驱动蛋白超家族20A在恶性肿瘤发生和发展中的作用研究进展▲

王志维 李宗荣 林 辉 钟永泷

(1 武汉大学人民医院胸心外科，湖北省武汉市 430060，电子邮箱：wangzhiwe@whu.edu.cn；2 广西壮族自治区人民医院胸心外科，南宁市 530021)

【提要】 驱动蛋白超家族(KIF)20A是新近发现的KIF成员之一，主要参与细胞有丝分裂过程中的染色体分离、纺锤体装配、胞质分离和轴突物质运输等过程。研究发现，在众多肿瘤组织中KIF20A处于高表达状态，沉默或抑制KIF20A的肿瘤细胞系多表现为细胞增殖减弱甚至发生细胞凋亡，说明KIF20A的过表达与肿瘤的发生、发展密切相关。本文就KIF20A与多种恶性肿瘤发生发展的研究进展进行综述。

驱动蛋白超家族(kinesin superfamily，KIF)是一类具有轴突运输功能的分子马达，在胞内以微管等细胞骨架为依托，可利用腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)水解释放的化学能向细胞两极运送不同的分子“货物”，在膜状细胞器转移、细胞有丝分裂、轴突运输等方面发挥着重要的生理作用[1-2]。1985年，Hirokawa等[3]利用快速冷冻深度蚀刻技术首次观察到微管与膜状细胞器之间存在一些链状结构，即驱动蛋白。至今共发现了45种KIF家族成员，依照它们之间的结构差异，可分为14个亚族[4]。KIF20A最初在高尔基体中被发现，属于KIF-6亚族的一员，作为微管相关马达蛋白在减数分裂末期发挥作用，同时也可介导细胞分裂间期由高尔基体向内质网方向的膜泡运输[5]。作为一个细胞周期相关蛋白，KIF20A对有丝分裂过程中染色体的分离、纺锤体的装配和胞质分裂有不可忽视的作用；KIF20A过表达可能导致染色体过度凝集、纺锤体形成异常、细胞分裂缺陷、形成染色体桥或非整倍体，从而改变细胞内遗传物质的分布，使细胞周期失控，最终渐进性地导致肿瘤发生；而KIF20A表达下调可能导致有丝分裂阻滞，或可利用这一途径刺激癌细胞的凋亡[6]。本文就KIF20A在恶性肿瘤发生和发展过程中的作用研究进展进行综述。

1 KIF20A的基因结构与定位

人类KIF20A基因Rab6kifl定位于染色体5q31，其基因组DNA长度为8.5 kb，含有19个外显子，可编码由890个氨基酸组成的蛋白质，分子量大小为100 kDa[7]。KIF20A蛋白在胎儿组织中呈高表达，而在成人胸腺、骨髓和睾丸中呈中等表达，在心脏、胎盘和脾脏中呈低表达[7]。KIF20A拥有两个微管的结合点，包含N-末端的分子马达区域和C-末端Rab6绑定区域。研究发现，在HeLa细胞同步化后，处于分裂间期的细胞核不表达或低表达KIF20A；在G2/M期，KIF20A的表达水平逐渐达到胞质分裂时的高峰；在G2期KIF20A定位于细胞核内，核膜破裂后KIF20A进入胞浆，在分裂中期至后期KIF20A聚集到纺锤体；进入胞质分裂阶段，KIF20A的定位逐渐向纺锤体聚集直到胞质分裂完成[5]。在细胞分裂间期，KIF20A主要定位于高尔基体，参与高尔基体和内质网之间的逆行囊泡运输；此外，KIF20A对染色体乘客复合体在微管上的定位起重要作用[8-9]。

2 KIF20A与不同恶性肿瘤的关系

2.1 KIF20A与胰腺癌 胰腺癌具有很强的侵袭性，易侵犯局部神经和血管，且对常规的化疗、放疗不敏感，因此其预后极差，总体的5年生存率不足7%；2018年全球新发胰腺癌病例458 918人，占新发癌症人数的2.5%；死亡病例43 242人，占癌症死亡人数的4.5%[10-11]。KIF20A作为细胞周期相关蛋白和分子马达蛋白，其过表达与肿瘤的生长与侵袭、不良预后、较低的总体存活率高度相关。2005年，Taniuchi等[12]首次发现RAB6KIFL/KIF20A在胰腺导管癌细胞中呈过表达，而通过小干扰RNA下调胰腺癌细胞中的KIF20A表达后，胰腺癌细胞的增殖和生长能力明显减弱。在后续的研究中，Taniuchi等[13]发现KIF20A可将胰岛素样生长因子2的mRNA结合蛋白3及与其结合的转录物(包括二磷酸腺苷核糖基化因子6和Rho蛋白鸟苷酸交换因子4)沿微管运送至细胞突触，从而促进胰腺癌细胞膜突触的生成，进而增强胰腺癌细胞的运动能力和侵袭性。Stangel等[14]的研究同样表明，抑制KIF20A的表达可减少胰腺癌细胞的侵袭和迁移，但在胰神经内分泌癌细胞中并未观察到高表达的KIF20A。多家研究机构的研究表明，KIF20A的衍生肽类靶向药物在胰腺癌Ⅰ、Ⅱ期的临床实验中有效，可显著延长患者的生存期，并证实KIF20A表达降低的胰腺癌细胞表现出显著的生长抑制[15-17]。由此可见，KIF20A在胰腺癌细胞中呈过表达，通过沉默KIF20A可减少胰腺癌细胞的增殖和迁移；KIF20A靶向治疗有望成为胰腺癌治疗的新出路。

