连接蛋白26在肿瘤中的研究进展

陈德嘉 综述 娄阁 校审

肿瘤作为现如今导致人类发病和死亡最重要的全球范围内发病率和死亡率极高的一类疾病，其发生发展的机制一直是医学领域的研究热点[1]。早期诊断并予以有效的治疗可以明显改善肿瘤患者具有良好的生存率预后[2]，因此，寻找肿瘤筛查方法对肿瘤进行早期诊断及探索新兴治疗方法策略对肿瘤的防治具有重要的意义。经过多年的研究，现已确定连接蛋白(Connexins，Cxs)通过复杂而多样的生物学功能介导参与肿瘤细胞间通讯，在肿瘤发生、侵袭转移及化学耐药过程中起着重要作用[3-4]。连接蛋白26(Connexin 26，Cx26)作为被广泛研究的连接蛋白之一，被证实在多种癌症中表达，进一步研究Cx26在肿瘤进展中的生物学机制及功能，有助于探索新的肿瘤标志物和针对转移、化学耐药患者的治疗新靶标。

1 Cx26与间隙连接(Gap junction，GJ)的基本结构及功能

连接蛋白家族具有相似的结构[5]，它们由四个疏水跨膜结构域(Transmembrane domains1-transmembrane domains4，TM1-TM4)组成，该结构域由两个细胞外环(Extracellular loop1-extracellular loop2，EL1-EL2)和一个胞质环(Cytoplasmic loop，CL)连接，连接蛋白还含有一个胞质N末端(cytoplasmic N-，NT)和一个C末端尾巴(C-terminal，CT)。这些结构分别介导不同生理功能，形成蛋白质的高级复合物，从而通过信号传导途径提高稳定性并调节细胞间的通讯[6]。Cx26也称间隙连接蛋白β2(Gap junction protein beta 2，GJB2)，是连接蛋白家族的成员之一，因其分子量为26 kDa而命名，作为跨膜蛋白，通过形成质膜中的通道与细胞外环境或相邻细胞进行分子交换。连接蛋白通过介导物质交换和信号转导的调节功能在细胞生理中起重要作用[7]。Cx26同其家族其它成员一样，主要以间隙连接细胞间通讯(Gap junctional intercellular communication，GJIC)、半通道和蛋白质-蛋白质相互作用这三种形式发挥其功能[3，8]。

GJ可能包含多达数千个细胞间通道，一个通道由两个称为连接子的半通道组成，而每个半通道由六个连接蛋白亚基组成[9]。GJ是相邻细胞之间的直接通讯通道，允许<1.5 kDa分子(包括次级信使、代谢产物、肽和核苷酸)在相邻细胞间运输，对于调节细胞活性、控制细胞生长分化以及维持组织动态平衡至关重要[10]。目前可以确定的是，Cx26及其参与形成的GJ在癌症发病机理和进展中起重要作用，并根据癌症类型和疾病阶段而显示出不同生物学特性。

2 Cx26在肿瘤发生发展中的作用与机制

2.1 Cx26在肿瘤中的表达

现研究证实Cx26在多种肿瘤组织中异常表达，包括乳腺癌[11]、结直肠癌[12]、肺癌[13-14]、食管鳞状细胞癌[15]、膀胱癌[16]、子宫内膜癌[17]及黑色素瘤[18]等，其表达及功能在不同癌症类型和发展阶段中各有不同。

研究表明[19]，包括乳腺癌在内的许多原发性肿瘤中，Cx26经常不表达或表达下调，提示Cx26在某些癌症的早期发展过程中具有抑癌作用。Cx26的抑癌作用可能与其通过诱导肿瘤细胞凋亡而表现出的抗肿瘤细胞增殖作用有关[20]。为了进一步探索相关机制，Chandrasekhar等[21]通过比较不同肿瘤细胞系连接蛋白的表达，发现Cx26特异性地将环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)重新分配到所有细胞，消除了有丝分裂各阶段cAMP水平的差异，从而抑制了增殖，这或许是其抑癌作用的生物学机制。

