ING4基因与肿瘤的研究进展

兰会华(综述)，黄华艺,2※(审校)

(1.广西壮族自治区人民医院检验科，南宁530021； 2.美国罗斯威尔帕克癌症研究所肿瘤外科，美国 纽约 14263)



ING4基因与肿瘤的研究进展

兰会华1(综述)，黄华艺1,2※(审校)

(1.广西壮族自治区人民医院检验科，南宁530021； 2.美国罗斯威尔帕克癌症研究所肿瘤外科，美国 纽约 14263)

摘要：生长抑制因子(ING)家族是候选的抑癌基因，ING4基因是该家族的新成员。ING4基因在正常组织中表达丰富，在胃癌、结直肠癌、肝细胞癌、胰腺癌、肺癌、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、神经胶质瘤、黑色素瘤等多种恶性肿瘤组织中表达明显下调。ING4基因不仅参与了肿瘤的发生、发展及预后，还能增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。

关键词：肿瘤；生长抑制因子4基因；抑癌机制

生长抑制因子(inhibitor of growth，ING)家族是一组重要的肿瘤抑制因子，其家族中有5个成员，即ING1、ING2、ING3、ING4和ING5，其中ING4基因是ING家族的新成员。目前研究认为，ING4基因广泛参与肿瘤发生、发展的多个过程，包括肿瘤血管的生成、细胞对缺氧状态的适应、细胞间接触抑制的丢失及抑制肿瘤细胞侵袭转移、上调p53和下调Bcl-2蛋白诱导细胞凋亡、调节细胞生长周期、通过诱导线粒体的功能障碍参与细胞自噬性死亡的过程等；此外，ING4基因还能增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[1]，且与肿瘤患者的无病生存率相关[2]。近年来，ING4基因的抑癌功能及作用机制逐渐受到学者的关注，现就ING4基因与肿瘤的研究进展予以综述。

1ING4基因的结构及生物学特点

ING4基因是Shiseki等[3]于2003年发现的抑癌基因ING家族的新成员。ING4基因位于染色体12p13.31，由8个外显子和7个内含子组成，跨越了13 000个碱基对，编码248个氨基酸[4-5]。ING4基因编码的蛋白定位于细胞核内，它的C端有一个植物同源结构域[6]，此结构域是磷脂酰肌醇磷酸的核受体功能结构域，通过与磷脂酰肌醇磷酸信号分子相结合，能够调节细胞存活、生长与增殖[3-4,7]。N端是一个核定位信号序列，此结构在帮助ING4蛋白与p53在细胞核的复合定位中起着重要的作用[8-9]。

2ING4基因与肿瘤

2.1ING4基因与消化系统肿瘤

2.1.1ING4基因与胃癌胃癌是我国病死率极高的消化道肿瘤之一，主要与其难以早期发现有关，因此寻找早期诊治的靶点和方法一直是胃癌研究的热点。Li等[10]利用实时荧光定量聚合酶链反应和组织芯片免疫组织化学技术对胃腺癌细胞株中的信使RNA及蛋白进行检测，发现在胃腺癌细胞系和组织中ING4信使RNA和蛋白水平显著降低，且女性患者较男性患者更为明显，ING4信使RNA表达的减少程度与肿瘤的分期有关；该研究团队通过序列分析发现了ING4 v1和ING4 v2 5个新的异常剪接变异体，这些变异引起的密码子移码，删除了核定位信号序列或植物同源结构域，导致p53和(或)组蛋白乙酰化转移酶/组蛋白去乙酰化酶复合物的错误定位，改变基因在胃癌中的表达。化疗是胃癌切除术后和晚期胃癌的主要治疗手段，但胃癌的多重耐药性仍然是一个显著的治疗障碍，减少胃癌的耐药性以产生更好的化疗效果是一种新的治疗策略。通过腺病毒介导的ING4在体外和裸鼠移植瘤体内对人胃癌细胞多药耐药的逆转作用和可能的作用机制的研究发现，ING4信使RNA和蛋白在化疗药物顺铂(cis-diamine dichloroplatinum，CDDP)诱导的多重耐药性表型胃癌细胞株SGC7901/CDDP和原代SGC7901细胞株的表达显著下调(或缺失)，腺病毒介导的ING4可诱导ING4表达逆转多重耐药性和降低体外SGC7901/CDDP细胞株和体内SGC7901/CDDP异种移植肿瘤的细胞凋亡；此外，腺病毒介导的ING4还可显著下调耐药相关P-糖蛋白和多药耐药相关蛋白的表达，同时降低凋亡相关蛋白 Bcl-2和存活蛋白，但可上调凋亡相关蛋白Bax在SGC7901/CDDP异种移植组织中的表达；另外，腺病毒介导的ING4对胃癌细胞多重耐药的逆转作用还与腺苷三磷酸结合转运蛋白和激活凋亡途径的下调紧密相关[11]。这些发现表明，腺病毒介导的ING4可能是胃癌细胞的多重耐药性表型的一个调节器。

