肿瘤检查点相关研究进展△

张百红 岳红云

兰州军区兰州总医院肿瘤科，甘肃兰州730050

肿瘤检查点相关研究进展△

张百红#岳红云

兰州军区兰州总医院肿瘤科，甘肃兰州730050

机体中有各种检查点调控正常细胞向肿瘤的转化，这些检查点包括细胞周期检查点、代谢检查点、分化检查点、衰老检查点和免疫检查点等。各种检查点从细胞周期、代谢、分化、衰老和免疫等环节调控细胞的增殖、凋亡、分化和衰老等过程，以阻止肿瘤的发生。这些检查点将成为肿瘤治疗的新靶标。

肿瘤；检查点；治疗靶标

在正常细胞或干细胞向肿瘤转化的过程中，机体中有一些检查点来阻止转化的发生，犹如“刹车装置”，或给予细胞修复时间，或改变细胞命运，阻止细胞在分裂、代谢、分化、衰老和免疫等方面向恶性转化。这些检查点包括细胞周期检查点、代谢检查点、分化检查点、衰老检查点和免疫检查点等，从不同层面阻断肿瘤的发生。

1 细胞周期检查点

细胞周期检查点保护细胞免受分裂过程中错误事件的影响。DNA损伤激活了细胞周期检查点，阻滞细胞进入分裂周期以赢得时间进行细胞修复；细胞的成功修复可使检查点失活，并使细胞重新进入细胞周期；当DNA损伤不能修复时，细胞则需要在永久阻滞和检查点适应之间作出选择，后者使细胞勉强复制的同时增加了基因组不稳定的风险[1]。细胞周期检查点主要包括DNA损伤检查点、DNA修复检查点、纺锤体检查点和倍性检查点，共同维持细胞周期的正常进行。

1.1 DNA损伤检查点

DNA损伤激活了细胞周期进程中的信号网络，招募DNA损伤修复因子，也有助于有丝分裂期双链断裂（double-strand breaks，DSB）的修复[2]。如果修复不成功，则启动细胞凋亡和衰老程序，从而阻止细胞复制，避免DNA改变引起的细胞转化[3]。DNA损伤检查点与肿瘤的发生相关。Cdc激酶亚单位（Cdc kinase subunit，Cks）蛋白常常在一些肿瘤中过表达，并与肿瘤进展相关。有研究发现，Cks可以使细胞越过DNA损伤检查点以增加某些化疗药物的疗效[4]。突变型KRAS在人类多种肿瘤中表达并与肿瘤治疗抵抗相关，然而野生型KRAS也可能通过突变型KRAS促进肿瘤发生，其机制是野生型KRAS抑制ATR/Chk1信号继而减弱G2期DNA损伤检查点的激活[5]。

转录因子Brd4作为内源性抑制剂调控细胞对DNA损伤的信号反应[6]。DNA损伤诱导细胞内源性检查点的激活，包括p53、Rb、上游调节因子（p16、p19、核酸外切酶1和毛细血管扩张突变基因）及下游调节因子（p21和sestrins）等[7]。内源性检查点清除损伤细胞，可以阻止肿瘤发生。另外，还有一些因子能调控DNA损伤检查点，如CDK1等[8]。

1.2 DNA复制检查点

当染色体不能正确地黏附到纺锤体时，着丝粒激活纺锤体组装检查点（spindle assembly checkpoint，SAC）继而阻止细胞周期进程。一旦所有的着丝粒都稳定地黏附到纺锤体上，SAC则不被激活，染色体分离并完成细胞分裂。DNA复制检查点调控DNA复制的时机、进程和细胞命运。SAC延迟细胞周期时相直到所有染色体都定位于纺锤体上。Rodriguez-Bravo等发现，核孔和着丝粒都能发出“等待分裂”的信号来限制有丝分裂的速度，以确保有丝分裂的成功完成，从而维持基因组的稳定性[9]。核膜ATR检查点活性受机械压力的调控，其可调控核膜可塑性并确保细胞继续复制[10]。另外，蛋白激酶C（protein kinases C，PKC）是调节细胞周期的关键因子，控制细胞周期的启动、发展和退出。Poli等的研究发现，PKC可以调节G1/S和G2/M检查点[11]；Topham等发现BCL2家族成员MCL1的降解可能控制着细胞凋亡或分裂的命运[12]。