与在早期乳腺癌中将Cx26视作抑癌因子的观点不同，最新的研究显示[22]，定位于细胞核的Cx26在三阴性乳腺癌中的肿瘤干细胞(Cancer stem cells，CSCs)中高表达，并通过与多能转录因子NANOG和粘着斑激酶(Focal adhesion kinase，FAK)形成信号复合物来促进CSCs自我更新，证明了Cx26对CSCs的发生发展起到促进作用。关于原发性胃癌和大肠癌的研究证实了Cx26的不表达与生存期降低有关，也为这一论点提供了证据[23-24]。Cx26可在细胞中不同部位表达，其中细胞质Cx26被认为是肿瘤细胞中Cx26主要形式。研究证实在非小细胞肺癌中细胞质Cx26的过表达通过激活PI3K/Akt途径促进肿瘤生长、上皮-间质转化(Epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)和肿瘤细胞侵袭[13]。综上所述，Cx26在肿瘤中的表达存在组织特异性，其功能特性可能随肿瘤类型以及期别不同而发生改变。

2.2 Cx26与肿瘤的侵袭转移

Cx26与肿瘤细胞的侵袭和转移密切相关。其作用机制可能包括支持EMT和促进肿瘤细胞穿过血管壁[25]。研究发现Cx26介导的GJIC可通过减少细胞粘附分子促进癌细胞相互分离[26]，从而增强癌细胞迁移为单细胞的能力，这或许是其促进肿瘤细胞转移的机制。

在原发性黑色素瘤的侵袭性血管周围区域检测到Cx26的高表达，表明异型GJ介导的细胞间粘附和通讯有助于黑色素瘤的转移，且肿瘤浸润深度与Cx26表达水平的相关性可能有助于确定或控制黑色素瘤的手术范围[18]。实验证明与原发性乳腺癌相比，转移性淋巴结中Cx26表达增加，癌细胞的转移潜能可能与GJ的形成相关[19]。还有研究表明原发性黑色素瘤和乳腺癌肿瘤中高Cx26信使核糖核酸(messenger RNA，mRNA)水平与癌症复发和转移的增加有关[27]。Ezumi等[28]在结直肠癌中发现，原发性肿瘤中较高的细胞质Cx26水平可能与促进静脉浸润及肺转移相关。在甲状腺癌中发现细胞质中Cx26高表达可能促进淋巴结转移及腺内扩散[29]。Cx26在肺鳞状细胞癌及食管鳞状细胞癌中同样可增强肿瘤细胞恶性潜能，并导致患者预后不良[13，15]。总之，肿瘤组织中的Cx26表达促进了转移细胞表型及新肿瘤生态位的建立。以上研究表明，Cx26在促进肿瘤细胞侵袭转移中起着重要作用。

3 Cx26在肿瘤诊疗中的应用前景

3.1 Cx26在肿瘤早期诊断及判定预后的应用

Cx26在肿瘤起始时的调控作用，提示其作为肿瘤早期诊断的生物标志物的可靠性。Li等[30]首先报道了在膀胱癌的发生发展过程中Cx26与H3K4去甲基化酶(H3K4 demethylase，KDM5B)之间的逆表达模式，Cx26免疫组织化学表达的负值和KDM5B免疫组织化学表达的正值可以辅助诊断膀胱恶性肿瘤，可作为膀胱癌诊断的新型联合佐剂生物标志物。如前所述，Cx26的表达与乳腺癌、黑色素瘤及食管鳞状细胞癌等癌症的不良预后密切相关，有着评估肿瘤预后的巨大潜能。研究者发现乳腺癌患者新辅助化疗后Cx26表达的显著降低与更好的总生存期相关(P=0.011)，化疗后Cx26表达的降低可能比HER2表达、分级、Ki-67指数等经典特征更有作为预后因素的前景[31]。除此之外，Cx26表达是根治性切除结直肠癌患者的独立预后因素[21]，Cx26/NANOG/FAK标记也可能作为临床上三阴性乳腺癌患者的新预后因素[24]。最近的一项基于TCGA数据库的研究也证实了在肺腺癌患者中Cx26高表达[32]，表明Cx26可能是肺腺癌患者预后不良的一个潜在分子生物学标志物，但其生物学效应有待进一步的实验证实。