2.1.2ING4基因与结直肠癌如果能够及早发现，结直肠癌具有很高的治愈率，因此早期诊断及治疗可以降低病死率。You等[12]通过检测97例确诊为大肠癌的肿瘤样本中的ING4蛋白水平发现，ING4蛋白在大肠癌组织中的表达较在腺瘤正常黏膜中的表达降低；ING4蛋白表达受抑制程度与临床分期有关，且在有淋巴结转移患者中的表达要低于无淋巴结转移者，表明ING4在大肠癌的发生、发展中发挥作用，有望成为结直肠癌早期诊断的一个指标。

2.1.3ING4基因与肝细胞癌肝癌是亚洲尤其是我国最常见的恶性肿瘤之一。肝细胞癌存在微RNA(microRNAs，miRNA)的表达失调，Zeng等[13]对248例肝细胞癌患者组织及120例癌旁组织中的miR-650及ING4进行研究发现，在肝细胞癌组织中miR-650的表达显著升高，并且与患者年龄、肿瘤分化程度、临床分期相关；该研究团队用实时荧光定量聚合酶链反应和免疫印迹技术发现，miR-650在肝细胞癌中的表达与ING4呈负相关；转染和四唑盐比色法试验表明，miR-650能抑制ING4的表达，刺激肝细胞的增殖，引起肿瘤的发生。此外，生存和转移分析表明，肝癌患者ING4表达越低，患者总生存率和无病生存率越低；多变量Cox回归分析也表明，ING4表达水平是预后的独立因素，说明ING4是肝癌的候选预后指标[14]。ING4基因不仅参与了肝癌的发生、发展及预后，还能增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，Xie等[15]用腺病毒介导的ING4基因联合CDDP转染人肝癌细胞 SMMC-7721，发现腺病毒介导的ING4基因联合CDDP能协同诱导生长抑制，增强细胞凋亡，对上调自杀相关因子Fas、Bax、Bak(Bcl-2 homologous antagonist/killer)、活化型胱天蛋白酶(caspase)8、caspase-9、caspase-3、聚合酶降解产物和下调Bcl-2 和Bcl-xL具有叠加效应；该团队在无胸腺裸鼠体内构建SMMC-7721肝癌皮下移植瘤，用腺病毒介导的ING4基因联合CDDP注入瘤体能抑制肿瘤的生长，并可减少肿瘤血管CD34的表达和微血管密度，腺病毒介导的ING4基因联合CDDP增强抗肿瘤作用与凋亡途径的调节及肿瘤血管生成的抑制相关联，并且腺病毒介导的ING4基因联合CDDP在人正常肝细胞HL-7702和小鼠正常肝组织中没有交叉毒性，说明腺病毒介导的ING4基因联合CDDP是一种治疗肝癌的潜在的策略。

2.1.4ING4基因与胰腺癌胰腺癌是一种病死率极高的消化系肿瘤。用腺病毒介导的ING4转染人胰腺癌细胞1发现，其可通过减少DNA合成期和G2/M期阻滞改变细胞的周期，诱导细胞凋亡，并下调转染的肿瘤细胞中白细胞介素(interleukin，IL)6和IL-8的表达，抑制肿瘤细胞的生长；此外，用无胸腺小鼠构建胰腺癌细胞1的人胰腺癌肿瘤模型，在瘤体内注射腺病毒介导的ING4基因能抑制肿瘤的生长，下调CD34的表达，降低肿瘤微血管的形成，可为腺病毒介导的ING4基因在人胰腺癌基因治疗的临床应用提供研究基础[16]。

