Romo1与肿瘤相关性的研究进展

陈先梦　孙耕耘



·综述·

Romo1与肿瘤相关性的研究进展

陈先梦孙耕耘

肿瘤；Romo1；细胞内活性氧

活性氧调节因子1(reactive oxygen species modulator1, Romo1)是一种新型的线粒体跨膜蛋白，可诱导细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生 。研究表明，Romo1在肺癌、胃癌、肝癌等组织中高表达,其在肿瘤的诊断、治疗、病情评估及预后判断中的价值越来越受到关注，现就Romo1的生物特征、在肿瘤中的作用机制、表达及临床意义作一综述。

一、Romo1的生物学特性

Romo1于2006年首次被克隆，是从人类淋巴结cDNA文库中筛选出来的新型膜蛋白，Romo1基因定位于20号染色体q11.22上，在进化上高度保守，mRNA长167bp，其内含子2序列中包含rs6060566 和 rs6060567两个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)位点，易发生单个碱基的变异，导致Romo1基因多态性，随后于耐化疗药的头颈部肿瘤患者癌组织中首次发现Romo1蛋白表达[1]。

Romo1是由79个氨基酸残基构成的位于线粒体上的一种跨膜蛋白，相对分子量约为8.9×103，利用Blast程序对GenBank数据库中Romo1的氨基酸序列进行同源性比对发现，人类Romo1蛋白与鼠类完全同源。研究表明在正常小鼠的肝脏、肾脏、脑组织中均有Romo1表达[1-2],在正常人肺成纤维细胞及特发性肺纤维化患者的肺泡上皮细胞和支气管上皮细胞也有Romo1表达。Romo1可介导肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)通过信号转导，诱导线粒体产生细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)。此外，Romo1又称为线粒体靶向的GxxxG基序蛋白，因为其含有一个构象高度保守的四元GxxxG模体 ( 模体motif：在一个或几个蛋白质中出现的数个二级结构元件不同的折叠方式，又称超二级结构)，此模体对于膜通道的形成至关重要。因此，Romo1可能是通过形成膜通道调节线粒体释放ROS进入细胞质，从而增加细胞内ROS水平，引起DNA氧化损伤[3]。

二、 Romo1的生物学功能

1. Romo1促进细胞增殖：体外实验证明ROS是细胞增殖所必须的，ROS水平下降则抑制细胞增殖，抗氧化酶如过氧化氢酶的过度表达既能抑制血管平滑肌增殖也能抑制肿瘤细胞增殖[4]。Na等[4]利用小干扰RNA技术沉默Romo1基因发现细胞内ROS水平降低，肿瘤细胞及正常细胞的增殖均明显受到抑制，并使用细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)抑制剂阻断ERK信号转导通路，从而抑制ROS诱导的细胞增殖过程。Romo1诱导产生基础水平的ROS是维持Myc蛋白稳定性和激活ERK所必须的，Myc蛋白为Myc原癌基因编码的转录产物，与细胞周期密切相关，可促进细胞增殖[5]。Myc蛋白上调Romo1表达，Romo1过度表达导致细胞内ROS水平增加，过多的ROS通过促进细胞S期激酶相关蛋白2( human S-phase kinase-associated protein2, Skp2)的细胞质易位引起Myc泛素化，导致Myc降解，从而形成负反馈调节。综合以上结果得出，Romo1诱导ROS产生，ROS通过激活ERK，将来自细胞膜的信号传导至细胞核，作用于核内的转录因子Myc，调控Myc蛋白表达，完成MAPK/ERK信号转导过程从而促进细胞增殖。而过多的ROS可促进Skp2的细胞质易位引起Myc泛素化，导致Myc降解，形成负反馈调节，从而防止细胞过度增殖。

细胞周期是一个高度有序的运转过程，与细胞增殖、衰老、凋亡密切相关，细胞周期的不同阶段是由不同的细胞周期素(cyclin)与细胞周期素依赖性激酶(cyclin-dependent kinase, CDK)相互作用调控的。CDK属丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，通过与细胞周期素的结合促进细胞周期时相转变，不同的CDK-细胞周期素复合物使特异的靶蛋白质磷酸化从而保证细胞周期各期的顺利进行，当CDK功能缺失或存在CDK抑制物时细胞增殖停滞。Romo1可调控P21、P27基因表达，其表达产物p21、p27蛋白为CDK抑制因子(cyclin-dependent kinase inhibitor, CDKI)，可与CDK结合，抑制CDK-细胞周期素复合物形成，在调控细胞周期进程中发挥重要作用。此外，Romo1本身作为细胞周期从G1期到S期不可或缺的蛋白，其表达水平降低导致细胞周期滞留于G1期，从而抑制细胞增殖。

