TUSC3基因的研究进展

陈彦玲，罗静静，李冠武

（汕头大学医学院生物化学与分子生物学教研室，肿瘤分子生物学开放实验室，广东 汕头 515041）

TUSC3基因的研究进展

陈彦玲，罗静静，李冠武

（汕头大学医学院生物化学与分子生物学教研室，肿瘤分子生物学开放实验室，广东 汕头 515041）

TUSC3基因是一种抑癌基因，位于染色体8p22，其沉默还会导致精神发育异常，而新近的研究发现它在大肠癌中表达上调，表明其可能具有促癌作用.本文对近年来国内外学者在TUSC3基因的功能多样性，作用机制及其应用前景等方面的研究新进展进行综述，为揭示TUSC3基因的作用定基础.

TUSC3；肿瘤抑制基因；N-糖基化

0 引言

TUSC3基因位于染色体8p22，英文全称为tumor suppressor candidate gene 3，广泛表达于人体组织如脑、心脏、肺、肝脏等.由于其在结肠癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌和直肠癌等肿瘤细胞中表达水平下降，一直被认为是一种抑癌基因.TUSC3基因的序列与酵母蛋白OST3的编码序列高度同源，OST3蛋白是酵母寡糖基转移酶（oligosaccharyl transferase OST）的亚基之一，因此也认为TUSC3基因编码的蛋白质是OST复合物的一个亚基.哺乳动物中OST蛋白编码序列高度保守，由多个不同的多肽链组成，是一种膜内在蛋白，催化内质网N-糖基化的过程.N-糖基化是细胞中一种重要的翻译后修饰机制，对于蛋白质的折叠、调节和稳定具有重要作用.糖基化不足可引起内质网应激导致基因组损伤突变而致癌[1].另有研究发现TUSC3基因与睾丸中精子的产生相关，同时对镁离子转运及细胞内氧化还原反应具有重要作用，能有效地缓解内质网应激[2].在前列腺癌和卵巢癌中TUSC3基因的沉默可促进肿瘤细胞的生长、转移及侵袭性.同时癌细胞低表达TUSC3基因可能意味着预后较差及较大的转移浸润几率.然而在甲状腺乳头状癌和大肠癌中TUSC-3基因的表达却是上调的[3]，故其在癌症的发生发展中所扮演的角色仍有待研究.

1 TUSC3 基因的功能

1.1 抑癌功能

TUSC3相关的致癌作用可能依赖于确定的遗传背景和生物环境，例如：在乳腺癌、结直肠癌、多形性恶性胶质瘤、胰腺癌等多种肿瘤中出现TUSC3基因缺失.而不同组织中TUSC3基因缺失的机制不同.例如，在前列腺癌中是由于TUSC3基因纯合或杂合缺失；而在卵巢癌中是由于TUSC3基因启动子区的甲基化[2].在细胞癌变过程中基因启动子区CpG岛甲基化增高是许多抑癌基因失活和表达降低的机制之一.卵巢癌的发生原因之一可能是由于其细胞中TUSC3基因启动子区高度甲基化，使得TUSC3基因表达降低引起.此外，研究发现TUSC3甲基化与年龄有关，推测其与DNA局部易感因素、基因表达水平和环境暴露的相互作用有关，因此随着年龄增长，TUSC3基因甲基化增加可能是肿瘤形成的重要因素[7].在胰腺癌组织中TUSC3基因表达下调也可能与其增强NF-κB活性有关.甚至在不同的细胞系或同种肿瘤组织取材部位的不同，其低表达的机制也不同[2].

研究表明，蛋白质糖基化的改变可能与致癌性如侵袭性、转移性等有关.TUSC3基因编码蛋白通过减缓糖蛋白折叠来提高糖基化效率.细胞表面生长因子受体，免疫反应的调控因子以及细胞外基质受体等均为肿瘤细胞N-糖基化的靶蛋白[5]，而TUSC3基因缺失或其启动子高甲基化均导致其编码蛋白数量减少，使肿瘤细胞其内质网N-糖基化过程受到影响，一方面使N-糖基化靶蛋白无法正常合成，影响细胞的信号转导等方面的功能；另一方面，未折叠的蛋白质无法释放，堆积于内质网中，将引起内质网应激及使机体产生一系列级联反应.内质网应激是指由于某种原因导致细胞内质网（ER，endoplasmic reticulum）生理功能发生紊乱、钙稳态失衡、错误折叠或未折叠的蛋白质在ER腔内聚集的一种亚细胞器的病理状态，它能使错误的蛋白质恢复正确构象并能够进一步加工，是细胞自我保护的机制.但是，如果ER应激状态持续存在，ER功能就会受到严重损伤，并诱导细胞凋亡.在内质网应激状态下，TUSC3基因的缺失可通过影响BIP和CHOP介导的细胞自噬或凋亡途径来改变ER应激反应的后续信号通路，进而影响肿瘤的发生发展[8-10].

