Gasdermin E在结直肠癌发生、发展中的作用及研究进展

罗雍猷，姬菩忠，杨艳丽，刘 斌

结直肠癌是全球最常见的恶性肿瘤，其发病率和病死率均较高。家族遗传性结直肠癌<25%，散发性结直肠癌>75%[1-2]。因此，降低结直肠癌的发病率，并改善患者的生活质量已成为亟需解决的问题。结直肠癌的发生、发展是一个多因素和多基因协同作用的过程。Gasdermin E是Gasdermin家族中的成员之一，其表达异常导致肿瘤发生、发展，通过细胞焦亡、AKT磷酸化、甲基化等过程中的基因调控发挥重要作用。近年研究发现Gasdermin E属于肿瘤抑制因子，通过调控多种信号通路调控肿瘤的发生、发展，为阐明肿瘤生物学机制开辟新途径。本文查阅国内外相关文献，初步探讨Gasdermin E调控结直肠癌发生、发展的机制，为结直肠癌的治疗和研究提供参考。

1 Gasdermin E的结构特征和生物学功能

Gasdermin E作为Gasdermin蛋白家族成员之一，早期被称为ICERE-1或DFNA5，位于人类7号染色体短臂15区，由10个外显子组成，编码496个氨基酸，相对分子质量为5.5×104。1998年，有研究发现Gasdermin E突变会导致一种特殊形式的非综合征、常染色体显性、进行性感音神经性听力损失，其被确定是一种与遗传性听力损失有关的基因[3]。另有研究结果表明Gasdermin E不仅与听力损失相关，而且在细胞凋亡和继发性坏死的调节中也发挥作用[4]。Gasdermin E含有N-端和C-端两个结构域，位于N-末端结构域的外显子2和外显子6具有诱导凋亡的活性，C-末端结构域可能作为调节因子折叠保护凋亡诱导的N-末端结构域，以避免不适当的凋亡发生。Gasdermin E跳过外显子8可以改变和缩短突变型Gasdermin E的C-末端结构域，揭示凋亡诱导区，导致细胞凋亡，并且被活化Caspase-3可以在D270上切割Gasdermin E，产生活性的Gasdermin E-N末端，在质膜上形成孔洞，使质膜通透，导致继发性坏死[4-5]。

研究发现Gasdermin E与多种肿瘤的发生、发展相关，Gasdermin E在人类胎盘中的表达水平最高，心脏、脑和肾脏中的表达水平较低，在肺癌、乳腺癌、胃癌、结直肠癌等[6]肿瘤中的表达下调。因此，Gasdermin E在人类恶性肿瘤中的发病机制越来越受到关注。Gasdermin E在几种常见肿瘤(胃癌、结直肠癌、乳腺癌)中，由于基因启动子甲基化导致表观遗传学沉默，其蛋白表达水平较低或不表达；而在正常组织中表达。进一步的临床样本分析显示，肿瘤组织中Gasdermin E存在高度甲基化，而对应的正常组织中甲基化水平较低，在Gasdermin E低表达或者不表达的肿瘤细胞系中，过表达外源性Gasdermin E基因后，细胞的增殖能力、克隆存活能力、转移能力均被显著抑制[7]。在高表达细胞系中沉默Gasdermin E基因，肿瘤细胞的增殖存活、淋巴结转移能力显著增强，提示Gasdermin E可能通过甲基化修饰调控蛋白表达，参与肿瘤的发生。因此，Gasdermin E被认为是潜在的抑癌基因。多个研究报道[8]人类不同肿瘤类型中Gasdermin E表达，在肿瘤诊断、分期、进展、预后和治疗反应中均具有重要地位。

2 Gasdermin E在结直肠癌发生、发展中的潜在机制

Gasdermin E在胃癌、肺癌、乳腺癌、结直肠癌等[6]肿瘤中表达下调，Gasdermin E表达异常导致肿瘤发生、发展，通过甲基化、细胞焦亡、AKT磷酸化等参与调控肿瘤生物学行为[9]。

2.1 Gasdermin E在结直肠癌中的表达及甲基化水平表观遗传修饰常被认为是肿瘤形成的先兆，启动子甲基化作为最重要的表观遗传性改变之一，在结直肠癌的发生、发展中起关键作用，如在正常状态下未甲基化的启动子区发生甲基化后，会影响相应基因的转录，从而抑制基因表达及功能。基因启动子的异常CpG岛甲基化是人类结直肠癌的常见改变，TSG中具有频繁启动子高甲基化的基因揭示了癌变的潜在机制，并可能对结直肠癌具有预测价值。Croes等[10]发现Gasdermin E在正常组织中广泛表达，但在结直肠癌、食管鳞状细胞癌、胃癌等普通癌细胞系中，其启动子区出现甲基化且伴随Gasdermin E下调或沉默。Kim等[11]在结直肠癌中研究发现，恶性结直肠肿瘤组织中存在GSDME的CpG岛高甲基化现象，并伴随其表达沉默，与正常组织相比，其表达降低。结直肠癌中Gasdermin E甲基化的频率与其他基因[Cyclin A1、CDX1、RAR-b、MYOD1、p15(INK4b)和COX2]一致，研究证明这些基因在结直肠癌中经常发生甲基化。通过TaqMan-MSP基因分析，原发性肿瘤组织与正常组织明显不同，提示肿瘤组织DNA中Gasdermin E启动子甲基化可能对肿瘤的早期诊断提供新思路。Toyota等[12]认为CpG岛甲基化表型(CpG island methylator phenotype， CIMP)是肿瘤发生的经典途径外的另一条途径，CIMP通过同时失活多个肿瘤抑制基因(如p16)和通过失活hMLH1诱导错配修复缺陷而导致肿瘤发展，这在人类肿瘤的发生、发展中起至关重要的作用。在结直肠癌中，与转录失活相关基因的启动子CpG岛异常高甲基化是最常见的表观遗传学改变之一，虽然研究发现Gasdermin E在结直肠癌中普遍呈异常高甲基化低表达，但对于其机制仍需进行深入分析。

