MGMT和galectin-3异常调控在结肠腺癌中的研究进展

苏赓　梁科庆

广西医科大学附属民族医院广西壮族自治区民族医院病理科,广西南宁530001

MGMT和galectin-3异常调控在结肠腺癌中的研究进展

苏赓梁科庆▲

广西医科大学附属民族医院广西壮族自治区民族医院病理科,广西南宁530001

MGMT作为一种DNA修复酶能够修复DNA烷化剂诱导的损伤,其基因异常甲基化与恶性肿瘤的发生关系密切；MGMT在结肠组织中高度表达,在结肠腺癌中MGMT表达的缺失。Galectin-3是一种细胞内和细胞外的凝集素,其主要参与调节细胞增殖、粘附、侵袭和凋亡,其在正常结肠组织中低表达,在结肠腺癌组织中高度表达。近年来研究发现,MGMT和Galectin-3与结肠腺癌的发生、发展、治疗预后有关,其异常调控与肿瘤发生的相关性成为肿瘤分子流行病学的新热点。

MGMT;galectin-3;结肠腺癌;分子标志物

结肠腺癌是消化道恶性肿瘤中最常见的类型之一,其发病率仅次于胃癌和食管癌,居世界第三位,近年来发病率和死亡率逐年上升。临床分期、病理学分级等常用的指标并不能完全反映出其生物学行为和预后,纤维结肠镜活检是确诊结肠腺癌的重要手段。尽管结肠腺癌治疗方法已经由传统的单纯手术治疗发展到今天的手术加术后放疗和化疗等综辅助治疗,但患者的生存期并没有明确的改善。因此近些年来研究结肠腺癌的热点主要集中在寻找新的分子预后标志物。而现代肿瘤发生分子生物学研究表明,MGMT和galectin-3与结肠腺癌的发生发展有关。

1　Galectin-3结构与功能及其在结肠腺癌中的研究现状

1.1Galectin-3结构

Galectin-3作为一个31kD序列的β半乳糖蛋白,其是于细胞内和细胞外的凝集素,分子相对质量为31000,序列上共251个氨基酸残基,包含12个氨基酸残基组成的N端结构域形成3个不一样的结构域；富含Tyr、Gly、Pro依恋串联重复序列类胶原结构,基质金属蛋白酶作用的底物；分子结构C端的糖识别结构域（包含Bcl-2家族同源序列BH1中保守基序结构端NWGR)[1]。Galectin-3它分为3个独特的功能结构区:①一个C端的糖识别结构域；②一个由12个氨基酸残基组成的N端结构区,分子Ser6磷酸化位点调节控制细胞作用靶向；③富含Tyr、Gly、Pro串联重复序列的类胶原分子结构。

1.2Galectin-3功能和机制

Galectin-3发挥细胞表面的糖蛋白,细胞表面分子和细胞外基质蛋白结构的功能,在基因剪切的前提下,调节细胞的增殖,黏附,侵袭和凋亡,大量的体外实验发现其与细胞生长及分化关联,从而导致肿瘤的发生和转移,且参与前体RNA剪接、血管生成和抑制细胞凋亡等作用[2-4]。Galectin-3导致肿瘤发生发展的作用机制可能包括以下方面:①在肿瘤免疫监视和肿瘤破坏进程中,参与肿瘤细胞的免疫耐受T细胞。其原理可能是肿瘤细胞通过抗原刺激和免疫调节因子的分子介导调节免疫细胞而改变免疫反应。肿瘤细胞分泌galectin-3蛋白促进了T细胞的凋亡,导致肿瘤组织逃逸免疫调节,进而促进肿瘤增殖。②在黏附和细胞转移中,介导肿瘤细胞黏附和转移,发生细胞之间、细胞与细胞外基质,促进肿瘤细胞的转移和聚集。Galectin-3参与配体结合发挥生物学效应影响各种肿瘤的进展,调节糖类分子参与特异性识别等进程。③参与肿瘤细胞抗凋亡,凋亡可由化疗药物及放射诱发,然而肿瘤细胞能通过某些机制抑制凋亡,对化疗药物及放射治疗产生耐受。Oka等[5]实验结构提示,肿瘤细胞内galectin-3蛋白可有效降低多种物质诱导细胞凋亡,是由分布于细胞外的galectin-3分子结构介导了细胞与细胞外基质黏附。Peng等[6]发现,galectin-3的高表达状态在体外和体内均可以促进肿瘤的生长, galectin-3可能以免疫调节因子的形式发挥作用,从而使T细胞免疫应答及肿瘤刺激因素受到抑制。

