IER3在肿瘤中的意义

周日忠，钟晓刚

(1.右江民族医学院，广西 百色 533000；2.广西壮族自治区人民医院，广西 南宁 530000)

0 引言

IER3属于一种应激诱导基因，也称为IEX-1，它归属为即刻早期反应基因家族。通过读取了许多国内外关于肿瘤分子生物学的文献，得知IER3基因与很多肿瘤的发生于发展密不可分，不过该基因在肿瘤中的作用机制尚未得以完全明确。随着许多研究的展开人们逐渐意识到IER3在癌症中所扮演的重要角色，更加进一步的对该基因进行研究还是很有必要的。将从以下内容再对IER3进行更深入的介绍。

1 IER3的结构

IER3属于一种应激诱导基因，也称为IEX-1，它归属为即刻早期反应基因家族。人的IER3基因位于6号染色体(6p21.3)的短臂上，它含有2个外显子，可以编码156个氨基酸。它存在着多种翻译后修饰，如糖基化等[1,2]。转录因子占了这个基因家族的大部分，它们进行转录激活的时间相对来说十分之短，仅需数分钟就可以完成。这主要还是得益于它们可以利用其它的蛋白质进行合成这一特性，节省了从头开始合成蛋白质这一步骤的时间[3]。可以对它们进行调控的因素种类十分的丰富，包括转录因子、炎性细胞因子、病毒、致癌物等等。受到这些因子的刺激后，它们会迅速地做出应对，并且可以在十几分钟之内就达到转录的波峰。但是，我们要注意到因为IER3并没有任何一个区域可以跟DNA进行结合，所以它不能算真正意义上的转录因子。它有时也可以起到协同激活或协同抑制的作用。顾名思义，IER3既然作为一个应激诱导基因，在受到各种因素的刺激后它最主要的一个功能就是进行协调激活或者抑制[4]。

2 IER3与细胞之间的关系

如果我们要明确IER3对临床工作有何指导意义，就不得不研究它在细胞层面具有怎样的作用，但这绝非易事，在细胞周期、分化等方面IER3的作用机制是十分复杂的，有时还存在互相矛盾的情况。IER3的表达对不同的细胞有不同的作用，有时IER3表达后表现为有利于细胞的生长，对另外一些细胞来说则是促进了细胞的死亡或者阻碍了细胞分化。IER3对细胞具有增值作用主要表现为当细胞受到各种理化因素的刺激后膜电位将发生改变，从而导致了细胞膜发生了去极化。IER3立即从静止状态转变为激活状态，诱导细胞从G0期开始进行细胞分裂活动，从而起到促进细胞增殖的作用。IER3可以增强细胞的存活能力与在受到损害后的自我修复能力。比如，物理因素对血管平滑肌的破坏，肠道炎症性疾病中肠道细胞的修复过程以及经过放射性离子照射后的癌细胞。IER3均呈现出一个高表达的状态[5,6]。在不同的环境下IER3展现出对细胞不同的作用。当细胞所处的环境有利于生长时，IER3可通过高表达促进细胞的生长。当细胞所处的环境不利于生长时，IER3可通过死亡受体发挥它促进细胞死亡的作用。细胞的种类和刺激的强弱决定了调控的结果。有研究通过细胞转染实验发现[7,8]，原本IER3低表达或者无表达的永生化角化细胞和HeLa细胞通过转染IER3基因后比对照组细胞的S期、G2M期比例增加。与对照组相比表现出更短的一个细胞周期以及更快的增值速度。这就表明了IER3能够对细胞的生长有一个促进的作用。当使用化疗药物对细胞进行处理后，高表达状态IER3的细胞比对照组的调亡率要更加高。在许多种类型细胞的生长繁殖进程中都有IER3的表达。有研究表明，在人脑胶质瘤细胞U87-MG中[9]，星形胶质细胞的增值分化过程可由IER3来介导。使用全反式维甲酸作为诱导剂[7,10]，对角化细胞和白血病细胞进行处理，在这些细胞向终末细胞转变的进程中都可以检测到IER3是一个低表达的状态。以上的这些研究都表明了IER3对细胞的增值分化都起到了一定的作用。IER3具有磷酸化的作用，它具有3个可以和细胞外信号调节激酶(ERK)相结合并产生磷酸化的作用点。同时它也含有一个由86到101个氨基酸残基组成的跨膜结构域(TM)。IER3存在于多种细胞器中，细胞核、内质网、高尔基体中都已被证实有它的存在[11]。

