Gasdermin E在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展中的作用及研究進(jìn)展

羅雍猷，姬菩忠，楊艷麗，劉 斌

結(jié)直腸癌是全球最常見的惡性腫瘤，其發(fā)病率和病死率均較高。家族遺傳性結(jié)直腸癌<25%，散發(fā)性結(jié)直腸癌>75%[1-2]。因此，降低結(jié)直腸癌的發(fā)病率，并改善患者的生活質(zhì)量已成為亟需解決的問題。結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)多因素和多基因協(xié)同作用的過程。Gasdermin E是Gasdermin家族中的成員之一，其表達(dá)異常導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、發(fā)展，通過細(xì)胞焦亡、AKT磷酸化、甲基化等過程中的基因調(diào)控發(fā)揮重要作用。近年研究發(fā)現(xiàn)Gasdermin E屬于腫瘤抑制因子，通過調(diào)控多種信號(hào)通路調(diào)控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，為闡明腫瘤生物學(xué)機(jī)制開辟新途徑。本文查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，初步探討Gasdermin E調(diào)控結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，為結(jié)直腸癌的治療和研究提供參考。

1 Gasdermin E的結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能

Gasdermin E作為Gasdermin蛋白家族成員之一，早期被稱為ICERE-1或DFNA5，位于人類7號(hào)染色體短臂15區(qū)，由10個(gè)外顯子組成，編碼496個(gè)氨基酸，相對(duì)分子質(zhì)量為5.5×104。1998年，有研究發(fā)現(xiàn)Gasdermin E突變會(huì)導(dǎo)致一種特殊形式的非綜合征、常染色體顯性、進(jìn)行性感音神經(jīng)性聽力損失，其被確定是一種與遺傳性聽力損失有關(guān)的基因[3]。另有研究結(jié)果表明Gasdermin E不僅與聽力損失相關(guān)，而且在細(xì)胞凋亡和繼發(fā)性壞死的調(diào)節(jié)中也發(fā)揮作用[4]。Gasdermin E含有N-端和C-端兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，位于N-末端結(jié)構(gòu)域的外顯子2和外顯子6具有誘導(dǎo)凋亡的活性，C-末端結(jié)構(gòu)域可能作為調(diào)節(jié)因子折疊保護(hù)凋亡誘導(dǎo)的N-末端結(jié)構(gòu)域，以避免不適當(dāng)?shù)牡蛲霭l(fā)生。Gasdermin E跳過外顯子8可以改變和縮短突變型Gasdermin E的C-末端結(jié)構(gòu)域，揭示凋亡誘導(dǎo)區(qū)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，并且被活化Caspase-3可以在D270上切割Gasdermin E，產(chǎn)生活性的Gasdermin E-N末端，在質(zhì)膜上形成孔洞，使質(zhì)膜通透，導(dǎo)致繼發(fā)性壞死[4-5]。

研究發(fā)現(xiàn)Gasdermin E與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，Gasdermin E在人類胎盤中的表達(dá)水平最高，心臟、腦和腎臟中的表達(dá)水平較低，在肺癌、乳腺癌、胃癌、結(jié)直腸癌等[6]腫瘤中的表達(dá)下調(diào)。因此，Gasdermin E在人類惡性腫瘤中的發(fā)病機(jī)制越來越受到關(guān)注。Gasdermin E在幾種常見腫瘤(胃癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌)中，由于基因啟動(dòng)子甲基化導(dǎo)致表觀遺傳學(xué)沉默，其蛋白表達(dá)水平較低或不表達(dá)；而在正常組織中表達(dá)。進(jìn)一步的臨床樣本分析顯示，腫瘤組織中Gasdermin E存在高度甲基化，而對(duì)應(yīng)的正常組織中甲基化水平較低，在Gasdermin E低表達(dá)或者不表達(dá)的腫瘤細(xì)胞系中，過表達(dá)外源性Gasdermin E基因后，細(xì)胞的增殖能力、克隆存活能力、轉(zhuǎn)移能力均被顯著抑制[7]。在高表達(dá)細(xì)胞系中沉默Gasdermin E基因，腫瘤細(xì)胞的增殖存活、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移能力顯著增強(qiáng)，提示Gasdermin E可能通過甲基化修飾調(diào)控蛋白表達(dá)，參與腫瘤的發(fā)生。因此，Gasdermin E被認(rèn)為是潛在的抑癌基因。多個(gè)研究報(bào)道[8]人類不同腫瘤類型中Gasdermin E表達(dá)，在腫瘤診斷、分期、進(jìn)展、預(yù)后和治療反應(yīng)中均具有重要地位。