1.3 纺锤体检查点

纺锤体检查点是有丝分裂期保证染色体正确分离的重要监控机制，维持着基因组的稳定性。SAC是真核细胞中一个进化保守的自我监控系统，确保染色体正确黏附至纺锤体上，然后启动分裂后期的染色体分离[13]。肿瘤进化选择了有丝分裂检查点后，肿瘤细胞即使在染色体分离错误时仍能逃脱有丝分裂压力所致的细胞死亡[14]。如果染色质不能准确地黏附到纺锤体上，SAC就会持续激活，诱导有丝分裂阻滞，使染色质有时间获得黏附并准确地完成分离[15]。另外，有丝分裂期纺锤体方向与细胞非对称分裂的精确性密切相关。当纺锤体不能正确排列极轴时，纺锤体位置检查点（spindle position checkpoint，SPOC）可阻止有丝分裂的退出。SAC激活并不是“全或无”式的，其作用强度依赖于有丝分裂阻滞缺陷蛋白2和有丝分裂检查点复合物的数量，因此，SAC更像一个变阻器而非开关[16]。

许多SAC均可调控细胞的有丝分裂。纺锤体检查点在维持染色体分离和基因组稳定方面发挥重要作用，MAD2作为纺锤体检查点的关键酶，在多种肿瘤细胞中过表达[17]。MAD1可以减弱有丝分裂检查点信号而引起染色体不稳定。SAC信号持续时间与未黏附染色体的数目相关，并控制细胞进入分裂后期的开始时间。研究发现，因分裂后期促动复合物/细胞周期体（anaphasepromoting complex/cyclosome，APC/C）抑制剂的合成相对缓慢，在染色体黏附至纺锤体后的几分钟内，细胞并不立即进入分裂后期[18]。Han等发现，有丝分裂蛋白Bub3可以促进BubR1和Cdc20的相互作用，维持有丝分裂检查点的信号[19]。Aurora B激酶可以调节有丝分裂期姊妹染色单体的方向。Aurora B激酶缺乏使细胞失去纠正着丝粒-微管黏附错误的能力并引起异倍体。Aurora B激酶增加也会导致染色体错误分离，其机制是Aurora B激酶引起着丝粒-微管黏附持续地破坏和纺锤体不稳定[20]。进一步研究发现，Aurora B激酶通过汇集染色质或微管维持染色体的方向[21]。另外，肿瘤抑制蛋白pVHL发挥有丝分裂检查点的功能并调节细胞分裂[22]。纺锤体检查点监控着染色体分离时的错误，然而仅仅依赖纺锤体检查点以确保细胞分裂后期姊妹染色质的成功分离显然是不够的，细胞也通过其他方式保证正常的细胞分裂，包括Cdk1失活去除有丝分裂检查点的监控和稳定着丝粒黏附、减缓分裂后期检查点激活等[23]。

1.4 倍性检查点

SAC缺陷可能引起异倍体的发生，进而促进肿瘤的发生，倍性检查点可阻止异倍体的发生。Hippo信号通路能感知细胞中异常染色体的数目，使细胞周期阻滞，以此阻止肿瘤的发生。Hippo通路激酶LATS2是非中心体诱导性激活过程中一个关键性的染色体倍性检查点[24]。乳腺癌细胞中的异倍体与M ps1检查点基因的高表达相关，而M ps1高表达有助于乳腺癌细胞对异倍体的耐受[25]。

2 代谢检查点

2.1 调控抗肿瘤免疫

代谢检查点可以调控代谢状态，从而影响抗肿瘤免疫。抗肿瘤免疫过程需要淋巴细胞快速大量地增殖，这需要代谢重组提供能量以形成新的细胞群。激活的T细胞除转化为有氧糖酵解和谷氨酰胺代谢途径来适应这种需要外，还通过其他一些特殊代谢和途径影响细胞周期和免疫功能[26]。T细胞中大量氨基酸的摄入受抗原和T细胞抗原受体调控，这主要通过上调转运蛋白Slc7a5来实现。因此，Slc7a5作为一个关键的代谢检查点可帮助T细胞完成代谢重组[27]。细胞代谢可以激活自然免疫。研究发现，Tsc1-Rheb-m TORC1信号通路、Myc依赖的生物能量激活及生物合成活动的相互作用构成了关键的代谢检查点，这个代谢检查点调控树突状细胞的生成和分化[28]。