2. Romo1调节线粒体形态：线粒体是所有真核生物进行能量代谢，产生ATP的场所，可参与许多细胞过程，包括脂肪酸的β氧化，尿素循环和细胞程序性死亡等。线粒体是高度动态的细胞器，它可根据细胞的能量需求以及在病理情况下通过自身的分裂融合改变形态，线粒体不能自发产生，必须通过自我复制，从母细胞分配到子细胞中。细胞进入有丝分裂中期，线粒体片段化成颗粒状，进而分配到子细胞中，有丝分裂完成后，子细胞中的线粒体又会重新恢复管状的网络结构。正常细胞中线粒体的分裂与融合协同进行，过程高度保守，需要在多种蛋白质的精确调控下完成。Chung等[2]将绿色荧光标记的Romo1基因转染至人胚肺成纤维细胞(IMR-90)，使用共聚焦显微镜观察发现Romo1蛋白定位于线粒体上，且转染的细胞线粒体形态呈现出圆形、肿胀的变化。利用小干扰RNA技术下调Romo1基因表达发现线粒体直径延长，由此可见，Romo1与线粒体形态变化有关。进一步研究表明，Romo1通过与线粒体塑形蛋白家族中的动力相关蛋1(dynamin-related protein1,Drp1)相互作用，以维持线粒体分裂融合动态平衡，这种平衡对维持线粒体正常的形态十分重要[6]。

三、 Romo1在肿瘤中的作用及机制

1. Romo1的致癌机制：肿瘤从本质上来说是多基因病，各种环境的和遗传的致癌因素可能以协同或序贯的方式引起细胞DNA损伤是肿瘤细胞发生的中心环节[7]。细胞产生ATP的同时会产生ROS，ROS刺激不同的细胞信号分子如丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)、核转录因子(nuclear factor kappa, NF-κB)、共济失调毛细血管扩张症突变蛋白(ataxia-telangiectasia mutated protein, ATM)、肿瘤抑制因子 p53蛋白、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3-K)等，从而通过调控不同的信号转导通路影响细胞功能。正常细胞线粒体内外都存在清除ROS的各种氧化还原体系，ROS产生和代谢清除过程处于动态平衡，使得ROS维持在较低水平[8]。低水平的ROS对于细胞有丝分裂等生物过程是必须的，维持细胞的正常生长，然而高水平的ROS会导致细胞产生氧化应激损伤DNA，DNA损伤可引起细胞凋亡，而DNA的损伤修复过程会诱导细胞发生癌变[9-10]。有研究表明一些癌基因如ras和c-myc等可诱导肿瘤细胞产生ROS，但ROS产生的具体机制尚不明确[11]。Romo1是一种新型的线粒体跨膜蛋白，通过NADH线粒体呼吸链中的复合物Ⅲ(泛醌-Cytc还原酶)诱导线粒体产生ROS，在各种致癌因素作用下，Romo1过度表达，细胞内ROS水平增加, ROS直接作用于碱基，如修饰鸟嘌呤，产生8-羟基脱氧鸟嘌(8-hydroxy-z′-deoxyguanosine, 8-OH-dG)，导致肿瘤细胞基因组不稳定性，激活某些癌基因及抑制某些抑癌基因，从而促进肿瘤细胞的发生、发展及增加肿瘤的恶性程度。

2. Romo1与肿瘤细胞耐药的关系：在发生癌变的细胞中，Romo1诱导产生的ROS可进一步导致肿瘤细胞核DNA的突变，从而增加肿瘤的侵袭性、转移性，及对化疗药物产生耐药性。有报道称肺腺癌细胞对5-FU的耐药性可能与Romo1诱导ROS产生有关，ROS导致大部分肿瘤细胞凋亡，但部分存活的肿瘤细胞通过增加超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase, MnSOD)、抗氧化酶Ⅰ(peroxiredoxin Ⅰ, Prx Ⅰ)， 抗凋亡蛋白Bcl-2等拮抗ROS引起的细胞持续氧化应激，使其细胞周期滞留于G1期，从而导致对5-FU耐药[12]。因此，Romo1的表达对于肿瘤化疗方案的选择具有新的临床意义。