2.2 KIF20A与胶质瘤 按分子组织学特征，胶质瘤可分为弥漫性胶质瘤和非弥漫性胶质瘤，在所有原发性中枢神经系统肿瘤中恶性程度最高，目前主要的治疗手段为手术切除联合同步放化疗[18]。但由于胶质瘤复发率高，对放化疗耐受性强，患者的总体5年生存率仅为5%，中位生存期只有15个月[19]。KIF20A与胶质瘤的发生发展密切相关。研究发现，KIF20A在胶质瘤中呈高表达，且其表达量与胶质瘤病理分级有关，与患者预后呈负相关，提示KIF20A过表达可作为判断胶质瘤患者预后的独立危险因素[20]。Saito等[21]的研究表明，与癌旁组织相比，KIF20A在SF126神经胶质瘤细胞中呈高表达，且抑制KIF20A可增加SF126神经胶质瘤细胞的凋亡；经KIF20A小干扰RNA处理，SF126神经胶质瘤细胞可产生双核/多核畸形细胞，导致有丝分裂灾难，这或许是其抗肿瘤的机制之一。Duan等[22]认为KIF20A可以作为预测胶质瘤患者总体生存预后的独立因素。Kikuchi等[23]对复发/进行性高级别胶质瘤患者注射包含神经胶质瘤癌抗原(LY6K，DEPDC1，KIF20A和FOXM1)和神经胶质瘤血管生成相关抗原(VEGFR1和VEGFR2)的肽类疫苗，所有受试者均无疫苗相关的全身不良反应，平均总生存时间为9.2个月；5例患者达到了至少6个月的无进展状态；两名复发性胶质母细胞瘤患者表现出稳定的疾病状态；接种9个月后获得完全缓解，1例间变性少枝星形细胞瘤患者完全缓解。综上，KIF20A是胶质瘤细胞生长和细胞存活的重要肿瘤相关抗原，或可作为新型免疫治疗的潜在靶向分子。

2.3 KIF20A与膀胱癌 膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，好发于男性，全球每年新发膀胱癌和膀胱癌死亡人数分别约为38万例和15万例[24]。膀胱癌具有高复发性和易转移的特点，晚期或转移性膀胱癌患者的5年生存率仅为15%[25]。Lu等[26]建立了B6D2F1小鼠和Fischer-344大鼠膀胱癌的动物模型，并结合人类膀胱癌标本进行微阵列跨物种分析，证实KIF20A在膀胱癌细胞中呈高表达。Ho等[27]也发现KIF20A在膀胱癌细胞中呈高表达；随后在不同条件下处理膀胱癌尿路上皮细胞并观察肿瘤相关标志物的表达情况，结果发现KIF20A表达水平与膀胱癌增殖的分子标志物表达水平呈正相关，表明KIF20A可能参与膀胱癌的增殖过程。Shen等[28]的研究表明，KIF20A的表达水平与膀胱癌的病理学分化程度呈正相关，即KIF20A的高表达往往提示膀胱癌的高病理学分化等级；KIF20A敲除的T24和5637膀胱癌细胞增殖与迁移水平被明显抑制；肿瘤基因组图谱数据分析结果显示，高表达KIF20A的膀胱癌患者的平均生存期较KIF20A表达水平正常的膀胱癌患者短，提示KIF20A的高表达促进了体内膀胱癌细胞的增殖，KIF20A有望成为膀胱癌治疗的潜在靶点。以上研究表明，膀胱癌细胞的增殖、迁移与KIF20A的高表达相关，但具体的分子机制还需要更多的实验研究来阐明。