1.3Galectin-3与结肠腺癌的关系

研究表明,组织细胞类型的不同中galectin-3的表达水平也不尽相同,在肝癌、胃癌等消化道恶性肿瘤组织中,galectin-3的表达明显降低[7-8]。然而更多文献提示,在结肠腺癌中,galectin-3强阳性促进恶性肿瘤的浸润及转移。结肠腺癌中,galectin-3蛋白与癌细胞分泌的结肠癌Mac2结合蛋白和黏蛋白相互影响用,促进了癌组织的浸润及转移。同时galetin-3表达强度与癌组织分化程度密切相关,随着肿瘤的进一步发展,其表达强度亦随之增强,有淋巴结转移的组织比无淋巴结转移的组织表现出更强的表达强度,其表达水平与远处转移、淋巴结转移以及临床分期有显著相关性,galectin-3的高表达与结肠腺癌组织的发生发展、高侵袭趋势、低分化进展等存在明显的相关性,可独立当作一个潜在的结肠腺癌发病与预后推测的重要指标[9-11]。

2　MGMT分子结构与功能及其在结肠腺癌中的研究现状

2.1MGMT结构

DNA修复酶O6-甲基鸟嘌吟-DNA甲基转移酶（O6-methygua-nine-DNA methytransferase,MGMT)稳定地存在于人体各种组织内,在不同个体、组织及细胞之间含量不一致,以肝细胞最高,肺及脑组织相对含量低。人体细胞内MGMT为单肽结构,基因结构点定位10q26,长度170 kb,有5个外显子,4个内含子,氨基酸残基207个,相对分子量23000,包含13个保守氨基酸序列。分子结构上的启动子富含GC碱基,顺式作用元件（GRE)包含2个糖皮质激素反应元件、AP-1元件、CpG岛中的6个Spl位点[12]。其eDNA长度769 bp,各种蛋白质由207个氨基酸组成编码。MGMT序列具有相对稳定性,从细菌等低等生物到哺乳动物等高等生物均含有结构一致的“-异亮氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-组氨酸-精氨酸-缬氨酸-”（IPCHRV)活性基因序列,145位半胱氨酸残基为其主要活性位点[13]。

2.2MGMT功能和机制

MGMT作为一种DNA修复酶能够修复DNA烷化剂中诱导的损伤。同时,MGMT在DNA修复酶的广泛性在保护染色体的结构从烷化剂的致突变性和损伤的细胞毒性和致癌发挥作用,修复DNA结构至原有水平。MGMT在修复DNA损伤中有以下特点:这种蛋白质和酶不完全相同,半胱氨酸烷基受体可以被用来在鸟嘌吟O6相应区域的半胱氨酸残基转移。其受体蛋白分子构成S-烷基半胱氨酸,DNA分子烷基鸟嘌吟去烷基化完成复原。同时,酶的失活造成酶分子作用后不能再生,因此这种酶是一种自杀性蛋白。MGMT基因表达缺陷很少缺失的结果,引起突变和重排或基因的不稳定性,在环境烷化剂甲基胞嘧啶接受形成5-甲基胞嘧啶作用于MGMT基因启动区CpG岛。因此CpG岛的结构甲基化则是引起该基因表达缺失的分子机制。基因启动子异常甲基化与肿瘤转化密切相关,一般状态依赖的子甲基对维持在氨基酸甲基转移酶转化及其甲基转移酶的协同作用,于DNA分子交联形成前将烷化基团从O6-mG的O6位点转化至自身半胱氨酸残基,使DNA链上的鸟嘌吟因子损伤复原,同时MGMT结构在转甲基后彻底失去活性。MGMT蛋白是唯一一种能去清除这种由甲基化损伤的DNA修复酶[14-15],其可以使O6鸟嘌吟化合物从DNA分子序列上清除,抑制恶性肿瘤的发生。MGMT在保护细胞的突变不仅起着决定性的作用,烷基化合物的毒性和致癌性保持了抑癌基因的作用。如果在DNA复制前O6-甲基鸟嘌吟不被复原,可能导致G: C→A:T方向的畸变,这些分子突变发生在原癌基因或肿瘤抑制基因的分子结构中将导致癌变[16]。

