标志物LAT1、KI67与脑胶质瘤恶性程度相关性的研究进展

黄卓彦 黄立基 李思博 苏镶月 张丽娜

(1. 佳木斯大学附属第一医院, 黑龙江 佳木斯 154007; 2. 大庆油田总医院,黑龙江 大庆 163411)

胶质瘤的类型和分级对患者病情发展和生存的预估起着重要的作用。目前，对于胶质瘤的恶性程度判断主要是基于对脑组织切片的病理学观察，而各种胶质瘤标志物的应用仍然在探讨和研究之中。需要强调的是，各种分子标志物的应用应建立在传统病理学检测的基础之上，而它们如何准确、精准的辅助病理学检测并应用在胶质瘤分级的判断上成了最近研究的热点之一。KI67和LAT1作为重要的细胞增殖标志物，因此受到了学界广泛的关注。胶质瘤细胞在生长和增殖过程中，会增加氨基酸的摄取量。L型氨基酸转运蛋白1(LAT1)作为必需氨基酸摄取的载体，在多种癌症的发生发展过程中其表达上调[1],并且在癌细胞增殖过程中，与细胞增殖密切相关的核抗原KI67的表达也会上调[2]。因此，本文现就近年来LAT1与KI67与脑胶质瘤的恶性程度的相关性研究现状进行综述。

1 LAT1与脑胶质瘤

1.1 LAT1的生物学特征与功能

L型氨基酸转运体1(LAT1;SLC7A5)是一种钠不依赖的氨基酸转运体[3]。它是由SLC7A5基因的第73到1596位序列所编码，其基因位于第16号染色体q臂24.3区上。LAT1作为LAT家族的其中一种，是由507个氨基酸所组成的膜蛋白，其相对分子量约55 000，由12个跨膜单元所构成[4]。作为氨基酸运转的载体,它的主要功能是跨膜运输一些相对分子质量较大、在正常生理条件下呈中性的支链氨基酸与芳香族氨基酸，如亮氨酸、酪氨酸和色氨酸等，且这种运输方式不依靠钠离子和ATP,并为细胞生长和增殖提供营养。这一功能的实现主要依赖于与2型糖基化膜蛋白4f2hc(也称为CD98)结合形成的异源二聚体，该异源二聚体是由LAT1的160位和4f2hc的110位之间的二硫键结合形成[5]。它也有助于激素和某些药物的转移，这对某些疾病的发展和治疗至关重要。

