转移相关基因1 在肺癌中的研究进展△

薛洪省，孙海迪，杜婉钰，顾春东

1大连医科大学附属第一医院胸外科，辽宁 大连 116000

2大连大学附属中山医院胸外科，辽宁 大连 116600

3大连大学医学院，辽宁 大连 1166000

肺癌发病率及病死率目前仍居恶性肿瘤之首，不同病理类型和分子亚型的肺癌生物学特征存在明显差异。随着对肺癌发病机制的深入了解，越来越多针对其关键靶点的抗肿瘤药物应用于临床，使得肺癌患者有了长期生存的希望。转移相关基因1（metastasis associated 1，MTA1）在多数恶性肿瘤中表达异常，是能够促进肿瘤发生和发展，导致不良预后的一种与肿瘤恶性表型密切相关的基因。本文对MTA1 在肺癌中的表达及定位、发生发展中的调控机制及应用价值、存在的问题进行综述，为肺癌诊治提供新的方向和思路。

1 热点基因在肿瘤治疗中的价值

肺癌作为人类最常见的恶性肿瘤之一，根据组织病理学和免疫组化标记特征，可分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌。另外，由于烟草使用的限制和肺癌筛查方法的改进，肺癌的分子病理特征和分类改变很大[1-2]，肺癌的发病率和病死率在近10年内都呈下降趋势，但仍保持在较高水平。但肺癌患者的5年生存率仍低于20%，更为严重的是，确诊时已转移的患者占57%，5 年生存率低于5%。因此，转移仍然是肺癌患者死亡的最直接原因[3-4]。

肿瘤转移是肿瘤细胞从原发灶扩散到癌巢以外的组织器官的过程，是肿瘤细胞发生癌变的过程。尽管肺癌的靶向治疗和免疫治疗已经取得了很大进展，如表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）、Kirsten 鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）和程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）抑制剂已在临床中应用[5-6]，但目前临床对于肺癌的转移仍缺乏深层次的机制认识和足够的治疗靶点。因此，迫切需要揭示肺癌转移的发生机制，指导临床制订突破性的治疗策略和方案，以改变目前针对肺癌转移的治疗困境。

肿瘤转移是涉及多种细胞机制的复杂网络，全面、系统地了解肿瘤转移是治疗的必要条件，但这非常困难。为了解决这一问题，需要对肿瘤转移的复杂过程进行研究，找到转移过程中的关键节点进行系统分析。这里强调了某些“关键节点”的基因及其蛋白产物在肿瘤发生过程中的作用。MTA1是一种位于染色体14q32，编码6 个蛋白质和2 个多肽，具有BAH 同源结构域、ELM2 同源结构域、SANT 结构域、GATA 锌指结构域的与肿瘤侵袭转移能力密切相关的基因，包含MTA1s（N 端缺失）和MTA1-ZG29P（C 端缺失）两个异构体，编码蛋白分子量约80 kD，该基因及其蛋白产物对肺癌的转移具有重要作用[7-9]。因此，系统地了解MTA1对于进一步揭示肺癌的转移和据此设计靶向治疗靶点具有重要的理论和临床意义。

2 MTA1 在恶性肿瘤中的价值

MTA1 普遍表达于各种组织器官[10-11]，但在绝大部分恶性肿瘤中呈高表达状态，包括乳腺癌、胃癌、食管癌、子宫内膜癌、胰腺癌、胸腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、结肠癌、卵巢癌以及宫颈癌，可促进肿瘤的发生和发展，导致预后不良[12]。

已有研究表明，MTA1 在肿瘤转移和耐药过程中起着至关重要的作用。Gururaj 等[13]研究发现，雌激素受体（estrogen receptor，ER）阳性乳腺癌细胞中过表达MTA1，而MTA1 可进一步促进乳腺癌扩增序列3 的转录活化，通过乙酰化改变，导致乳腺癌细胞转移和耐药的发生。Marzook 等[14]研究同样发现在头颈部及口腔鳞状细胞癌中MTA1 呈过表达状态，并通过组蛋白去乙酰化酶（NuRD）复合体依赖的方式促进肿瘤细胞转移及耐药的发生，而且MTA1 是独立的不良预后指标[15]。Butt 等[16]研究发现，通过二苯乙烯下调前列腺癌细胞中MTA1表达后可以抑制肿瘤新生血管生成并提高抗肿瘤药物的敏感性，有效减缓前列腺癌的进展。研究发现，在肠癌、卵巢癌等细胞中，MTA1 通过靶向调控SRY 盒转录因子4（SRY-box transcription factor 4，SOX4），进一步激活上皮-间充质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）过程，从而促进肿瘤细胞的迁移和耐药[17]。

