度明顯增加，在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病人中的表達(dá)較低，與性別年齡等一般因素?zé)o關(guān)，可以作為結(jié)腸癌早期的診斷指標(biāo)和階段性預(yù)后良好指標(biāo)。甲基化是蛋白質(zhì)和核酸的一種重要的修飾，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性。在乳腺癌、肺癌和膀胱癌的早期研究中，發(fā)現(xiàn)Grem-1的編碼基因可能存在高度甲基化傾向，導(dǎo)致Grem-1失去活性繼而影響對(duì)腫瘤的調(diào)控。Van Vlodrop等[9]發(fā)現(xiàn)Grem-1的甲基化廣泛存在于腎透明細(xì)胞癌(ccRCC)中?；騿?dòng)子CpG島3個(gè)區(qū)域位點(diǎn)甲基化導(dǎo)致Grem-1的表達(dá)被沉默，并且與ccRCC的腫瘤大小、分期分型、血管密度等密切相關(guān)。目前，針對(duì)Grem-1表達(dá)與腫瘤病理參數(shù)的研究在乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌和胰腺癌等領(lǐng)域已有廣泛成果，在其他系統(tǒng)中尚無(wú)較多報(bào)道。

Grem-1的表達(dá)水平與腫瘤預(yù)后的關(guān)系可能會(huì)因?yàn)榻M織器官微環(huán)境不同出現(xiàn)截然不同的結(jié)果。即使在同一組織器官中，由于Grem-1在不同病理類型腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮的作用不同，其表達(dá)水平與結(jié)局的相關(guān)性也會(huì)存在差異。已有大量文獻(xiàn)報(bào)道Grem-1表達(dá)水平與結(jié)腸癌的預(yù)后相關(guān)。大部分觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著Grem-1的高表達(dá)，腫瘤預(yù)后越差。比如，Grem-1在結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移型分型CMS4中表達(dá)升高[10]。有意思的是，在部分分型如分葉腺癌中，其表達(dá)水平和腫瘤的良性預(yù)后成正相關(guān)[11]。在神經(jīng)內(nèi)分泌型胰腺癌中，隨著Grem-1的水平升高，患者的預(yù)后相對(duì)越好[12]。相反的Yu等[13]的研究提出在胰腺癌細(xì)胞中SHH信號(hào)通路介導(dǎo)的Grem-1高表達(dá)，可能會(huì)不利于患者的預(yù)后。目前的主流觀點(diǎn)依然認(rèn)為Grem-1的高表達(dá)總體上會(huì)對(duì)腫瘤患者的預(yù)后及治療產(chǎn)生負(fù)面影響，但不同腫瘤組織中Grem-1的表達(dá)含義仍存在爭(zhēng)議。Grem-1的表達(dá)水平在不同組織器官腫瘤和分型中能產(chǎn)生不同意義的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

2.2Grem-1在腫瘤中的作用機(jī)制研究目前已有研究論證Grem-1作為BMPs的拮抗劑可以通過(guò)拮抗BMPs在腫瘤發(fā)揮經(jīng)典作用。在Neckmann等關(guān)于乳腺癌的研究中， Grem-1的表達(dá)上調(diào)可能提示乳腺癌患者的預(yù)后不良和肺部轉(zhuǎn)移傾向。Grem-1在轉(zhuǎn)移性66cl4細(xì)胞中高度表達(dá)，且腫瘤活檢結(jié)果表明Grem-1升高與患者無(wú)復(fù)發(fā)生存期降低相關(guān); BMPs的活性在轉(zhuǎn)移性66cl4細(xì)胞中可能比在非轉(zhuǎn)移性67NR細(xì)胞中受到更多的抑制[14]。同樣的，部分研究發(fā)現(xiàn)，在食管癌、乳腺癌及結(jié)腸癌等領(lǐng)域中，基質(zhì)細(xì)胞隱窩中Grem-1的分泌可以阻斷BMP介導(dǎo)的對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的抑制。

