Stathmin、PDCD4、Caveolin-1蛋白在消化系统肿瘤中的研究进展

李少泉综述 白锡波审校

我国已登记恶性肿瘤发病率为276.16/10万，每年新发病例300万，其中消化系统肿瘤占60%～70%，且呈年轻化趋势。恶性肿瘤的发生是由于先天遗传缺陷或后天环境因素影响导致原癌基因激活/过量表达、抑癌基因失活或调节失控共同参与的复杂过程。Stathmin、PDCD4、Caveolin-1分别为原癌基因、抑癌基因和双重调控基因的表达产物，在肿瘤的发生、发展中具有重要作用，其功能缺陷是肿瘤发病的重要机制之一。

1 Stathmin、PDCD4、Caveolin-1蛋白的结构、功能及作用机制

1.1 Stathmin

1996年，Belmont等在研究有丝分裂的时候发现了1种微管调节蛋白，序列分析确定了这种蛋白为Stathmin/oncoprotein 18 (Op18)，其家族成员包括STMN1、STMN2(SCG10)、STMN3(SCLIP)、STMN4(RB3)蛋白。Stathmin蛋白由3部分构成：N端的调节结构域、中心区和C端的蛋白相互作用结构域。蛋白水解后的中心区包括4个结构域(Ⅰ-Ⅴ)，其核心区域(第42～126位氨基酸)连接N端和C端，为可构成与微管蛋白相互作用的最小片段之一[1]。Stathmin蛋白参与微管和纺锤体的组装，与细胞的增殖、分化、再生和运动均有关[2]，具有调节信号激酶(如MAPK、细胞分裂周期蛋白)、环磷酸腺苷依赖激酶(如cyclicAMP，cAMP)和蛋白激酶PKC等活性的功能，参与调节细胞的突变和修复。

近年来有研究发现，Stathmin蛋白在多种肿瘤中高表达，并可通过调节微管的解聚促进肿瘤细胞的运动及侵袭，在成纤维细胞中Stathmin蛋白能够调节P27kipl而促进细胞的活性[3]。

1.2 PDCD4

1995年Shibahara等成功克隆出了1个鼠cDNA，命名为MA-3，发现该cDNA能使细胞凋亡表达上调。此后，Onishi等公布了一份有关该cDNA拓扑异构酶抑制剂抑制基因的同源染色体编码序列TIS(topoisomerasein.hibitor suppressed gene)，其中包括人类的H731。2001年Schlichter等[4]在研究逆转录病毒基因v-myb时发现了禽类的PDCD4基因。为了概括人的H731、禽类的PDCD4、鼠的MA-3，将名称统一为PDCD4。

人类的PDCD4基因定位于染色体10q24，编码185个氨基酸。PDCD4蛋白具有多个磷酸化位点，可与蛋白激酶C、脯氨酸激酶、酪氨酸激酶相结合[5]。Schlichter等[4]研究逆转录病毒基因v-myb时发现该基因编码的c-myb、v-myb蛋白与PDCD4基因序列的PyAACG/TG结合，使PDCD4基因裂解，结果PDCD4蛋白表达降低，细胞凋亡能力下降，细胞向肿瘤方向转化。依赖AP-1的转录在细胞的增殖、转化和浸润中扮演着重要的角色，而PDCD4蛋白有抑制依赖AP-1转录的作用，从而发挥抑制细胞增殖、转化和浸润的作用。翻译起始因子4A(eIF4A)是PDCD4蛋白的1个重要的结合配体，PDCD4蛋白与eIF4A结合抑制了eIF4A的解螺旋酶活性，从而抑制了转录作用。

1.3 Caveolin-1

Caveolin-1是1989年由Gleeny等在研究Rous肉瘤病毒转录的时候发现的1个分子量为22 kD的蛋白质，属于细胞支架蛋白酪氨酸磷酸化酶家族，位于细胞膜上，有α和β 2种异构体。Caveolin-1蛋白存在1个寡聚化结构域，在该结构域内有1个功能结构域，由41个氨基酸残基组成，被称为窖蛋白脚手架区( caveolin scaffolding domain，CSD) ，是介导Caveolin-1蛋白与多种信号转导分子(如eNOS、EGFR、PKC、Src酪氨酸激酶等)相互作用的区域。许多信号蛋白(如Ras、eEF22K、EGFR、VEGFR22、PDGF、EphR、Src、Neu、蛋白激酶C等)都具有能够与Caveolin-1蛋白CSD部位结合的特殊序列,Caveolin-1蛋白能够通过调节这些信号蛋白的活性影响细胞生长。肿瘤的生长与转移在很大程度上依赖它内部新生血管的生成与成熟,新生血管的生成与成熟是1个复杂的多因子参与和多信号传导的过程,其中较为肯定和重要的因子是血管内皮生长因子受体2(VEGFR-2)。Caveolin-1 蛋白通过抑制VEGFR-2 减少血管内皮细胞的增生，从而抑制肿瘤生长[6]。Lin等[7]在实验中发现Caveolin-1蛋白表达阴性的小鼠由于VEGFR-2活性增强而致肿瘤血管的通透性增加及生长加快,这一结果可被抗通透性的肽类物质cavtratin抑制。肿瘤细胞远处转移的特征主要由于刺激了丝氨酸/苏氨酸激酶的活性使上皮细胞钙黏蛋白丢失而使肿瘤发生远处扩散。Caveolin-1蛋白能够通过抑制Ras2p42 /44 MAPK信号通路活性，发挥丝氨酸/苏氨酸激酶抑制作用,降低肿瘤细胞的侵袭性[8]。然而在某些肿瘤如前列腺癌[9]、膀胱癌[10]中Caveolin-1蛋白能促进癌细胞增殖和转移[11]，机制不明。