2.3MGMT与结肠腺癌的关系

Matsukura等[17]的研究结果表明,MGMT的表达水平在肝细胞性肝癌、胃癌、乳腺癌的总体生存率中扮演一个重要的预警指标。胃癌组织中MGMT蛋白表达强度与组织学分化程度,浸润和淋巴结转移显著相关。在浸润性乳腺癌患者中,所有患者术后局部复发的MGMT表达阴性。然而,MGMT表达与结肠腺癌的临床病理特征之间的关系仍不清楚。目前大部分研究都集中于结肠腺癌的MGMT启动子的甲基化状态的激活因素。有研究报道[18-19],结直肠癌中MGMT启动子区CpG岛存在过度甲基化,导致MGMT表达的缺失不能修复基因损伤,因此引起肿瘤的发生,这是目前为止最广为接受的结肠腺癌发生机制之一。许多学者研究发现,在结肠腺癌MGMT蛋白的阳性表达率显著高于正常结肠细胞,这可能是由于结肠腺癌组织DNA中存在大量的甲基化损伤,从而增加以修复MGMT甲基化的损害代偿,监测MGMT的表达有助于判断其预后[20-21]。Koviljka等[22]研究结果表明,由结直肠癌K-ras基因突变是由于结合甲基化MGMT和p16基因甲基化损伤,所以应为结肠腺癌发生的重要原因。

3　结语和展望

MGMT和Galectin-3在结肠腺癌的发生、发展中起重要作用。因此,了解DNA修复酶MGMT和半乳糖凝集素Galectin-3在结肠腺癌中的重要特性,探讨其规律,对寻找更为客观可靠的指标、提高患者的生存率、延长生存周期、改善生活质量,用以检测病变早期、进展及预后分析、筛选高位患者和指导临床用药有重要意义。

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Current progress of the abnormal regulation of MGMT and galectin-3 in colon adenocarcinoma

SU GengLiang Keqing▲
Department of Pathology,Guangxi National Hospital Affiliated to Medical UniversityNational Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region,the Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning530001,China

As DNA repair enzymes,MGMT can repair the damage of alkylating agent.Malignant tumor is closely associated with aberrant DNA methylation.Its expression is higher in normal colon tissue except for lower in colon adenocarcinoma.Galectin-3 is a lectin,distributed in cells and extracellular.Galectin-3 is involved in cellular regulation with Proliferation,adhesion,invasion and apoptosis.Its expression is lower in normal colon tissue except for higher in colon adenocarcinoma.The recent studies revealed the closely association between MGMT and Galectin-3 and colon adenocarcinoma occurrence,development,treatment and prognosis.The abnormal regulation of MGMT and galectin-3 in colon adenocarcinoma and the correlation has become the focuses in cancer epidemiology research.

MGMT;Galectin-3;Colon adenocarcinoma;Biomarkers

R735.3+5

A

1673-7210(2016)06(b)-0033-04

广西卫计委科研课题（Z2015111)。

苏赓（1980.1-),男,壮族,硕士,副主任医师；研究方向:肿瘤病理。

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（2016-01-20本文编辑:赵鲁枫)