着丝粒蛋白在肝癌发生、发展中的作用研究进展

崔忠源 吴志贤

着丝粒蛋白(centromere protein,CENP)是在着丝粒DNA(Centromere DNA)上组装起来的众多蛋白质统称。目前研究表明，细胞分裂期间着丝粒蛋白家族成员的异常表达可能与肿瘤的发生发展密切相关。众所周知，恶性肿瘤细胞最大的特点是具有不可控的持续分裂增殖能力，这可能是因为染色体不稳定进而导致基因组不稳定的结果。人们已发现染色体不稳定性(chromosomal instability,CIN)是绝大多数肿瘤的共同特征，与肿瘤发生发展的机制有千丝万缕的关系[1-2]。而着丝粒蛋白异常表达则是染色体不稳定性的重要原因，近年来研究者们在对各种肿瘤中的着丝粒蛋白进行更多研究后，进一步证实了这种观点[3]。着丝粒蛋白的异常表达同样普遍存在于肝癌患者中，与患者预后相关，机制的研究发现其与肝癌细胞的增殖、侵袭、转移乃至化疗药物敏感性等密切相关，本文将对这些研究进行综述。且对肝癌细胞的各种生物学特性具有不可忽视的作用。

一、着丝粒蛋白简介

着丝粒(Centromere)现在通常认为是一段包含组蛋白H3变体(CENP-A)且碱基对高度重复的特殊DNA序列。在细胞分裂期众多聚集在这个序列上的蛋白质我们称之为着丝粒蛋白，目前已经发现至少100种不同的着丝粒蛋白，极其重要的，如组成型着丝粒相关网络(constitutive centromere associated network,CCAN)的16种着丝粒蛋白和组成KNL1-MIS12-NDC80(KMN)复合体的着丝粒蛋白，这两组重要的蛋白复合体又称为动粒(Kinetochore)(CCAN称为内侧动粒，KMN复合体称为外侧动粒)，动粒在染色单体的分离中发挥着不可替代的作用[4-5]。当着丝粒蛋白质家族某些成员在细胞周期中出现过多或过少表达时可能影响细胞周期进程和姐妹染色单体的正常分离，进而导致染色体不稳定如形成非整倍体细胞或者原癌基因激活及抑癌基因失活，从而成为肿瘤发生发展重要因素[1, 6]。

在脊椎动物中，CCAN复合体包括5个子复合体，其作用是为外部动粒组装提供平台；KMN是动粒上主要微管受体，而且是许多其他蛋白质的招募平台，具有纺锤体组装检查点(SAC)和其他调节器的作用。(标记红色的为在肝癌中有研究的部分着丝粒蛋白成员)

图1 细胞分裂期间染色体与微管连接的成分由内向外依次分为三层：着丝粒、CCAN和KMN复合体

二、着丝粒蛋白质在肝癌中的研究

目前着丝粒蛋白在肝癌中的研究相对有限，主要研究的着丝粒蛋白有CENP-A,CENP-E,CENP-F,CENP-H,CENP-K以及Zwint。

(一)CENP-A 基础研究发现CENP-A是组蛋白H3(构成核小体成分)的变体，CENP-A定位于着丝粒DNA，并可以募集其他着丝粒蛋白，因此它是动粒组建的基础[4]。过去有多项研究表明CENP-A在肝癌中存在过表达[7-9]。CENP-A表达与HCC患者临床病理参数之间的关系研究发现——血清HBsAg阳性患者CENP-A过表达的频率高于阴性患者，随着肿瘤组织学分级的进展，CENP-A表达有增加趋势[8]。有研究者发现CENP-A表达与HBx COOH突变(HBx，乙型肝炎病毒X蛋白)之间存在正相关，并提出HBx突变体可能是通过非物理结合的机制增加CENP-A表达[9]。另外，也研究发现CENP-A能通过参与细胞周期蛋白G1、MDM2、Bcl-2和Bax的调控从而影响肿瘤细胞的增殖或凋亡，而未发现与抑癌基因P53存在明显相关性[8, 10]。

(二)CENP-E CENP-E作为动力蛋白，能有效地连接着丝粒和微管，其在细胞内的表达水平和位置受到严格控制，在主轴检查点蛋白(SCP)机制中发挥重要作用[11]。不同于其他着丝粒蛋白组分，与癌旁组织和LO2细胞相比，HCC组织和HepG2细胞中CENP-E mRNA和蛋白水平均显着降低，敲低CENP-E后可诱导细胞凋亡，导致LO2细胞增殖减缓和SCP监测功能失调，使染色体非整倍性增加，这有可能与肿瘤的发生发展有关[11-12]，研究者进一步提出CENP-E促进肿瘤发生的阈值水平可能在正常值的20%～50%范围内[12]。最近的一项研究成果表明，该蛋白很有可能是未来抗癌药物的一个新靶点[13]。