2.4 KIF20A与乳腺癌 乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，2018年全球新增210万例女性乳腺癌病例，死于乳腺癌的女性高达63万例[11]。中国每年新增女性乳腺癌约27万例，且发病率逐年增加[29]。Yang等[30]通过分析基底样乳腺癌基因芯片(GSE25066和GSE21422)查找差异性表达基因，发现KIF20A等多个基因在基底样乳腺癌中呈高表达，且KIF20A表达水平是乳腺癌患者不良预后的独立预测因素。Khongkow等[31]发现，叉头框转录因子M1(Forkhead box M1,FOXM1)可以从转录水平上直接调节乳腺癌细胞驱动蛋白KIF20A的表达，而紫杉醇能减少FOXM1与KIF20A的表达水平；沉默FOXM1和KIF20A可导致乳腺癌细胞有丝分裂纺锤体及染色体排列异常，诱导有丝分裂灾难的发生。Bobustuc等[32]发现雌激素受体阳性乳腺癌可通过抑制DNA损伤修复酶O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶的表达来降低KIF20A及细胞周期蛋白B2、A2、D1等多种肿瘤相关蛋白的表达，提示KIF20A是乳腺癌细胞O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶蛋白途径免疫逃逸形成的关键因子，参与肿瘤细胞的免疫。Zou等[33]发现，KIF20A表达水平与乳腺癌细胞中的染色质调节剂溴结构域蛋白表达水平呈正相关，并且与雌激素受体阳性乳腺癌患者的生存率呈负相关，提示KIF20A过表达预示乳腺癌患者的不良预后。综上所述，KIF20A参与有丝分裂纺锤体的形成，在乳腺癌细胞中可通过FOXM1调控其转录水平，其也是乳腺癌患者不良预后的独立因素，有望成为乳腺癌化疗及生物治疗的候选靶向分子。

2.5 KIF20A与胃癌 胃癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，在所有癌症中其发病率位居第五，死亡率位居第三，2018年全球新增胃癌病例超过100万例，胃癌死亡人数约为78万例[11]。胃癌多起病隐匿且无自觉症状，早期诊断率低，大多数胃癌患者在就诊时已经是进展期甚至晚期，从而错过了手术治疗的最佳时机[34]。因此，寻找有效的胃癌肿瘤标记物和治疗靶点，对于胃癌患者的诊疗是极其迫切和重要的。Hasegawa等[35]通过对比肠道型胃癌癌组织与癌旁组织的基因芯片，首次证实KIF20A在胃癌组织中呈高表达。Claerhout等[36]报告伏立诺他(组蛋白脱乙酰酶抑制剂)是治疗胃癌的潜在药物，其可诱导细胞的凋亡与自噬，并下调KIF20A表达水平，KIF20A表达下调可减少胃癌细胞的增殖。Yan等[37]发现，沉默胃腺癌细胞的KIF20A可抑制细胞活力并诱导G2/M阻滞，并增加癌细胞对染料木黄酮抑制的敏感性。Sheng等[38]也发现胃癌细胞高表达KIF20A可以促进胃癌细胞增殖，KIF20A是独立的预后预测因子和潜在的治疗靶标，并且染料木黄酮可通过下调KIF20A的表达来诱导有丝分裂阻滞，因此染料木黄酮可能是作用于KIF20A的胃癌靶向药物。以上研究表明，KIF20A在胃癌组织中呈高表达，沉默KIF20A可诱导有丝分裂阻滞，有望成为胃癌药物干预的潜在分子靶点。

2.6 KIF20A与其他肿瘤 Zhao等[39]通过免疫组化及肿瘤基因组图谱分析发现，肺腺癌组织中KIF20A呈高表达；KIF20A的表达水平与肺腺癌临床病理分级呈正相关，且KIF20A是肺腺癌患者总体生存期缩短的独立预测因素；沉默KIF20A后，肺腺癌癌细胞周期停止于G1期，细胞凋亡水平增加。KIF20A在有丝分裂期间可与人类乳头瘤病毒E2结合，这表明KIF20A与人类乳头瘤病毒相关肿瘤有着密切联系[40]。除此之外，KIF20A还可能与鼻咽癌、结肠癌、肝癌、宫颈癌和肝内胆管细胞癌的发生有关[41-46]。但关于KIF20A在这些肿瘤中作用的研究尚不完整，还需要大量实验来验证及阐明KIF20A在这些肿瘤中的作用机制。

3 展 望

近年来，KIF与肿瘤之间的关系一直是研究的热点。驱动蛋白KIF20A是重要的细胞有丝分裂调节因子，在多种肿瘤组织中均呈不同程度的表达上调，其高表达与多种肿瘤细胞增殖、肿瘤进展、肿瘤侵袭和较差的总体存活率高度相关。目前可以肯定的是KIF20A参与微管组装、纺锤体形成、胞质分裂、轴突运输，但其具体的分子机制、上下游的相关蛋白等仍未十分明确，而这些具体分子机制的探究将是KIF20A能否成为肿瘤早期诊断、靶向治疗及预后判断的关键。