SEPT9基因在肿瘤中的研究进展

张苗苗，余 辉，陈 庆，代艳梅，陈 洪 综述，李世宝，马 萍，李朋朋△ 审校

(1.徐州医科大学医学技术学院;2.徐州医科大学附属医院检验科,江苏徐州 221000)

1971年，HARTWELL等[1]首次报道了SEPT基因家族。迄今为止，这个基因家族发现了Septin 1至Septin 14共14个家族成员，广泛分布于除植物外所有真核生物中，且与细胞分裂有关[2]。SEPT基因家族的大多数成员有着相同的组成结构：可变的N端结构域与C端结构域以及高度保守的p-loop状三磷酸鸟苷(GTP)酶结构域。最新的研究表明，SEPT基因家族的某些成员与肿瘤的发生发展密切相关，其在肿瘤中的作用逐渐成为研究热点。SEPT9作为该家族中的一员，因其特殊的结构和在肿瘤中的异常表达引起科学家的关注。本文主要就SEPT9基因的结构特点、SEPT9蛋白作用机制及其在肿瘤中发生发展中的作用作简要概述。

1 SEPT9基因的结构特点

SEPT9基因位于人类染色体17q25.3，含有17个外显子，长约240×103bp，编码15种多肽。转录本1存在于除胸腺及脑组织之外的全部组织中，转录本2、3和4在胎儿组织中表达水平较低[3]。SEPT9有多个亚型且彼此之间存在一定的核苷酸序列相似性和一定的氨基酸一致性。SEPT9-v1、SEPT9-v2和SEPT9-v3三种亚型的区别在于其N端氨基酸个数分别相差25、18、7；SEPT9-v5和SEPT9-v4的N端是SEPT9-v1、2和3 N端的截短形式且SEPT9-v5的N端形式更为截短[4]。SEPT9基因转录产物有多个变异剪接和翻译起始位点[5]，SEPT9基因3′端和5′端分别可产生3种、6种不同的mRNA变异剪接体。因此，SEPT9基因共有18种变异剪接体。

该基因的18种变异剪接体之间有一个共同特点--在大多数情况下编码的蛋白质相同，相对分子质量在30×103～65×103之间[6]。SEPT9基因在结构有另一特点--有较长的脯氨酸区域的N端和无卷曲结构域的C端。SEPT9有将其他蛋白募集至细胞质的定位功能[7]，该功能是通过SEPT9中央区域鸟核苷酸序列与诸多细胞骨架成分之间相互作用和不断互相衔接而实现。SEPT9 GTP结构域若发生突变，会引起细胞形态改变而失去正常细胞的极性；若过度表达将影响其复合物形成，致使细胞基因组不稳定而向肿瘤细胞转化[8]。此外，SEPT9表达的八聚体蛋白质在细胞分裂终末阶段也发挥重要作用[9]。

2 SEPT9蛋白的作用机制

2.1Rho信号通路 Rho蛋白是具有GTP酶活性的小分子蛋白，它可以调控下游效应分子的表达，从而影响细胞骨架的形成、介导细胞与细胞或基质间的黏附，进而作用于肿瘤细胞的转移及侵袭[10]。Rhotekin蛋白是Rho的作用分子，可以阻碍SEPT9基因纤维结构的形成，从而影响细胞分裂等正常生理活动[11]。YEH等[12]研究结果显示低硬度水凝胶上的内皮细胞的SEPT9表达水平较高，抑制RhoA通路，证明SEPT9是一种RhoA抑制剂。另外，当SEPT9-siRNA转染的内皮细胞接种在低硬度水凝胶上时，内皮细胞增殖明显，首次确立了SEPT9作为响应底物刚性的调节剂发挥新作用。抑制SEPT9表达可导致低硬度水凝胶上内皮细胞中RhoA上游效应物Src/Vav2磷酸化的增加，同时还发现SEPT9可以通过与p114GEF相关联或通过抑制Src /Vav2途径来减慢细胞周期进展，从而抑制LSG上的RhoA活性。此研究证明LSG通过对整联蛋白的失活导致SEPT9表达增加，从而减弱Src/Vav2/RhoA通路活化来抑制内皮细胞增殖。

2.2c-Jun氨基末端激酶(JNK)信号通路 c-Jun氨基末端激酶作为丝裂原活化蛋白激酶的信号转导蛋白，可以被细胞内激活物和细胞外的多种理化刺激因素激活；c-Jun氨基末端激酶信号通路不仅促进凋亡分子的释放而诱发细胞凋亡，与细胞形态变化、细胞周期调控以及肿瘤发生进展等密切相关，还与多种人类疾病的发生、发展有关。以上过程中该信号通路受多种因素的精确调节(如磷酸化调节等)[13]。GONZALEZ等[14]研究发现，Septin蛋白可以激活c-Jun氨基末端激酶信号通路，从而参与细胞增殖。SEPT9-v1阻止JNK降解，使JNK1、2激酶稳定表达，显著增加JNK/C-Jun的转录活性，提高cyclinc D1蛋白的表达水平，抑制细胞凋亡，促进细胞增殖。SEPT9-v3也可以与JNK1、2相互作用，类似于SEPT9-v1，但JNK转录活性增加不如SEPT9-v1。

