轉(zhuǎn)移相關(guān)基因1 在肺癌中的研究進(jìn)展△

薛洪省，孫海迪，杜婉鈺，顧春東

1大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院胸外科，遼寧 大連 116000

2大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院胸外科，遼寧 大連 116600

3大連大學(xué)醫(yī)學(xué)院，遼寧 大連 1166000

肺癌發(fā)病率及病死率目前仍居惡性腫瘤之首，不同病理類型和分子亞型的肺癌生物學(xué)特征存在明顯差異。隨著對肺癌發(fā)病機(jī)制的深入了解，越來越多針對其關(guān)鍵靶點的抗腫瘤藥物應(yīng)用于臨床，使得肺癌患者有了長期生存的希望。轉(zhuǎn)移相關(guān)基因1（metastasis associated 1，MTA1）在多數(shù)惡性腫瘤中表達(dá)異常，是能夠促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展，導(dǎo)致不良預(yù)后的一種與腫瘤惡性表型密切相關(guān)的基因。本文對MTA1 在肺癌中的表達(dá)及定位、發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控機(jī)制及應(yīng)用價值、存在的問題進(jìn)行綜述，為肺癌診治提供新的方向和思路。

1 熱點基因在腫瘤治療中的價值

肺癌作為人類最常見的惡性腫瘤之一，根據(jù)組織病理學(xué)和免疫組化標(biāo)記特征，可分為小細(xì)胞肺癌和非小細(xì)胞肺癌。另外，由于煙草使用的限制和肺癌篩查方法的改進(jìn)，肺癌的分子病理特征和分類改變很大[1-2]，肺癌的發(fā)病率和病死率在近10年內(nèi)都呈下降趨勢，但仍保持在較高水平。但肺癌患者的5年生存率仍低于20%，更為嚴(yán)重的是，確診時已轉(zhuǎn)移的患者占57%，5 年生存率低于5%。因此，轉(zhuǎn)移仍然是肺癌患者死亡的最直接原因[3-4]。

腫瘤轉(zhuǎn)移是腫瘤細(xì)胞從原發(fā)灶擴(kuò)散到癌巢以外的組織器官的過程，是腫瘤細(xì)胞發(fā)生癌變的過程。盡管肺癌的靶向治療和免疫治療已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，如表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、Kirsten 鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）和程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）抑制劑已在臨床中應(yīng)用[5-6]，但目前臨床對于肺癌的轉(zhuǎn)移仍缺乏深層次的機(jī)制認(rèn)識和足夠的治療靶點。因此，迫切需要揭示肺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生機(jī)制，指導(dǎo)臨床制訂突破性的治療策略和方案，以改變目前針對肺癌轉(zhuǎn)移的治療困境。

腫瘤轉(zhuǎn)移是涉及多種細(xì)胞機(jī)制的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，全面、系統(tǒng)地了解腫瘤轉(zhuǎn)移是治療的必要條件，但這非常困難。為了解決這一問題，需要對腫瘤轉(zhuǎn)移的復(fù)雜過程進(jìn)行研究，找到轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行系統(tǒng)分析。這里強調(diào)了某些“關(guān)鍵節(jié)點”的基因及其蛋白產(chǎn)物在腫瘤發(fā)生過程中的作用。MTA1是一種位于染色體14q32，編碼6 個蛋白質(zhì)和2 個多肽，具有BAH 同源結(jié)構(gòu)域、ELM2 同源結(jié)構(gòu)域、SANT 結(jié)構(gòu)域、GATA 鋅指結(jié)構(gòu)域的與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移能力密切相關(guān)的基因，包含MTA1s（N 端缺失）和MTA1-ZG29P（C 端缺失）兩個異構(gòu)體，編碼蛋白分子量約80 kD，該基因及其蛋白產(chǎn)物對肺癌的轉(zhuǎn)移具有重要作用[7-9]。因此，系統(tǒng)地了解MTA1對于進(jìn)一步揭示肺癌的轉(zhuǎn)移和據(jù)此設(shè)計靶向治療靶點具有重要的理論和臨床意義。

2 MTA1 在惡性腫瘤中的價值

MTA1 普遍表達(dá)于各種組織器官[10-11]，但在絕大部分惡性腫瘤中呈高表達(dá)狀態(tài)，包括乳腺癌、胃癌、食管癌、子宮內(nèi)膜癌、胰腺癌、胸腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌以及宮頸癌，可促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，導(dǎo)致預(yù)后不良[12]。