2.2ING4基因与肺癌肺癌是全球发病率最高的恶性肿瘤，且在逐年上升。Li等[17]研究发现，ING4在人肺腺癌组织中的表达显著降低，过表达ING4可抑制体内外人肺癌细胞A549的生长，还能上调p27，下调细胞周期蛋白D1、细胞S相激酶相关蛋白抗体和环加氧酶2，减弱Wnt-1/β联蛋白信号转导途径；此外，ING4过表达可以增强A549细胞对放化疗的敏感性。由于肺癌患者常对多西他赛类化疗药物产生耐药，因此建立对多西他赛类化疗药物产生耐药的肺腺癌细胞株进行研究，通过基因芯片分析发现，在对多西他赛类化疗药物产生耐药肺腺癌细胞株细胞ING4的表达显著下调，ING4基因的表达减少诱导肺腺癌细胞株细胞治疗时对多西他赛类化疗药物产生耐药；ING4的过表达不仅可以通过诱导细胞凋亡和G/M期阻滞逆转对多西他赛类化疗药物产生耐药或者肺腺癌细胞紫杉醇耐药，还能增强对多西他赛类化疗药物产生耐药肺腺癌细胞株细胞对多西他赛类化疗药物的灵敏性；他们的研究还发现在对多西他赛类化疗药物化疗无反应患者的肿瘤中，ING4的表达水平明显低于那些有反应者，提示ING4的表达与肿瘤对多西他赛类化疗药物产生耐药相关[1]。

2.3ING4基因与泌尿生殖系统肿瘤

2.3.1ING4基因与乳腺癌近年来，我国乳腺癌的发病率呈逐年上升趋势，乳腺癌发生、发展是多种异常基因共同作用的结果，其分子机制至今尚不清楚。Tapia等[18]用荧光原位杂交法在微阵列组织样品中直接检测ING4基因，在1033例乳腺癌组织中有16.5%存在ING4基因缺失，其缺失与人类表皮生长因子2的过表达相关；在ING4缺失的肿瘤中，23.8%为人类表皮生长因子2阳性，无ING4缺失的肿瘤中，人类表皮生长因子2阳性为14.1%。核因子κB是一种正常的免疫应答的重要介质，参与人体对免疫应答、细胞寿命调节、血管生成及肿瘤的发生与转移等多个环节。近期的研究发现，在乳腺癌中ING4负性调节核因子κB，且在乳腺癌组织中，肿瘤越大，分期越高，淋巴结转移阳性者ING4表达越低，异位表达的ING4抑制乳腺癌细胞T47D和MCF7的p65/RelA 磷酸化及核因子κB靶基因的表达，ING4基因不仅参与了肿瘤的进展，还与乳腺癌患者无病存活率相关[2]。

2.3.2ING4基因与卵巢癌卵巢癌亦是女性最常见的恶性肿瘤之一，大多数卵巢癌患者被诊断时已处于肿瘤进展期，患者病死率高，因此寻找早期诊断卵巢癌患者的肿瘤标志物一直是研究的热点。Liu等[19]用半定量反转录聚合酶链反应检测40例卵巢癌患者和40例正常对照者ING4信使RNA水平，同时用免疫组织化学法评估这些患者ING4蛋白表达及微血管密度变化，结果显示，ING4信使RNA和蛋白的表达在卵巢癌患者组较正常对照组显著下调；子宫内膜样癌组织中ING4水平较浆液性或黏液性卵巢癌更低，ING4表达与卵巢癌的分期和病理分级呈负相关，微血管密度与ING4信使RNA和蛋白水平呈负相关。提示，ING4的减少或缺失可促进微血管的形成，参与卵巢癌的发生、发展，相关机制还有待进一步研究。

2.3.3ING4基因与前列腺癌前列腺癌起病隐匿难以诊断，尽管目前提出了多种理论解释前列腺癌的发生和发展，但是这种疾病的确切发生机制尚不清楚。近期研究发现，人类腺病毒介导的ING4基因转染前列腺癌细胞PC-3，可显著抑制细胞增殖，抑制率达到37.0%，证明腺病毒介导的ING4基因在人前列腺癌细胞PC-3中具有抗肿瘤能力；进一步研究还发现这可能与上调p53、Bax和caspase-3及下调Bcl-2蛋白诱导细胞凋亡相关[20]。