细胞生长和分裂时，营养和能量的获得对免疫细胞的影响至关重要。已发现的几个关键代谢检查点均能调控免疫细胞的能量代谢和增殖。研究发现，Fnip1蛋白是一个新的代谢检查点，调控前B细胞可获得足够的代谢能力以完成细胞分裂[29]。Tsc1可以调控免疫检查点和细胞代谢，从而影响记忆T细胞的生成和功能[30]。代谢检查点激酶m TOR可以刺激自然杀伤细胞的营养摄入和生长，并正反馈至白介素-15受体，从而维持自然杀伤细胞的增殖[31]。

2.2 调节细胞周期

代谢检查点决定分裂细胞是否有足够的营养完成整个细胞周期；如果营养不足则启动分裂周期退出程序，诱导细胞自噬，最终激活细胞死亡通路。在代谢压力下，自噬基因Atg7和抑癌基因p53共同调节细胞周期抑制因子p21的转录，Atg7缺乏则增加DNA损伤诱导p53依赖的细胞凋亡；因此，Atg7通过p53调节细胞周期和细胞存活[32]。代谢检查点激酶mTOR通过调节细胞周期G1期检查点来调节细胞周期。造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSC）在缺氧的微环境中保持在G0期，呈现一种独特的代谢表型。HSC通过丙酮酸脱氢酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）依赖的无氧糖酵解产生5′-三磷酸腺苷，升高的PDK抑制糖酵解代谢向线粒体有氧代谢的转入；在糖酵解功能缺陷的HSC中，PDK过表达有恢复糖酵解、细胞周期静止和干细胞的能力；因此，PDK作为代谢检查点可控制糖代谢状态，从而调节HSC的静止和功能[33]。

3 分化检查点

分化检查点调控细胞在不同压力下的分化，既保证干细胞或胚胎细胞分化又阻止异常分化。研究发现，转录因子BATF作为分化检查点可以限制DNA损伤时HSC的自我更新，诱导HSC淋巴分化[34]，另一方面却阻止CD8+T细胞分化[35]。糖原合成酶激酶-3β是一个新的分化检查点，控制炎性微环境下损伤的间充质干细胞的成骨分化进程[36]，转录因子T-bet和Eomes也是控制自然杀伤细胞成熟分化的关键检查点[37]。

4 衰老检查点

端粒因通过调节衰老检查点限制细胞增殖而被看作是重要的肿瘤抑制因素[38]。染色体的末端有一个被称之为“端粒”的结构。染色体每复制一次，细胞分裂一次，端粒即缩短一点，缩短到一定程度，细胞即进入衰老程序。端粒最主要的功能是维持染色体长度。端粒维持染色体长度的观点来自两个危险因素的存在：即，DNA损伤反应所致的染色体末端双链DNA断裂和DNA丢失。端粒通过连接序列特异性末端保护因子和补充端粒酶来阻止这两个危险的发生。端粒给自身戴上一顶被称为shelterin的帽子（由六种蛋白构成），从而形成自我保护[39]。研究发现，当端粒功能失调时，细胞周期检查点缓和，端粒酶促进肿瘤生长。随着端粒酶的减少，肿瘤的生长因端粒诱导的检查点恢复而减慢；然而，肿瘤也可因获得端粒延长替代机制而继续生长。进一步研究显示，端粒延长替代使肿瘤的PGC-1β过表达，可调节线粒体功能而促进肿瘤生长；端粒酶不仅维持端粒长度，还可驱动细胞周期[40]。另外，端粒损伤诱导的基因组可强化肿瘤的发生[41]。

人类体细胞经历一个有限的复制过程，这种复制潜能的耗尽被称为衰老。当端粒不能发挥正常的保护功能时，细胞衰老便被启动。研究发现，衰老细胞包含DNA损伤检查点激酶CHK1和CHK2的激活形式，而其端粒则联系着DNA损伤反应蛋白的表达；如果衰老细胞的DNA损伤检查点激酶失活则可能重新启动细胞周期，提示端粒通过诱导DNA损伤检查点反应来启动细胞衰老，从而抑制肿瘤的发生[42]。因此，端粒无疑是最重要的衰老检查点。

