TMEFF2与恶性肿瘤关系的研究进展

冯豆，张洪，范月莹，宋玲，谭佳杰

(武汉大学人民医院药学部，武汉 430060)

TMEFF2(transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2)又被称为TR-2(tomoregulin-2)[1]、TPEF(transmembrane protein containing epidermal growth factor and follistatin domains)[2]、HPP1(hyperplastic polyposis protein 1)[3]或TENB2(transmembrane protein 2)[4]，是表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)蛋白家族的一员，最早由Uchida等[1]从人胃成纤维细胞中分离出来。最初人们认为TMEFF2可能与神经生长发育有关，其胞外段能够促进大鼠海马及中脑神经元的存活；且TMEFF2基因敲除的幼鼠生长发育迟缓，并于断奶期前后死亡[5-6]。近年来随着研究的不断深入，人们发现TMEFF2还参与了前列腺发育、细胞周期调节、细胞凋亡和DNA修复等多种生理过程[7]。研究表明，TMEFF2的异常表达在恶性肿瘤的发生、发展过程中发挥重要作用[8-10]。目前已有报道显示，在胃癌[8]、结直肠癌[9]、膀胱癌[10]等多种人类肿瘤中，TMEFF2基因能抑制肿瘤细胞增殖、促进细胞凋亡，发挥抑癌基因作用；但也有研究表明，TMEFF2可促进肿瘤细胞生长，发挥促癌基因作用[11]。可见，TMEFF2在人类肿瘤中的作用十分复杂，其生物学功能及在肿瘤中的作用机制还有待进一步阐明。现就TMEFF2与恶性肿瘤关系的研究进展予以综述。

1 TMEFF2概述

1.1TMEFF2基因及蛋白简介 TMEFF2基因位于人染色体2q32.3，整个基因序列长度为246 634 bp，含有11个外显子；TMEFF2基因转录起始点位于其上游约700 bp处，该处除包含启动子外，还包含特异性蛋白1和E-box等多种转录因子结合位点，且TMEFF2基因的5′区域是一个典型的CpG岛，在肿瘤细胞中常发生高甲基化[2]。TMEFF2基因编码一种含374个氨基酸的高度保守的Ⅰ型跨膜蛋白，该蛋白由胞外区、跨膜区和胞内区构成，胞外区包含1个 EGF样结构域和2个卵泡抑素(follistatin，FS)样结构域，而较短的胞内区含有潜在的G蛋白激活基序，因TMEFF2胞质结构域的不同，其可分为3种异构体[4]。人与鼠TMEFF2蛋白的氨基酸序列有98.9%同源，仅4个氨基酸存在差异；在人正常组织中TMEFF2的表达有限，其信使RNA选择性地表达于胚胎、成人的大脑、前列腺和胃成纤维细胞等部位，而在肿瘤组织中TMEFF2的表达不同程度地上调或下调[6]。

1.2TMEFF2蛋白的结构特点 TMEFF2的结构较为独特，作为一种跨膜蛋白，TMEFF2胞外域(the extracellular domain of transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2，TMEFF2-ECD)可以被蛋白酶切割释放到胞外间隙发挥作用。有证据表明，促炎细胞因子白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α和佛波酯均可诱导TMEFF2-ECD以去整合素金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)17依赖的方式从细胞膜上脱落，保留的膜片段则被γ-分泌酶复合物进一步加工处理[12-13]。亦有研究表明，TMEFF2-ECD的脱落与肿瘤微环境相关，拥挤的细胞状态使氧化应激增加，进而通过氧化应激信号通路激活c-Jun氨基端激酶或p38来活化ADAM17，从而诱导TMEFF2-ECD脱落；此外，ADAM9、ADAM12和Ⅱ型跨膜丝氨酸蛋白酶matriptase-1和hepsin也能裂解TMEFF2，导致TMEFF2-ECD脱落，matriptase-1和hepsin与ADAM在不同的位置裂解TMEFF2，产生新的跨膜保留片段[14]。Quayle和Sadar[15]发现了一种新的TMEFF2的剪接变体，该亚型在前4个外显子之后被截断，并产生了一种只含有1个FS样结构域的分泌蛋白TMEFF2-S，TMEFF2-S蛋白可能与全长TMEFF2或裂解后的TMEFF2发生相互作用。