研究发现，干细胞标志物如OCT4、Nanog 等在MTA1 过表达的恶性肿瘤细胞中表达普遍增加，更多的干细胞球在肿瘤细胞中被富集，并在小鼠模型中产生更多的瘤灶，侵袭和转移能力更强，提示MTA1 具有肿瘤干性的调控能力[18]。此外，MTA1还涉及多种肿瘤的mRNA 加工[18]、细胞增殖、新生血管生成[19]、EMT 以及DNA 损伤修复[17]等多个过程。因此，MTA1 在肿瘤中是一个恶性表型调控因子，具有显著促进肿瘤发生发展的能力。

3 MTA1 在肺癌中的表达与定位

通过对95 个人类个体的27 个不同组织样本采用mRNA 测序（mRNA sequencing，RNA-seq）技术测定所有编码基因的组织特异性发现，MTA1 在肾上腺、阑尾、骨髓、脑、结肠、十二指肠、子宫内膜、食管、脂肪、胆囊、心脏、肾、肺、肝脏、淋巴结、卵巢、胰腺、胎盘、前列腺、唾液腺、皮肤、小肠、脾脏、胃、睾丸、甲状腺、膀胱等组织中均有一定程度的表达，其中表达最高的是睾丸组织，表达最低的是胰脏[20]。以上结果显示，MTA1 在大部分正常组织中都有表达，但在不同的器官组织中存在一定的差异。同理，MTA1 在肿瘤组织中的表达存在组织与器官之间的差异。通过癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）泛癌数据分析发现，不同癌种以及相同癌种的不同病理亚型之间MTA1 表达存在明显差异，其中肺癌中MTA1 表达较癌旁组织显著增高。

3.1 MTA1 在肺癌中的表达

肺癌是一种具有高度侵袭和转移特征的恶性肿瘤，通过TCGA 数据分析发现，肺癌组织中MTA1mRNA 水平较正常组织显著增高。有研究通过逆转录聚合酶链反应（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）对晚期肺癌中的MTA1mRNA 水平进行分析，结果表明，随着TNM 分期的增加、肿瘤大小的增加以及淋巴结转移的发生，MTA1mRNA 在肿瘤组织中的表达水平增高[21]。同样有研究对118 例早期肺癌组织与12例正常肺组织进行MTA1 免疫组化染色，结果发现，55.1%（65/118）的肺癌组织表达MTA1，而仅16.7%（2/12）的正常肺组织表达MTA1，表明MTA1不仅在晚期肺癌中过表达，在早期肺癌中也很常见[22]。MTA1 在不同肺癌亚型中的表达有所不同。有研究发现，在102 例早期手术切除的Ⅰ期非小细胞肺癌患者中，41 例患者MTA1 阳性表达，阳性表达率为40.2%[23]。后续的多项研究表明，与正常肺组织相比，非小细胞肺癌组织中MTA1 表达显著升高[24-26]。

由于TCGA 缺少MTA1 在小细胞肺癌中相关转录组数据，故分析基因表达综合（Gene Expression Omnibus，GEO）数据库GSE149507 数据集中18 对配对的小细胞肺癌和癌旁组织中MTA1 的表达情况，同样发现小细胞肺癌组织中MTA1 表达显著增高。有研究通过免疫组化法分析人小细胞肺癌组织芯片（40 例小细胞肺癌组织/10 例正常肺组织）发现，与正常肺组织相比，小细胞肺癌组织中MTA1 表达显著增加[27]。另一项研究结果表明，小细胞肺癌组织中MTA1 高表达率为71.2%，癌旁组织中MTA1 均为低表达[28]。上述结果表明，MTA1在小细胞肺癌组织中同样存在异常表达。