5 免疫检查点

免疫检查点是指免疫系统中存在的一些抑制性信号通路，通过调节外周组织中免疫反应的持续性和强度来避免组织损伤，并参与维持对自身抗原的耐受[43]。免疫检查点帮助肿瘤细胞免疫逃避，是肿瘤发生的促动因素。在有效的抗肿瘤免疫过程中，T细胞作为核心执行者，首先被T细胞受体介导的抗原识别信号所激活，同时众多的共刺激信号和共抑制信号精细调节T细胞反应的强度和质量，这些抑制信号即为免疫检查点。肿瘤细胞可以通过免疫检查点，抑制T细胞的激活，从而逃避免疫杀伤。除了细胞毒性T淋巴细胞抗原4和程序化死亡1两个免疫检查点外，Ceeraz等又鉴定出了两个共刺激因子B7家族检查点：T细胞激活V区Ig抑制因子（V-domain Ig suppressor of T cell activation，VISTA）和B7-H6[44]。已发现的免疫检查点还包括淋巴细胞激活基因3、T细胞免疫球蛋白和mucin蛋白3，这些分子常常在肿瘤特异性T细胞和病原特异性T细胞中共同表达[45]。VISTA是一个抑制T细胞调节免疫反应的检查点，可阻断T细胞的激活。Lines等发现，VISTA在肿瘤微环境中高表达，可以抑制T细胞激活，诱导Foxp3表达[46]。另外，免疫检查点VISTA的阻断可以促进炎性表型，提高机体免疫反应的持续性和强度[47]。

免疫检查点抑制剂除通过激活免疫反应发挥抗肿瘤免疫效应外，也可能通过异位效应发挥抗肿瘤作用[48]。肿瘤疫苗虽然显示了有希望的抗肿瘤效应，但Ⅲ期临床试验并未证明其能延长患者的生存时间；免疫检查点抑制剂可能为肿瘤患者带来生存获益[49]。

6 结语

虽然肿瘤的发生是一个受各种动力驱动的发展过程，但是仍有众多的检查点阻止肿瘤的发生。针对肿瘤生长的不同阶段，机体从细胞周期、代谢、分化、衰老和免疫等环节调控细胞的增殖、凋亡、分化和衰老，阻止肿瘤的发生。研究肿瘤的检查点无疑将开启肿瘤治疗策略的新思路。

［1］K lermund J,Bender K,Luke B.High nutrient levels and TORC1 activity reduce cell viability follow ing prolonged telomere dysfunction and cell cycle arrest[J]. Cell Rep,2014,9(1):324-335.

［2］Vasileva A,Hopkins KM,Wang X,et al.The DNA damage checkpoint protein RAD9A is essential formalemeiosis in themouse[J].JCell Sci,2013,126(Pt 17):3927-3938.

［3］Insinga A,Cicalese A,Faretta M,et al.DNA damage in stem cells activates p21,inhibits p53,and induces symmetric self-renew ing divisions[J].Proc Natl Acad Sci USA,2013,110(10):3931-3936.

［4］Del Rincón SV,Widschwendter M,Sun D,et al.Cks overexpression enhances chemotherapeutic efficacy by overriding DNA damage checkpoints[J/OL].Oncogene, 2014,137:1-7[2014-05-26].http://www.nature.com/onc/ journal/vaop/ncurrent/full/onc2014137a.htm l.

［5］Grabocka E,Pylayeva-Gupta Y,Jones M J,et al.Wildtype H-and N-Ras promotemutant K-Ras-driven tumorigenesis by modulating the DNA damage response[J]. Cancer Cell,2014,25(2):243-256.

［6］Floyd SR,Pacold ME,Huang Q,et al.The bromodomain protein Brd4 insulates chromatin from DNA damage signalling[J].Nature,2013,498(7453):246-250.

［7］Sperka T,Wang J,Rudolph KL.DNA damage checkpoints in stem cells,ageing and cancer[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2012,13(9):579-590.