1.3TMEFF2蛋白的生物学功能 TMEFF2的生物学功能较为复杂，其EGF样结构域可能作为人EGF受体erbB-1或erbB-4的配体而直接参与细胞生长信号通路，如在结直肠癌细胞中过表达TMEFF2可导致erbB-4活化；在前列腺癌中，由于前列腺癌细胞株缺乏erbB-4表达，因此有利于TMEFF2与erbB-1结合从而促进细胞生长[1,16]。FS样结构域可能结合并调节多种生长因子的功能，如与转化生长因子-β家族、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子等相互作用[1,17]。已有研究证实，在神经胶质瘤中，TMEFF2通过其含有的FS样结构域胞外域选择性地与血小板衍生生长因子-AA相互作用，抑制其受体活化，从而调控血小板衍生生长因子信号通路[17]。同时，TMEFF2的FS样结构域也能调节促肾上腺皮质激素释放激素在垂体促肾上腺皮质激素细胞中的信号传递，抑制环腺苷酸和环腺苷酸反应元件结合蛋白的产生以及促肾上腺皮质激素的分泌，导致垂体瘤细胞AtT20增殖减少[18]。TMEFF2的胞内域则可能与酪氨酸蛋白激酶介导的信号转导通路密切相关[1]。可见，目前虽然TMEFF2蛋白的功能尚不完全清楚，但作为一种跨膜蛋白，TMEFF2可通过与多种蛋白结合在信号转导中发挥重要的生物学作用。

2 TMEFF2与恶性肿瘤的关系

目前TMEFF2表达异常已在多种肿瘤中得到证实，在原发性和转移性前列腺癌、部分平滑肌瘤以及子宫内膜癌中TMEFF2的表达均显著上调；在胃癌、结直肠癌、胰腺癌、膀胱癌、甲状腺癌、上尿路上皮癌、非小细胞肺癌、肾细胞癌等恶性肿瘤中，TMEFF2基因启动子区的CpG岛常出现高甲基化，导致转录沉默，进而使TMEFF2表达下调[8-10,19-23]。由于DNA甲基化是人类肿瘤中常见的表观遗传修饰，与肿瘤的发生、发展密切相关，且常发生于肿瘤早期调节基因的表达水平，因此TMEFF2基因高甲基化具有成为肿瘤特异性标志物的潜力[24]。

2.1TMEFF2与前列腺癌 TMEFF2在前列腺癌进展中的作用受到广泛关注。在正常前列腺细胞、组织以及雄激素依赖性前列腺癌细胞、组织中TMEFF2基因均显著高表达，同时在转录和翻译水平其表达均受雄激素调控[25-26]。虽然TMEFF2在部分原发性和转移性前列腺癌细胞系及临床样本中均表达上调[25-27]，但有研究表明TMEFF2发挥促癌作用[28-29]；同时也有研究显示，TMEFF2可抑制前列腺细胞的侵袭和迁移发挥抑癌基因作用[28-30]，这种相互矛盾的作用模式在一定程度上与TMEFF2蛋白水解产生可溶性的TMEFF2-ECD有关。不同形式的TMEFF2具有不同的生物学特性，即全长TMEFF2发挥抑癌作用，脱落形式的TMEFF2-ECD则可引起胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)磷酸化，促进细胞增殖，从而发挥促癌作用，故推测TMEFF2的主要形式及作用会随着疾病的进展而发生改变[13]。

目前，TMEFF2在前列腺癌中发挥抑癌或促癌作用的分子机制尚不明确。Chen等[28]发现，TMEFF2的胞质结构域与肌氨酸脱氢酶相互作用可下调肌氨酸的细胞水平，同时影响叶酸介导的一碳单位代谢，抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭，而脱落的TMEFF2-ECD不与肌氨酸脱氢酶相互作用，因此与肌氨酸的细胞水平无关。肌氨酸是前列腺癌进展中的一种潜在标志物，肌氨酸水平上调可增强肿瘤细胞迁移、侵袭的能力[31]。研究发现，TMEFF2可通过整合素信号通路调节αvβ3等整合素的表达及RhoA的活化，抑制前列腺癌细胞的迁移和黏附，且这种调控作用与TMEFF2胞内区富含的13个碱性氨基酸区域密切相关，该区域缺失可阻止TMEFF2对前列腺癌细胞迁移和黏附的抑制作用[29]。由此推测，全长TMEFF2蛋白可能通过影响一碳单位代谢，以甲基化形式从表观遗传学水平调节整合素基因的表达，从而抑制前列腺癌细胞的迁移和侵袭，而TMEFF2-ECD无此作用。此外，Chen和Ruiz-Echevarría[30]还发现，TMEFF2蛋白可调控Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信号通路以及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号通路，但不同形式的蛋白对信号通路有不同的调节作用，在生长因子作用下全长TMEFF2蛋白可促进ERK的磷酸化，对Akt的磷酸化则无影响；而TMEFF2-ECD可抑制ERK的磷酸化并促进Akt的活化，因此TMEFF2-ECD可能作为可溶性生长因子在细胞外发挥促癌作用，提示Akt和ERK通路可能介导了TMEFF2由抑癌到促生长功能的转换。

