异黏蛋白与肿瘤化疗耐药机制的研究进展

杨 雯 姚艳雯 宋 勇 肖鑫武

·综述·

异黏蛋白与肿瘤化疗耐药机制的研究进展

杨 雯 姚艳雯 宋 勇 肖鑫武

异黏蛋白； 肿瘤； 化疗； 耐药

化疗是治疗恶性肿瘤的主要手段，尽管近来来新的化疗药物和各种联合方案的不断推出，然而许多肿瘤对化疗药物不敏感，或者在化疗过程中逐渐对药物产生耐受性，是导致患者治疗失败和死亡的重要原因，寻找并干预能够影响肿瘤耐药的因素是肿瘤靶向治疗领域当前的研究热点。

异黏蛋白(metadherin, MTDH)是新近发现的一个癌基因，最初发现源于HIV-1感染的人胚胎初级星形胶质细胞，因此被命名为星状细胞上调基因-1(astroycyte elevated gen-1, AEG-1)[1]。2004年，Brown等[2]用噬菌体筛选完成小鼠AEG-1克隆，证实这是一种介导小鼠乳腺癌细胞肺转移的蛋白，又被命名为异黏蛋白。MTDH在多种肿瘤中呈过表达，包括乳腺癌、非小细胞肺癌、前列腺癌、宫颈癌、肝细胞癌、恶性黑色素瘤等[3]。2009年Hu等[4]发现MTDH过表达使得肿瘤细胞具有耐药性，而位于8q22的其他基因过表达则不会对肿瘤细胞的耐药性产生显著影响。MTDH敲除后乳腺癌细胞对紫杉醇治疗相当敏感，在体外裸鼠移植瘤模型中，迅速发生退行性变，肿瘤体积缩小。自此发现之后，越来越多的研究致力于研究导致这种耐药发生的机制，现就MTDH与肿瘤耐药机制综述。

一、MTDH定位与功能

MTDH是一种及其保守的单次跨膜蛋白，在哺乳动物中高度保守，目前尚未发现在非脊椎动物中存在该蛋白[5]。MTDH是一个Ⅰb型膜蛋白，具有1个跨膜区，其定位于染色体8q22，基因全长3611bp，包括12个外显子及11个内含子，其cDNA存在多个转录子及编码不同的亚基。分别提取Hela细胞的总蛋白、细胞核膜蛋白、细胞核蛋白以及细胞质蛋白，检测这些蛋白中MTDH表达情况，结果发现MTDH主要表达于细胞核膜中，小部分表达于细胞质及细胞核。进而利用免疫荧光技术对MTDH在PHFA细胞内定位进行分析，发现内源性MTDH主要定位于细胞的核周及内质网区域[6]。

MTDH被誉为肿瘤进展过程中的“双头蛇”，其表达异常增高能激活多种信号途径，增强肿瘤细胞的增殖、抗凋亡能力，并且能够加速肿瘤新生血管的生成，增强肿瘤细胞的侵袭性及转移性[4]。MTDH在多种肿瘤中呈现高表达状态并且与不良预后相关[7]。

二、凋亡与抗凋亡的失调

细胞凋亡(apoptosis)是细胞死亡的一种重要方式，其过程是受多环节、多因素调节的，是细胞受到程序化因素控制而发生细胞死亡的过程。化疗药物可通过诱导肿瘤细胞凋亡而起到抗肿瘤的作用，而促凋亡基因的缺失或抗凋亡基因的过度表达多会导致肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性[8-9]。

Lee等[10]研究发现，MTDH的过表达可以保护肿瘤细胞避免血清饥饿诱发的细胞凋亡，这提示我们激活抗凋亡途径可能是MTDH导致肿瘤细胞对化疗药物耐药的一个机制。进一步的研究发现抑制MTDH表达可降低其作用在广谱的化疗耐药基因ALDH3A1，MET，HSP90和HMOXI中的表达，并增加促凋亡基因BNIP3、TRAIL的表达。此外，MTDH介导激活PI3K/AKT信号通路也可下调Bad、p21、p27及FOXO3a等抗凋亡基因，发出促细胞存活信号，从而抑制肿瘤细胞的凋亡，对化疗药物产生耐药性[4]。

