eIF4E在肿瘤转移中的作用

吴孟晏综述 胡新荣审校

肿瘤的发生、发展是多基因多步骤的复杂过程。而在近些年的研究中发现，真核细胞翻译起始因子4E(eukaryotic initiation factor 4E，eIF4E)与肿瘤的发生、发展和转移有密切关系。本文就eIF4E基因在肿瘤转移中的研究现状给予综述。

1 eIF4E

1.1 eIF4E的结构

真核起始因子4E 是最重要的真核细胞翻译起始因子家族eIFs家族的一员。目前，在哺乳动物中明确了3种不同eIF4E家族成员：eIF4E1、eIF4E2和eIF4E3[1]。人eIF-4E基因定位于染色体4q21～q25，其碱基序列大于50 kb,其中包含7个外显子，6个内含子，可编码相对分子质量为25 000的多肽，在eIF4E空间表面凹陷的疏水口袋中有2条8个色氨酸组，与mRNA 5’ 帽子结构组成保守残基结合，形成三文治夹心结构，参与启动mRNA翻译。eIF4E背面空间则凸起与其翻译抑制蛋白或真核翻译起始细胞因子4G(eukaryotic translation initiation factor 4G,eIF4G)等特异性结合。

1.2 eIF4E的生物学功能

近些年的研究发现，eIF4E在真核细胞翻译过程、核质转运过程以及在肿瘤发生发展中均有所作用。

在真核细胞基因表达的调控方面上，eIF4F复合物是参与调控翻译起始过程的蛋白质复合物之一。在哺乳动物中，eIF4F复合物为三源异聚体，其亚单位如下：① eIF4E(亦称帽结合蛋白)；② eIF4A；③ eIF4G。eIF4F复合物使mRNA与小核糖体结合，松动5’-非翻译区(5’-UTR)的二级结构，该过程在蛋白合成的翻译起始阶段，暴露启动位点和定位发挥重要的调控作用，对蛋白质合成起限定作用。eIF4E是该复合物中翻译速度调控的关键因素。然而游离eIF4E与帽结构结合的亲和力远远低于eIF4E复合体与帽结构的亲和力。eIF4G中心区域的RNA识别基序可与mRNA结合，从而稳定eIF4E-eIF4G复合体和帽结构的结合[2]。而eIF4E过度表达时,并非提高整体mRNA的翻译水平，只使某些特定的与细胞生长有关的、且对eIF4E敏感的mRNA表达上调[3]，而这类mRNA主要翻译与细胞周期和生长因子自我调控、血管生长、细胞生存和侵袭相关的蛋白质[4]。

约有68%的eIF4E以核小体形式存在于细胞核中，Topisirovic等[5]、Culjkovic等[6]的实验证实eIF4E促进一些蛋白的mRNAs从细胞核转运到细胞质。

大量研究表明，eIF4E在多种恶性肿瘤，如头颈部恶性肿瘤、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、肺癌、白血病等中高度表达。eIF4E的表达升高，4E-BPs的表达下降或4E-BPs的磷酸化升高等这些因素致使“Weak mRNA”(主要翻译与细胞周期和生长因子自我调控、血管生长、细胞生存和侵袭相关的蛋白质)翻译的升高，从而促使细胞恶变，肿瘤组织恶性增高，且可形成血管，给肿瘤组织提供营养，有利于其生长、侵袭。然而，eIF4E致癌的作用机理目前尚不完全阐述清楚。

