Musashi-1在恶性肿瘤中的研究进展

杨慧慧 王晓芳 贾友超 臧爱民

肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)学说是目前肿瘤治疗的热点话题，一些研究者认为，肿瘤细胞中存在一小部分具有自我更新和分化能力的细胞，是真正驱动肿瘤发生和发展的“动力”，在维持肿瘤的恶性增殖、侵袭、耐药、转移、复发等方面起着决定性的作用[1,2]。肿瘤干细胞显示胚胎干细胞的许多特征，具有高度的致瘤性，并经常表现出参与发育和组织稳态的一个或多个高度保守的信号通路的持续激活。在白血病、结直肠癌、脑肿瘤、肺癌、肝癌等多种恶性肿瘤中已成功分离出了肿瘤干细胞[3]。虽然其在肿瘤组织中数量极少(<1%),但对于肿瘤的预后及治疗意义重大，可能成为肿瘤诊断标志物及治疗靶点。寻找肿瘤干细胞特异性标志物将为肿瘤起源研究提供新的思路，为靶向肿瘤干细胞治疗提供可能。CD133[4-6]、CD44[6]、ABCG2[7]、LGR5[8,9]、SOX2[10]是目前研究相对较多的潜在的肿瘤干细胞标志物。MSI1，一种RNA结合蛋白(RNA-binding proteins，RBPs)，调节感觉器官的不对称分裂[11]，在神经系统发育中具有重要作用，后来被认为是神经干细胞的标志物。研究显示，MSI1也表达于乳腺、胃肠道、皮肤等干细胞，是干细胞的一般标记[12]。MSI1基因在进化上是保守的，在正常组织中只存在于干细胞，随着细胞分化程度越高，表达量逐渐降低[12]。随着对肿瘤干细胞标志物的筛选及研究，发现MSI1在急性髓系白血病、结直肠癌、髓母细胞瘤、肺癌、肝癌、胰腺癌等多种肿瘤中高表达，并与其耐药、转移及不良预后相关[13]。MSI1主要调节转录后的翻译过程来维持干细胞的未分化状态，通过调节Notch，Wnt/β-catenin等信号通路影响干细胞细胞增殖和细胞命运的决定以及肿瘤形成及发展。对MSI1在多种肿瘤中的作用及相关机制进行研究具有重要意义。

1 MSI1的结构与功能

真核生物RBPs多种多样，主要参与RNA的生物调节和基因表达调控，有些调节特定的转录组。在真核生物中，MSI N端含有的2个保守的RNA识别结构域(RNA recognition motif，RRM)可参与RNA剪接、转运、序列编辑、维持RNA的稳定和降解、细胞内定位和翻译控制等转录后基因表达调控过程[14]。人类的两个相关基因，MSI1和MSI2，两者有75%的同源性，均属于RNA结合蛋白家族。MSI2主要在血液系统恶性肿瘤中发挥重要作用。MSI1基因全长2 950 bp，位于12q24.1～q24.31，包含15个外显子，编码一种含有2个tandem的蛋白质，主要在实体肿瘤中影响与干细胞生理、药物代谢、细胞周期、凋亡和DNA合成与修复有关的多种功能和途径。

MSI1维持干细胞的未分化状态：MSI1调节TTK69蛋白的翻译，影响Notch通路从而影响细胞的感觉器官的不对称分裂过程[15]。小肠基底隐窝被认为是肠道干细胞的细胞库，MSI1诱导导致Lgr5+隐窝基底柱状细胞的扩张和增殖增加[16]。Cambuli等[17]构建一种小肠上皮特异性高表达MSI1的小鼠模型，MSI1高表达后，小肠上皮隐窝细胞明显增多，细胞增殖明显加快，说明MSI1与肿瘤干细胞相关。结肠隐窝干细胞内的突变和扩张导致结肠组织的肿瘤发生，但诱导MSI1体内高表达并未引起肿瘤产生，意味着MSI1诱导肿瘤产生可能需要更多未知的环境改变或突变。