三、诱导产生保护性自噬

肿瘤细胞本身具有高代谢的特征，对能量和营养的需求往往比正常细胞要高，但肿瘤的微环境往往并不能满足其生长所需。如肿瘤生长速度超过其新生血管生长，肿瘤细胞脱离原发灶时等，此时提高自噬可以有助于其度过危机[11]。而在接受化疗时，细胞毒性药物破坏细胞原有结构，产生大量破损细胞器、蛋白等有害成分，导致大量肿瘤细胞的死亡，而此时提高自噬活性可以及时清除这些有害成分，并且清除的有害成分可以被再次利用成为细胞修复的底物和能量，但这种保护性自噬行为，也成为介导化疗药物耐药的因素之一[12-13]。

研究表明，在原代人胎脑星形胶质细胞(primary human fetal astrocytes, PHFA)中，MTDH可以介导PHFA细胞产生保护性自噬作用，从而调节其抗压及抗凋亡能力。进一步研究其机制发现，MTDH介导的这种保护性自噬是通过降低三磷酸腺苷/腺嘌呤核糖核苷酸(adenosine triphosphate/adenosine monophosphate, ATP/AMP)比值，进而激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase, AMPK)，活化的AMPK又可以使得结节性硬化症(tuberous sclerosis complex, TSC)TSC2磷酸化激活，从而诱导AMPK/mTOR依赖型自噬的发生。并且在多种肿瘤细胞系中，利用siRNA沉默MTDH表达后，其对化疗药物的敏感性增加，检测发现自噬标志蛋白LC3-Ⅱ的堆积明显减少[14-15]。这表明MTDH可通过诱导肿瘤细胞保护性自噬的产生，从而使得肿瘤细胞对化疗药物耐药性的增加。

四、激活转录因子

核转录因子(nuclear factor-κB , NF-κB)可以活化多药耐药(multiple drug resistance, MDR)基因1及增强其编码产物P-糖蛋白(P-glycoprotein, P-gp)的表达[5]，并且作为诱导的转录因子NF-κB是细胞凋亡的重要调节因素之一，其可在多种刺激下被激活，由细胞质易位至细胞核，与多种基因启动部位κB位点特异性结合并调节细胞凋亡相关基因的转录，从而起到抑制细胞凋亡的作用。

MTDH表达于多个细胞区域，亦包括细胞核。在细胞受到外源性刺激，如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素-1(interleukin-1, IL-1)、生长因子等等，胞质中的MTDH转移至细胞核中，并且与NF-κB的亚单位p65相互作用，增强NF-κB所诱导的基因表达水平[15]。Emdad等[16]发现在HeLa细胞中，MTDH过表达可增强核转录活性以及NF-κB下游基因的表达，如细胞间黏附因子-2(intercellular adhesion molecule-2, ICAM-2)，ICAM-3，E-、P-、L-选择素， IL-6，IL-8，Toll样受体-4(toll like receptor-4, TLR-4), TLR-5，基质金属蛋白酶-9 (matrix metallo preteinases-9, MMP-9)等。此外，在脑胶质瘤细胞中，MTDH可以促进NF-κB与其转录辅激活因子cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding, CREB)间的相互联系。并且发现MTDH的前71个氨基酸序列对NF-κB的激活起着至关重要的作用，敲除MTDH不仅影响NF-κB通路，还间接或直接影响PI3K/AKT通路及其下游基因[17]。

五、影响多药耐药基因

肿瘤的化疗耐药与药物的转运与代谢密切相关，MDR1基因编码的P-gp是人体内药物处理中一种很重要的运转体，是影响人体药代动力学及药物相互作用最重要的蛋白[18]。Yoo等[19]发现在肝癌细胞HepG2中，随着MTDH基因表达的上调，ABC转运蛋白家族承运ABCC1、细胞色素P4502B6(cytochrome P4502B6, CYP2B6)、二氢二醇脱氢酶等基因表达也有着不同程度的上调。在此基础上，Yoo等[19]进一步研究MTDH参与介导化疗药物阿霉素(adriamycin, ADM)在肝癌耐药机制中发现，MTDH表达上调能促进MDR1的mRNA与多聚核糖体结合，从而增加P-gp蛋白翻译水平，并且可以使MDR1基因所编码蛋白的泛素化降解减弱。