机体的生长繁殖和维持内环境的平衡都离不开细胞增值与凋亡之间的均衡。一旦增值与凋亡之间的平衡被打破就有可能会引起机体内环境的改变。很多疾病都是在凋亡机制发生改变的基础上进一步发生的，比如恶性肿瘤的发生发展、自身免疫性疾病的产生以及中枢神经系统发生退变。有研究显示，IER3在许多种类型的肿瘤细胞中表现出错综复杂的调控凋亡机制。MCL-1具有抗调亡作用[12]，它被PI3K/AKT活化后可发挥出更强的活性，IER3可以干扰这个过程，通过这种方式介导TNF-α发挥导致肝细胞凋亡的作用。IER3的表达增加与离子射线具有协同作用，可以使得U87-MG细胞的生长受到更大的抑制。更深的研究显示IER3跟P53共同作用使得U87-MG细胞发生凋亡[13]。同样，IER3可以作用于钙离子，使得钙离子内流增加从而加速细胞的凋亡。由此可见，IER3诱导凋亡的过程是多种多样的，有着繁杂的机理。另一方面，IER3也可以表现出抗凋亡能力。有人通过体内和体外实验表明，IER3抗凋亡能力主要是因为它能够调控细胞中线粒体活性氧(ROS)的产生。主要机制为IER3的过表达降低了IF1蛋白的表达水平，增加了ATP酶的活性，并维持了线粒体内膜Δψm的磷酸化状态，从而减少了ROS的产生，并保护细胞免受线粒体依赖性凋亡的影响[14]。IER3调控的ROS的产生主要局限于线粒体，IER3的缺失几乎没有引起氧化应激。在免疫调节中IER3也可发挥作用[15]，它可以激活T细胞中的ERK通路起到保护细胞凋亡的作用，使得免疫反应效应期时间持续的更久以及产生类狼疮综合征。IER3通过介导信号之间的传递发挥它抗凋亡的能力。这种能力可能与介导ERK[16]、ROS[17]、PI3K/AKT[12]的活化过程有关。在不同类型的细胞中IER3表现出不同的作用。