［8］Yu B,Dalton WB,Yang VW.CDK1 regulatesmediator of DNA damage checkpoint 1 during m itotic DNA damage[J].Cancer Res,2012,72(21):5448-5453.

［9］Rodriguez-Bravo V,Maciejowski J,Corona J,et al.Nuclear pores protect genome integrity by assembling a prem itotic and Mad1-dependent anaphase inhibitor[J]. Cell,2014,156(5):1017-1031.

［10］Kumar A,Mazzanti M,M istrik M,et al.ATR mediates a checkpoint at the nuclear envelope in response to mechanical stress[J].Cell,2014,158(3):633-646.

［11］Poli A,Mongiorgi S,Cocco L,et al.Protein kinase C involvement in cell cycle modulation[J].Biochem Soc Trans,2014,42(5):1471-1476.

［12］Topham CH,Taylor SS.M itosis and apoptosis:how is the balance set?[J].Curr Opin Cell Biol,2013,25(6): 780-785.

［13］Bolanos-Garcia VM.Formation of multiprotein assemblies in the nucleus:the spindle assembly checkpoint [J].Int Rev Cell Mol Biol,2014,307:151-174.

［14］Sinnott R,Winters L,Larson B,et al.Mechanisms promoting escape from mitotic stress-induced tumor cell death[J].Cancer Res,2014,74(14):3857-3869.

［15］Burgess A,Rasouli M,Rogers S.Stressing mitosis to death[J].Front Oncol,2014,4:140.

［16］Collin P,Nashchekina O,Walker R,et al.The spindle assembly checkpointworks like a rheostat rather than a toggle sw itch[J].Nat Cell Biol,2013,15(11):1378-1385.

［17］Bian Y,Kitagawa R,Bansal PK,et al.Synthetic genetic array screen identifies PP2A as a therapeutic target in Mad2-overexpressing tumors[J].Proc Natl Acad Sci USA,2014,111(4):1628-1633.

［18］Dick AE,Gerlich DW.Kinetic framework of spindle assembly checkpoint signalling[J].Nat Cell Biol,2013, 15(11):1370-1377.

［19］Han JS,Vitre B,FachinettiD,etal.Bimodalactivation of BubR1 by Bub3 sustainsmitotic checkpointsignaling[J]. Proc Natl Acad SciUSA,2014,111(40):E4185-4193.

［20］Muñoz-Barrera M,Monje-Casas F.Increased Aurora B activity causes continuous disruption of kinetochore-microtubule attachments and spindleinstability[J].Proc Natl Acad Sci USA,2014,111(38):E3996-4005.

［21］Campbell CS,Desai A.Tension sensing by Aurora B kinase is independent of survivin-based centromere localization[J].Nature,2013,497(7447):118-121.

［22］Hell MP,Duda M,Weber TC,et al.Tumor suppressor VHL functions in the control ofmitotic fidelity[J].Can-cer Res,2014,74(9):2422-2431.

［23］Kops GJ.Cell division:SACing the anaphase problem [J].Curr Biol,2014,24(6):R224-226.

［24］Zhao B,Guan KL.Hippo pathway key to ploidy checkpoint[J].Cell,2014,158(4):695-696.

［25］Daniel J,Coulter J,Woo JH,et al.High levels of the Mps1 checkpoint protein are protective of aneuploidy in breast cancer cells[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2011,108(13):5384-5389.

［26］Wang R,Green DR.Metabolic checkpoints in activated T cells[J].Nat Immunol,2012,13(10):907-915.

［27］Sinclair LV,Rolf J,Emslie E,et al.Control of am inoacid transport by antigen receptors coordinates themetabolic reprogramm ing essential for T cell differentiation [J].Nat Immunol,2013,14(5):500-508.

［28］Wang Y,Huang G,Zeng H,et al.Tuberous sclerosis 1 (Tsc1)-dependent metabolic checkpoint controls development of dendritic cells[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2013,110(50):E4894-4903.

［29］Park H,Staehling K,Tsang M,etal.Disruption of Fnip1 reveals ametabolic checkpoint controlling B lymphocyte development[J].Immunity,2012,36(5):769-781.