MSI1特异性识别3’非编码区(G/A)UnAGU(n=1～3)序列，通过调节靶基因转录后翻译过程发挥作用。哺乳动物细胞中翻译起始复合物的形成及 mRNA的循环化需要eIF4G-PABP相互作用。而MSI1与eIF4G(eukaryotic translation initiation factor 4G)竞争性结合PABP[poly(A)binding protein]，抑制了MSI1靶mRNA的翻译起始，抑制80S核糖体复合物的形成[18]。已知的MSI1相关靶mRNA与肿瘤相关过程具有显著相关性[凋亡(44%)、细胞周期(24%)、细胞分化(40%)、细胞增殖(46%)、细胞存活(36%)，DNA修复(7%)][19]。

研究显示，MSI1高表达的细胞有关细胞增殖、细胞周期、细胞粘附、迁移和双链DNA断裂修复的基因表达异常活跃。MSI1作用通路涉及广泛[20]：MSI1 阻断Numb的翻译(一种Notch通路的负性调节因子)，抑制Numb的表达增加细胞内Notch和Notch依赖性基因转录，通过增强活化的β-catenin激活Wnt信号通路后，靶基因如cyclinD1、D2和myc的表达升高。MSI1还通过自分泌过程增加PLF1和减少DKK3，PLF1激活ERK，可能是通过IGF2R，进而抑制GSK3，通过自身调节回路增加Notch和Wnt通路的激活。DKK3表达减少激活Wnt通路，导致β-catenin的核定位和β-catenin/TCF依赖的靶基因如cyclinD1、D2和PLF1基因的转录增加，可能还有MSI1基因本身。MSI1还可通过Wnt途径直接上调EGFR的表达，并通过NFKB1、C-FOS和C-JUN等介质间接上调EGFR的表达[21]。PI3K-AKT-m TOR通路是癌症中最常见的失调通路之一，MSI1通过激活Akt-mTOR信号通路参与致癌肠道转化。在肠道中，MSI1通过直接抑制Pten来激活mTOR信号[22]，MSI1-Pten-m TOR信号级联在起源于外胚层和内胚层的癌症中起重要作用，而且MSI1也可以通过促进HER2的活性来激活mTOR通路，MSI1/TNS3/RhoA-GTP轴是调节神经胶质瘤细胞迁移的主要途径。MSI1还通过翻译抑制Tensin3增强胶质母细胞瘤细胞迁移和细胞骨架动力学[23]，MSI1还促进胶质母细胞瘤中ICAM1的翻译和肿瘤的侵袭[24]。表明MSI1/ICAM1轴可能是抑制神经胶质瘤侵袭的潜在治疗靶点。MSI1直接与p21、p27和p53的m RNAs结合，并禁止检查点调节剂的翻译[25]。解除了其对CDK的抑制作用，促进了G0/G1向S期的转化，促进细胞的增殖，表明MSI1也是一种细胞周期调节剂。MSI1沉默通过细胞周期阻滞抑制细胞增殖和肿瘤形成，其中还涉及c-Myc的激活。此外，MSI1激活STAT3信号，促进口腔鳞状细胞癌的进展，还通过阻断Dcx(参与神经ST的微管结合蛋白)，增加Robo3的表达(参与轴突引导的受体)等影响生物过程[26]。MSI1复杂的调节网络更加表明MSI1对于肿瘤细胞生物学行为的影响重大。

