组织型转谷氨酰胺酶及其在上皮性卵巢癌中的研究进展

刘 云，刘晓霞，李 楠，宗 珊，岳 瑛

(吉林大学第一医院 肿瘤妇科，吉林 长春130021)

*通讯作者

组织型转谷氨酰胺酶及其在上皮性卵巢癌中的研究进展

刘 云，刘晓霞，李 楠，宗 珊，岳 瑛*

(吉林大学第一医院 肿瘤妇科，吉林 长春130021)

组织型转谷氨酰胺酶，又称TG2，是转谷氨酰胺酶家族中最常见及研究最多的成员[1]。它是一种多功能蛋白质，主要催化Ca2+依赖的谷氨酰胺残基与赖氨酸残基的转酰基反应，参与翻译后蛋白质修饰。并有腺苷三磷酸酶(ATPase)、鸟苷三磷酸酶(GTPase)及蛋白质二硫化物异构酶、蛋白激酶活性。同时能介导与细胞外基质(ECM)中纤连蛋白、整合蛋白及蛋白聚糖的相互作用[2]。正是由于它的多功能性，使其在细胞生长分化、肿瘤转移和侵袭过程中起着重要作用。卵巢癌起病隐匿，发展快，早期诊断困难，多数病人就诊时处于晚期，预后差，5年生存率仅为20-30%，是妇科肿瘤中致死率最高的恶性肿瘤[3]。其治疗目前主要以手术结合术后化疗为主，而多数病人随着术后化疗的深入会产生耐药。因此积极探索卵巢癌发病机制、开发新药具有重要意义。近年来，随着TG2在肿瘤领域研究日趋热门，有研究[4-6]表明它在上皮性卵巢癌发生发展、转移侵袭及耐药中扮演了重要角色，推测TG2可能是未来治疗上皮性卵巢癌的分子潜在靶点。

1 TG2的结构、表达及活性调控

编码TG2的基因位于人类20号染色体q11-12上，全长约32.5 kb[2]。TG2是高度保守的单体蛋白质，分子量在74-80 kD，由四个重要部分组成：N-末端β三明治结构域、催化三联体(Cys277，His335，Asp358)结构α/β催化核心域及两个C末端筒状域[7]。TG2是一种应激蛋白，基因表达受到炎症、肿瘤等病理生理因素的影响。TG2表达调控物有视磺酸(retinoic acid，RA)、IL-6、TGF-β1、Vitamin D、TNF-α等[8]。研究较为明确的是RA，RA可通过与视磺酸核受体(RAR)及视磺酸X核受体结合形成RAR/RAR同源二聚体或RAR/RXR异源二聚体，进而与启动区的特定位点结合，在mRNA和蛋白质水平上调控TG2表达[9]。IL-6、TGF-β1、TNF-α上调TG2的表达可能与激活NF-κB途径有关[10-12]。

TG2的激活是参与多种生物学功能的基础，其活性受到Ca2+、GTP、Mg2+-核苷复合物、NO等多种因素影响[13]。GTP和Ca2+是TG2的主要活性调节物，通过改变TG2构象，调节TG2酶活性，从而影响蛋白质交联活性。正常生理情况下，细胞内Ca2+水平较低，GTP水平较高，GTP结合TG2形成紧凑结构，隐藏TG2蛋白酶催化核心区域，不参与蛋白质交联。此时，TG2作为细胞支架蛋白，维持细胞稳定及信号分子的传递。胞内TG2可水解GTP和ATP。Mg2+为TG2水解ATP/GTP的辅因子，Mg2+-GTP结合TG2，保留ATPase活性，无蛋白质交联活性。Mg2+-ATP结合TG2抑制GTPase活性，但不影响蛋白质交联活性[13，14]。NO主要是通过催化核心区半胱氨酸S-亚硝基化，使TG2失去蛋白酶活性[15]。Ai等[16]在乳腺癌中发现，TG2启动子中CpG(胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤)甲基化，降低TG2表达，推测TG2表达可能与启动子CpG甲基化有关。

2 TG2细胞分布及其生物学作用

TG2主要存在于细胞浆，少量位于细胞核、线粒体、细胞膜及膜表面[13]。研究[17]发现TG2的细胞定位、构象改变及酶活性共同决定了其在炎症、神经退化、肿瘤生长和转移侵袭中的作用。如前所述，细胞内的TG2结合GTP/GDP以无酶活性形式存在，影响细胞稳定性。细胞外TG2结构中C370和C371位点、C370与C230位点结合形成二硫键，Ca2+水平虽高，但其仍保持紧凑结构，而无蛋白酶活性[14]。当细胞受损，炎性因子及氧化还原反应产物可破坏二硫键，暴露酶活性结构域，催化ECM中蛋白质交联，可促进某些肿瘤的侵袭和转移[18]。膜表面TG2能与纤连蛋白及整合蛋白家族中β1、β3、β5相互作用形成三元体复合物，在肿瘤细胞粘附、转移和耐药中发挥重要作用，但其分泌机制尚不清楚[19]。细胞核TG2通过与E2F1、SP1、组蛋白相互作用，影响细胞分化及凋亡[13]。研究显示[20]TG2二硫化物异构酶活性与线粒体某些功能有关，具体机制尚在探究。