［30］Shrestha S,Yang K,Wei J,et al.Tsc1 promotes the differentiation of memory CD8+T cells via orchestrating the transcriptional and metabolic programs[J]. Proc Natl Acad Sci USA,2014,111(41):14858-14863.

［31］Marçais A,Cherfils-Vicini J,Viant C,et al.Themetabolic checkpoint kinase m TOR is essential for IL-15 signaling during the development and activation of NK cells[J].Nat Immunol,2014,15(8):749-757.

［32］Lee IH,Kawai Y,Fergusson MM,et al.Atg7 modulates p53 activity to regulate cell cycle and survival during metabolic stress[J].Science,2012,336(6078): 225-228.

［33］Takubo K,Nagamatsu G,Kobayashi CI,et al.Regulation of glycolysis by Pdk functions as a metabolic checkpoint for cell cycle quiescence in hematopoietic stem cells[J].Cell Stem Cell,2013,12(1):49-61.

［34］Wang J,Sun Q,Morita Y,et al.A differentiation checkpoint limits hematopoietic stem cell self-renewal in response to DNA damage[J].Cell,2012,148(5):1001-1014.

［35］Kurachi M,Barnitz RA,Yosef N,et al.The transcription factor BATF operates as an essential differentiation checkpoint in early effector CD8+T cells[J].Nat Immunol,2014,15(4):373-383.

［36］Kong X,Liu Y,Ye R,et al.GSK3βis a checkpoint for TNF-α-mediated impaired osteogenic differentiation ofmesenchymal stem cells in inflammatory microenvironments[J].Biochim Biophys Acta,2013,1830 (11):5119-5129.

［37］Gordon SM,Chaix J,Rupp LJ,et al.The transcription factors T-bet and Eomes control key checkpoints of natural killer cell maturation[J].Immunity,2012,36(1): 55-67.

［38］Kong CM,Lee XW,Wang X.Telomere shortening in human diseases[J].FEBS J,2013,280(14):3180-3193.

［39］Sfeir A,de Lange T.Removal of shelterin reveals the telomere end-protection problem[J].Science,2012,336 (6081):593-597.

［40］Hu J,Hwang SS,Liesa M,et al.Antitelomerase therapy provokes ALT and m itochondrial adaptive mechanisms in cancer[J].Cell,2012,148(4):651-663.

［41］Davoli T,de Lange T.Telomere-driven tetraploidization occurs in human cells undergoing crisis and promotes transformation ofmouse cells[J].Cancer Cell,2012,21 (6):765-776.

［42］d'Adda di Fagagna F,Reaper PM,Clay-Farrace L,et al.A DNA damage checkpoint response in telomere-initiated senescence[J].Nature,2003,426(6963):194-198.

［43］任军,黄红艳.靶向免疫检查点的肿瘤免疫治疗现状与趋势[J].中国肿瘤临床,2014,41(7):415-418.

［44］Ceeraz S,Nowak EC,Noelle RJ.B7 family checkpoint regulators in immune regulation and disease[J].Trends Immunol,2013,34(11):556-563.

［45］Nirschl CJ,Drake CG.Molecular pathways:coexpression of immune checkpoint molecules:signaling pathways and implications forcancer immunotherapy[J]. Clin Cancer Res,2013,19(18):4917-4924.

［46］Lines JL,Pantazi E,Mak J,et al.VISTA is an immune checkpointmolecule for human T cells[J].Cancer Res, 2014,74(7):1924-1932.

［47］Wang L,Le Mercier I,Putra J,et al.Disruption of the immune-checkpoint VISTA gene imparts a proinflammatory phenotype w ith predisposition to the development of autoimmunity[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2014,111(41):14846-14851.

［48］Postow MA,Callahan MK,Barker CA,et al.Immunologic correlates of the abscopal effect in a patient w ith melanoma[J].N Engl JMed,2012,366(10):925-931.

［49］Brahmer JR.Immune checkpoint blockade:the hope for immunotherapy as a treatment of lung cancer?[J]. Sem in Oncol,2014,41(1):126-132.

R730.1

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2015.13.03.05

2013年甘肃省自然科学基金（1308RJZA 181）

#通信作者（corresponding author），e-mail：bhzhang1999@126.com

2014-10-28）