已有研究表明，MTA1 在腫瘤轉(zhuǎn)移和耐藥過程中起著至關(guān)重要的作用。Gururaj 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)MTA1，而MTA1 可進(jìn)一步促進(jìn)乳腺癌擴(kuò)增序列3 的轉(zhuǎn)錄活化，通過乙?；淖儯瑢?dǎo)致乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和耐藥的發(fā)生。Marzook 等[14]研究同樣發(fā)現(xiàn)在頭頸部及口腔鱗狀細(xì)胞癌中MTA1 呈過表達(dá)狀態(tài)，并通過組蛋白去乙?；福∟uRD）復(fù)合體依賴的方式促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移及耐藥的發(fā)生，而且MTA1 是獨立的不良預(yù)后指標(biāo)[15]。Butt 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，通過二苯乙烯下調(diào)前列腺癌細(xì)胞中MTA1表達(dá)后可以抑制腫瘤新生血管生成并提高抗腫瘤藥物的敏感性，有效減緩前列腺癌的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，在腸癌、卵巢癌等細(xì)胞中，MTA1 通過靶向調(diào)控SRY 盒轉(zhuǎn)錄因子4（SRY-box transcription factor 4，SOX4），進(jìn)一步激活上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）過程，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和耐藥[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞標(biāo)志物如OCT4、Nanog 等在MTA1 過表達(dá)的惡性腫瘤細(xì)胞中表達(dá)普遍增加，更多的干細(xì)胞球在腫瘤細(xì)胞中被富集，并在小鼠模型中產(chǎn)生更多的瘤灶，侵襲和轉(zhuǎn)移能力更強，提示MTA1 具有腫瘤干性的調(diào)控能力[18]。此外，MTA1還涉及多種腫瘤的mRNA 加工[18]、細(xì)胞增殖、新生血管生成[19]、EMT 以及DNA 損傷修復(fù)[17]等多個過程。因此，MTA1 在腫瘤中是一個惡性表型調(diào)控因子，具有顯著促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的能力。

3 MTA1 在肺癌中的表達(dá)與定位

通過對95 個人類個體的27 個不同組織樣本采用mRNA 測序（mRNA sequencing，RNA-seq）技術(shù)測定所有編碼基因的組織特異性發(fā)現(xiàn)，MTA1 在腎上腺、闌尾、骨髓、腦、結(jié)腸、十二指腸、子宮內(nèi)膜、食管、脂肪、膽囊、心臟、腎、肺、肝臟、淋巴結(jié)、卵巢、胰腺、胎盤、前列腺、唾液腺、皮膚、小腸、脾臟、胃、睪丸、甲狀腺、膀胱等組織中均有一定程度的表達(dá)，其中表達(dá)最高的是睪丸組織，表達(dá)最低的是胰臟[20]。以上結(jié)果顯示，MTA1 在大部分正常組織中都有表達(dá)，但在不同的器官組織中存在一定的差異。同理，MTA1 在腫瘤組織中的表達(dá)存在組織與器官之間的差異。通過癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）泛癌數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同癌種以及相同癌種的不同病理亞型之間MTA1 表達(dá)存在明顯差異，其中肺癌中MTA1 表達(dá)較癌旁組織顯著增高。

3.1 MTA1 在肺癌中的表達(dá)

肺癌是一種具有高度侵襲和轉(zhuǎn)移特征的惡性腫瘤，通過TCGA 數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，肺癌組織中MTA1mRNA 水平較正常組織顯著增高。有研究通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）對晚期肺癌中的MTA1mRNA 水平進(jìn)行分析，結(jié)果表明，隨著TNM 分期的增加、腫瘤大小的增加以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的發(fā)生，MTA1mRNA 在腫瘤組織中的表達(dá)水平增高[21]。同樣有研究對118 例早期肺癌組織與12例正常肺組織進(jìn)行MTA1 免疫組化染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，55.1%（65/118）的肺癌組織表達(dá)MTA1，而僅16.7%（2/12）的正常肺組織表達(dá)MTA1，表明MTA1不僅在晚期肺癌中過表達(dá)，在早期肺癌中也很常見[22]。MTA1 在不同肺癌亞型中的表達(dá)有所不同。有研究發(fā)現(xiàn)，在102 例早期手術(shù)切除的Ⅰ期非小細(xì)胞肺癌患者中，41 例患者M(jìn)TA1 陽性表達(dá)，陽性表達(dá)率為40.2%[23]。后續(xù)的多項研究表明，與正常肺組織相比，非小細(xì)胞肺癌組織中MTA1 表達(dá)顯著升高[24-26]。