1.2 LAT1的表达与调控

LAT1-4F2hc异源二聚体常表达于大脑、脾脏、皮肤、胸腺、肝脏、骨骼肌等组织和器官中，特别是免疫T细胞、血脑屏障和广泛的肿瘤细胞[6]，但在肺、心脏和肝脏中表达水平较低[7]。LAT1在各种类型的人类癌细胞的细胞膜上强烈表达，在正常或炎症组织中表达最少[8]。其过表达与肿瘤细胞的增殖、转移密切相关。它不仅为肿瘤细胞的增殖提供必需的氨基酸，而且在肿瘤细胞的某些特定代谢途径中起调节作用[9]，例如LAT1通过调节细胞对外源亮氨酸的摄取，支持和维持癌细胞中mTORC1的活化，mTORC1信号的活化有利于支持癌细胞生长、增殖和抗凋亡的途径，从而促进癌症进展[10]。 LAT1有时通过溶酶体相关跨膜蛋白4b进入溶酶体膜，并调节亮氨酸向溶酶体的交换[11]。进入溶酶体后，亮氨酸可以调节溶酶体膜H+ATPase (V-ATPase)的激活，这是溶酶体表面mTORC1激活物复合物的重要成分，从而促进mTORC1的激活[12]。同时，LAT1的表达由转录因子4(ATF4)以依赖mTORC1的方式通过信号传导来调节。氨基酸缺乏导致的细胞营养不足激活ATF4，ATF 4引导氨基酸转运到细胞中。ATF4水平升高上调LAT1，导致异亮氨酸或亮氨酸摄取增加，从而激活mTORC1并抑制自噬。可以看出LAT1的过度表达是mTORC1途径相关的癌症转化过程中经常观察到的现象。缺氧诱导因子2α (HIF-2α)途径的激活同样可以促进LAT1的表达，从而增加mTORC1磷酸化并激活癌症进展过程中的mTORC1[13]。同时LAT1的表达也与MYC基因密不可分，LAT1不仅参与mTORC1的激活，还与MYC在癌细胞中的表达有关。MYC包括c-Myc, n-Myc和l-Myc。c-Myc是LAT1的重要刺激因素。LAT1启动子具有典型的cMyc结合位点，这种癌基因的过表达导致LAT1表达的增加[14]。c-Myc是LAT1调节的重要转录因子。LAT1和MYC在伯基特淋巴瘤和神经母细胞瘤细胞中可以相互促进表达和活性。在一项关于LAT1对MYC代谢途径影响的研究中，结果表明MYC沉默后，LAT1的基因和蛋白质水平显著降低。抑制LAT1的表达可以显著降低恶性淋巴瘤和神经母细胞瘤的生长，提示MYC诱导的LAT1与肿瘤细胞增殖密切相关[15]。随后，对LAT1和MYC敲除的伯基特淋巴瘤细胞进行基因表达谱分析。LAT1基因敲除后基因表达的变化可能是由LAT1沉默细胞中MYC蛋白表达的减少引起的，这些结果表明，LAT1和MYC共同调节伯基特淋巴瘤细胞增殖[16]。因此，LAT1可能通过与癌基因MYC的相互作用参与肿瘤的发生和发展。此外有研究证明，L转运系统的活性升高得益于LAT1和4F2hc的共同表达[17]。一些游离氨基酸对L转运系统的活性也会产生一定的调节和影响。如精氨酸的增多会上调LAT1的转录活性，但对4f2hc的影响并不大，而谷氨酸则对LAT1的转运活性没有作用[18]。

1.3 LAT1与脑胶质瘤恶性程度的相关性

增殖信号的持续性是癌症的主要标志之一[19]。这些信号启动肿瘤细胞的增殖过程，导致其无法控制的快速生长[20]。脑胶质瘤作为恶性肿瘤的一种，其在细胞的生长和增殖过程中会不断的汲取营养物质，如葡萄糖、氨基酸等，其细胞膜上的运转系统的表达也会随之上调，从而加速胶质瘤细胞对与营养物质的摄取、吸收。而LAT1作为一种重要的氨基酸转运载体，其基因的复制、转录、翻译频率也会极大的增加。Faried、Bolly等人[21]选取了25名接受手术切除或活检，确诊为原发性胶质瘤的患者，并对其进行了低等级(LGG，11人)和高等级(HGG，14人)的划分，然后采用了免疫组织化学(IHC)的方法对患者的肿瘤组织进行分析，根据阳性细胞的百分比和染色强度来判断LAT1免疫反应的强弱，结果得出HGG组织中LAT1高表达的比例(10/14)明显高于LGG(5/11)。研究证明，LAT1的表达会随着胶质瘤等级的提高而进一步上调，这提示着HGG肿瘤细胞的高度增值、代谢活跃。LAT1的高表达也反映这些细胞对代谢有着更高的需求。Nawashiro 、NaokiOtani 等人[22]研究了68例人脑胶质瘤组织中转运体的表达，发现位于肿瘤中心细胞的LAT1表达量始终是低于浸润性胶质瘤细胞，并且这些浸润性胶质瘤细胞有着较高的免疫活性，在肿瘤细胞和正常组织边缘发现了大量的这类细胞，并且它们环绕着正常的血管和神经组织排布。越来越多的研究证明，LAT1可以作为脑胶质瘤的独立危险因素，并且LAT1的表达与胶质瘤的等级呈正相关，即胶质瘤的恶性程度越高，肿瘤组织中LAT1的表达也会越高。