虽然TMEFF2在前列腺癌中的作用机制尚未完全阐明，但已有研究显示，TMEFF2可能成为前列腺癌诊断的分子标志物[32]。亦有学者建议将TMEFF2作为放射性免疫治疗前列腺癌的靶基因，利用TMEFF2的抗体治疗前列腺癌[33-34]，但仍处于研究阶段。

2.2TMEFF2与胃癌 研究表明，与正常胃黏膜上皮细胞相比，TMEFF2在胃癌细胞中的表达显著下调，体外过表达TMEFF2可诱导肿瘤细胞凋亡、周期阻滞，从而抑制胃癌细胞增殖[8]。在裸鼠体内过表达TMEFF2可显著抑制肿瘤的生长，提示TMEFF2在胃癌中可能发挥抑癌基因作用[35]。有研究者对TMEFF2表达与胃癌患者临床病理特征的关系进行分析发现，TMEFF2低表达与胃癌患者性别、肿瘤体积增大、较差的病理分期以及预后不良均密切相关，其中男性患者TMEFF2表达水平高于女性患者，与TMEFF2的表达受雄激素调节相符；此外，与TMEFF2高表达的胃癌患者相比，TMEFF2低表达患者的生存时间显著缩短，表明TMEFF2可作为评估胃癌患者预后的独立指标[36]。关于TMEFF2在胃癌中可能的作用机制，有研究发现，TMEFF2的胞内区可直接与胃癌的关键调节蛋白Scr同源结构域2磷酸酶-1蛋白的两个SH2结构域结合，从而抑制信号转导及转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3的磷酸化；同时，TMEFF2也是STAT3的新靶基因，在幽门螺杆菌感染引起的胃癌中，磷酸化的STAT3直接与TMEFF2基因启动子结合抑制TMEFF2基因转录，使胃癌细胞中的TMEFF2表达下调，TMEFF2与STAT3的这种双向调控机制可能参与了幽门螺杆菌相关胃癌的发生、发展[35-36]。Han等[37]发现，胃癌患者血清中的维生素C水平与TMEFF2的表达呈正相关，抑制TMEFF2的表达可以促进人正常胃黏膜上壁细胞系GES-1和胃癌细胞系AGS的增殖能力，而给予维生素C会导致细胞的增殖能力受到抑制、TMEFF2的表达显著上调，提示TMEFF2的表达参与了维生素C的抗细胞增殖作用，进一步证实TMEFF2可能是胃癌治疗的潜在靶点。

2.3TMEFF2与结直肠癌 TMEFF2在80%以上的结直肠癌中表达下调[9]，是一种肿瘤抑制基因，其基因高甲基化是结直肠癌进展过程中的早期表观遗传学改变，表明TMEFF2在结直肠癌中表达下调可能与基因启动子区高甲基化有关。Elahi等[9]通过试验发现，无论在体内还是体外，TMEFF2均显示出对结直肠癌的抑制活性。另有研究发现，TMEFF2可能通过调控Janus激酶(Janus kinase，JAK)/STAT信号通路介导结直肠癌细胞的部分生长抑制活性，具体机制为TMEFF2过表达可诱导JAK1、JAK2与细胞表面受体结合而活化，活化的JAK再通过磷酸化作用诱导STAT1和STAT2活化、异源二聚以及核移位，进而导致STAT1和STAT2与下游的α干扰素信号调控元件启动子位点结合，调节α干扰素的表达，从而抑制肿瘤细胞的生长和增殖，促进肿瘤细胞凋亡[38]。另有研究表明，在过表达TMEFF2的结直肠癌细胞中，可溶性TMEFF2-ECD以ADAM17依赖的方式脱落，且参与了JAK-STAT信号通路，同时TMEFF2在结直肠癌中的抑癌作用需要TMEFF2-ECD的裂解和脱落[16]。亦有文献报道，在结直肠癌和胃癌中，抑癌基因TMEFF2可能通过移码突变使基因失去抑癌活性，从而参与肿瘤的发生，但具体机制仍需进一步研究[39]。此外，在原发性和转移性结直肠癌中均可观察到TMEFF2基因高甲基化，通过对转移性结直肠癌患者粪便样本的研究发现，TMEFF2高甲基化与结直肠癌早期病变密切相关；对患者血液样本的研究发现，TMEFF2基因甲基化水平越高，患者的预后越差[40-41]。由此推测，TMEFF2基因有望成为结直肠癌患者早期诊断和预后的甲基化生物标志物，且应用前景广阔[42-43]。

