胶质母细胞瘤中的关键昼夜节律因子

李思博 关梅村 谭 晶 张丽娜

(1. 佳木斯大学附属第一医院，黑龙江 佳木斯，154000； 2. 佳木斯大学附属第二医院，黑龙江佳木斯，154000；3. 大庆油田总医院，黑龙江 大庆，163411)

胶质瘤是最常见的原发性脑肿瘤，每年全世界范围内确诊人数约为10万人，高死亡率与复发率是胶质瘤的主要特征[1]。胶质母细胞瘤(GBM)是世界卫生组织分类为Ⅳ级高度恶性脑胶质瘤，复发率几乎为100%，患者中位生存期不足两年，五年生存率<5%[2]。在病程期间，胶质母细胞瘤患者常伴有癫痫、脑水肿等恶性并发症，严重影响患者的生活能力，并对其家庭造成破坏性的影响。尽管手术、化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗等多种治疗方法不断的发展，却只能有限的改善病人的生存期。

昼夜节律在维持机体内环境稳态中起着至关重要的作用，其核心成分根据组织特异性在不同组织中表达[3]，并且已经被证实在多种癌症发生发展过程中发挥重要作用[4-7]。昼夜节律是由13个转录因子组成的连锁转录负反馈回路调控的，其中的任何节点突变都可能破坏特定组织中正常的昼夜节律[3]。越来越多的研究表明昼夜节律基因的异常改变与肿瘤发生所依赖的环境存在明显的相关性，揭示了昼夜节律基因作为肿瘤潜在治疗靶点的潜力。在胶质母细胞瘤中昼夜节律核心元件参与多项肿瘤生物学过程，在肿瘤发生发展过程中承担重要的角色。为深入了解胶质母细胞瘤的转录异质性，本文对胶质母细胞瘤中关键昼夜节律因子CLOCK，BMAL1与核受体家族成员NR1D2的肿瘤生物学功能进行综述。

1 CLOCK:BMAL1

昼夜节律核心元件CLOCK和BMAL1形成的异源二聚体(CLOCK:BMAL1)通过上调下游NR1D2、PER等生物钟基因的表达，可以通过负反馈机制来抑制自身的表达。在不同的肿瘤中，CLOCK:BMAL1发挥的功能也有所差异。例如，在乳腺癌、前列腺癌中CLOCK:BMAL1的表达可以抑制肿瘤发展，但是在结直肠癌中CLOCK:BMAL1却作为癌基因发挥促癌功能[8]。早期的研究表明CLOCK:BMAL1在胶质母细胞瘤中通过NF-kB通路促进肿瘤进展[9]。胶质母细胞瘤具有独特的肿瘤微环境，其中包括具有自我更新能力的胶质母细胞瘤干细胞(GSCs)，与肿瘤的血管生成、免疫浸润、复发和耐药等恶性进展相关[10]。最近，Dong等[11]研究发现GSCs的增殖相较于分化的肿瘤细胞和正常细胞，依赖于CLOCK:BMAL1表达。CLOCK或BMAL1的下调可以诱导GSCs的细胞周期阻滞和细胞凋亡。进一步地，CHIP分析发现BMAL1与GSCs DNA中的代谢基因相结合，促进GSCs的代谢重编程。靶向BMAL1或CLOCK可以通过降低GSCs线粒体代谢功能来减弱三羧酸循环酶的表达，进而抑制细胞生长[11]。Dong等通过探究CLOCK:BMAL1与代谢基因的相关性，揭示了昼夜节律基因促癌功能可能涉及的途径。

胶质母细胞瘤具有很强的可塑性，GSCs与其他细胞交互作用来重塑肿瘤微环境，表现为广泛的转录与遗传异质性[12]。作为胶质母细胞瘤肿瘤微环境的主要成分，肿瘤相关巨噬细胞/小胶质细胞的M2极化状态(免疫抑制状态)与肿瘤细胞的干性呈现显著的正相关[13]。Chen等[13]的研究发现昼夜节律在干细胞自我更新过程中发挥重要功能，CLOCK与BMAL1通过转录上调新型趋化因子OLFML3来招募M2极化小胶质细胞进入肿瘤微环境，从而增强了GSCs的自我更新与促肿瘤免疫。在胶质母细胞瘤模型中，敲除CLOCK或OLFML3显著降低了M2小胶质细胞的密度，并且延长了异种移植小鼠的总生存率。Chen等的研究揭示了昼夜节律基因CLOCK和BMAL1在胶质母细胞瘤维持中的潜在机制。总之，CLOCK和BMAL1广泛的参与肿瘤生物学过程，其中包括作为GSCs的干性因子，抑制胶质母细胞瘤的抗肿瘤免疫，并调节胶质母细胞瘤脂肪酸代谢和糖酵解代谢。