2.3.4ING4基因与膀胱癌膀胱癌是发生在膀胱黏膜上的恶性肿瘤，是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，占我国泌尿生殖系肿瘤发病率的第一位。张治国等[21]用定量反转录聚合酶链反应和蛋白质印迹免疫检测技术检测ING4在人膀胱尿路上皮癌T24细胞中的表达情况，通过四唑盐比色法法检测细胞增殖，同时用Hochest33258染色(细胞凋亡染色)和流式细胞仪观察细胞凋亡来评估腺病毒介导的ING4转染对细胞的影响，发现在腺病毒介导的ING4组细胞的凋亡率显著高于对照组；进一步研究发现，腺病毒介导的ING4转染T24细胞可上调p53和Bax/Bcl-2，下调低氧诱导因子1α，导致caspase-3的激活被增强，从而诱导细胞凋亡。

2.4ING4基因与其他肿瘤

2.4.1ING4基因与神经胶质瘤Gong等[22]研究发现，除了细胞凋亡，细胞自噬也促使ING4诱发细胞死亡，对转染了腺病毒介导的ING4或重组Lac-Z腺病毒的神经胶质瘤细胞株U251MG和LN229中Bax、Bcl-2、Beclin-1与caspase家族的关系进行了分析，发现自噬和凋亡可能促使ING4诱导的神经胶质瘤细胞死亡，并且线粒体可能在这个过程中发挥了重要作用；他们还发现，细胞自我吞噬水平随着腺病毒介导的ING4的暴露而增高，此外，ING4还可诱导线粒体的功能障碍(如线粒体自噬、减弱线粒体膜电位和细胞内活性氧)，这表明线粒体可能与神经胶质瘤细胞的自噬性细胞死亡过程相关联，揭示了ING4的细胞毒性作用参与了神经胶质瘤细胞的自噬，为胶质瘤联合疗法的研究提供了新的见解。

2.4.2ING4基因与黑色素瘤由于血管生成是肿瘤转移的基本要素，Lu等[23]用管腔形成分析和荧光素酶测定法研究在黑色素瘤血管生成中ING4和JWA基因(又称ARL6IP5基因，ADP-ribosylation-like factor 6 interacting protein 5)之间的关系，同时用组织芯片检测175例活检组织中JWA和整合素连接激酶的表达，发现ING4通过激活JWA基因启动子促进JWA表达，ING4对内皮细胞血管的形成与生长的调控部分依赖于JWA；此外，ING4通过JWA基因抑制整合素连接激酶诱导的血管生成信号通路，且JWA弱表达或者整合素连接激酶高表达与黑色素瘤患者5年生存率密切相关；ING4表达与JWA呈正相关，而与整合素连接激酶呈负相关，它们的协同表达与黑色素瘤患者的5年生存率显著相关，表明JWA在ING4调控黑色素瘤血管生成中起重要作用，ING4/JWA/整合素连接激酶有望成为肿瘤的预后标志物，并且可以作为黑色素瘤的抗血管生成的治疗靶点。

3小结

肿瘤是当今社会影响人类健康的主要疾病之一，肿瘤的发生、发展受体内多种基因的调控。ING4作为一个新发现的抑癌基因，具有较好的抗肿瘤功能，由于目前ING4的研究只是刚刚起步，现有的成果还处于起始阶段，ING4的生物学功能及其对肿瘤的调控机制尚不清楚。因此，进一步研究ING4基因的抗肿瘤机制，为研究肿瘤的发生、发展过程以及肿瘤基因治疗提供新的思路和线索，也将为以ING4为靶点的肿瘤基因治疗的临床应用提供坚实的理论基础。

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Advancement of Study between ING4 Gene and TumorLANHui-hua1,HUANGHua-yi1,2.(1.DepartmentofClinicalLaboratory,thePeople′sHospitalOfGuangxiZhuangAutonomousRegion,Nanning530021,China； 2.DepartmentofSurgicalOncology,RoswellParkCancerInstitute,Elm&CarltonStreets,Buffalo,NewYork14263，USA)

Abstract:Inhibitor of growth(ING) family is considered to be a candidate tumor suppressor gene,and ING4 gene is a new member of the family.ING4 was significantly downregulated in several tumors:gastric cancer,colorectal cancer,hepatocellular carcinoma,pancreatic cancer,lung cancer,breast cancer,ovarian cancer,prostate cancer,bladder cancer,glioma,and melanoma.ING4 is not only involved in the development and prognosis of tumors,but also enhances the sensitivity of tumor cells to chemotherapeutic drugs.

Key words:Tumor； Inhibitor of growth family 4； Tumor suppressor

收稿日期：2014-11-17修回日期：2015-03-14编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.024

中图分类号：R730.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)21-3910-04