在体内外，MSI1也受到各种信号分子的调节；HuR(一种RNA结合蛋白)作为MSI1的重要调节因子，稳定MSI1 mRNA并增加其翻译。TNC(Tenascin C)通过激活STAT5，从而增强MSI1的表达，保护MSI1依赖的Notch信号。在结直肠癌细胞中，MSI1的表达还受到Notch3信号调控。棉酚是一种天然苯酚，可以中断MSI1与靶mRNA的结合，与MSI1蛋白的RNA结合结构域1(RBD1)结合，与目标竞争mRNA。木犀草素是一种黄酮类化合物，与MSI1有较强的直接相互作用。木犀草素处理的U251和U343GBM(胶质母细胞瘤)细胞系增殖减少，细胞生长受到明显抑制[13]。一些mirRNA及lncRNA也通过调节MSI1影响细胞生理过程。Mir-330调节胃癌MSI1的表达，在HCG-27细胞中，Mir-330的过度表达导致细胞增殖抑制和菌落形成。过表达miR-330-3p促进E-cadherin表达，抑制N-cadherin、Vimentin 和 Snail的表达，MSI1作为mir-330-3p在胃癌细胞中的直接靶基因，与mir-330-3p表达呈负相关[27]。而Lnc01094通过抑制mir-330-3p对MSI1的表达有正调控作用[28]。在胶质瘤中，MSI1受到miR-137的抑制，共同调节肿瘤细胞生长网络[29]。LncRNA LEF1-AS1作为mirRNA-10a-5p调节剂，通过激活AKT信号通路，增强MSI1的表达，促进肝细胞癌细胞的耐药[30]。在胃癌组织中，mir-331与MSI1相互影响，mir-331负调控MSI1的表达，而MSI1的上调减弱了mir-331在胃癌中的抑制作用，mir-761通过靶向MSI1抑制卵巢癌的增殖和侵袭[31]。一项关于mirRNA的研究发现，miR-138、miR-188、miR-342、miR-491和miR-541调控MSI1的表达[32]。这些信号分子对MSI1的调节为靶向MSI1提供更多的可能性。

MSI1通过多种信号通路实现对肿瘤的影响，并受到各种信号分子的调节，但具体机制并不完全明了，仍需进一步关注及研究。

2 MSI1在多种实体肿瘤的研究进展

2.1 神经系统肿瘤 MSI1高表达与胶质细胞瘤、星形细胞瘤、髓母细胞瘤等脑部肿瘤的不良预后相关[33]。MSI1在胶质细胞瘤中高表达，并且表达水平与肿瘤细胞的恶性程度和增殖活性呈正相关。MSI1通过上调YTHDF1来促进胶质母细胞瘤细胞的癌症干细胞特性，同时MSI1和YTHDF1的升高与神经胶质瘤患者的生存率下降相关。因此，MSI1可被认为是神经胶质瘤的不良预后标记[34]。研究显示MSI1促进胶质瘤生长与激活Notch通路有关[35]。Lin等[36]发现MSI1通过调节同源重组修复、肿瘤侵袭过程和肿瘤干细胞特性与胶质母细胞瘤放射抗性相关。Rebecca等[37]研究发现，在胶质细胞瘤中，MSI1保持肿瘤干细胞特性，并通过3’UTR及miRNA依赖的方式抑制CD44的下调。MSI1转运到胞浆中，在那里它招募AGO2，调节特定靶mRNA的转录后表达，MSI1/AGO2复合物促进胶质瘤增殖并增强肿瘤耐药性[38]。MSI1的表达与小儿高级别神经胶质瘤相关。MSI1被发现可以促进神经胶质瘤对TMZ和VPA联合治疗的耐药性[39]。Baroni等[40]通过综合的基因组分析确定，调控细胞周期和DNA复制是神经胶质瘤中MSI1的核心调控功能。MSI1通过两种机制来控制这个基因网络：直接相互作用和由转录因子E2F2和E2F8介导的间接调节；重要的是，MSI1敲低的胶质母细胞瘤对细胞周期和DNA复制抑制剂的敏感性增强，因此提出药物组合策略(MSI1细胞周期/DNA复制抑制剂)对神经胶质瘤患者是可行的治疗选择。这些研究结果不仅将提高目前对神经胶质瘤生物学和癌症干细胞标记的认识，而且可能提供以MSI1为靶点的治疗策略，以改善以放化疗为主的恶性肿瘤的治疗选择。