新近研究发现TUSC3基因高表达则可抑制神经胶质瘤细胞的增殖及侵袭，然而当Akt信号通路受阻时，高度表达的TUSC3基因也不能抑制胶质瘤细胞增殖和侵袭，可见TUSC3基因通过Akt信号通路来调节神经胶质瘤细胞的致癌性.Akt信号通路在细胞凋亡的调控中起着重要的作用.细胞凋亡异常导致肿瘤细胞的大量增殖和突变基因的积累.Akt信号通路也可通过影响细胞生长和间充质转化来促进癌症发展.有关TUSC3基因如何调节Akt信号通路的具体机制仍不清楚，推测其可能与蛋白质N-糖基化相关[4-5].

此外，TUSC3基因的沉默会使E-钙黏蛋白（E-cadherin）和ZO-1的表达降低，促进上皮细胞间质化，促进肿瘤转移，使肿瘤的侵袭性增强[9].

1.2 促癌功能

以往研究一直认为TUSC3基因是一种抑癌基因，然而在大肠癌细胞中却发现TUSC3基因的表达上调.当TUSC3基因在大肠癌中的表达上调时，大肠癌细胞增殖、转移及侵袭能力均上升.而当TUSC3基因表达下调时，大肠癌细胞的增殖，转移，侵袭能力也相应下降[11].

TUSC3基因的促癌机制可能与其激活MAPK，PI3K/AK以及Wnt/β-catenin蛋白信号转导通路有关.研究发现TUSC3基因与β蛋白共存，β-catenin蛋白是Wnt信号通路的核心组件.TUSC3基因通过直接与β蛋白相互作用来调节Wnt/β-catenin信号通路. Wnt信号通路在调节不同组织生长、凋亡和分化过程中起着重要的作用.经典Wnt信号增强，增加了大肠癌细胞调控因子Snail的水平，调节上皮细胞间质化（EMT）过程及抑制E-钙黏蛋白（E-cadherin）的表达，从而促进肿瘤局部浸润.

下调TUSC3基因造成Akt和ERK1/2磷酸化水平显著降低.相反，TUSC3基因过度表达导致在结肠癌细胞中Akt和ERK1/2持续磷酸化.同时发现TUSC3基因表达上调也使波形蛋白的表达增加，改变间叶细胞的表型，进而使上皮细胞间质化（EMT）导致基底膜的缺失.上皮-间充质转变可以改变上皮癌细胞的粘附性，使他们可以从原发肿瘤迁移和入侵周围组织，这有助于肿瘤转移.在大肠癌中，这常常意味着不良预后.而MAPK/ERK的激活和PI3K/Akt通路则是EMT所必须的，关于MAPK信号通路可促进结直肠癌细胞的黏附、侵袭和转移已有相关实验证实[11].

解析：铝离子含有2个电子层,铝原子含有3个电子层,则微粒的半径大小为r(Al3+)＜r(Al),故A项正确。由于铝的还原性小于镁,无法通过铝热反应提取镁,工业上通常采用电解熔融氯化镁的方法获得镁,故B项错误。在铝热反应中,化学能除了转化成光能,还转化为热能等能量,故C项错误。铝热反应中,被置换出的金属的还原性必须小于Al的,如铁的还原性小于铝的还原性,故D项错误。本题答案应为A。

在TUSC3基因过表达的细胞中可观察到肿瘤细胞增殖和迁移能力提高以及上皮-间充质转化，因此推测TUSC3基因通过激活Wnt/β-catenin和MAPK、PI3K/Akt信号通路促进结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭性.

1.3 TUSC3基因在精神发育方面的功能[1，12-14]

精神发育迟滞（mental retardation，MR）是指在人的生长发育阶段，以精神、智力发育障碍和社会适应行为缺陷为主要特征的一组疾病.研究发现TUSC3基因沉默与MR相关，其第六外显子突变可能与患MR的风险增高有关[12].

此外，TUSC3基因与内质网N-糖基化过程相关蛋白质糖基化异常可引起先天性糖基化病（CGDS），即多聚糖合成及结合到蛋白质或脂质等复合体的过程发生障碍，患者表现为精神发育迟缓，共济失调，凝血和畸形等.故可认为TUSC3基因沉默通过影响蛋白质N-糖基化的过程进而导致MR的发生.

此外，研究发现神经细胞中蛋白质磷酸酶1有如下作用：参与细胞信号传导；对突触结构的可塑性进行调控；与学习和记忆有关.而TUSC3基因可在大脑中与蛋白质磷酸酶1的催化亚基相互作用而调节其活性，当TUSC3基因沉默后，蛋白质磷酸酶1无法在在细胞信号传导中发挥作用，导致神经元无法正常分化，进而影响神经系统的发育，最终导致患者的认知能力障碍.