由于TCGA 缺少MTA1 在小細(xì)胞肺癌中相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，故分析基因表達(dá)綜合（Gene Expression Omnibus，GEO）數(shù)據(jù)庫GSE149507 數(shù)據(jù)集中18 對配對的小細(xì)胞肺癌和癌旁組織中MTA1 的表達(dá)情況，同樣發(fā)現(xiàn)小細(xì)胞肺癌組織中MTA1 表達(dá)顯著增高。有研究通過免疫組化法分析人小細(xì)胞肺癌組織芯片（40 例小細(xì)胞肺癌組織/10 例正常肺組織）發(fā)現(xiàn)，與正常肺組織相比，小細(xì)胞肺癌組織中MTA1 表達(dá)顯著增加[27]。另一項研究結(jié)果表明，小細(xì)胞肺癌組織中MTA1 高表達(dá)率為71.2%，癌旁組織中MTA1 均為低表達(dá)[28]。上述結(jié)果表明，MTA1在小細(xì)胞肺癌組織中同樣存在異常表達(dá)。

結(jié)合前期研究結(jié)果和TCGA 數(shù)據(jù)分析提示，MTA1 在肺癌中普遍表達(dá)增高，其中小細(xì)胞肺癌組織最為突出，提示了MTA1 在肺癌組織中表達(dá)存在亞型特異性。

3.2 MTA1 在肺癌中的定位

功能性蛋白在細(xì)胞中的精確定位對于明確其功能及作用機(jī)制意義重大。因此，系統(tǒng)全面地了解MTA1 的定位是基礎(chǔ)。

早期有研究利用小鼠進(jìn)行MTA1 定位研究，發(fā)現(xiàn)MTA1 在神經(jīng)、心血管、呼吸、消化、免疫、內(nèi)分泌、泌尿、生殖等系統(tǒng)的多種組織/細(xì)胞上均存在表達(dá)，定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，并在細(xì)胞核中積聚，表明MTA1 在細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中均有表達(dá)[29]。進(jìn)一步對腫瘤組織中MTA1 蛋白的氨基酸序列進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，MTA1 含多核定位序列以及DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域，表明MTA1 為細(xì)胞核定位[30]。進(jìn)一步研究通過追蹤內(nèi)源性和外源性的MTA1，發(fā)現(xiàn)MTA1在核仁中呈顆粒狀分布，進(jìn)一步證實MTA1 為細(xì)胞核定位[30-31]。在后續(xù)的研究中發(fā)現(xiàn)，在多種腫瘤組織中MTA1 不僅表達(dá)于細(xì)胞核，在細(xì)胞質(zhì)中也存在表達(dá)[31-32]。

在肺癌中針對MTA1 的定位主要借助于免疫組化法、綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）標(biāo)簽追蹤、蛋白質(zhì)印跡法（Western blot）、免疫沉淀（immuno-preciptation，IP）等技術(shù)對細(xì)胞內(nèi)源性及外源性MTA1 的定位進(jìn)行研究，并且顯示多種定位模式，與細(xì)胞周期有一定關(guān)系[32]。檢測肺癌細(xì)胞周期中MTA1 亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)，MTA1 在間期主要位于細(xì)胞核，前期逐漸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，當(dāng)進(jìn)入末期時又逐漸轉(zhuǎn)移回細(xì)胞核，提示MTA1 在肺癌細(xì)胞中是一種隨細(xì)胞周期發(fā)展而變化的核質(zhì)穿梭蛋白[33]。關(guān)于小細(xì)胞肺癌的研究發(fā)現(xiàn)，無論內(nèi)源性還是外源性MTA1，均表現(xiàn)出明顯的核仁亞細(xì)胞定位，進(jìn)一步豐富了MTA1 在肺癌中的定位[31]。也有研究通過免疫組化法證實MTA1 在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均存在顯著陽性表達(dá)，也進(jìn)一步表明了MTA1 在肺癌中的定位[26]。

肺癌組織中MTA1 可能存在3 種定位模式，包括細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和兩者均存在，至于MTA1 的分布調(diào)節(jié)模式以及是否存在組織類型特異性、MTA1是否為穿梭蛋白性質(zhì)目前仍未確定，有待進(jìn)一步證實。

