线粒体融合蛋白2在妇科肿瘤中的研究进展

黎金婷，张颐

(中国医科大学附属第一医院妇科，沈阳110001)

在妇科学领域，卵巢癌、宫颈癌和子宫内膜癌是3种常见的女性生殖系统恶性肿瘤，严重危害女性的生命健康，近年来其患病人数在世界范围内不断增加，且有年轻化的趋势。但各种妇科肿瘤发生、发展的分子机制仍不明确，具有研究价值。线粒体是细胞内重要的细胞器，除作为能量工厂为细胞提供能量外，线粒体在细胞代谢、凋亡、氧化还原稳态和钙信号等方面也具有不可忽视的调节作用。线粒体蛋白与肿瘤发生、发展的关系是近年的研究热点。线粒体融合蛋白2(mitofusin 2，MFN2)是一种在生物学中具有高度相似分子序列的跨线粒体膜鸟苷三磷酸酶，在线粒体外膜或内质网均存在。MFN2基因最初是由研究者通过差异显示筛选技术，在自发性高血压大鼠血管平滑肌细胞中发现[1]。由于MFN2基因在线粒体融合中的重要作用，所以将其命名为MFN2基因。MFN2不仅参与介导线粒体的融合，还通过调控细胞的增殖、凋亡和自噬等一系列过程影响肿瘤的发生、发展。MFN2与肝癌、胃癌、结肠癌、膀胱癌、肾癌、宫颈癌等多种肿瘤的发生关系密切。MFN2基因的异常表达和缺失可能是肿瘤产生和进展的关键因素，其有望成为肿瘤的潜在治疗靶点。现就MFN2与妇科肿瘤关系的研究进展予以综述。

1 MFN2概述

人类MFN2的组成成分包括757个氨基酸残基；其N端有一个p21ras共有模体(aa 77-92)和一个鸟苷三磷酸酶结构域(aa 98-117)，鸟苷三磷酸酶结构域能介导线粒体的融合；C端含有MFN2疏水的跨膜区(aa 599-644)，该跨膜区帮助MFN2定位于线粒体且两次跨过线粒体外膜；在跨膜区的上游和下游分别有一段卷曲的螺旋式7肽重复序列(HR1/2)，HR1/2与线粒体膜的融合、MFN2在线粒体膜上的定位以及线粒体的核周聚集均密切相关；此外，氨基酸链上还含有磷酸化位点丝氨酸/苏氨酸残基(蛋白激酶A/蛋白激酶G)[1-2]。

MFN2的表达受多种因子的调控，血小板生长因子、内皮素1和血管紧张素Ⅱ等对MFN2的表达起抑制作用，心钠素、肾上腺髓质素和降钙素基因相关肽等促进MFN2的表达；研究发现，除血管外，MFN2基因也广泛存在于人体多个部位[3]。研究证实，MFN2不仅调控线粒体融合，还影响细胞增殖、凋亡和线粒体自噬等多个方面[4-5]，其作用的分子机制具有重要的研究价值。

2 MFN2在细胞形态中的作用

2.1细胞增殖 MFN2通过几种不同的机制实现对细胞增殖的调控。首先，MFN2通过与Ras结合起作用，阻碍Ras活化，使胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)的激活被抑制，细胞周期阻滞于G0/G1期[6]。其次，MFN2能促进细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21、p27的表达，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的下调或降解对ERK1/2的持续活化起作用，MFN2上调p21、p27后，ERK1/2的活化被抑制，细胞生长活力下降，影响细胞增殖。此外，MFN2能降低抑癌蛋白Rb磷酸化水平，Rb能调节哺乳动物细胞由G1期向S期的转化，未磷酸化的Rb与转录因子结合并抑制其活性，使细胞周期阻滞于G0/G1期，调节细胞增殖[7]。Chen等[8]研究了内源性MFN2在细胞增殖中的作用及其结构特点对线粒体定位和细胞增殖的影响，结果发现，内源性MFN2可通过抑制Ras-Raf-ERK1/2信号通路及Ras/Raf-1的作用控制细胞生长，MFN2的N端(aa 1-264)与Raf-1作用，C端(aa 265-757)与Ras作用，MFN2作为Ras的分子效应器抑制细胞增殖。