2 KI67与脑胶质瘤

2.1 KI67的生物学特征与功能

Ki67抗原是一种位于人类细胞核内的一种大分子蛋白，其表达与细胞增殖密切相关，在常规病理学中被广泛用作衡量肿瘤细胞生长分数的“增殖标记物”[23]。它的编码基因定位于10号染色体，并由14个内含子和15个外显子所构成。由于Ki67结构独特，缺乏与之相比较的同源序列，虽然我们有大量关于Ki67结构和生物学特性的研究数据，但对其生物学功能的认识还不是很清楚[24]。

2.2 KI67的表达与调控

Ki67的半衰期只有1.5个小时左右，它在细胞周期的G0期和G1早期均未表达，在G1期、G2期和S期后期逐渐增加，在M期达到高峰，在有丝分裂后期迅速下降[25]。在细胞增殖周期中，Ki67的表达处于降解与合成的动态平衡中，其蛋白表达水平与有丝分裂过程一致，而在细胞有丝分裂的这一时期，又进行了磷酸化和去磷酸化的过程，因此Ki67的表达很容易受到蛋白酶调控[26]。所以作为细胞增殖标志物的KI67在肿瘤发生增殖时其表达水平会大幅上升，并随着肿瘤增殖活性的升高，其表达水平也会增高。因此，KI67蛋白成为评价肿瘤恶性程度可靠的指标之一。

2.3 KI67与脑胶质瘤恶性程度的相关性

作为恶性程度最高的肿瘤之一，胶质瘤细胞的增殖活性会大幅上升，因此作为细胞增殖标志物的KI67成为了预估脑胶质瘤恶性程度和病情发展状况的极好指标。攀枝花中心医院的吴科和唐树军[27]等人选取了114名神经胶质瘤患者作为实验组，同时选取了同期的健康者120人作为对照组。其中114名胶质瘤患者当中Ⅰ期33例，Ⅱ期24例，Ⅲ期33例，Ⅳ期24例，采用了Western Blotting法和ELISA法来测定患者和健康人群体内的KI67和Bmil蛋白含量。结果显示，在这两种方法当中，实验组KI67和Bmil蛋白的水平均高于对照组，且随着脑胶质瘤临床分期的增加，其两种蛋白含量也会增高。Huma Arshad[28]等人也选取了50位确诊为胶质瘤的患者进行实验，观察KI67、P53与胶质瘤分级的相关性，其中Ⅰ级5人、Ⅱ级15人、Ⅲ级8人、Ⅳ级22人，采用免疫组化的方法对胶质瘤患者的脑部切片进行KI67和P53的检测。采用Spearman等级相关系数分析组织学分级与增值标记物的关系，结果显示，胶质瘤分级与KI67有较强的相关性，而与P53有较弱的相关性。同时Huma Arshad等人随机对其中的20例患者进行了为期一年的随访，其中16名患者的KI67评分低于5%。其中8例存活(60%)，8例死于疾病，4例KI67评分大于5%。这四个人都在两年内死于这种疾病，这些结果显示KI67评分与患者存活率之间存在边际相关性(p=0.089)。这两项研究均证明，KI67含量随着胶质瘤等级的提升而增高，两者呈正相关性。

3 总结

KI67、LAT1作为肿瘤细胞增殖标志物，与胶质瘤的恶性程度呈正相关性，可以为胶质瘤等级的划分在病理学检测的基础上提供参考，同时LAT1也为胶质瘤的治疗提供了新的靶点。其实不光是KI67、LAT1，在判断胶质瘤恶性程度方面，胶质瘤酸性蛋白(GFAP)[29]、IDH1[30]、单极纺锤体激酶1(Mps1/TTK)[31]、p53等分子标志物也起着重要的参考作用。这些标志物的联合检测更加有利于对胶质瘤恶性程度的判断。随着人类对于脑胶质瘤机制和病理过程的不断研究，会有更多的分子标志物被发现，同时对于脑胶质瘤的分级诊断也会更加的精准。