四、Romo1在肿瘤中的表达及意义

1. Romo1与非小细胞肺癌：Romo1在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者的肿瘤组织及外周血高表达，与肿瘤的分期、恶性程度及治疗的反应性等相关，可辅助判断预后。然而Romo1表达水平与患者年龄、性别、吸烟状况、肿瘤分化程度、组织学类型等无关。Lee等[13]采用Western blot方法检测26例NSCLC患者癌组织及相应的癌旁组织中Romo1表达水平，同时采用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immuno sorbent assay, ELISA)分别对55例健康志愿者，63例肺良性疾病患者，58例NSCLC患者外周血Romo1的表达水平进行检测，结果表明肺癌组织Romo1的表达水平显著增高(P<0.001)，且肺癌患者外周血Romo1水平也较健康人及肺部良性疾病患者明显增高(r=0.68,P=0.009)，以外周血Romo1> 329.7 pg/ml作为截断值诊断NSCLC的灵敏度和特异度分别为81.9%和89.8%。多因素分析显示肺癌组织Romo1表达水平越高，患者无进展生存期越短(HR=3.16, 95% CI:1.21～8.22)，总生存期也越短(HR=3.22,95% CI: 1.02～10.21)。此外，在手术切除的NSCLC患者肺癌组织中Romo1表达水平越高，术后的早期复发率越高，患者的预后越差，因此，Romo1的过度表达可能提示NSCLC患者预后不良。

2. Romo1与胃癌：Romo1在胃癌患者的肿瘤组织及外周血呈高表达，其表达水平与肿瘤浸润深度、TNM分期、淋巴结转移等相关。严海翠等[14]通过检测40例胃癌患者癌组织、癌旁组织及其外周血Romo1表达水平，发现胃癌组织中Romo1阳性表达率(72.5%)显著高于癌旁组织(17.5%)(P<0.01)，其外周血Romo1浓度(289.0±51.3)ng/L也显著高于健康对照组(75.2±18.9)ng/L(P<0.01)，并且胃癌组织与外周血Romo1表达呈正相关(r=0.774,P<0.01)。Wu等[15]在中国西北地区人群中(358 例胃癌患者和412例健康人)进行了一项病例对照研究，探索Romo1基因多态性与胃癌发病风险之间的关联。结果发现以两个野生型的基因位点作为参照，以下三种基因型导致胃癌的发病风险显著增加：rs6060566 TC基因型 (OR=1.525, 95%CI=1.126～2.138), rs6060567 GC基因型 (OR=1.641, 95%CI=1.238～2.291) 和rs6060567 CC 基因型(OR=1.594, 95%CI=1.102～2.973)。两种遗传变异的单倍型分析表明，Romo1最常见的TG单倍型可降低胃癌的发病风险(P=0.000093)，二者关联性最强(OR=0.584)，而CC单倍型则增加胃癌发病风险，二者也有显著的相关性(OR=1.732)。由此可见，Romo1基因多态性与胃癌发病风险相关，且在男性、饮酒、吸烟、幽门螺杆菌感染患者中关联性更强，因此，可通过检测Romo1的基因型结合以上易感因素预测普通人群的胃癌发病风险。

3. Romo1与肝癌：Romo1参与了肿瘤细胞增殖、浸润、转移过程，Romo1表达水平的增高与肝癌患者治疗反应差、生存期缩短等密切相关。Chung等[16]采用实时荧光定量PCR技术和免疫组化技术检测肝癌组织Romo1蛋白的表达，结果显示肝癌组织Romo1表达水平明显增加(P<0.001)，高表达的Romo1可促进肿瘤生长，降低肿瘤分化程度，增加肝癌细胞的血管侵袭性。以癌组织Romo1表达水平是否>2倍正常肝组织将肝癌患者分为高危组和低危组，高危组与低危组的无进展生存期分别为11.3个月和65.9个月(P=0.0013)，中位总生存期分别为38.2个月和100.4个月(P=0.0003)。此外，Romo1表达水平与患者的年龄、性别、肿瘤数目、肿瘤TNM分期、肝功能Child分级等临床特征均无关。