2.3缺氧诱导因子(HIF-1)信号通路 HIF-1作用于肿瘤细胞的低氧反应通路[15]，可以改变肿瘤在低氧微环境下的生长和转移，并增加肿瘤细胞的侵袭转移性。RANKIN等[16]发现，HIF-1由HIF-1α亚基和HIF-1β亚基组成，是低氧环境下的转录因子。低氧环境下HIF-1α亚基与HIF-1β亚基形成异二聚体，然后结合到靶基因DNA启动子序列的低氧反应元件上，激活促红细胞生成素、血管内皮生长因子等转录基因，介导氧运输、生长因子信号通路、葡萄糖摄取和糖酵解等，使肿瘤细胞继续生存和增殖[17]。有关研究证实SEPT9-v1是结合并稳定HIF-1α的关键因子，它可以增加HIF-1的转录，活化SEPT9_v1-HIF-1，从而生成血管和促进肿瘤的生长[18]。AMIR等[19]发现，HIF-1α蛋白与SEPT9蛋白同源物MSF-A之间相互影响。细胞中高表达的SEPT9蛋白可抑制HIF-1α的泛素化和降解，增加血管内皮生长因子和HIF-1α的表达，从而促进生成新的肿瘤血管[11]。另外，SEPT9蛋白还会使HIF-1下游基因的表达上调，形成新生肿瘤血管，但是新生血管存在缺陷，从而使缺氧形成恶性循环。

2.4细胞分裂受损而产生多倍性或非整倍性 SEPT9蛋白在细胞分裂间期聚合形成的纤维丝在有丝分裂前期呈现胞质弥散型，有丝分裂后期在卵裂沟处聚集[6]。若分裂活跃细胞的SEPT9基因表达下调或缺失，细胞分裂受损而无法完成分裂，纺锤体不能很好地接触，使细胞出现多倍性和非整倍性[13]。PETERSON等[20-21]证实，SEPT9高表达促进了遗传不稳定性，会引起有丝分裂纺锤体缺陷，阻碍胞质分裂，从而引起染色体分离紊乱。

2.5SEPT9基因表达及其表观遗传学调控 通过对肿瘤学和表观遗传学的深入研究发现，在肿瘤发生进展中抑癌基因可通过启动子甲基化表达沉默促进肿瘤进展[22]。SEPT9是抑癌基因家族成员之一[23]，在多种肿瘤中发生DNA 甲基化。DNA甲基化是真核生物中研究最为深入的表观遗传学标志，会影响基因的表达,主要包括全基因组的低甲基化以及某些修复基因和抑癌基因的高甲基化[24-25]。在脊椎动物中，约有半数基因的启动子上有CpG岛，该区域常发生异常高甲基化[26],SEPT9基因异常甲基化会引起自身基因表达异常，降低基因的转录活性，导致生理功能异常，最终诱导癌症的发生。例如，AHMED等[27]发现转录本SEPT-v2启动子gammal区域的异常高甲基化与结直肠癌的发生密切相关；ANDREAS等[28]对头颈部鳞癌患者的肿瘤组织和血浆样本研究发现，头颈部鳞癌组织和血浆中SEPT9基因启动子区甲基化水平显著高于癌旁组织与健康体检者的血浆。上述研究表明SEPT9基因启动子甲基化在肿瘤进展中发挥重要作用。