2 Stathmin、PDCD4、Caveolin-1在消化系统肿瘤中的研究

2.1 Stathmin

王峰等[12]利用原位杂交和免疫组化的方法研究了3株食管鳞癌细胞系(EC9706、Eca109 和EC-1)、食管鳞癌组织、癌旁不典型增生组织和正常食管黏膜组织中Stathmin mRNA 和蛋白的表达，并分析Stathmin 表达与临床病理特征的关系。结果显示：在3株食管鳞癌细胞EC9706、Eca109 和EC-1中Stathmin mRNA和蛋白均呈高表达。在食管鳞癌组织标本中，Stathmin mRNA及蛋白的阳性表达率较癌旁不典型增生组织及正常食管黏膜组织显著增高。Jeon等[13]在食管癌、胃癌中发现Stathmin蛋白的表达与肿瘤的分化、淋巴结转移、浸润深度和TNM 分级均有密切关系;且在Stathmin蛋白表达阳性的胃癌患者中无复发中位生存期为7个月，而在表达阴性的患者中生存期为17个月。Hsieh等[14]采用免疫印记方法发现在肝癌中Stathmin蛋白的高表达与局部浸润、早期复发、不良预后密切相关。采用特定的siRNA在体外沉默Stathmin基因，结果发现胃癌和肝癌细胞的增殖、浸润、转移能力明显受到抑制。

Stathmin蛋白作为1种促癌基因的表达产物在食管癌、胃癌、肝癌中能够促进肿瘤的发生、发展，但并非在所有组织中Stathmin蛋白都发挥促癌的作用。Ogino等[15]采用免疫组化法研究了546例结、直肠癌患者中Stathmin蛋白的表达情况，结果发现297(54%)例Stathmin蛋白表达阳性，其中5年生存率中78%的患者Stathmin蛋白表达阳性；26%的患者表达阴性。同时采用Cox -proportional hazard models统计方法研究了Stathmin与各种因素(包括：肿瘤的分期、微卫星不稳定性、CpG 岛、甲基化作用、LINE-1低甲基化、KRAS、BRAF、PIK3CA、p53、p21、p27、cyclin D1、β-catenin及肥胖)与死亡率的关系，结果发现肥胖患者(BMI≥30 kg/m)Stathmin蛋白的高表达与死亡率有密切关联，而非肥胖患者Stathmin蛋白的高表达与死亡率没有明显的因果关系，提示Stathmin蛋白的作用与患者体质密切相关。

2.2 PDCD4

PDCD4蛋白是1种功能相对比较明确的抑癌基因表达产物，在消化系统肿瘤(如食管癌、大肠癌、胰腺癌、胃癌、肝癌)中发挥着抑制肿瘤发生、发展、浸润、转移的作用。Fassan等[16]采用免疫组化的方法研究食管癌中PDCD4蛋白的表达情况，发现PDCD4蛋白的表达与肿瘤分期、淋巴结转移、血管转移以及神经浸润负相关。马刚等联合应用Western blotiing和免疫组化方法研究发现PDCD4蛋白在大肠癌[17]、胰腺癌[18]、胃癌[19]中表达均明显下降，癌组织中PDCD4蛋白的表达水平与癌的分化程度密切相关,PDCD4蛋白表达阴性者预后差。同样在人类肝癌细胞中，PDCD4蛋白的表达也会降低[20,21]。将PDCD4 cDNA转染人类肝癌细胞系Huh7，肝癌细胞会发生细胞核裂解和细胞凋亡DNA梯度的改变，经过转化生长因子-1(TGF-1)处理PDCD4蛋白表达增加，转染Smad7(TGF-1抑制剂)PDCD4蛋白表达则会降低；说明TGF-1能够促进PDCD4的凋亡作用。