2.2细胞凋亡 细胞凋亡主要由3条不同的信号转导途径调控，即线粒体通路、死亡受体活化通路和内质网通路。MFN2通过与线粒体通路中多个控制位点发生作用，调节细胞凋亡[6]。线粒体在细胞凋亡中起关键作用，其融合和分裂的状态影响细胞凋亡。细胞中线粒体的分裂与融合在正常状态下处于动态平衡，MFN2组成中的鸟苷三磷酸酶活性影响MFN2的融合，沉默MFN2的表达会导致线粒体因分裂加剧融合不足而片段化，对于各种凋亡刺激，细胞表现更为敏感；在多种肿瘤细胞系中介导MFN2过表达，可发现线粒体在核周聚集成簇，并造成肿瘤细胞的死亡[9-10]。线粒体外膜通透化是导致线粒体跨膜压下降和促凋亡分子(细胞色素C等)从线粒体渗漏进入细胞液的主要因素[11]。

在MFN2调节细胞凋亡的过程中，Bcl-2家族蛋白尤其是抗凋亡成员Bcl-2与促凋亡成员Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)发挥了重要作用。Bcl-2能维持线粒体外膜的完整性，抑制细胞色素C的释放，而Bax与Bcl-2作用相反，其能破坏线粒体膜的完整性，促进细胞色素C的释放，释放的细胞色素C通过顺次酶联反应与凋亡蛋白酶活化因子1及胱天蛋白酶(caspase)-9酶原形成凋亡复合体，活化caspase-3，诱发细胞凋亡[11]。MFN2的表达与Bcl-2呈正相关，与Bax呈负相关[12]。研究发现，伴随MFN2表达减少，Bax的表达水平升高，Bax易位导致细胞色素C由线粒体向细胞质渗漏，引发细胞凋亡[13]。Ras-磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号通路也与细胞生长和凋亡的调控关系密切，通过磷酸化下游Bcl-2家族蛋白、caspase-3和caspase-9等多个与凋亡相关的分子，Akt可抑制细胞凋亡，而高表达的MFN2可抑制Ras-磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt通路，降低Akt磷酸化水平，对细胞凋亡有促进作用；此外，线粒体-内质网结构偶联也受MFN2的影响，线粒体能顺利摄取内质网释放的Ca2+，依赖于线粒体与内质网之间的距离及连接的紧密程度，当线粒体与内质网的距离变化时，影响线粒体对Ca2+摄取的能力、线粒体的代谢和对Ca2+介导细胞凋亡的敏感性，但Ca2+信号是否参与其中，并诱导了细胞凋亡以及MFN2在线粒体-内质网偶联中的确切作用及其机制，还有待进一步研究[11]。

2.3自噬 自噬对保持细胞内环境的稳态至关重要，细胞通过自噬泡包裹受损线粒体并降解的过程称为线粒体自噬，线粒体自噬清除受损线粒体，保证了细胞内线粒体的质量[14]。MFN2调节线粒体自噬表现在自噬体形成的初始和自噬体成熟两个阶段[15]，主要机制分为3个方面：①通过影响线粒体形态，MFN2间接调控线粒体自噬，线粒体自噬发生时，MFN1/2首先被人第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因诱导激酶1(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten induced kinase 1，PINK1)磷酸化，磷酸化的MFN2由PINK1选择性磷酸化并招募至线粒体上的Parkin(E3泛素连接酶)泛素化修饰，最后被蛋白酶体降解，故受损线粒体的融合被抑制，线粒体形态发生变化，促进线粒体自噬[16]；②MFN2通过影响线粒体转运和核周聚集调控线粒体自噬，MFN1/2直接与微管系统结合，进而影响线粒体转运，当线粒体自噬发生时，下调的MFN2使线粒体转运受阻，更易发生线粒体自噬[17]；③MFN2直接参与调节线粒体自噬，其是Parkin在线粒体膜上的受体，被PINK1磷酸化的MFN2能与Parkin结合，使其定位于线粒体外膜，Parkin泛素化修饰 MFN1/2，抑制线粒体的融合，调控线粒体自噬[18]。