1.3 eIF4E的活性影响因素

eIF4E的数量和活性受到自身磷酸化、翻译抑制蛋白家族活性、核内因子与基因转录等因素的调节。

在哺乳动物细胞中，eIF4E是一磷蛋白，其磷酸化位点在Ser209、Ser53和Thr21(主要的磷酸化位点是Ser53)。eIF4E的磷酸化水平随细胞外各种刺激而升高。血小板源性生长因子、表皮生长因子、血管紧张素等是通过ERK通路激活；细胞应激、细胞因子如:TNFα、IL1β等刺激eIF4E磷酸化是激活P38MAPK通路进行磷酸化。蛋白激酶C、酪蛋白激酶I和鱼精蛋白激酶等也能使eIF4E发生磷酸化。目前大多数研究表明，eIF4E磷酸化程度越高，eIF4E与eIF4G、mRNA5’端帽子结构结合就越强，如Wendel等[7]、Topisirovic等[8]、Zuberek等[9]的实验。

eIF4E翻译抑制蛋白(eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein，4e-BPs)，通过与eIF4G竞争与eIF4E结合，从而阻止eIF4F翻译起始复合物的组装。4E-BPs与eIF4E的结合程度与其自身磷酸化水平有关。4E-BPs是在非磷酸化状态时,与eIF4E结合。当4E-BPs被磷酸化后，4E-BPs则与eIF-4E的亲和力大大减弱。各种生长因子、激素、有丝分裂原等细胞外在刺激物以及G蛋白受体竞争性结合物都可促使4E-BPs发生磷酸化，致使eIF4E过度表达，从而增加蛋白合成。

目前，相关研究已确定，细胞核内2个负调节蛋白早幼粒白血病蛋白PML(promyelocytic leukemia protein)和富脯氨酸的同源结构域蛋白PRH(praline-rich homeodomain protein)对eIF4E的调节作用。PML负性调节eIF4E依赖性mRNA的核质转运[10]，并有通过降低eIF4E与mRNA5’帽结构的结合的亲和力来调节eIF4E的活性。PRH是负性调节eIF4E活性的转录因子，它同样可负性调节eIF4E依赖性mRNA的核质转运，过度表达时可破坏eIF4E核体。另外，同源结构域蛋白HOXA9同样含有eIF4E结合位点，可与同源结构域蛋白PRH竞争结合eIF4E，正性调控eIF4E依赖的核质转运[11]，促进与细胞恶变相关蛋白质的合成。eIF4E的活性还与一些原癌基因密切相关，如Ras、c-myc、p53[12]。

2 eIF4E在肿瘤中的作用

不少学者对eIF4E在肿瘤组织中的表达及其在肿瘤细胞周期、增殖、恶性转化中的作用极为关注。Norton等[13]应用western blot方法检测eIF4E在乳腺癌组织和正常乳腺组织中的表达情况，发现eIF4E在乳腺癌组织中呈高表达。Lee等[14]选取了正常宫颈组织、低度宫颈上皮内瘤变组织、高度宫颈上皮内瘤变组织和宫颈鳞癌组织为实验材料，实验表明，在90%的正常宫颈组织未检测到eIF4E，eIF4E在其他位置的表达水平如下：低度宫颈上皮内瘤变<高度宫颈上皮内瘤变<宫颈鳞癌(P<0.001)。孙淼淼[15]采用免疫组织化学的方法检测乳腺癌组织中eIF4E蛋白的表达情况，结果乳腺纤维腺瘤组织蛋白的阳性表达率为46.67%，而浸润性导管癌组织中阳性表达率为88.89%，且两者差异有统计学意义(P<0.05)。Salehi等[16]以99例食管癌患者为研究对象，研究发现，食管癌组织中eIF4E的表达较正常食管组织平均增加了(12.59±1.66)倍。燕王翔等[17]采用免疫组织化学染色的方法检测舌鳞癌组织、癌前病变组织和正常舌黏膜组织eIF4E表达情况，发现舌癌组织和癌前病变组织的eIF4E的阳性表达率较高。