2.2 Gasdermin E的细胞焦亡与结直肠癌发生、发展的关系细胞焦亡最初被认为是Caspase-1介导的坏死，主要是对细菌入侵的反应[13]。最新研究结果表明[14-15]，Gasdermin E通过中间连接体被半胱天冬蛋白水解酶Caspase-3切割激活，释放Gasdermin E-N片段，导致细胞膜穿孔，细胞质肿胀，细胞破裂并释放细胞内的内容物到细胞外环境中，激活炎症反应，如：疫原性损伤相关分子(DAMP)，其在细胞焦亡中发挥重要作用，由结构多样的非致病源性分子组成，具有以下特点：(1)能结合并激活细胞表面或细胞内模式识别受体；(2)DAMP不仅可以从应激细胞中主动分泌，而且在某些形式的细胞死亡后，如坏死、凋亡和细胞焦亡、质膜被破坏时，也可以被动释放；(3)释放到细胞外环境后，DAMP可能从生理功能转变为促炎功能[16]。DAMP是受损的组织源性促炎介质，如HMGB1、白细胞介素-1β和白细胞介素-18，可触发炎症，炎症细胞聚集，扩大炎症反应，从而促进炎症相关的肿瘤发展。Tan等[17]研究结果表明，Gasdermin E介导细胞焦亡导致DAMP促炎介质释放HMGB1，HMGB1通过MAPK/ERK1/2信号通路诱导结直肠癌发生和PCNA表达。PCNA是反映细胞增殖水平的主要标志物，通过阻断HMGB1轴，抑制MAPK通路的激活，从而抑制C6胶质瘤细胞的生长和转移。Yu等[18]研究发现，Gasdermin E调控ROS/JNK/Bax线粒体凋亡途径下游的细胞焦亡和Caspase-3激活，Gasdermin E依赖性细胞焦亡是化疗药物清除肿瘤细胞的机制之一，Gasdermin E为诱导细胞焦亡抗癌药物的开发奠定了基础，为提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性提供靶点。

2.3 Gasdermin E诱导AKT磷酸化抑制细胞生长Croes等[19]研究发现，Gasdermin E表达下调导致细胞增殖增加，通过检测siRNA转染HCT116细胞后参与细胞周期转换的因子，发现转染siRNA-Gasdermin E的细胞中，参与G1到S期转换的蛋白表达增加(包括细胞Cyclin D1、Cyclin D3和Cyclin E以及CDK4/6)，而不是CDK抑制剂p27(Kip1)的参与。HCT116细胞中敲除Gasdermin E可诱导AKT(细胞周期蛋白的上游蛋白之一)磷酸化，但ERK的磷酸化保持不变。这些结果表明Gasdermin E表达的缺失导致细胞周期进程和细胞生长的增加，可能通过AKT通路驱动。

3 Gasdermin E在结直肠癌中的作用。

Zhang等[20]采用癌症基因组图谱(TCGA)的数据，分析432份结直肠癌和正常结直肠组织以及左右侧结直肠癌中Gasdermin E甲基化和表达的差异，探讨Gasdermin E作为结直肠癌生物学标志物的诊断意义，结果表明Gasdermin E甲基化有望成为结直肠癌检测生物学标志物。Gasdermin E在大多数癌细胞中沉默，在许多正常组织中表达，化疗药物激活Caspase-3，诱导肿瘤细胞中Gasdermin E依赖性焦亡，如用DNA甲基化转移酶抑制剂地西他滨(decitabine)可以促进Gasdermin E在肿瘤细胞中的表达，从而促进肿瘤细胞焦亡现象的发生[21]。另外，根据Gasdermin E表达水平，选择合适的化疗药物，上调Gasdermin E在结直肠癌中的表达水平，从而增加化疗药物的敏感性、降低耐药性[22-23]。

4 结论与展望

肿瘤的发生、发展机制一直是医学及生物领域研究的重点，Gasdermin E作为新发现的因子，在调控结直肠癌发生、发展中发挥重要作用。结直肠癌中Gasdermin E的异常表达调控结直肠癌疾病进程，通过甲基化、介导细胞焦亡、AKT磷酸化等调控肿瘤细胞的生长，进一步分析可为结直肠癌的治疗提供新的靶点。根据Gasdermin E与结直肠癌的研究结果，Gasdermin E影响结直肠癌的进展机制主要有：(1)Gasdermin E通过细胞焦亡影响结直肠癌的发生、发展；(2)Gasdermin E启动子异常甲基化；(3)Gasdermin E通过诱导AKT磷酸化抑制细胞生长。因此，Gasdermin E有望成为治疗结直肠癌的新靶点，可以帮助识别高危患者群体以及治疗干预。虽然Gasdermin E提示其有作为生物学标志物的临床应用价值，但应用肿瘤诊断和治疗等临床工作中，还需深入探究。