六、调节肿瘤微环境

肿瘤微环境是指肿瘤细胞与周围细胞的相互作用，包括生长因子、细胞因子、基质细胞、免疫细胞、内皮细胞、细胞外基质成分、低氧等各种不同的环境。研究认为肿瘤微环境对肿瘤获得性耐药的发生有着重要的作用。在MTDH过表达肿瘤细胞构建的裸鼠移植瘤模型中，移植瘤组织免疫组化分析显示血管生成因子(angiopoietin-1)、基s质金属蛋白酶2(MMP-2)，缺氧诱导因子1-α(hypoxiainducible factor 1-alpha, HIF1-α)等表达上调。在体外实验中，MTDH过表达可促进脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)生成。VEGF是血管生成的代表信号分子，大多数癌基因可以通过调控血管生成因子从而调控肿瘤血管的新生，抑制MTDH表达后可使得VEGF表达增高，并诱导HUVEC在体外小管形成[20]。

恶性肿瘤的发生发展是一个非常复杂的进程，在治疗的过程中更是有诸多影响药物疗效的因素存在，成千上万种与肿瘤相关基因、蛋白及各种信号通路在其耐药过程中发挥着重要的作用。MTDH自发现以来，已有越来越多的研究对其进行探讨。鉴于其在肿瘤生物学行为及其对肿瘤化疗药物耐药过程中的诸多重要作用，MTDH有望成为克服肿瘤化疗耐药的新靶点，并为攻克肿瘤治疗难题提供新的思路与策略。

1 Su ZZ, Chen Y, Kang DC, et al. Customized rapid subtraction hybridization (RaSH) gene microarrays identify overlapping expression changes in human fetal astrocytes resulting from human immunodeficiency virus-1 infection or tumor necrosis factor-alpha treatment[J]. Gene, 2003, 306: 67-78.

2 Brown DM, Ruoslahti E. Metadherin, a cell surface protein in breast tumors that mediates lung metastasis[J]. Cancer Cell, 2004, 5(4): 365-374.

3 Emdad L, Sarkar D, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1: recent insights into a novel gene involved in tumor progression, metastasis and neurodegeneration[J]. Pharmacol Ther, 2007, 114(2): 155-170.

4 Hu G, Chong RA, Yang Q, et al. MTDH Activation by 8q22 Genomic Gain Promotes Chemoresistance and Metastasis of Poor-Prognosis Breast Cancer[J]. Cancer cell, 2009, 15(1): 9-20.

5 Zhou G, Kuo MT. NF-κB-mediated induction of mdr1b expression by insulin in rat hepatoma cells[J]. J Biol Chem, 1997, 272(24): 15174-15183.

6 Kang DC, Su ZZ, Sarkar D, et al. Cloning and characterization of HIV-1-inducible astrocyte elevated gene-1, AEG-1[J]. Gene, 2005, 353(1): 8-15.

7 Hu G, Wei Y, Kang Y. The multifaceted role of MTDH/AEG-1 in cancer progression[J]. Clin Cancer Res, 2009, 15(18): 5615-5620.

8 Ellis PA, Smith IE, McCarthy K, et al. Preoperative chemotherapy induces apoptosis in early breast cancer[J]. Lancet, 1997, 349(9055): 849.

9 Dive C, Evans CA, Whetton AD. Induction of apoptosis-new targets for cancer chemotherapy[J]. Semin cancer Biology, 1992, 3(6): 417-427.

10 Lee SG, Su ZZ, Emdad L, et al. Astrocyte elevated gene-1 activates cell survival pathways through PI3K-Akt signaling[J]. Oncogene, 2008, 27(8): 1114-1121.

11 Levine B, Yuan J. Autophagy in cell death: an innocent convict?[J] J Clin Invest, 2005, 115(10): 2679-2688.

12 Harhaji-Trajkovic L, Vilimanovich U, Kravic-Stevovic T, et al. AMPK- mediated autophagy inhibits apoptosis in cisplatin-treated tumour cells[J]. J Cell Mol Med, 2009, 13(9B): 3644-3654.