4 MTA1 在肺癌中的分子調(diào)控及潛在應(yīng)用價值

雖然已有MTA1與腫瘤轉(zhuǎn)移和治療耐藥相關(guān)的報道，但其在肺癌中的調(diào)控機(jī)制仍未十分清楚，針對MTA1的抗腫瘤治療仍處于探索階段。既往研究表明，在腫瘤轉(zhuǎn)移和治療耐藥的過程中MTA1 發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但其接受何種調(diào)控機(jī)制？是否具有潛在治療靶點？這些問題有待回答。

目前研究最多的是MTA1 作為基本亞基參與核小體重構(gòu)和NuRD 復(fù)合物的組成，動態(tài)發(fā)揮染色質(zhì)重塑或組蛋白去乙?；钚?，調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)和腫瘤進(jìn)展[34]。研究發(fā)現(xiàn)，MTA1 在肺癌中通過NuRD 復(fù)合物促進(jìn)p53 的去乙酰化進(jìn)而抑制p53 誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)肺癌的惡性潛能[35]。研究發(fā)現(xiàn)，MTA1 與缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）表達(dá)呈明顯正相關(guān)，從而推斷MTA1 在肺癌中通過增強HIF-1α活性促進(jìn)腫瘤侵襲[36]。通過敲低MTA1后對非小細(xì)胞肺癌的微小RNA（microRNA，miRNA）表達(dá)譜進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，許多miRNA 與腫瘤進(jìn)展有關(guān)，例如miRNA-125a、miRNA-125b、miRNA-210、miRNA-103、miRNA-194、miRNA-30c、miRNA-183、miRNA-500、miRNA-543，大量證據(jù)顯示MTA1 可能通過改變miRNA 表達(dá)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的侵襲性，因此，miRNA-MTA1 軸有望成為肺癌治療的靶點[37-41]。研究人員發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過阻斷MTA1 介導(dǎo)的WNT/β-catenin 通路減弱非小細(xì)胞肺癌的增殖和侵襲能力，因此，姜黃素有望成為臨床靶向MTA1 治療肺癌的藥物[42-43]。當(dāng)然也有研究提出不同結(jié)果，認(rèn)為在非小細(xì)胞肺癌中，MTA1 通過激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3B）/β-catenin促進(jìn)EMT，但不激活WNT/GSK3B/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[24]。

本團(tuán)隊在2014 年首次應(yīng)用40 例小細(xì)胞肺癌組織芯片證實MTA1 普遍高表達(dá)，前期研究已經(jīng)基本證實小細(xì)胞肺癌中MTA1高表達(dá)可上調(diào)關(guān)鍵干細(xì)胞行為調(diào)控因子SOX2 水平，推斷在小細(xì)胞肺癌中MTA1 可能參與了腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控[27]。推測MTA1 可能通過某種內(nèi)在機(jī)制調(diào)控SOX2 表達(dá)，然而具體的調(diào)控機(jī)制目前尚未明確。后來利用RNASeq分析發(fā)現(xiàn)，肺癌細(xì)胞中MTA1沉默與上皮細(xì)胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EPCAM）具有一致性，并且證實MTA1-EPCAM 軸與小細(xì)胞肺癌的臨床分期、腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有顯著相關(guān)性，并預(yù)示不良預(yù)后[22]。隨后，以小細(xì)胞肺癌為研究對象進(jìn)行了后續(xù)的研究，結(jié)果顯示，MTA1過表達(dá)可有效激活EMT，顯著增加腫瘤細(xì)胞系的遷移和侵襲特性，基因表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)MTA1 通過轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）通路介導(dǎo)EMT，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[17]。進(jìn)一步利用多種分子研究技術(shù)發(fā)現(xiàn)，定位于核仁的MTA1 促進(jìn)了前核糖體RNA（precursor ribosomal RNA，prerRNA）的轉(zhuǎn)錄激活，促進(jìn)小細(xì)胞肺癌進(jìn)展，這與目前所報道的有關(guān)NuRD 復(fù)合物的最新研究一致[31]。由于受限于小細(xì)胞肺癌組織獲取困難，進(jìn)一步的研究相較非小細(xì)胞肺癌進(jìn)度緩慢。