MSI1在髓母细胞瘤中高表达，并可作为预后不良的重要指标。髓母细胞瘤MSI1的敲除下调了Notch通路成员Hes1、Hey2和Notch2的表达[41]。MSI1作为神经干细胞标志物，又在神经系统肿瘤发生发展过程起着至关重要的作用。

2.2 肺癌 肺癌是全球范围内发病率及死亡率最高的癌种之一，并且发病率及死亡率呈逐年上升的趋势。Moreira等通过免疫组化发现，MSI1在终末细支气管呈散在表达，在小细胞肺癌中呈弥漫性高表达，在大细胞癌中，27%的肿瘤表现为MSI1的弥漫性阳性，在其他类型肺癌中均具有不同程度表达[42]。研究显示，MSI1能够通过AKT信号通路的调节促进NSCLC细胞的增殖和糖代谢，并介导NSCLC细胞对化疗药物的敏感性，并且MSI1和mir-181a-5p的表达水平呈负相关[43]，表明mir-181a-5p可能作为MSI1的一个靶点参与肿瘤调控。而MSI1在肺转移瘤中表达量高于原发肿瘤，表明MSI1在肺肿瘤转移中可能具有重要作用。在非小细胞肺癌中，MSI1敲低表现出菌落数减少，细胞生长缓慢，Numb及Notch受到抑制，表明MSI1促进肿瘤细胞生长与Wnt及Nocth通路有关，并且在肿瘤干细胞样囊球培养中呈现MSI1高表达，说明MSI1可能成为肺癌肿瘤干细胞的标志物。

2.3 结直肠癌 结直肠癌是常见的恶性肿瘤，MSI1在结直肠癌中过表达，并且与结肠癌的晚期临床病理变量如晚期临床分期、淋巴结转移、晚期肿瘤分期等密切相关。MSI1表达及Ki67增殖指数之间具有明显的相关性，表明MSI1与肿瘤增殖具有相关性。MSI1在III期结肠癌肿瘤组织样本中的表达明显高于Ⅰ期、Ⅱ期，表明MSI1可能参与肿瘤的转移与侵袭。在结直肠癌中，MSI1敲低导致Notch1受到抑制，并且p21表达上调，表明MSI1在结直肠癌中的作用与Notch信号通路及细胞周期相关。MSI1负性调节结直肠癌细胞p21cip1，促进细胞周期从G1期到S期的转化，从而促进肿瘤生长，表明MSI1作为一种细胞周期调节剂参与结直肠癌发展[44]。CD133与MSI1双阳性表达的结肠癌细胞对奥沙利铂联合5-氟尿嘧啶方案化疗高度耐药[45]。而CircRNA 0032833在体内通过miR-125-5p/MSI1轴促进了5-氟尿嘧啶和奥沙利铂的敏感性[46]。MSI1促进CD44+肿瘤干细胞诱导结直肠癌的发生的过程，引起抗凋亡应激颗粒的形成，并增强肿瘤干细胞的耐药[47]。表明MSI1对结直肠癌耐药过程具有重要作用。

2.4 宫颈癌 宫颈癌是女性常见恶性肿瘤，与HPV病毒相关。Hou等[48]研究发现，MSI1高表达在宫颈癌中高表达，并与宫颈癌不良预后相关。Gong等[12]研究显示，MSI1可能不参与宫颈癌肿瘤发生，但参与肿瘤进展。并且抑制EMT的关键转录诱导因子，包括Snail、Slug和Zeb1。MSI1还通过转录后抑制APC、DKK1和DKK3的表达，这些均是Wnt信号的负调节因子。另一方面，MSI1在宫颈癌中调节药物代谢、细胞周期、DNA合成和修复稳定靶点，如cyclinD1、CDK6和Sox4。MSI1的表达还下调了Pten的表达，AKT通路被激活，凋亡前体蛋白表达减少，抑制了凋亡的发生[49]。以上研究说明，MSI1在宫颈癌肿瘤中通过调节Wnt通路、细胞周期及EMT过程促进肿瘤进展。