此外，Grem-1亦可通過(guò)非經(jīng)典機(jī)制在腫瘤的形成和發(fā)展中發(fā)揮作用。有研究認(rèn)為，Grem-1可作為血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR2)的配體在腫瘤血管新生的病理活動(dòng)中起到重要意義[15]，但近期Dutton等關(guān)于血管內(nèi)皮細(xì)胞的離體實(shí)驗(yàn)提出，Grem-1能夠調(diào)節(jié)血管形成可能與其在VEGFR2信號(hào)通路中的機(jī)制沒(méi)有明顯聯(lián)系，認(rèn)為腫瘤的惡性發(fā)展可能是由Grem-1參與的其他信號(hào)通路共同介導(dǎo)的[16]。因而一個(gè)有趣的假設(shè)是，Grem-1在質(zhì)膜上存在一個(gè)特定的、同源的受體，該受體在細(xì)胞中介導(dǎo)Grem-1的許多致癌信號(hào)作用，而非通過(guò)拮抗BMPs來(lái)阻斷BMPs與BMPR結(jié)合[17]。相信這項(xiàng)研究能闡明Grem-1如何介導(dǎo)獨(dú)立于其經(jīng)典的BMP信號(hào)通路來(lái)影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的新線索。

2.3Grem-1的表達(dá)可能與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)惡性腫瘤伴遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移包括常見(jiàn)的骨轉(zhuǎn)移、肺轉(zhuǎn)移、肝轉(zhuǎn)移等，往往提示腫瘤已進(jìn)入晚期且患者結(jié)局不良。通過(guò)早期篩查發(fā)現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移的證據(jù)并進(jìn)行干預(yù)，需要我們對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移的生化標(biāo)記進(jìn)行新的探索研究。目前大量研究已證實(shí)了Grem-1可以通過(guò)多種機(jī)制與惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移事件相關(guān)。正如前面提到的，Neckmann等[14]的研究發(fā)現(xiàn)Grem-1通過(guò)拮抗BMPs途徑，對(duì)雌激素受體陰性(ER-negative)的乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移起到?jīng)Q定作用。此外另一近期報(bào)道提出，Grem-1會(huì)參與激活STAT3-MMP13信號(hào)通路，促進(jìn)乳腺癌肺轉(zhuǎn)移的進(jìn)程。在動(dòng)物細(xì)胞模型中敲除Grem-1基因會(huì)抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖，而其過(guò)度表達(dá)則促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)、遷移和入侵。Grem-1基因敲除的細(xì)胞顯示出比對(duì)照細(xì)胞低得多的肺轉(zhuǎn)移發(fā)生率[18]。這些研究都提出了Grem-1作為一種新的生物標(biāo)志可以應(yīng)用到惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)和治療當(dāng)中。

3 Grem-1在泌尿系統(tǒng)疾病中的展望

3.1Grem-1在泌尿系統(tǒng)中的研究進(jìn)展Grem-1已經(jīng)被證實(shí)其在胚胎發(fā)育階段對(duì)腎臟功能形態(tài)發(fā)育具有重要作用。早期Merino等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)了敲除該基因后的大鼠可能會(huì)出現(xiàn)軟骨發(fā)育不良及肢體殘缺，其中大部分還會(huì)出現(xiàn)腎畸形[4]。同時(shí)，部分研究還發(fā)現(xiàn)了Grem-1可能通過(guò)抑制BMPs的抗炎作用，誘導(dǎo)腎損傷的發(fā)生[19]。Grem-1表達(dá)水平在腎纖維化疾病中升高，可能提示包括急性腎損傷、糖尿病腎病、慢性異體腎病和免疫性腎小球腎炎的發(fā)生[20]。與此同時(shí)，Grem-1在泌尿系統(tǒng)腫瘤領(lǐng)域的相關(guān)研究還很少，尤其是關(guān)于前列腺癌和膀胱癌的報(bào)道國(guó)內(nèi)外鮮見(jiàn)。這可能與基因數(shù)據(jù)庫(kù)中泌尿系統(tǒng)靶器官的相關(guān)測(cè)序工作的不足與Grem-1在各泌尿器官中的表達(dá)水平受到修飾有關(guān)。在泌尿系統(tǒng)腫瘤領(lǐng)域開(kāi)展對(duì)Grem-1的蛋白質(zhì)及miRNA的表達(dá)水平研究具有較強(qiáng)的前瞻性和目的性。繼而我們可以分析其表達(dá)水平與我們感興趣的腫瘤病理參數(shù)之間的相關(guān)性并探索其Grem-1在其中產(chǎn)生的作用機(jī)制，為尋找新的診斷和治療靶點(diǎn)提供思路。