3 MFN2与妇科肿瘤

肿瘤细胞生长、增殖的速度远超过普通细胞，是一个大量耗能的过程，其通过多种特殊机制调控以满足自身对能量的需求。MFN2与妇科肿瘤中卵巢癌和宫颈癌的发生、发展联系紧密，但与子宫内膜癌的相关研究较少。

3.1MFN2与卵巢癌 MFN2基因所在的第1号染色体短臂36.22位点是多种肿瘤的基因突变高发区[19]。胱硫醚β-合成酶(cystathionine β-synthase，CBS)、MFN2高表达提示卵巢癌的总生存率较低，Chakraborty等[20]研究发现，同一数据集的个体患者中CBS和MFN2的表达存在显著相关性，CBS和MFN2可能协同调控卵巢癌细胞线粒体形态发生，促进线粒体融合，高效产能，导致卵巢癌的预后不良，干扰小RNA沉默CBS或小分子抑制剂抑制CBS催化活性，产生激活c-Jun氨基端激酶的氧化应激，活化的c-Jun氨基端激酶磷酸化MFN2，招募至E6-AP C端含有泛素E3连接酶域同源的泛素-蛋白酶体系统降解，补充硫化氢或谷胱甘肽(CBS酶活性的催化产物)抗氧化剂或c-Jun氨基端激酶抑制剂可恢复MFN2的表达，在CBS沉默的原位异种移植瘤组织中，MFN2选择性下调；CBS通过选择性调控MFN2的稳定性，维持线粒体健康，促进线粒体融合，高效产生ATP，促进肿瘤的生长，CBS沉默引起MFN2表达的干扰导致线粒体分裂，从而抑制卵巢癌细胞的生长。白云等[21]通过免疫组织化学法比较了MFN2在30例卵巢癌组织、30例良性肿瘤组织和30例正常卵巢组织中表达的差异，结果发现，MFN2在恶性癌组织中的表达较良性肿瘤和正常组织高，且MFN2的表达与卵巢癌的淋巴结转移和临床病理分期关系密切；在淋巴结转移阳性的卵巢癌中，MFN2具有较高的表达，且MFN2在 Ⅰ+Ⅱ 期卵巢癌中的表达率较Ⅲ期卵巢癌上调。洪慧等[22]采用顺铂浓度梯度递增诱导法建立人卵巢癌OVCAR-3细胞株的顺铂耐药细胞株OVCAR-3/顺铂，与OVCAR-3细胞相比，OVCAR-3/顺铂细胞中MFN2信使RNA水平显著上升，提示卵巢癌细胞株OVCAR-3对顺铂耐药与MFN2基因转录水平上调之间可能存在关联。另一方面，郭桃英等[23]通过病毒转染的方法上调MFN2基因在SKOV3卵巢癌细胞中的表达发现，卵巢癌细胞增殖指数降低，MFN2基因上调对SKOV3细胞有增殖抑制作用。

3.2MFN2与宫颈癌 宫颈癌的发生、发展是一个复杂的过程，与MFN2基因的表达与调控密切相关。Ahn等[24]采用免疫组织化学法检测7例正常宫颈组织、64例宫颈上皮内瘤变和120例宫颈鳞癌组织中MFN2的表达，结果发现，MFN2水平从正常宫颈至宫颈上皮内瘤变、宫颈鳞癌有逐渐升高的趋势，且MFN2的表达与较高的分期水平和淋巴结转移显著相关，而敲除MFN2基因后，细胞的增殖、迁移和侵袭能力显著下降，提示MFN2可能作为一种致癌基因参与宫颈癌的发病机制，并可能作为宫颈鳞癌的生物标志物。郝晓明[25]研究发现，在宫颈癌中，MFN2的表达水平显著升高，且MFN2的高表达与宫颈癌分级有关，与年龄和病理分期无关，高表达的MFN2参与了促进宫颈癌的临床早期转移，沉默MFN2后，宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力下降，从而抑制宫颈癌的转移和宫颈癌细胞的成瘤能力。