2 Gasdermin E在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展中的潛在機(jī)制

Gasdermin E在胃癌、肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等[6]腫瘤中表達(dá)下調(diào)，Gasdermin E表達(dá)異常導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、發(fā)展，通過甲基化、細(xì)胞焦亡、AKT磷酸化等參與調(diào)控腫瘤生物學(xué)行為[9]。

2.1 Gasdermin E在結(jié)直腸癌中的表達(dá)及甲基化水平表觀遺傳修飾常被認(rèn)為是腫瘤形成的先兆，啟動(dòng)子甲基化作為最重要的表觀遺傳性改變之一，在結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用，如在正常狀態(tài)下未甲基化的啟動(dòng)子區(qū)發(fā)生甲基化后，會(huì)影響相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制基因表達(dá)及功能?；騿?dòng)子的異常CpG島甲基化是人類結(jié)直腸癌的常見改變，TSG中具有頻繁啟動(dòng)子高甲基化的基因揭示了癌變的潛在機(jī)制，并可能對(duì)結(jié)直腸癌具有預(yù)測價(jià)值。Croes等[10]發(fā)現(xiàn)Gasdermin E在正常組織中廣泛表達(dá)，但在結(jié)直腸癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、胃癌等普通癌細(xì)胞系中，其啟動(dòng)子區(qū)出現(xiàn)甲基化且伴隨Gasdermin E下調(diào)或沉默。Kim等[11]在結(jié)直腸癌中研究發(fā)現(xiàn)，惡性結(jié)直腸腫瘤組織中存在GSDME的CpG島高甲基化現(xiàn)象，并伴隨其表達(dá)沉默，與正常組織相比，其表達(dá)降低。結(jié)直腸癌中Gasdermin E甲基化的頻率與其他基因[Cyclin A1、CDX1、RAR-b、MYOD1、p15(INK4b)和COX2]一致，研究證明這些基因在結(jié)直腸癌中經(jīng)常發(fā)生甲基化。通過TaqMan-MSP基因分析，原發(fā)性腫瘤組織與正常組織明顯不同，提示腫瘤組織DNA中Gasdermin E啟動(dòng)子甲基化可能對(duì)腫瘤的早期診斷提供新思路。Toyota等[12]認(rèn)為CpG島甲基化表型(CpG island methylator phenotype， CIMP)是腫瘤發(fā)生的經(jīng)典途徑外的另一條途徑，CIMP通過同時(shí)失活多個(gè)腫瘤抑制基因(如p16)和通過失活hMLH1誘導(dǎo)錯(cuò)配修復(fù)缺陷而導(dǎo)致腫瘤發(fā)展，這在人類腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起至關(guān)重要的作用。在結(jié)直腸癌中，與轉(zhuǎn)錄失活相關(guān)基因的啟動(dòng)子CpG島異常高甲基化是最常見的表觀遺傳學(xué)改變之一，雖然研究發(fā)現(xiàn)Gasdermin E在結(jié)直腸癌中普遍呈異常高甲基化低表達(dá)，但對(duì)于其機(jī)制仍需進(jìn)行深入分析。

2.2 Gasdermin E的細(xì)胞焦亡與結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系細(xì)胞焦亡最初被認(rèn)為是Caspase-1介導(dǎo)的壞死，主要是對(duì)細(xì)菌入侵的反應(yīng)[13]。最新研究結(jié)果表明[14-15]，Gasdermin E通過中間連接體被半胱天冬蛋白水解酶Caspase-3切割激活，釋放Gasdermin E-N片段，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，細(xì)胞質(zhì)腫脹，細(xì)胞破裂并釋放細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)容物到細(xì)胞外環(huán)境中，激活炎癥反應(yīng)，如：疫原性損傷相關(guān)分子(DAMP)，其在細(xì)胞焦亡中發(fā)揮重要作用，由結(jié)構(gòu)多樣的非致病源性分子組成，具有以下特點(diǎn)：(1)能結(jié)合并激活細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)模式識(shí)別受體；(2)DAMP不僅可以從應(yīng)激細(xì)胞中主動(dòng)分泌，而且在某些形式的細(xì)胞死亡后，如壞死、凋亡和細(xì)胞焦亡、質(zhì)膜被破壞時(shí)，也可以被動(dòng)釋放；(3)釋放到細(xì)胞外環(huán)境后，DAMP可能從生理功能轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺坠δ躘16]。DAMP是受損的組織源性促炎介質(zhì)，如HMGB1、白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-18，可觸發(fā)炎癥，炎癥細(xì)胞聚集，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)炎癥相關(guān)的腫瘤發(fā)展。Tan等[17]研究結(jié)果表明，Gasdermin E介導(dǎo)細(xì)胞焦亡導(dǎo)致DAMP促炎介質(zhì)釋放HMGB1，HMGB1通過MAPK/ERK1/2信號(hào)通路誘導(dǎo)結(jié)直腸癌發(fā)生和PCNA表達(dá)。PCNA是反映細(xì)胞增殖水平的主要標(biāo)志物，通過阻斷HMGB1軸，抑制MAPK通路的激活，從而抑制C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移。Yu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Gasdermin E調(diào)控ROS/JNK/Bax線粒體凋亡途徑下游的細(xì)胞焦亡和Caspase-3激活，Gasdermin E依賴性細(xì)胞焦亡是化療藥物清除腫瘤細(xì)胞的機(jī)制之一，Gasdermin E為誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡抗癌藥物的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，為提高腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性提供靶點(diǎn)。