2.5 乳腺癌 乳腺癌是全球女性发病率最高的癌症。Wang等[50]通过免疫组化显示，MSI1表达在68%的原发肿瘤和100%的淋巴结转移中表达，并与5年生存率相关。MSI1在CD133+细胞及干细胞样球形肿瘤细胞中高表达，并与erb-B2表达相关。敲低乳腺癌细胞中MSI1表达抑制球形菌落形成，并且降低CD133、erb-B2、pERK、Notch1和ES细胞标记物，增加p21CIP1表达。表明MSI1在乳腺癌中与erbB和CD133表达具有极强的相关性。在乳腺癌细胞中，mir-125b能够调节MSI1表达参与肿瘤发生发展[51]。MSI1低表达造成乳腺癌肿瘤干细胞标记物CD44表达下降，细胞周期进程及增殖受到抑制，并通过下调EGFR及DNA修复相关蛋白DNA-PKcs降低乳腺癌放疗抗性。以上研究表明MSI1可能作为乳腺癌不良预后指标，并为乳腺癌靶向治疗提供新的靶点。

2.6 卵巢癌 卵巢癌是一种高发的恶性肿瘤，威胁女性健康。研究显示，MSI1在卵巢癌中高表达，并通过靶向细胞周期蛋白P21、P27、P53促进细胞增殖[52]。并且MSI1的高表达在体内外均抑制卵巢癌细胞的凋亡。MSI1可能作为卵巢癌的独立预后因子，是与临床生物学行为和预后相关的重要肿瘤干细胞标记物，并且在宫颈癌中，MSI1的表达与ALDH-1高度一致[52]。MSI1敲低抑制卵巢癌的恶性特性和逆转紫杉醇耐药。

2.7 肝癌 研究显示，MSI1在肝细胞癌组织中的表达比非肿瘤的癌旁组织高，过表达MSI1显著促进其生长，促进细胞周期。MSI1的过表达降低Wnt/β-catenin信号通路分子APC，增加β-catenin的表达，表明MSI1在肝细胞癌中可能通过Wnt/β-catenin信号通路发挥作用[53]。临床病理分析表明，MSI1的上调与转移潜能和预后不良有关，可能有助于维持肝癌细胞的干细胞样特征。原发性肝癌中，MSI1与CD44的表达呈正相关，且MSI1通过激活Wnt/β-catenin信号通路影响癌细胞的活力、迁移和侵袭能力[54]。

MSI1在其他癌种中的研究也逐渐深入，MSI1在骨肉瘤组织中较癌旁组织明显升高，敲低MSI1表达后，骨肉瘤细胞P21，P27表达增加，细胞周期停滞于G0/G1期。表明MSI1调节骨肉瘤组织生长作用于细胞周期，而不是凋亡[55]。MSI1在胃癌组织及细胞中高表达，并与其不良预后相关，其表达与肿瘤生物学特性的关系可能取决于患者的年龄。与正常肾细胞和组织相比，肾癌的MSI1表达显著升高，高水平的MSI1与肾癌患者的肿瘤分期和远处转移呈正相关，并在侵袭与转移过程中具有重要作用[56]。MSI1的表达与Numb在脑转移中成负相关，表明MSI1与Notch信号通路相关，并且可能参与脑转移的发生发展。

3 结论

MSI1作为潜在的肿瘤干细胞标志物，通过调节转录后翻译过程发挥作用，维持干细胞的特性，并在多种肿瘤发生发展过程中具有重要作用，是不良预后的独立预测因素，可能作为新的诊断标志物及治疗靶点，但具体通路尚需进一步研究。