白双宁等[26]通过检测MFN2在72例宫颈癌、51例宫颈上皮内瘤变和25例正常宫颈组织中的表达差异，发现MFN2在宫颈癌组织中的表达水平显著低于宫颈上皮内瘤变组织和正常宫颈组织，且MFN2的阳性表达水平随着临床分期的发展而降低，有淋巴结转移组MFN2信使RNA水平低于无淋巴结转移组，MFN2基因在宫颈癌中对肿瘤细胞有促凋亡和抑增殖的作用，在MFN2低表达的组织中，宫颈癌具有更高的恶性程度，侵袭能力更强，而MFN2能抑制肿瘤细胞的浸润和转移，发挥抗肿瘤的作用。李昌红等[27]采用免疫组织化学法检测72例宫颈癌、51例宫颈上皮内瘤变和25例正常宫颈组织中MFN2的表达，结果显示，宫颈癌组织中MFN2的阳性表达率低于宫颈上皮内瘤变和正常宫颈组织，且MFN2的表达与宫颈癌的临床分期和分化程度有关，与患者年龄、淋巴结是否转移及病理类型均无关。Wang等[28]利用腺病毒将MFN2传递到HeLa细胞和肿瘤组织中，发现MFN2可通过线粒体途径诱导宫颈癌HeLa细胞凋亡，且呈剂量依赖性和时间依赖性，MFN2可显著降低HeLa细胞的线粒体膜电位，随着MFN2过表达，细胞色素C胞质含量升高，激活线粒体凋亡通路中的促凋亡过程，诱导caspase-3和caspase-9的活化增加，且caspase-3和caspase-9的活性随着MFN2的表达增加而增强，呈剂量依赖关系，Bax水平显著上升，线粒体通路中的抗凋亡蛋白表达被抑制，Bcl-2水平下降，提示MFN2可能是宫颈癌的一个潜在治疗靶点。

3.3MFN2与子宫内膜癌 致病的线粒体DNA突变与呼吸链复合体 Ⅰ 的改变、线粒体增殖及抗氧化反应的增加有关，在 Ⅰ 型子宫内膜癌中已有报道[29]。Cormio等[30]为了研究存在致病性线粒体DNA突变时，其他线粒体适应过程是否被癌细胞触发，对存在致病性线粒体DNA突变和呼吸链复合体Ⅰ缺陷的Ⅰ型子宫内膜癌中涉及线粒体动力学、线粒体吞噬、蛋白水解和凋亡的蛋白表达水平进行了分析，结果发现，与匹配的非恶性组织相比，癌组织的抗凋亡蛋白Bcl-2表达增加，MFN2的表达减少；此外，增生性(癌前形态)样品中不存在这些蛋白表达水平的改变，提示在肿瘤线粒体分裂过程中，抗凋亡反应可能被激活，而线粒体蛋白的损伤放电作为线粒体功能障碍的适应过程。

4 小 结

MFN2在细胞能量代谢、信号转导等过程中起重要的调控作用。多种细胞的增殖、凋亡、分化均受MFN2的调节。MFN2在卵巢癌中高表达，但其在宫颈癌中的作用仍存在争议，在致病性线粒体DNA突变和呼吸链复合体Ⅰ缺陷的Ⅰ型子宫内膜癌中MFN2呈低表达。故MFN2在不同妇科肿瘤中的作用需要更多的临床数据和基础研究证实。不同的MFN2结构域功能之间的差异和关联尚不明确，且有关MFN2在其他妇科肿瘤发生、发展过程中作用机制的研究较少。因此，应进一步探索MFN2在生物学中的作用机制，以为妇科肿瘤的及时诊断、有效治疗、预后判断及肿瘤耐药提供新方向。