3 IER3在不同肿瘤中的意义

在不同的肿瘤中IER3的表达程度并不相同，也表现出不同的作用。有研究通过免疫组化法对上皮性卵巢癌和良性肿瘤进行检测发现，IER3的表达与FIGO分期和病理分级存在负相关，在卵巢上皮性组织恶变的过程中，IER3的表达逐渐较少[18]。同时，用TUNEL法对细胞凋亡进行检测发现细胞的凋亡也随之减少。发现卵巢癌中IER3高表达组中凋亡指数相对较高。这表明了IER3的表达与凋亡指数有正相关，提示IER3使得细胞凋亡活性增强从而对卵巢癌的肿瘤产生抑制作用。IER3表达阳性组的中位生存期显著长于阴性表达组。同样，在对胰腺癌的研究中也发现IER3阳性表达组的生存时间比阴性表达组的生存时间显著延长。IER3表达降低与胰腺肿瘤对邻近动脉和浆膜的局部侵袭相关[19]。IER3可能促进胰腺癌细胞的凋亡，IER3的缺失可能导致癌细胞的生长和侵袭。Steensma等人[20]研究显示在超过60%的MDS患者中IER3的表达被解除。在MDS的早期阶段，IER3表达减弱与骨髓细胞高凋亡率同时存在。当疾病进展到AML时，IER3在高水平上调，同时骨髓细胞凋亡率降低，这与IER3在疾病中的抗凋亡作用是符合的[21]。有研究表明，浸润性乳腺癌中IER3的表达是浸润前肿瘤或健康组织的三到四倍[22]。浸润性导管癌中IF1的表达也增加，也许IF1和IER3之间的平衡参与了浸润性乳腺癌有氧糖酵解和氧化磷酸化比例的调节。增加IF1的表达可以导致更多的ROS形成，从而增强NF-κB的激活[23,24]。NF-κB的激活进而激活了IER3的表达，进而促进If1的降解，从而将If1的表达控制在一定的阈值。确实，癌细胞同时使用氧化磷酸化和有氧糖酵解，与正常细胞相比后者的比例更高[25]。了解癌细胞中氧化磷酸化和有氧糖酵解是如何改变的，对于癌症的治疗和预后具有重要意义。几个人乳腺细胞系也被研究，以阐明IER3促进乳腺肿瘤发生的机制。同源盒A1(Homeobox A1，HOXA1)是一种转录因子，在哺乳动物组织的正常生长和分化过程中发挥重要作用。在正常组织中很难检测到它的表达，但在人类乳腺肿瘤中却清晰可见[26]。IER3在永生化人乳腺上皮细胞系MCF-10A中的过表达导致体内腺泡形态发生异常和致癌转化[27]。基因芯片分析显示，转染HOXA1的MCF-7乳腺癌细胞株中IER3的表达显著增加，IER3可抵抗细胞凋亡，并直接参与乳腺肿瘤的发生。直肠癌的发生发展过程可分为几个阶段，包括癌前异常隐窝形成(ACF)、浸润前癌和恶性肿瘤。ACF进一步分为增生型(低危)和异型(高危)两类，但常规免疫组化很难区分这两类病变。有研究证实IER3的高水平表达与结直肠癌的低风险之间存在关联。与邻近的正常结肠隐窝相比，肿瘤隐窝的IER3免疫组织学染色明显减弱[28]。Segditsas等人在IER3敲除小鼠上的研究结果显示IER3表达增加与结肠腺癌相关。APC或大肠腺瘤性息肉病是一种肿瘤抑制基因，它的突变与人类和小鼠的结直肠癌有关。基因芯片分析和qRT-PCR结果显示，IER在人或鼠结肠腺瘤中的表达分别增加了2倍或10倍以上[29]。研究表明，IER3在结直肠癌的不同亚型或不同阶段可能扮演着完全不同的角色。

4 总结与展望

IER3不仅在肿瘤和正常细胞中表达不同，而且在不同疾病阶段的同一肿瘤中的表达也不同。它的阳性表达可能预示着乳腺癌、骨髓瘤的病变向转移型转化，反之，IER3的表达缺失可能是卵巢癌的不良指标。在分析的癌症中，IER3在监测卵巢癌从良性到恶性阶段的进展方面显示出希望。我们对这些癌症还没有很好的答案。从这些癌症中收集的有争议的数据可能与IER3既是促凋亡加速器又是抗凋亡加速器有关。IER3可以被各种环境线索快速而短暂地诱导，使我们能够评估不同个体在不同时间的动态癌症反应，这在监测癌症进展方面可能非常有用。IER3对肿瘤细胞的细胞效应可能与周围正常细胞截然不同。IER3的这些独特属性使其成为一个潜在有用的生物标记物，无论是单独使用还是与其他基因联合使用，都能预测癌症预后。IER3在癌细胞和周围正常组织中的差异表达及其独特的功能为肿瘤表达IER3的患者提供了一条新的抗癌策略的重要途径。例如，大多数卵巢癌患者在确诊时，由于晚期疾病局部侵犯附近器官和/或远处转移，无法接受根治性肿瘤手术。放疗和化疗是治疗晚期卵巢癌的重要选择。不幸的是，肿瘤细胞通常对放射或化疗有抵抗力。IER3在HeLa细胞中的过表达增强了其对化疗药物诱导的凋亡的敏感性[8]，IER3的过表达也使人胶质瘤细胞系对辐射诱导的凋亡敏感[30]。因此，IER3基因可能是提高放化疗疗效的候选基因。

IER3是一个重要但真正未被研究的基因。它在癌细胞中的去调节作用，再加上它在细胞凋亡、存活和生长中的关键作用，强调了它在癌症发病机制中的作用。然而，使用IER3作为癌症预后的生物标志物仍然是一个巨大的挑战，因为IER3的确切分子作用仍然是难以捉摸的；目前还没有一个标准化的检测方法用于临床筛查IER3的表达，而且我们对其复杂的细胞功能的潜在机制了解太少。希望在以后的科研工作中能够对IER3进行更多的研究，IER3有望成为一个有意义的生物标记物。