2.4TMEFF2与其他肿瘤 目前的研究已证实，TMEFF2在胰腺癌、膀胱癌、非小细胞肺癌等多种肿瘤组织和细胞系中的表达均显著下调，TMEFF2在子宫内膜癌中的表达水平显著高于非典型内膜增生和正常子宫内膜[11，44-46]，且其在各类型肿瘤中发挥作用的机制亦不同。在胰腺癌ASPC1细胞系和CAPAN1细胞系中，过表达的TMEFF2通过与抑癌因子Scr同源结构域2磷酸酶-1相互作用下调磷酸化STAT3、髓样细胞白血病因子1、血管内皮生长因子的表达，从而显著抑制胰腺癌细胞增殖，并促进其凋亡[19]。同时，TMEFF2还可通过抑制促分裂原活化的蛋白激酶信号通路的磷酸化，抑制胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，进而发挥抑制基因的作用[44]。在子宫内膜癌细胞中下调TMEFF2的表达后，肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力均降低，促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3-激酶信号通路活化减少，上皮-间充质转化受到抑制；此外，高水平的TMEFF2与子宫内膜癌患者较差的预后相关[11]，提示TMEFF2可能作为子宫内膜癌患者治疗及预后评估的潜在靶标。

由于胰腺癌、膀胱癌等肿瘤中TMEFF2启动子区存在显著的高甲基化，因此目前的研究热点更多地集中于诊断和预后的甲基化生物标志物方面。如在胰腺癌中，TMEFF2的甲基化水平与TNM分期密切相关，检测TMEFF2的甲基化状态可作为胰腺癌早期诊断及预后的方向[45]。目前，临床用于检测和筛查膀胱癌的方法大多为有创，或敏感性、特异性较低。研究表明，应用去甲基化药物5-氮杂-2′脱氧胞苷处理后，膀胱癌T24细胞的甲基化水平被逆转，凋亡显著增加，而增殖、迁移和侵袭显著被抑制，提示TMEFF2基因启动子甲基化在膀胱癌的恶性进展中发挥重要作用，降低TMEFF2基因启动子甲基化水平可能是一种潜在的治疗策略[10]。此外，研究者还发现了一组包括TMEFF2在内的能够通过尿液样本对膀胱癌进行早期、准确、无创检测的甲基化生物标志物，检测尿液中基因的甲基化水平可更直接反映膀胱的健康状况[46]，表明TMEFF2作为膀胱癌早期诊断的甲基化生物标志物具有巨大潜力。

3 小 结

TMEFF2既具有抑癌作用又具有促癌作用，其在前列腺癌中的作用最为复杂。虽然目前有关TMEFF2在肿瘤发生、发展过程中的具体作用机制尚不完全清楚，但其独特的生物学功能揭示了其在肿瘤诊断及治疗中的巨大潜力。①TMEFF2有限的组织分布可能成为偶联抗体治疗前列腺癌的工具；②TMEFF2-ECD这一分泌型的出现提示调节TMEFF2的裂解可能会改变其功能；③在胃癌、膀胱癌等多种实体肿瘤中，TMEFF2基因常因高甲基化导致表观遗传沉默，在肿瘤发展中发挥重要作用，因此TMEFF2基因异常甲基化具有成为多种肿瘤早期诊断及治疗特异性标志物的潜力。由于恶性肿瘤的发病机制复杂，早期诊断困难，因此深入研究TMEFF2的作用机制有助于进一步了解TMEFF2蛋白的功能,为恶性肿瘤的早期诊断和治疗提供新思路。