3 SEPT9与肿瘤的关系

3.1SEPT9与结直肠癌 结直肠癌的发生与发展经历多阶段演变，有多种基因参与，并受多种因素影响。目前“腺瘤→癌变”学说[27]是较为公认的机制，包括染色体不稳定(CIN)、微卫星不稳定(MSI)和CpG岛甲基化(CIMP)等，这三种机制可以单独致病，也可以综合作用。在腺瘤进展为癌的过程中，甲基化基因的mRNA和蛋白表达水平逐渐降低，而在去甲基化治疗之后，两者的表达水平升高，该结果说明结直肠癌变可能与基因甲基化有关[29]。人类约有一半的基因启动子位于CpG岛中，其胞嘧啶主要通过DNA甲基转移酶进行甲基化，因此CpG岛也是发生甲基化异常的关键部位[30]。癌基因或抑癌基因的高甲基化或低甲基化都会导致相应基因的异常表达，从而不能发挥正常的生理功能，进而导致结直肠癌的发生。在结直肠癌细胞中，SEPT9基因v2转录的启动子区域特定位点胞嘧啶会发生异常甲基化，但健康结直肠细胞却不发生，从而为结直肠癌筛查提供了一种理想的甲基化分子标志物[31]。检测结直肠癌患者外周血中异常甲基化的SEPT9基因的DNA的方法具有较高的敏感性和特异性，该方法检出率与患者性别、年龄和肿瘤部位无关[31-35]。 2005年，CHEN等[36]检测结直肠癌患者粪便中SEPT9基因的甲基化，发现其有较高的阳性率，并且晚期患者的阳性率明显升高。2008年，LOFTON等[37]发现在结直肠癌组织和外周血中SEPT9-v2启动子区甲基化水平较高，检测的敏感性和特异性分别为69%和86%。GRUTZMANN等[38]通过双盲法病例对照研究测得结直肠癌患者血浆中甲基化的SEPT9基因阳性率(48%，120/252)明显高于对照组(7%，7/102)。该研究中，研究对象包括其他恶性肿瘤患者和非恶性疾病患者，更能体现SEPT9与结直肠癌之间的关系。研究测得3组(结直肠癌组、其他恶性肿瘤组和非恶性疾病组)甲基化SEPT9基因的阳性率分别为58%(73/126)、11.46%(11/96)和13.02%(41/315)。该结果说明相比于患其他疾病患者和正常人群，结直肠癌患者SEPT9基因的甲基化水平明显升高。DEVOS等[32]检测结直肠癌患者血浆甲基化的SEPT9基因的敏感性为89%～93%，特异性为68%～72%。XUE等[39]进行meta分析检测早期CRC患者外周血和粪便中SEPT9基因，发现其甲基化水平均增高。因此，SEPT9的DNA甲基化是早期诊断结直肠癌的有价值的标志物。

3.2SEPT9与乳腺癌 SEPT9基因在乳腺癌中可能发挥癌基因功能。研究显示，SEPT9在人乳腺癌组织和乳腺肿瘤细胞系中呈高表达，可下调细胞凋亡相关蛋白Thsp1和Bax表达，且这种效应可被SEPT9沉默逆转[40]，提示SEPT9可能通过调节肿瘤细胞凋亡来影响乳腺癌进展。在乳腺癌的组织和人乳腺癌细胞株MCF-7、MCF10A中，SEPT9的mRNA和蛋白的表达水平较高；SEPT9过表达会使细胞增殖速度、癌组织的侵袭性和染色体异倍体数目增多[41]。但在不同瘤种中SEPT9不同isoforms的表达不同，如乳腺癌细胞中的SEPT9-v1限制c-Jun氨基末端激酶的降解并增加该酶的转录活性，导致与细胞癌变密切相关的人类细胞周期蛋白D1的表达增加。SEPT9-v1过度表达会使乳腺上皮细胞表型向间质细胞转变，进而促进乳腺癌的发展。CONNOLLY等[42]发现在高分级乳腺癌中，SEPT9-v1,3,6,7亚型表达最高，SEPT9-v2,5次之，SEPT9-v4几乎检测不到。上述证据提示SEPT9不同isoforms在乳腺癌进展中作用迥异。

3.3SEPT9与卵巢癌 研究表明，卵巢癌与SEPT9异常表达密切相关。例如，SCOTT等[43]分析良性、恶性和交界性的浆液性和黏液性卵巢肿瘤组织的差异基因时发现，SEPT9-v1和SEPT9-v4mRNA在卵巢交界性肿瘤组织中特异性高表达，而在良性和恶性卵巢肿瘤组织中SEPT9基因的表达未发生改变。另外，SEPT9-v1转录产物高表达的同时，SEPT9-v4的转录产物也高表达，且两者的比率对肿瘤表型为恶性还是交界性有一定的影响。该结果说明SEPT9基因中SEPT9-v1和SEPT9-v4的mRNA表达的改变会影响卵巢交界性肿瘤的发生。吕讷男等[44]发现，交界性和恶性卵巢肿瘤组织SEPT9蛋白的阳性率比良性卵巢肿瘤组织的阳性率高，且恶性肿瘤组织高于交界性，提示在卵巢癌的进展中SEPT9蛋白可能发挥作用。还有研究发现SEPT9蛋白在卵巢癌患者外周血中表达显著高于盆腔良性疾病患者和健康体检者[45]，且与肿瘤转移正相关，提示SEPT9蛋白具有卵巢癌的肿瘤标志物的潜能。