细胞内镁离子水平的提高可增强工作，学习能力，提高记忆力，即有利于建立短期和长期的记忆.研究发现其机制可能与细胞内NMDA-型谷氨酸受体的功能有关，此受体与记忆处理有关.而镁离子可促进此受体的功能，而敲除TUSC3基因可使哺乳动物细胞中镁离子浓度显著降低，并且缺乏镁离子的小鼠会表现出恐惧和情感记忆方面的障碍；增加镁的摄入量则可改善此问题.因此推测TUSC3导致MR发生与镁离子转运系统有关，TUSC3基因的沉默可能导致机体镁离子运输系统紊乱进而导致患者记忆力低下.

1.4 促进精子的发生[15]

TUSC3基因参与精子在睾丸的发生，导致精子分化成熟，并可促进前列腺的发育.

通过分析比较2周龄的幼鼠和7周龄大白鼠间基因芯片数据，以及反转录聚合酶链反应和RNA印迹法表明，TUSC3基因在正常成熟的睾丸、前列腺、大脑和卵巢的表达是上升的.原位杂交和免疫组化也显示睾丸精母细胞和睾丸间质细胞以及前列腺上皮细胞等间质细胞TUSC3基因转录的mRNA和表达的蛋白质的数量上升.这些事实表明TUSC3基因参与了精细胞分化、成熟及前列腺的发育.

细胞内镁离子在细胞生化反应和形态学的改变上起着重要作用，在大鼠睾丸细胞中发现大鼠的雄激素酶活性收到镁离子浓度变化的调节，并且发现细胞内镁离子浓度上升能够显著提高雄激素的酶活性和血清睾酮浓度，而TUSC3基因表达得到的蛋白质能影响细胞膜镁离子转运系统，使镁离子于胞内浓集，使雄激素的酶活性增强和血清睾酮的浓度提高，进而促进精子的发生，因此，TUSC3是通过调节镁离子转运系统来调节精子的发生，以及促进前列腺的发育.

2 研究意义

研究发现TUSC3基因表达水平在不同的肺癌病理类型中（包括小细胞肺癌、腺癌和鳞癌）与淋巴结转移状态呈负相关关系[3].同时在胰腺癌，卵巢癌等癌细胞中，亦发现TUSC3低表达预示着癌症的不良预后[2].在腺癌和鳞癌中，对于患者不同病理分级的分层研究表明，病理分级越高的患者TUSC3基因的表达越低.组织病理分级越高则恶性度越高，说明TUSC3基因与肿瘤的预后有一定关系，且与疾病的恶性程度密切相关.因此，临床上可测定TUSC3基因的表达状况作为判断预后的指标.

此外，TUSC3基因的沉默促进癌症的发生多与细胞内各种信号通路相关，对TUSC3基因与这些信号通路进行更详尽的研究可提高癌症的诊断方法和进行靶向治疗，提高现有化疗药物的疗效.

3 研究前景及展望

综上所述，TUSC3基因功能主要与N-糖基化、镁离子转运以及MAPK通路和WNT通路激活有关.尤其是TUSC3基因作为细胞内质网N-糖基化相关蛋白的编码基因，与肿瘤的发生发展，及精神发育情况具有密切关系.虽然人们对TUSC3基因在精神发育迟滞、促进肿瘤发生发展方面的作用机制，以及癌症预后等方面有了一定的了解；但关于TUSC3基因的更多功能及其调控肿瘤的发生机制等尚未完全阐明.由于细胞在ER应急状态下，可诱导细胞自噬，而细胞自噬是细胞内重要的清除未正确折叠蛋白质的途径，我们推测TUSC3的部分功能与细胞自噬有关.TUSC3通过ER应激参与细胞自噬的功能和机制的研究，可能是未来TUSC3研究的热点问题.

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Advances of TUSC3 Gene

CHEN Yanling,LUO Jingjing,LI Guanwu
（DepartmentofBiochemistryandMolecularBiology,MedicalCollege,ShantouUniversity,Shantou515041,Guangdong,China）

TUSC3 gene was identified as a potential tumor suppressor gene on the chromosomal band 8p22.Silence of TUSC3 has been found in families with non-syndromic autosomal recessive mental retardation.However,the newly published research revealed that upregulation of TUSC3 was involved in the proliferation of human colon cancers.Here we reviewthe progress of TUSC3 gene researches including its functions,mechanisms and application in cancer.

TUSC3 gene;tumor-suppressor gene;N-glycosylation

R349.52

A

2016-06-24

陈彦玲（1995—），女，本科生，E-mail：14ylchen3@stu.edu.cn

李冠武（1970—），教授，硕士生导师.E-mail：gwli@stu.edu.cn

国家自然科学基金项目（81172089）

1001-4217（2017）02-0047-06