研究发现，当eIF4E处于正常表达水平时，“Strong mRNA”与“Weak mRNA”竞争与eIF4E结合，且前者占优势，这使后者的翻译受到抑制。“Strong mRNA”是存在于真核细胞的一类比较容易与eIF4F复合体结合并被有效翻译的mRNA，拥有短5’—UTR，编码管家蛋白质，占mRNA的90%；而“Weak mRNA”是拥有长5’—UTR的一类mRNA，其编码的蛋白主要与细胞的生长和分化有关，例如血管内皮生长因子、c-myc等原癌蛋白和细胞周期蛋白D1等。这些产物过度表达可导致细胞发生恶化癌变和促进细胞异常增殖。真核细胞分裂增殖中，其中1个关键的细胞周期调控点为G1/S期，而目前研究认为eIF4E与细胞周期蛋白D1等形成反馈调节网络调节细胞周期的运行。研究发现，mTOR通路调控是肿瘤治疗的重要靶点。mTOR属于丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，在细胞生长代谢中发挥不可替代的作用。真核细胞翻译起始因子4E结合蛋白1(4E-BP1)是mTOR调节的下游通路之一。mTOR可使4E-BP1磷酸化，eIF4E得以释放以致表达增加，从而促使细胞周期蛋白D1表达的增加，致使细胞异常增殖[18]。康丽菲等[19]的研究发现，mTOR高表达的子宫内膜腺样癌中，eIF4E也呈高表达状态。Ruggero等[20]研究发现，在B细胞淋巴瘤的形成过程中，eIF4E和c-myc共同促进B细胞淋巴瘤的增殖。

多数研究表明eIF4E基因在多种恶性肿瘤中呈高表达水平，相关研究也表明该基因与细胞恶性增殖有一定相关性。但eIF4E的表达情况是否能成为肿瘤进展及预后的标志还有待进一步研究。

3 eIF4E与肿瘤转移的关系

瘤细胞具有的侵袭和转移能力是恶性肿瘤的基本生物学特性之一，也是恶性肿瘤威胁患者生命的主要原因。这是个多步骤、多基因调控的复杂过程。目前认为，从分子生物学的水平而言，肿瘤转移包括细胞运动机制、细胞黏附机制与细胞降解机制等，且与血管生成因子、生长因子和细胞信号传导等有关。

有研究报道，抑制eIF4E基因表达可抑制恶性肿瘤细胞的侵袭转移能力。张国强等[21]等构建重组eIF4E腺病毒载体，感染乳腺癌MCF-7细胞，应用SiRNA封闭后，MCF-7细胞的侵袭和运动能力明显受到抑制。王晓琳[22]实验证明针对eIF4E的shRNA转染肝癌细胞后，eIF4E基因表达水平下调并促进肿瘤细胞的凋亡。

已有研究表明，CD44是黏附分子家族的重要成员，特别参与癌细胞与基质的黏附作用，介导肿瘤细胞的浸润与转移。基质金素蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)几乎能降解细胞基质的所有成分，有利于肿瘤细胞向周围侵袭，且参与肿瘤血管的形成，在肿瘤侵袭转移中起重要作用。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前鉴定出来的最重要的血管生成因子，能刺激内皮细胞分裂、增殖，促血管形成。抑制该因子的表达，进而抑制肿瘤血管生成，从而阻断肿瘤侵袭转移。刘子沛[23]的研究中，采用CD44、MMP和VEGF蛋白作为指标，研究胆管癌组织中eIF4E的表达与上述蛋白的关系，其结果是下调eIF4E的表达可引起上述蛋白合成明显减少。可见，eIF4E基因的高表达，可增强CD44等的表达，从而促进肿瘤的侵袭转移。曲明阳等[24]的研究结果也表明，eIF4E水平与VEGF-C的表达和淋巴结转移呈正相关。孙阳阳等[25]用shRNA有效沉默乳腺癌细胞MDA-MB-231中eIF4E基因表达，且抑制VEGF-C的表达。该因子的表达下调，可有效抑制肿瘤血管生成。