13 潘半舟, 封 冰. 自噬在调控抗肿瘤药物耐药中的研究进展[J]. 医学研究生学报, 2012, 25(12): 1302-1307.

14 Bhutia SK, Kegelman TP, Das SK, et al. Astrocyte elevated gene-1 induces protective autophagy[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107(51): 22243-22248.

15 Wang CY, Mayo MW, Korneluk RG, et al. NF-κB antiapoptosis: induction of TRAF1 and TRAF2 and c-IAP1 and c-IAP2 to suppress caspase-8 activation[J]. Science, 1998, 281(5383): 1680-1683.

16 Emdad L, Sarkar D, Su Zz, et al. Activation of the nuclear factor κB pathway by astrocyte elevated gene-1: implications for tumor progression and metastasis[J]. Cancer research, 2006, 66(3): 1509-1516.

17 Sarkar D, Park ES, Emdad L, et al. Molecular basis of nuclear factor-κB activation by astrocyte elevated gene-1[J]. Cancer research, 2008, 68(5): 1478-1484.

18 Yoo BK, Emdad L, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1 regulates hepatocellular carcinoma development and progression[J]. J Clin Invest, 2009, 119(3): 465-477.

19 Yoo BK, Chen D, Su ZZ, et al. Molecular mechanism of chemoresistance by astrocyte elevated gene-1[J]. Cancer Res, 2010, 70: 3249-3258.

20 Emdad L, Lee SG, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1 (AEG-1) functions as an oncogene and regulates angiogenesis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009, 106(50): 21300-21305.

(本文编辑：黄红稷)

杨 雯，姚艳雯，宋 勇，等. 异黏蛋白与肿瘤化疗耐药机制的研究进展[J/CD]. 中华肺部疾病杂志： 电子版， 2015， 8(1)： 79-81.

·医学动态·

重新编码肿瘤保护巨噬细胞，召唤大批“卧底”

Norris Cotton肿瘤中心和达特茅斯Geisel医学院的研究人员发现将特定菌株插入恶性卵巢癌微环境中，肿瘤细胞行为发生转变，从抑制免疫反应变为激活免疫系统。该研究结果证明了一种可在多种癌症类型应用的免疫治疗新方法。

这种特殊的菌株是一种弱化而又安全的细菌——李斯特菌( Listeria monocytogenes，Lm)。肿瘤细胞通过产生免疫抑制微环境，保护自己免受免疫系统的攻击。以前的肿瘤免疫治疗的方法主要集中在使用免疫检查点(checkpoint)抑制剂，细胞因子治疗及其他方式，修改所述免疫抑制环境，意图产生T细胞的为基础的抗肿瘤免疫力。

而这次研究人员实现的卵巢癌微环境的转变是通过引入李斯特菌的减毒ΔactA/ΔinlB株来实现。ΔactA/ΔinlB引入侵略性ID8-Defb29/ VEGF-A小鼠卵巢癌细胞，优先被肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)吞噬，引发重新编程——从抑制免疫变为激活。具体表现为炎性细胞因子转录增加，并下调抑制效应分子的转录。令人惊奇的是，治疗反应并不是通过T-或NK细胞活性介导。ΔactA/ΔinlB诱导巨噬细胞复极化，经由NOS2产生一氧化氮直接导致肿瘤细胞裂解。保护肿瘤细胞的巨噬细胞被转为攻击肿瘤细胞的“卧底”。

早在几十年前就有研究开始着手调节肿瘤微环境，使免疫抑制的吞噬细胞转为支持抗肿瘤免疫细胞。菲林博士，研究的主要作者表示：“现在我们可以设计工程微生物，保障它们地安全使用，也可以详细跟踪抗肿瘤免疫反应。这种新设计具有用于癌症治疗的潜力”。使用Lm修改肿瘤免疫抑制微环境还可以与其它免疫为基础的治疗组合，用于治疗除卵巢癌的其它癌症。

来源：Oncoimmunology

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.01.021

国家自然科学基金(81401903)

210002 南京大学医学院临床学院 南京军区南京总医院呼吸科内科

肖鑫武，Email: 125205755@qq.com

R734.2

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2014-12-19)