3.2 Cx26在肿瘤治疗中的应用

越来越多的研究将连接蛋白作为癌症治疗的靶标，包括连接蛋白靶向药物、肽模拟物、连接蛋白靶向半通道和GJIC减毒抗体。GJIC的恢复和/或激活已应用于基因治疗、放射治疗和化学治疗中。相关治疗方法主要基于依赖GJIC的旁观者效应，这是一种将细胞毒性分子从靶细胞转移到邻近细胞的机制，此机制一般用于增强药物和放射疗法对肿瘤的治疗效力[33-34]。如胰腺癌细胞中的Cx26的过表达增强细胞间通讯，促进吉西他滨毒性代谢物的细胞间交换，从而增强了药物的旁观者效应，强化了吉西他滨的抗肿瘤作用[35]。

尽管现今肿瘤治疗研究取得了较大进展，但治疗的成功与否仍极大地受限于化疗耐药性，肿瘤患者几乎会对所有的抗癌药物产生耐药性，导致肿瘤复发、转移甚至是患者死亡。因此，探究肿瘤产生治疗抗性的具体机制有助于改善肿瘤治疗效果。而连接蛋白对多种化疗药物抗性的影响在许多研究中都已得到验证，GJIC的上调和连接蛋白的过表达可被用于增强药效和降低耐药性。例如泛素特异性蛋白酶14(Ubiquitin-specific protease 14，USP14)抑制的连接蛋白32(Connexin 32，Cx32)内化调节卵巢癌细胞中的顺铂抗性，可作为抑制化疗耐药性的潜在药物靶标[36]。而Cx26则可通过不依赖GJIC的独立机制产生化疗抗性，这一观点已得到Yang等[13]的证实，实验结果表明肺腺癌细胞的耐吉非替尼的亚系显示Cx26表达增加却不显示GJIC。该实验同样提示Cx26可与PI3K/Akt信号通路连接进而激活EMT，使非小细胞肺癌细胞获得吉非替尼耐药性。显而易见，Cx26可能是克服肿瘤治疗中化学药物耐药性的诱人靶标。

癌症基因疗法是用于癌症治疗的重要且潜在的治疗方法。因此，使用新型药物递送策略来增强基因治疗的疗效对于癌症治疗至关重要。而纳米技术与连接蛋白的联合使用无疑是对肿瘤新型疗法探索的一大突破[34]，将连接蛋白药物和肽置入纳米颗粒而免于被降解，不仅能提高其稳定性，克服药物输送过程中的生物学障碍，还可实时监测药物作用。纳米技术可使连接蛋白疗法更具有同工型特异性，最大程度地降低治疗的副作用，而这恰恰是癌症治疗中需要解决的一个关键问题。动物实验在小鼠异种移植膀胱癌模型中利用纳米级气泡递送酵母胞嘧啶脱氨酶胸苷激酶/连接蛋白26(Yeast cytosine deaminase thymidine kinase/Connexin 26，YCD-TK/Cx26)，发现其可通过诱导肿瘤组织坏死从而抑制肿瘤生长，且YCD-TK/Cx26触发了明显的旁观者效应，进而扩大了抗肿瘤作用，此实验证实了纳米气泡传递的YCD-TK/Cx26基因治疗系统作为膀胱癌治疗策略的可能性[16]。总而言之，Cx26作为靶点的基因治疗及联合治疗是极具研究价值的。

4 小结与展望

近年来，连接蛋白及其介导的细胞间通讯在肿瘤进展的生物学机制已成为研究焦点，而Cx26也展示了作为诊断和治疗靶标的巨大潜力。Cx26通过不同机制参与调控肿瘤的发生发展及治疗抗性的产生过程。因此，将Cx26作为诊断性生物标志物或可提高肿瘤的早期诊断率，且Cx26可参与评估大多癌种的不良预后。尽管Cx26作为可能的克服肿瘤治疗抗性的诱人靶标，目前仍存在局限性，不仅要求研究者充分了解Cx26在癌症不同阶段的作用机制，还要避免因损害正常细胞的生理功能而产生严重的副作用。而未来研究的关键则是明确相关机制，确定其与癌症有关的组织特定作用，并研制通过调节特异性表达的Cx26而起效的新药。就目前而言，抗连接蛋白策略似乎在治疗特定肿瘤方面比在整体治疗上更有效，并且与其他药物联合治疗比单独应用更有效[6]。因此，纳米技术与Cx26的联运疗法或许会成为肿瘤治疗的重要转折点，提示我们应该以更个性化的方式开发针对Cx26功能的治疗策略。总之，Cx26在肿瘤治疗中的价值同样值得期待。