3.2Grem-1 通過(guò)BMPs途徑同前列腺癌與骨轉(zhuǎn)移的研究進(jìn)展不同于乳腺癌主要通過(guò)RANK/RANKL和TGF-β等蛋白表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)腫瘤骨轉(zhuǎn)移的演進(jìn)[21],在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移領(lǐng)域目前認(rèn)為BMPs信號(hào)通路是最有價(jià)值的研究靶點(diǎn)。骨形成相關(guān)蛋白家族(BMPs)最早被發(fā)現(xiàn)存在于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，除了具有誘導(dǎo)骨形成的能力，也具備廣泛的生理功能[22]

BMPs相關(guān)信號(hào)通路是調(diào)控前列腺癌的進(jìn)展、分化、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移等事件的重要環(huán)節(jié)。BMPs不僅由成骨細(xì)胞合成，而且由前列腺癌細(xì)胞分泌[23]。機(jī)制研究認(rèn)為BMP-6的表達(dá)與前列腺癌的進(jìn)展有密切關(guān)系并誘使骨轉(zhuǎn)移相關(guān)事件的發(fā)生：前列腺腫瘤產(chǎn)生的BMP-6會(huì)誘發(fā)成骨活動(dòng)，促進(jìn)成骨細(xì)胞病變，病變成骨細(xì)胞分泌的BMP-6又會(huì)刺激前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，形成惡性循環(huán)[24]。目前研究認(rèn)為BMP-6介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞侵入骨質(zhì)可能通過(guò)調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶、免疫細(xì)胞信號(hào)或炎癥細(xì)胞因子來(lái)實(shí)現(xiàn)[25]。多數(shù)大樣本研究認(rèn)為BMP-6在前列腺癌中扮演促癌的角色。

與BMP-6相反，BMP7被認(rèn)為是前列腺癌和乳腺癌原發(fā)腫瘤骨轉(zhuǎn)移的抑制劑。BMP-7的表達(dá)水平在前列腺癌組織中明顯低于正常組織，而B(niǎo)MP-2,4,6的表達(dá)水平與對(duì)照組沒(méi)有顯著差異[26]。作為BMP-2,4，7的拮抗劑，Grem-1是否可以通過(guò)拮抗BMP-7來(lái)誘導(dǎo)前列腺癌的進(jìn)展及骨相關(guān)事件的產(chǎn)生是一個(gè)很值得思考的課題，需要后續(xù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一猜想。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上， Grem-1作為BMPs的拮抗劑，可以通過(guò)阻斷BMPs信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)BMPs功能的抑制。Grem-1的表達(dá)水平可能影響B(tài)MPs在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，起到間接調(diào)控腫瘤的大小，分期，分級(jí)，侵襲浸潤(rùn)與遠(yuǎn)期轉(zhuǎn)移等指標(biāo)的作用。反過(guò)來(lái)，隨著腫瘤的進(jìn)展和組織微環(huán)境的差異，基質(zhì)細(xì)胞分泌的Grem-1水平可能也會(huì)發(fā)生改變。但這些改變可能在不同的組織器官中存在表達(dá)差異。在乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌、間皮細(xì)胞癌等腫瘤領(lǐng)域，大部分研究認(rèn)為Grem-1作為致癌因子其表達(dá)水平與腫瘤的進(jìn)展及預(yù)后不良呈正相關(guān)；相反，在食管癌和胰腺癌的報(bào)道中，多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為這種關(guān)系呈負(fù)相關(guān)。這種可能因組織器官微環(huán)境差異及Grem-1在其中參與各種機(jī)制的作用比重不同而帶來(lái)的結(jié)果，需要我們?cè)卺槍?duì)特定類型腫瘤的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究中去進(jìn)一步探索原因。