结合前期研究结果和TCGA 数据分析提示，MTA1 在肺癌中普遍表达增高，其中小细胞肺癌组织最为突出，提示了MTA1 在肺癌组织中表达存在亚型特异性。

3.2 MTA1 在肺癌中的定位

功能性蛋白在细胞中的精确定位对于明确其功能及作用机制意义重大。因此，系统全面地了解MTA1 的定位是基础。

早期有研究利用小鼠进行MTA1 定位研究，发现MTA1 在神经、心血管、呼吸、消化、免疫、内分泌、泌尿、生殖等系统的多种组织/细胞上均存在表达，定位于细胞质和细胞核中，并在细胞核中积聚，表明MTA1 在细胞核及细胞质中均有表达[29]。进一步对肿瘤组织中MTA1 蛋白的氨基酸序列进行分析发现，MTA1 含多核定位序列以及DNA 结合结构域，表明MTA1 为细胞核定位[30]。进一步研究通过追踪内源性和外源性的MTA1，发现MTA1在核仁中呈颗粒状分布，进一步证实MTA1 为细胞核定位[30-31]。在后续的研究中发现，在多种肿瘤组织中MTA1 不仅表达于细胞核，在细胞质中也存在表达[31-32]。

在肺癌中针对MTA1 的定位主要借助于免疫组化法、绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）标签追踪、蛋白质印迹法（Western blot）、免疫沉淀（immuno-preciptation，IP）等技术对细胞内源性及外源性MTA1 的定位进行研究，并且显示多种定位模式，与细胞周期有一定关系[32]。检测肺癌细胞周期中MTA1 亚细胞定位发现，MTA1 在间期主要位于细胞核，前期逐渐转移到细胞质，当进入末期时又逐渐转移回细胞核，提示MTA1 在肺癌细胞中是一种随细胞周期发展而变化的核质穿梭蛋白[33]。关于小细胞肺癌的研究发现，无论内源性还是外源性MTA1，均表现出明显的核仁亚细胞定位，进一步丰富了MTA1 在肺癌中的定位[31]。也有研究通过免疫组化法证实MTA1 在非小细胞肺癌细胞核和细胞质中均存在显著阳性表达，也进一步表明了MTA1 在肺癌中的定位[26]。

肺癌组织中MTA1 可能存在3 种定位模式，包括细胞核、细胞质和两者均存在，至于MTA1 的分布调节模式以及是否存在组织类型特异性、MTA1是否为穿梭蛋白性质目前仍未确定，有待进一步证实。

4 MTA1 在肺癌中的分子调控及潜在应用价值

虽然已有MTA1与肿瘤转移和治疗耐药相关的报道，但其在肺癌中的调控机制仍未十分清楚，针对MTA1的抗肿瘤治疗仍处于探索阶段。既往研究表明，在肿瘤转移和治疗耐药的过程中MTA1 发挥了关键作用，但其接受何种调控机制？是否具有潜在治疗靶点？这些问题有待回答。

目前研究最多的是MTA1 作为基本亚基参与核小体重构和NuRD 复合物的组成，动态发挥染色质重塑或组蛋白去乙酰化活性，调控染色质状态和肿瘤进展[34]。研究发现，MTA1 在肺癌中通过NuRD 复合物促进p53 的去乙酰化进而抑制p53 诱导的肺癌细胞凋亡，从而促进肺癌的恶性潜能[35]。研究发现，MTA1 与缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）表达呈明显正相关，从而推断MTA1 在肺癌中通过增强HIF-1α活性促进肿瘤侵袭[36]。通过敲低MTA1后对非小细胞肺癌的微小RNA（microRNA，miRNA）表达谱进行分析发现，许多miRNA 与肿瘤进展有关，例如miRNA-125a、miRNA-125b、miRNA-210、miRNA-103、miRNA-194、miRNA-30c、miRNA-183、miRNA-500、miRNA-543，大量证据显示MTA1 可能通过改变miRNA 表达调节肿瘤细胞的侵袭性，因此，miRNA-MTA1 轴有望成为肺癌治疗的靶点[37-41]。研究人员发现，姜黄素可以通过阻断MTA1 介导的WNT/β-catenin 通路减弱非小细胞肺癌的增殖和侵袭能力，因此，姜黄素有望成为临床靶向MTA1 治疗肺癌的药物[42-43]。当然也有研究提出不同结果，认为在非小细胞肺癌中，MTA1 通过激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）/糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3B）/β-catenin促进EMT，但不激活WNT/GSK3B/β-catenin信号转导[24]。