Romo1在多种肿瘤细胞中高表达，主要是通过诱导线粒体产生ROS发挥致癌作用，然而其导致肿瘤发生、发展的具体机制尚不明确，对Romo1分子通路的进一步研究有助于更好地了解Romo1的功能，从而有希望将Romo1作为未来肿瘤诊断的分子标记物以及治疗的新靶点。

1Chung YM, Kim JS, Yoo YD. A novel protein, Romo1, induces ROS production in the mitochondria[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2006, 347(3): 649-655.

2Chung YM, Lee SB, Kim HJ, et al. Replicative senescence induced by Romo1-derived reactive oxygen species[J]. J Biol Chem, 2008, 283(48): 33763-33771.

3Kim JJ, Lee SB, Park JK, et al. TNF-alpha-induced ROS production triggering apoptosis is directly linked to Romo1 and Bcl-X(L)[J]. Cell Death Differ, 2010, 17(9): 1420-1434.

4Na AR, Chung YM, Lee SB, et al. A critical role for Romo1-derived ROS in cell proliferation[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 369(2): 672-678.

5Lee SB, Kim JJ, Chung JS, et al. Romo1 is a negative-feedback regulator of Myc[J]. J Cell Sci, 2011, 124(Pt 11): 1911-1924.

6Zhao J, Liu T, Jin SB, et al.The novel conserved mitochondrial innermembrane protein MTGM regulates mitochondrial morphology and cell proliferation[J]. J Cell Sci, 2009, 122(Pt 13): 2252-2262.

7O′Connor MJ. Targeting the DNA Damage response in cancer[J]. Mol Cell, 2015, 60(4): 547-560.

8Bjorn ME, Hasselbalch HC. The Role of reactive oxygen species in myelofibrosis and related neoplasms[J]. Mediators Inflamm, 2015, 2015: 648090.

9Sosa V, Moline T, Somoza R, et al. Oxidative stress and cancer: an overview[J]. Ageing Res Rev, 2013, 12(1): 376-390.

10Wieringa HW, van der Zee AG, de Vries EG, et al. Breaking the DNA damage response to improve cervical cancer treatment[J]. Cancer Treat Rev, 2016, 42: 30-40.

11Maya-Mendoza A, Ostrakova J, Kosar M, et al. Myc and Ras oncogenes engage different energy metabolism programs and evoke distinct patterns of oxidative and DNA replication stress[J]. Mol Oncol, 2015, 9(3): 601-616.

12Hwang IT, Chung YM, Kim JJ, et al. Drug resistance to 5-FU linked to reactive oxygen species modulator 1[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2007, 359(2): 304-310.

13Lee SH, Lee JS, Lee EJ, et al. Serum reactive oxygen species modulator 1 (Romo1) as a potentialdiagnostic biomarker for non-small cell lung cancer[J]. Lung Cancer, 2014, 85(2): 175-181.

14严海翠, 杨洁, 邱祥南, 等. 胃癌组织、外周血中活性氧调节因子1表达与胃癌临床病理特征关系研究[J]. 徐州医学院学学报, 2015, 35(2): 90-93.

15Wu H, Gu YH, Wei L, et al. Association of Romo1 gene genetic polymorphisms with risk of gastric cancer in northwestern Chinese population[J]. Pathol Oncol Res, 2015, 21(3): 581-587.

16Chung JS, Park S, Park SH, et al. Overexpression of Romo1 promotes production of reactive oxygen species and invasiveness of hepatic tumor cells[J]. Gastroenterology, 2012, 143(4): 1084-1094.

(本文编辑：黄红稷)

陈先梦，孙耕耘. Romo1与肿瘤相关性的研究进展[J/CD]. 中华肺部疾病杂志： 电子版， 2016， 9(2)： 196-198.

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2016.02.020

国家临床重点专科建设项目基金(2012·649)

230022 合肥，安徽医科大学第一附属医院呼吸内科

孙耕耘, Email: sungengy@126.com

R563，R734.2

A

2016-02-22)