邱刚等[26]等以食管癌手术切除标本蜡块为材料，研究得出，eIF4E蛋白的过表达与食管癌淋巴结转移有关。马敏杰等[27]研究也发现eIF4E的表达与食管癌的浸润深度、淋巴结转移情况显著相关。张波等[28]的研究得出，eIF4E的高表达在非小细胞肺癌中，与淋巴结转移有密切相关关系。

目前多数研究认为，eIF4E基因在多种恶性肿瘤中呈过表达的状态，与肿瘤细胞的侵袭转移密切相关。但也有部分学者研究发现，该基因与肿瘤组织的转移暂无相关关系。盛红光等[29]的研究以直肠癌患者手术标本为材料，比较切缘eIF4E阳性组和切缘eIF4E阴性组的随访结果，得出两组间的远处转移率无统计学意义。王显艳等[30]对胃癌中eIF4E表达的研究得出，eIF4E与胃癌浸润程度、淋巴结转移无相关关系。李富等[31]的研究表示，eIF4E与喉鳞癌的临床分期、分化程度、淋巴结转移情况无明显相关性。

综上所述，恶性肿瘤目前还是不治之症，其转移机制尚未阐明。近年来，eIF4E基因的研究发现在多种恶性肿瘤中其均呈高表达状态，但目前对于eIF4E基因在肿瘤转移方面的研究相对不多，且其对肿瘤转移的作用机制尚未有统一定论，如有的学者认为eIF4E基因与肿瘤转移密切相关，而有的学者持否定看法。因此，eIF4E基因与肿瘤的演进发展是否密切相关，该基因是否能成为反映肿瘤演进的分子标志，有待进一步深入研究。

[1] Joshi B，Cameron A，Jagus R.Characterization of mammalian eIF4E-Family members〔J〕.Eur J Biochem，2004，271(11):2189.

[2] 刘丽萍,于卉 影,马东初，等.eIF4E的研究进展〔J〕.细胞与分子免疫学杂志,2005,21(z1):118.

[3] Topisirovic I，Borden KL.Homeodomain proteins and eukaryotic translation initiation factor4E (eIF4E):An unexpected relationship 〔J〕.Histopathol，2005，20(4):1275.

[4] Larsson O，Li S，Issaenko OA，et al.Eukaryotic translation initiation factor 4E induced progression of primary human mammary epithelial cells along the cancer pathway is associated with targeted translation alde regulation of oncogenic drivers and inhibitors 〔J〕.Cancer Res，2007，67(14):6814.

[5] Topisirovic I，Kentsis A，Perez JM，et al.Eukaryotic initiation factor 4E in post-transcriptional gene expression〔J〕.Nat Struct Mol Biol，2004,11(6):503.

[6] Culjkovic B，Topitsrovic I，Skrabanek L，et al.eIF4E is a central node of an RNA regulon that governs cellular proliferation〔J〕.J Cell Biol，2006，175(3):415.

[7] Wendel HG，Silva RL，Malina A，et al.Dissecting eIF4E action in tumorigenesis〔J〕.Genes Dev，2007，21(24):3232.

[8] Topisirovic I，Ruiz-Gutierrez M，Borden kL.Phosphorylation of the eukaryotic translation initiation factor eIF4E contributes to its transformation and mRNA transport activities〔J〕.Cancer Res，2004,64(23):8639.

[9] Zuberek J，Jemielity J,Jablonowska A，et al.Influence of electric ch-arge variation at residues 209 and 159 on the interaction of eIF4E with the mRNA 5′terminus〔J〕.Biochemistry,2004，43(18):5370.

[10] Strudwick S，Borden KL.The emerging roles of translation factor eI-F4E in the nucleus〔J〕.Differentiation，2002，70(1):10.

[11] Topisirovic I，Kentsis A，Perez JM，et al.Eukaryotic translation initiation factor4E activity is modulated by HOXA9 at multiple levels〔J〕.Mol Cell Biol，2005，25(3):1100.