3 TG2与上皮性卵巢癌的关系

3.1 TG2促进上皮性卵巢癌细胞转移和侵袭 Satpathy等[4]利用上皮性卵巢癌体外移植物模型发现，卵巢癌上皮及间质细胞中TG2表达明显上调。且对癌性腹水和炎性腹水检测发现，TG2在癌性腹水中表达明显上调，推测TG2可能与上皮性卵巢癌腹腔转移有关。敲除移植物模型的TG2发现β1-整合蛋白在细胞表面的分布明显下降，降低癌细胞的粘附作用，抑制癌细胞转移侵袭。研究[21]发现敲除TG2后，癌性腹水中MMP-2也减少，其主要机制是TG2通过诱导PP2A-α的降解，激活环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,CREB)，使MMP-2启动子中CREB结合位点磷酸化，调控基因表达，促进癌细胞转移。加入TG2抑制剂KCC009后发现CREB转录活性减少10倍左右，表明TG2酶活性对于CREB激活十分必要。Yang等[5]发现TG2主要通过两个方面促进卵巢癌腹腔转移，一方面激活非经典的NF-κB通路，诱导CD44表达上调。另一方面增加IκB-α降解，促进NF-κB途径激活，上调转录阻遏物Zeb1表达，下调E-钙粘蛋白表达。两者共同促进癌细胞EMT，增加癌细胞的侵袭和转移。Condello等[6]发现TG2激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，可提高β-连环蛋白转录活性，增强细胞粘附作合并用，促进上皮性卵巢癌细胞转移。Oh等[10]发现TG2下游的IL-6可促进卵巢癌细胞发生血行转移，敲除体外移植物TG2后，卵巢癌血行转移明显降低，推测两者影响的信号通路可能是卵巢癌干细胞和EMT表型的交汇点。

3.2 TG2促进上皮性卵巢癌细胞生长 研究发现[6，22]TG2可激活Wnt/β-连环蛋白信号通路、NF-κB通路及SMADS转录调节，诱导细胞周期蛋白D1(cyclin D1)和c-myc蛋白表达，促进卵巢癌细胞增殖和分化。除此之外，TG2还与MAPK途径有关联，MAPK激活可使其上游KRAS/BRAF结构突变，这种现象见于许多肿瘤，卵巢肿瘤也不例外，尤其是化疗不敏感的低度恶性的卵巢癌选择性抑制MAPK上游调节因子MEK，使卵巢癌中MAPK失活，下调TG2表达，可抑制肿瘤细胞生长[23]。目前关于TG2在卵巢癌MAPK/RAS/RAF信号通路研究尚少，具体机制需进一步探究。

3.3 TG2影响上皮性卵巢癌耐药性及癌干细胞生存 Hwang等[24]采用siRNA干扰TG2在上皮性卵巢癌细胞中表达，能明显增加癌细胞对多西他赛的化疗敏感性。研究[12]发现TG2激活NF-κB及FAK途径，能增加癌细胞对顺铂的耐药性。推测TG2是上皮性卵巢癌预后的不利因素。由于耐药性是导致化疗失败、肿瘤复发及死亡的主要原因。因此靶向TG2逆转卵巢癌患者抗药性有可能是一个十分有效的治疗策略。癌干细胞是维持肿瘤生长和转移的一类细胞，与肿瘤的复发及耐药密切相关。研究[15，25]发现CD44+/CD117+上皮性卵巢癌干细胞生存依赖于TG2的过度表达，是上皮性卵巢癌干细胞的生存因子，对于维持癌干细胞的生长生存、侵袭转移、EMT至关重要。推测TG2可能是癌干细胞存活及抗常规化疗药物的关键媒介。对于日后开发新药，可能具有很好的指导作用。

4 问题与展望

转移是恶性肿瘤最致命性的特征，90%的患者死于肿瘤转移。肿瘤基因和肿瘤转移机制的探索，不仅能为肿瘤转移提供有预见性的意义，而且能发现治疗转移性肿瘤新的靶点。随着TG2在上皮性卵巢癌转移和侵袭方面研究的不断深入，许多TG2抑制剂包括KCC009、ITP-79、T53在体外的试验性研究表明，抑制TG2的功能，能降低上皮性卵巢癌转移和侵袭，增加癌细胞对化疗药物的敏感性。作为小分子抑制剂，它们的毒副作用较小、起效快，但仍未行临床试验。能否与目前卵巢癌治疗的相关药物进行联合，开发新药，仍是一大挑战。TG2在组织中广泛表达，如应用TG2相关抑制剂，是否影响人体正常细胞功能以及其在卵巢癌中更深层次的作用,仍需我们探索。但可以预见的是，TG2在上皮性卵巢癌中具有很好的研究前景，有望成为治疗上皮性卵巢癌的分子靶点。

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