多項Meta 分析表明，MTA1 表達(dá)與非小細(xì)胞肺癌的臨床特征和預(yù)后具有顯著相關(guān)性，并提示MTA1 是非小細(xì)胞肺癌的一種生物標(biāo)志物，具有診斷和預(yù)測預(yù)后的價值[44-45]。高表達(dá)MTA1 的非小細(xì)胞肺癌患者較低表達(dá)MTA1 者預(yù)后明顯不佳，并且非小細(xì)胞肺癌組織中MTA1 表達(dá)較癌旁組織顯著增高，進(jìn)一步在腫瘤細(xì)胞中使用MTA1-siRNA 治療，隨著MTA1 表達(dá)下調(diào)，腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移能力明顯降低，因此推斷通過相應(yīng)手段下調(diào)MTA1 表達(dá)后可使非小細(xì)胞肺癌患者獲得更好的臨床預(yù)后[46]。為了證實MTA1 對早期非小細(xì)胞肺癌的影響，有研究對60 例Ⅰ期非小細(xì)胞肺癌患者的肺癌組織及30例癌旁組織進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)肺癌組織中MTA1 高表達(dá)率為36.7%，且MTA1 表達(dá)與腫瘤分化程度和腫瘤直徑有關(guān)，高表達(dá)組患者5 年生存率顯著低于低表達(dá)組（40.9%vs84.1%，P＜0.01），提示MTA1是早期非小細(xì)胞肺癌的不良預(yù)后因子和潛在的治療靶點[25]。后續(xù)研究結(jié)果提示，MTA1 與非小細(xì)胞肺癌新生血管生成密切相關(guān)，且有望成為抗血管生成治療的新型靶點[23,47]。不僅如此，MTA1 高表達(dá)的肺癌患者更容易發(fā)生氣腔擴(kuò)散（spread through air spaces，STAS），特別在腺癌中表現(xiàn)突出[48]。通過對MTA1 表達(dá)進(jìn)行定量分析，可以對≤3 cm 的多灶性非小細(xì)胞肺癌患者的預(yù)后風(fēng)險進(jìn)行分層，指導(dǎo)術(shù)后輔助治療的獲益[49]。

肺癌的高轉(zhuǎn)移性和易耐藥性是造成疾病快速進(jìn)展、預(yù)后不良的直接因素。抑制MTA1 的表達(dá)對于延長患者生存期、提高生活質(zhì)量、有效遏制其轉(zhuǎn)移和逆轉(zhuǎn)耐藥具有重要意義。然而，解決肺癌臨床治療難題的瓶頸在于其發(fā)生轉(zhuǎn)移和治療耐藥的機(jī)制不清、干預(yù)靶點不明。目前研究提示，無論非小細(xì)胞肺癌還是小細(xì)胞肺癌，MTA1 在判斷預(yù)后中均具有較高的臨床潛力，且有望成為治療靶點。MTA1 在肺癌中的調(diào)控機(jī)制尚未明晰，因此，亟需從更深層次和更多角度揭示其影響肺癌發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制，從而為肺癌治療提供新的策略。

5 MTA1 在肺癌研究中存在的問題

作為人類發(fā)病率和病死率最高的惡性腫瘤之一，肺癌的研究在過去40 年中取得了長足進(jìn)步，尤其是基于基因診斷的靶向治療手段的出現(xiàn)，使得肺癌的診治模式發(fā)生了顯著變化。在腫瘤中被廣泛認(rèn)為是致癌基因的MTA1，在腫瘤肺轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要的作用[50-51]，目前已有大量研究報道MTA1 與肺癌的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，并且可能還涉及腫瘤微環(huán)境的調(diào)控[52]，但其在肺癌中的完整調(diào)控網(wǎng)絡(luò)目前仍未清楚。肺癌作為一種轉(zhuǎn)移和耐藥高發(fā)的腫瘤類型，如何有效控制轉(zhuǎn)移和耐藥仍是目前亟需解決的問題，MTA1 作為十分有代表性的標(biāo)志物在肺癌中顯示出較高的潛在價值。當(dāng)前針對MTA1 在肺癌轉(zhuǎn)移和耐藥中作用機(jī)制的研究偏少，結(jié)合本團(tuán)隊前期的工作基礎(chǔ)，提示MTA1 在肺癌轉(zhuǎn)移和耐藥的發(fā)生過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但其采取何種調(diào)控機(jī)制以及是否為治療的潛在靶點或用藥選擇的標(biāo)志物，這些問題都值得進(jìn)一步探索。