[12] Zhu N，Gu L，Findley HW，et al.Transcriptional repression of the eukaryotic initiation factor 4E gene by wild type P53 〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2005，335(4):1272.

[13] Norton KS，Meclusky D，Sen S，et al.TLKI B is elevated with eIF4E over expression in breast cancer〔J〕.J Surg Res，2004，116(I):98.

[14] Lee JW，Choi JJ，Lee KM，et al.eIF4E expression is associated with histopathologic grades in cervical neoplasia〔J〕.Hum pathol，2005，36(11):1197.

[15] 孙淼淼,马 杰,魏 冰,等.乳腺癌组织中eIF4E蛋白表达及其意义 〔J〕.肿瘤基础与临床，2010，23 (4):280.

[16] Salehi Z，Mashayekhi F.Expression of the eukaryotic translation initiation factor 4E (eIF4E) and 4E-BP1 in esophageal cancer〔J〕.Clin Biochem，2006，39(4):404.

[17] 燕王翔,陈 丹,雒 静，等.真核细胞起始因子4E和p53在舌癌中的表达及其意义——附84例检测报告 〔J〕.新医学,2010,41 (11):724.

[18] 郑 杰.mTOR信号途径与肿瘤〔J〕.生命科学，2006，18(3):261.

[19] 康丽菲,李月红,张祥宏，等.子宫内膜样腺癌中mTOR和eIF4E蛋白表达及临床意义〔J〕.临床与实验病理学杂志，2011,27 (1):71.

[20] Ruggero D，Montanaro L，Mal，et al.The translation factor eIF4E promotes tumor formation and cooperateswith c-myc in lym-phomagenesis〔J〕.Nat Med，2004，10(5):484.

[21] 张国强,潘 薇,赵 亮,等.eIF-4E腺病毒载体构建及对乳腺癌MCF-7细胞转移能力的影响 〔J〕.中国生物工程杂志，2008，28 (3):8.

[22] 王晓琳.PAMAM-eIF4E-shRNA纳米微粒对人肝癌细胞抑制作用实验研究〔D〕.上海:第二军医大学学位论文，2010.

[23] 刘子沛.eIF4E在胆管癌侵袭和转移调控机制中的作用研究〔D〕.重庆:第三军医大学学位论文，2005.

[24] 曲明阳,邢光明,赵 莉,等.乳腺癌组织中eIF-4E基因对VEGF-C表达及淋巴转移的影响〔J〕.中华肿瘤防治杂志，2007，14 (9):686.

[25] 孙阳阳,曹友德,刘 浩,等.shRNA沉默EIF4E基因对乳腺癌MDA-MB-231细胞VEGF-C表达的影响〔J〕.中国肿瘤临床，2011，38 (4):200.

[26] 邱 刚,陈奎生,权翼龙,等.真核始动因子4E表达与食管癌转移关系的研究〔J〕.肿瘤基础与临床，2007，20 (3):206.

[27] 马敏杰,韩 彪,刘 健,等.真核细胞翻译起始因子4E、血管内皮生长因子与食管癌血管生成及转移的关系 〔J〕.重庆医科大学学报，2010，35 (11):1634.

[28] 张 波,朱成楚,陈保富,等.eIF4E基因在非小细胞肺癌中的表达及意义〔J〕.中国肺癌杂志，2010，13 (12):1132.

[29] 盛红光,梁 荔,姜言明，等.直肠癌标本切缘翻译启动因子4E蛋白表达与预后的关系〔J〕.中国现代普通外科进展,2010,13 (4):258.

[30] 王显艳,王立平,耿敬姝,等.PTEN、eIF4E及CyclinD1在胃癌中的联合表达及临床意义 〔J〕.医学研究杂志，2009，38 (11):43.

[31] 李 富,赵书佑.Survivin和eIF4E在喉鳞癌组织中的表达及其关系 〔J〕.齐鲁医学杂志，2009，24 (2):101.