2.3 Gasdermin E誘導(dǎo)AKT磷酸化抑制細(xì)胞生長Croes等[19]研究發(fā)現(xiàn)，Gasdermin E表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞增殖增加，通過檢測siRNA轉(zhuǎn)染HCT116細(xì)胞后參與細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換的因子，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染siRNA-Gasdermin E的細(xì)胞中，參與G1到S期轉(zhuǎn)換的蛋白表達(dá)增加(包括細(xì)胞Cyclin D1、Cyclin D3和Cyclin E以及CDK4/6)，而不是CDK抑制劑p27(Kip1)的參與。HCT116細(xì)胞中敲除Gasdermin E可誘導(dǎo)AKT(細(xì)胞周期蛋白的上游蛋白之一)磷酸化，但ERK的磷酸化保持不變。這些結(jié)果表明Gasdermin E表達(dá)的缺失導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞生長的增加，可能通過AKT通路驅(qū)動(dòng)。

3 Gasdermin E在結(jié)直腸癌中的作用。

Zhang等[20]采用癌癥基因組圖譜(TCGA)的數(shù)據(jù)，分析432份結(jié)直腸癌和正常結(jié)直腸組織以及左右側(cè)結(jié)直腸癌中Gasdermin E甲基化和表達(dá)的差異，探討Gasdermin E作為結(jié)直腸癌生物學(xué)標(biāo)志物的診斷意義，結(jié)果表明Gasdermin E甲基化有望成為結(jié)直腸癌檢測生物學(xué)標(biāo)志物。Gasdermin E在大多數(shù)癌細(xì)胞中沉默，在許多正常組織中表達(dá)，化療藥物激活Caspase-3，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中Gasdermin E依賴性焦亡，如用DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑地西他濱(decitabine)可以促進(jìn)Gasdermin E在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞焦亡現(xiàn)象的發(fā)生[21]。另外，根據(jù)Gasdermin E表達(dá)水平，選擇合適的化療藥物，上調(diào)Gasdermin E在結(jié)直腸癌中的表達(dá)水平，從而增加化療藥物的敏感性、降低耐藥性[22-23]。

4 結(jié)論與展望

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制一直是醫(yī)學(xué)及生物領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，Gasdermin E作為新發(fā)現(xiàn)的因子，在調(diào)控結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。結(jié)直腸癌中Gasdermin E的異常表達(dá)調(diào)控結(jié)直腸癌疾病進(jìn)程，通過甲基化、介導(dǎo)細(xì)胞焦亡、AKT磷酸化等調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長，進(jìn)一步分析可為結(jié)直腸癌的治療提供新的靶點(diǎn)。根據(jù)Gasdermin E與結(jié)直腸癌的研究結(jié)果，Gasdermin E影響結(jié)直腸癌的進(jìn)展機(jī)制主要有：(1)Gasdermin E通過細(xì)胞焦亡影響結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展；(2)Gasdermin E啟動(dòng)子異常甲基化；(3)Gasdermin E通過誘導(dǎo)AKT磷酸化抑制細(xì)胞生長。因此，Gasdermin E有望成為治療結(jié)直腸癌的新靶點(diǎn)，可以幫助識(shí)別高?；颊呷后w以及治療干預(yù)。雖然Gasdermin E提示其有作為生物學(xué)標(biāo)志物的臨床應(yīng)用價(jià)值，但應(yīng)用腫瘤診斷和治療等臨床工作中，還需深入探究。