3.4SEPT9与白血病 研究发现，基因融合在白血病患者中很常见，其中在混合型白血病(MLL)中基因重排最为常见[46]。SEPT9与MLL基因的N端碱基序列发生框内融合产生嵌合蛋白[47-48]。SEPT家族基因中SEPT 2,5,6,11也可以与MLL基因发生融合[47-50]。SEPT9和MLL基因发生融合所引起的疾病包括骨髓增生异常综合征和急性淋巴细胞白血病等，但相关机制还未明确。KUROSU等[51]在一例急性单核细胞白血病患者中发现，其发生t (11;17)(q23;q25)并发生SEPT9与MLL的基因融合。SANTOS等[52]发现，在急性髓系白血病患者中，SEPT9 5′端外显子2和3与MLL 3′端外显子8发生融合。KREUZIGER等[53]发现一例骨髓增生异常综合征患者中SEPT9基因与MLL基因发生融合。除此以外，还发现白血病患者中也存在17q25缺失和AML1基因扩增[54-56]。曾亮等[57]研究发现在大B细胞淋巴瘤组织中，SEPT9蛋白水平越低，其化疗敏感性越高，提示检测淋巴瘤化疗敏感性时，SEPT9蛋白可能作为候选标志物。

3.5SEPT9与头颈部鳞癌(HNSCC) DNA甲基化会使染色质压缩进而抑制基因转录或使基因表达下调，识别甲基化标志物能早期检测HNSCC。BENNETT等[58]检测出HNSCC的5个高度甲基化基因，SEPT9是其中之一，说明SEPT9与HNSCC发生密切相关。随后，SCHRCK等[59]的研究表明，血浆甲基化的SEPT9是HNSCC的一种有价值的早期诊断指标。在HNSCC中，HIF与TGF-β信号途径相互协同从而影响HNSCC的进展和预后。SEPT9可以阻碍HIF-1α的泛素化和降解，反馈激活TGF-β信号途径，但表观遗传学改变会破坏反馈激活机制，从而使HNSCC增殖失控和凋亡抑制。矛盾的是，STANBERY等[60]却发现，与正常组织相比，SEPT9-v1在HNSCC组织中表达升高，且与HNSCC的分期正相关，提示SEPT9在HNSCC进展中可能发挥促癌作用。以上研究表明，在头颈部鳞癌进展中SEPT9基因到底发挥何种作用还需进一步研究。

3.6SEPT9与肺癌 肺癌高危人群的筛查常用策略为CT检查，但其严重依赖于检查者的经验,且患者依从性差，不适合作为早期筛查手段。研究发现肺癌患者SEPT9蛋白表达减少[61]，且SEPT9基因启动区存在甲基化，提示SEPT9基因启动区甲基化有诊断肺癌的潜能。随后，POWROZEK等[62]对100例健康人群和70例肺癌患者进行研究发现，肺癌组(44.3%，31/70例)患者外周血SEPT9基因甲基化阳性率显著高于健康体检者(4%，4/100例)，提示外周血SEPT9基因甲基化水平的检测可能有助于肺癌的早期诊断。

3.7SEPT9与其他肿瘤 研究证实，SEPT9还与诸多肿瘤有关。有关前列腺癌的研究表明，SEPT9基因在前列腺癌组织中高表达，SEPT9-v1a的转录活性相对正常组织增加；SEPT9-v1表达沉默会抑制肿瘤的生长，HIF-1α与该过程关系密切[63]，提示SEPT9基因家族在前列腺癌的发生进展中发挥重要作用。另外，有关胃癌的小样本研究发现，SEPT9基因在胃癌组织中也存在甲基化，提示SEPT9基因甲基化也是一种胃癌的生物标志物[64-65]。此外，还有研究发现肾细胞癌、子宫内膜癌、胰腺癌等肿瘤中高表达SEPT9。

4 结 论

SEPT9基因与多种肿瘤发生进展密切相关，在不同肿瘤中SEPT9基因的表达和作用不尽相同。在结直肠癌中SEPT9甲基化阳性率较高，mRNA和蛋白表达水平降低，可通过检测SEPT9基因甲基化程度进行结直肠癌的早期筛查和辅助诊断；在乳腺癌中SEPT9高表达，mRNA和蛋白表达水平升高；在卵巢肿瘤中SEPT9-v1和SEPT9-v4高表达，并通过两者比率对肿瘤进行表型分型。常规检测肿瘤的方法有X线检查、病理活检、细胞穿刺等，前者存在辐射，后两个为有创检查。相比于常规方法，用SEPT9甲基化进行肿瘤筛查和早期诊断可以做到早期发现、早期治疗，且无创、容易普及、可以定量和动态监测；但当其含量较少时检测不到会造成漏检。目前SEPT9尚未进行大规模实验，无法确定各期肿瘤中其浓度大小，尚无法进行肿瘤分期。综上所诉，仍需进一步探究SEPT9基因与疾病的联系及其在疾病中的作用机制和临床价值，随着研究的进展，有望拥有一个新的、有效的治疗靶点和筛查肿瘤的早期标志物，在肿瘤的发生发展和早期诊断、筛查中发挥巨大的作用。