(三)CENP-F CENP-F是目前着丝粒蛋白家族中研究较多的一个，它是一种大约350 kDa的卷曲螺旋蛋白，在细胞进入M期之前，CENP-F的表达达到峰值，并且在有丝分裂完成后迅速降解[14]。研究者发现CENP-F基因在肝癌中高频扩增,而扩增的CENP-F与患者年龄、AFP水平、肿瘤分级和肿瘤大小等临床病理参数无明显联系，对化疗药物5-FU和多柔比星更具抵抗性[15]。但后来有研究者发现CENP-F上调与患者血清AFP、静脉侵袭、晚期分级和较短的总体存活率是呈正相关的，进一步发现沉默CENP-F可降低细胞增殖、集落形成和裸鼠体内肿瘤形成的能力，还可通过下调细胞周期蛋白cdc2和B1导致细胞周期停滞在G2/M检查点期间[16]。我国的学者研究后认为过表达的CENP-F则可能通过是促进细胞周期调控蛋白c-Myc和Cyclin D1的高表达，进一步激活相应通路，而提高肝癌细胞的增殖、迁移能力，诱导肝癌的发生和发展[17]。

CENP-F也有可能为早期HCC诊断提供依据。近年来研究发现在早期AFP阴性HCC患者的免疫应答中CENP-F抗体具有较高的阳性率[18]，与AFP联合检测对早期HCC的诊断具有互补作用[19]。但最近一项包括在HCC、肝硬化、慢性HBV感染和健康对照者的大样本人群中直接检测具有重要潜在诊断价值的血清标志物水平的研究中显示——CENP-F无论是单独还是联合其他标志物，其对早期HCC的诊断价值并不是最理想的[20]。该项研究者认为这可能是因为研究采用不同的对照组或者在这些肝硬化和肝炎患者中存在自身免疫性疾病所致的结果。总之，CENP-F对HCC更确切的诊断价值及在肝癌中的作用还有待更进一步的研究。

(四)CENP-H CENP-H是CENP-HIK复合物中一员，研究人员发现在缺乏CENP-H的情况下，细胞周期停滞于中期[21]，可见其对细胞周期具有推动作用。 已有研究表明在HCC样本中CENP-H mRNA和蛋白质水平高于相应的相邻非癌样品，免疫荧光测定显示CENP-H定位于细胞核中。在60例HCC患者中分析CENP-H的表达与临床病理特征之间的相关性显示：CENP-H蛋白水平与患者年龄、性别、淋巴结转移、远处转移和静脉侵袭之间无统计学相关性。但发现CENP-H蛋白的表达与肿瘤组织学分级密切相关，组织学分级较高与HCC患者中CENP-H过表达的频率较高显著相关(P=0.001)。此外，肿瘤大小与患者中CENP-H表达也可能存在某种联系[22]。进一步研究发现敲低CENP-H的表达能抑制体外Hep3B细胞增殖和单细胞集落形成的能力，在体内也能抑制肿瘤的生长，其机制可能是通过线粒体凋亡途径参与HCC细胞的增殖和凋亡[23]。

(五)CENP-K CENP-K同样是CENP-HIK复合物中一员。有研究者[24]发现在肝癌组织中CENP-K mRNA和蛋白质水平显著升高，并且其mRNA表达水平与甲胎蛋白(AFP)水平(≥400 ng/mL)和肿瘤大小(≥3 cm)呈正相关，但与年龄、性别和淋巴转移等情况无关。并且在多种肝癌细胞系中过表达和沉默CENP-K基因的实验中，发现其对细胞的增殖和迁移克隆形成等均有影响。动物实验表明过表达的CENP-K具有更强的致瘤作用。进一步研究发现在CENP-K过表达的HCC样本中CENP-K启动子DNA甲基化状态显着降低，过表达的CENP-K激活AKT和MDM2蛋白酪氨酸磷酸化，抑制TP53蛋白酪氨酸磷酸化。最近还有研究者发现敲低HCC细胞CENP-K后可以通过YAP1抑制上皮-间质转化(EMT)[25]。这些结果表明CENP-K异常过表达可能有促进肝癌发生发展作用。

(六)Zwint Zwint是KNL1复合体的成分之一，是纺锤体组装检查点(spindle assembly checkpoint,SAC)的必须成分[4]。该蛋白质在肝癌、卵巢癌、乳腺癌以及肺腺癌等多种肿瘤中均过表达。近年研究发现Zwint mRNA和蛋白表达在HCC样品和一些肝癌细胞系中上调，且与和临床病理学特征(例如肿瘤大小和数量)显著相关，其高表达与较差的总体存活率和较大的肿瘤复发倾向相关，同时发现Zwint还影响多种细胞周期蛋白的表达[26]。但是另一项研究结果却显示与癌旁组织相比，肝癌组织Zwint蛋白表达水平更低,临床病理特征相关的分析发现在肿瘤越大(大于5 cm)、TNM分期越晚的患者中Zwint的表达水平越低，而且观察到HCC患者手术后，Zwint高表达者具有更长复发时间和生存期[27]。这两个研究显示了不同的结果，该蛋白质在肝癌中的表达情况、作用意义等还有待进一步研究。

三、展望

着丝粒蛋白在肝癌中的研究可能会为肝癌的诊疗提供新的思路和方法。目前着丝粒蛋白在肝癌中的研究虽然较少，但已经初步发现着丝粒蛋白家族某些成员的表达水平存在显著异常且与肝癌患者临床病理特征及肝癌细胞生理学活性等存在密切联系，而且可能涉及的机制众多。对于目前这些研究结果及其意义，还需要更多更大样本量的研究来进一步证实。此外，在肿瘤细胞中对着丝粒蛋白本身有无突变的研究鲜有报道，研究可能存在的异常体内外因素导致着丝粒蛋白质突变而致癌的机制是否会对肿瘤的特异性诊断和靶向治疗更有重要意义？这也可能是未来基础医学研究的重要内容。