2.3 Caveolin-1

Caveolin-1蛋白在实验研究中发现在不同的肿瘤组织中发挥着不同的作用，例如任劲松等[22]检测结直肠癌与正常结直肠黏膜中Caveolin-1蛋白的表达水平，发现在癌中Caveolin-1 蛋白的阳性表达率明显低于正常黏膜，且与癌的浸润深度呈负相关，在伴有淋巴结转移的癌中Caveolin-1蛋白阳性表达率明显减弱。可见Caveolin-1蛋白在大肠癌中扮演着抑制肿瘤发生、发展的角色。齐洁敏等[23]研究发现：Caveolin-1蛋白在正常大肠黏膜、腺瘤及大肠癌中的阳性表达率分别为100%、59.3%和34.6%，两两比较差异具有显著性。因此认为Caveolin-1蛋白参与了大肠正常黏膜一腺瘤一大肠癌的发生、发展过程。

但在食管癌、肝癌、胰腺癌中Caveolin-1蛋白又扮演着促进肿瘤发生的角色，Caveolin-1蛋白的高表达反而提示患者的预后不良。Ando等[24]采用免疫组化的方法分析了食管磷状细胞癌细胞系(TE1-15)和正常食管上皮细胞系(Het-1A)中以及食管癌患者中Caveolin-1蛋白的表达与临床病理之间的关系。发现在TE1-15细胞系中Caveolin-1 蛋白呈现高表达，而在Het-1A细胞系中并没有检测到Caveolin-1蛋白的表达。免疫组化结果显示：在食管癌中Caveolin-1蛋白的表达与T因素(淋巴结转移、血管浸润、分化程度)有明显的关系，并且Caveolin-1蛋白表达阳性的患者生存期明显低于表达阴性患者。Cokakli等[25]运用免疫组化和western blotting的方法研究了在肝细胞癌，肝硬化，正常肝组织和9种肝癌细胞系中Caveolin-1蛋白的表达情况。结果示：正常肝组织中Caveolin-1蛋白的阳性表达率相当低，仅为5%，肝硬化中阳性表达率为45%，而在肝癌中阳性表达率高达66%； Caveolin-1蛋白的表达情况在低分化的肝细胞癌中明显高于高分化的肝细胞癌；门静脉浸润的患者中Caveolin-1蛋白的阳性表达率明显高于门静脉未浸润者；在HepG2和Huh7细胞系中Caveolin-1蛋白高表达明显增加了细胞的浸润能力和细胞的运动性。从以上的研究结果不难看出Caveolin-1蛋白的表达情况在肝癌形成的过程中逐步增加，同时Caveolin-1蛋白促进了肝癌细胞的浸润和运动，这与潘一明等[26]的研究结果相符。在胰腺上皮瘤变和胰腺癌中，Witkiewicz等[27]发现Caveolin-1蛋白的表达与胰腺癌的组织分化程度和肿瘤的分期密切相关。在低分化的胰腺癌组织中Caveolin-1蛋白呈高表达，且低表达的患者有明显的生存优势。Caveolin-1蛋白在胰腺上皮瘤变、正常的胰腺导管和腺泡中低表达或者不表达。Tanase等[28]采用Western blot研究了Caveolin-1蛋白在胰腺癌与癌旁组织中表达，结果发现与癌旁组织比较，胰腺癌组织中高表达Caveolin-1，且与肿瘤的大小、分化程度、分期有明显的关系。说明Caveolin-1蛋白在胰腺癌的发生、发展中发挥着重要的作用。

在同一肿瘤组织的不同阶段Caveolin-1蛋白也起着不同的作用，这一假设在胃癌中得到了证实。Burgermeister等[29]采用Western blotting方法研究胃癌细胞中Caveolin-1蛋白的表达情况，结果显示Caveolin-1蛋白水平有不同程度下降。同时发现在一系列不同的胃癌细胞中，原发胃癌细胞系中(如AGS 、SNU-1)Caveolin-1蛋白表达降低，而在转移性胃癌细胞系中(如MKN-7,MKN-45,NCI-N87,KATO-Ⅲ,SNU-5)Caveolin-1蛋白表达增加。罗红梅等[30]在体外运用基因重组技术，将人全长Caveolin-1基因稳定转染原发胃癌细胞系MGC803，结果发现基因转染后的MGC803细胞形态发生明显变化：由异形性明显、核大、胞质很少、核分裂明显变得形态较一致、胞质丰富、核/质比明显变小、核分裂相很少见。基因转染后细胞的群体倍增时间明显延长，细胞周期分布发生了明显变化，G0/G1期细胞数明显增多。以上研究结果提示：在胃癌的不同阶段Caveolin-1蛋白发挥不同的作用，在早期它的缺失促进了原发性胃癌的进展，而进展阶段其表达的增加反而促进胃癌的进展，但具体的机制尚不明确。

总之，Stathmin、PDCD4、 Caveolin-1分别作为原癌基因、抑癌基因和双重调控基因的表达产物在食管癌、胃癌、大肠癌、肝癌、胰腺癌等消化系统肿瘤的发生、发展中发挥着重要的作用。Stathmin和PDCD4的功能相对明确，而Caveolin-1蛋白在不同肿瘤以及肿瘤发生的不同阶段扮演着截然相反的角色，且这3种蛋白在某些消化系统肿瘤如胆管癌、小肠癌中的研究较少。

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