2 NR1D2

NR1D2又名REV-ERBβ，是一种与血红素结合的昼夜节律元件，通常作为抑制因子参与多种生物学过程，包括代谢、细胞增殖等[14-16]。小分子激动剂SR9009和SR9011通过增强REV-ERBs(NR1D1，NR1D2)功能来发挥肿瘤抑制功能[14]，NR1D1在正常组织中表达丰富，而NR1D2则是多种癌症中的功能性因子。在胶质母细胞瘤中，NR1D2的功能仍然存在争议。近期的研究中，Yu等[17]发现NR1D2在胶质母细胞瘤细胞与组织中高表达，并且可能与胶质瘤分级呈正相关。NR1D2的沉默改变了胶质母细胞瘤细胞的形态，并且抑制了细胞增殖和侵袭。通过RNA-seq和CHIP分析，Yu等[17]发现NR1D2促进控胶质母细胞瘤恶性进展部分依赖于受体酪氨酸激酶AXL介导的PI3K/AKT通路。这项研究揭示了NR1D2的促癌功能，使NR1D2成为胶质母细胞瘤潜在的治疗靶点。与之相反的是，Sulli等[18]研究发现NR1D2表达水平与脑癌患者预后呈显著正相关，小分子激动剂SR9009和SR9011通过阻断癌细胞自噬、抑制脂肪从头合成关键酶损害了胶质母细胞瘤的体内生长，并延长了小鼠的生存率。SR9009和SR9011抑癌功能涉及多个通路，NR1D2下调使得SR9009和SR9011的抑癌活性受到抑制[18]。最近，Chen等[13]研究表明SR9009和SR9011通过下调干细胞因子抑制了GSCs的生长，并且发现GSCs对于SR9009和SR9011的化疗敏感性远高于分化的肿瘤细胞。Sulli等的研究于脑癌的定义十分的宽泛，其中包括具有独特CPG岛甲基化特征的IDH突变胶质母细胞瘤、低级别胶质瘤、脑转移癌等，所以NR1D2与脑癌的相关性不能够直接反应胶质母细胞瘤中NR1D2的生物学功能，并且由于GSCs的生长依赖于CLOCK:BMAL1的表达，SR9009和SR9011对于GSCs的抑制功能可能是通过增强NR1D2从而抑制了CLOCK:BMAL1的表达来实现的。而分化的胶质母细胞瘤细胞对于CLOCK:BMAL1的低敏感性使得NR1D2扮演了具有促癌功能和抑癌功能的双重角色。在其他人的研究中，我们同样观察到了SR9009增强了胶质母细胞瘤细胞株T98G的细胞毒性[19]。尽管SR9009和SR9011的抑癌功能依赖于NR1D2，但是根据其使用剂量的差异，可能涉及到其他功能性蛋白，并且NR1D1在抑癌过程中发挥的功能并不清楚。总之，关于NR1D2的肿瘤生物学功能仍需进一步阐明。

3 挑战与展望

昼夜节律基因家族参与了多种生物学过程，直接或间接调控数千种基因的表达[20]，因此成为肿瘤分子生物学研究的重点，特别对于其核心成员CLOCK、BMAL1和NR1D2肿瘤生物学功能的研究。令人感兴趣的是，NR1D2在不同状态下，其功能出现了明显的差异。胶质母细胞瘤的独特肿瘤微环境有大量的免疫细胞浸润，特别是外周血来源的肿瘤相关巨噬细胞[21]。GSCs可以通过分泌IL-33、骨膜蛋白和骨桥蛋白来招募肿瘤相关巨噬细胞，同时驱使肿瘤相关巨噬细胞M2极化[22-23]，免疫小胶质细胞与昼夜节律的相关性已经得到了初步表述，这样就提出了一个问题，是否昼夜节律能够招募肿瘤相关巨噬细胞进入胶质瘤微环境，从而促进胶质母细胞瘤恶性进展。未来的研究中，我们将会深入探究昼夜节律基因对于肿瘤相关巨噬细胞浸润的直接或间接调控作用，扩展昼夜节律基因的肿瘤生物学认识。

综上所述，尽管目前关于昼夜节律在胶质母细胞瘤发展过程中所发挥的功能存在部分争议，但是仍然为这一无法根治的疾病提供了全新的见解。直接抑制昼夜节律基因可能会使细胞损伤并且导致细胞衰老，直接影响患者身体的正常生理过程[24]，所以靶向昼夜节律发挥功能依赖的下游因子，或许可以成为一种全新的治疗方案。