本团队在2014 年首次应用40 例小细胞肺癌组织芯片证实MTA1 普遍高表达，前期研究已经基本证实小细胞肺癌中MTA1高表达可上调关键干细胞行为调控因子SOX2 水平，推断在小细胞肺癌中MTA1 可能参与了肿瘤干细胞的调控[27]。推测MTA1 可能通过某种内在机制调控SOX2 表达，然而具体的调控机制目前尚未明确。后来利用RNASeq分析发现，肺癌细胞中MTA1沉默与上皮细胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EPCAM）具有一致性，并且证实MTA1-EPCAM 轴与小细胞肺癌的临床分期、肿瘤直径、淋巴结转移具有显著相关性，并预示不良预后[22]。随后，以小细胞肺癌为研究对象进行了后续的研究，结果显示，MTA1过表达可有效激活EMT，显著增加肿瘤细胞系的迁移和侵袭特性，基因表达谱分析发现MTA1 通过转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）通路介导EMT，进而促进肿瘤转移[17]。进一步利用多种分子研究技术发现，定位于核仁的MTA1 促进了前核糖体RNA（precursor ribosomal RNA，prerRNA）的转录激活，促进小细胞肺癌进展，这与目前所报道的有关NuRD 复合物的最新研究一致[31]。由于受限于小细胞肺癌组织获取困难，进一步的研究相较非小细胞肺癌进度缓慢。

多项Meta 分析表明，MTA1 表达与非小细胞肺癌的临床特征和预后具有显著相关性，并提示MTA1 是非小细胞肺癌的一种生物标志物，具有诊断和预测预后的价值[44-45]。高表达MTA1 的非小细胞肺癌患者较低表达MTA1 者预后明显不佳，并且非小细胞肺癌组织中MTA1 表达较癌旁组织显著增高，进一步在肿瘤细胞中使用MTA1-siRNA 治疗，随着MTA1 表达下调，肿瘤侵袭和转移能力明显降低，因此推断通过相应手段下调MTA1 表达后可使非小细胞肺癌患者获得更好的临床预后[46]。为了证实MTA1 对早期非小细胞肺癌的影响，有研究对60 例Ⅰ期非小细胞肺癌患者的肺癌组织及30例癌旁组织进行研究，发现肺癌组织中MTA1 高表达率为36.7%，且MTA1 表达与肿瘤分化程度和肿瘤直径有关，高表达组患者5 年生存率显著低于低表达组（40.9%vs84.1%，P＜0.01），提示MTA1是早期非小细胞肺癌的不良预后因子和潜在的治疗靶点[25]。后续研究结果提示，MTA1 与非小细胞肺癌新生血管生成密切相关，且有望成为抗血管生成治疗的新型靶点[23,47]。不仅如此，MTA1 高表达的肺癌患者更容易发生气腔扩散（spread through air spaces，STAS），特别在腺癌中表现突出[48]。通过对MTA1 表达进行定量分析，可以对≤3 cm 的多灶性非小细胞肺癌患者的预后风险进行分层，指导术后辅助治疗的获益[49]。

肺癌的高转移性和易耐药性是造成疾病快速进展、预后不良的直接因素。抑制MTA1 的表达对于延长患者生存期、提高生活质量、有效遏制其转移和逆转耐药具有重要意义。然而，解决肺癌临床治疗难题的瓶颈在于其发生转移和治疗耐药的机制不清、干预靶点不明。目前研究提示，无论非小细胞肺癌还是小细胞肺癌，MTA1 在判断预后中均具有较高的临床潜力，且有望成为治疗靶点。MTA1 在肺癌中的调控机制尚未明晰，因此，亟需从更深层次和更多角度揭示其影响肺癌发生、发展的分子机制，从而为肺癌治疗提供新的策略。

5 MTA1 在肺癌研究中存在的问题

作为人类发病率和病死率最高的恶性肿瘤之一，肺癌的研究在过去40 年中取得了长足进步，尤其是基于基因诊断的靶向治疗手段的出现，使得肺癌的诊治模式发生了显著变化。在肿瘤中被广泛认为是致癌基因的MTA1，在肿瘤肺转移过程中发挥着重要的作用[50-51]，目前已有大量研究报道MTA1 与肺癌的发生和发展有关，并且可能还涉及肿瘤微环境的调控[52]，但其在肺癌中的完整调控网络目前仍未清楚。肺癌作为一种转移和耐药高发的肿瘤类型，如何有效控制转移和耐药仍是目前亟需解决的问题，MTA1 作为十分有代表性的标志物在肺癌中显示出较高的潜在价值。当前针对MTA1 在肺癌转移和耐药中作用机制的研究偏少，结合本团队前期的工作基础，提示MTA1 在肺癌转移和耐药的发生过程中发挥了关键作用，但其采取何种调控机制以及是否为治疗的潜在靶点或用药选择的标志物，这些问题都值得进一步探索。