巨噬细胞加帽蛋白在肿瘤中作用的研究进展*

郑 尧,栾桂萍 综述,刘守胜,闵丛丛 审校

(1.青岛大学生命科学学院,山东青岛 266071;2.青岛市市立医院消化内科,山东青岛 266011;3.青岛市市立医院临床研究中心,山东青岛 266071;4.青岛大学附属医院消化内科,山东青岛 266003)

巨噬细胞加帽蛋白(macrophage capping protein,CapG)是一种肌动蛋白结合蛋白,最早从兔肺泡的巨噬细胞中纯化得到[1]。CapG基因定位于染色体2p11.2,编码348个氨基酸,其蛋白分子量为38×103[2]。作为凝溶胶蛋白家族成员之一,CapG可以同时定位于细胞核与细胞质中,而该蛋白家族中其他蛋白只定位于细胞质中[2-3]。研究表明,CapG参与巨噬细胞的吞噬作用、真核细胞的有丝分裂等细胞生命活动[2],并在协助囊胚着床和早期妊娠成功的过程中也发挥着重要作用[4]。

细胞运动是由细胞骨架驱动的高度动态的过程,该过程与一系列信号级联反应所调控的细胞骨架重排有关[5],而恶性转化的细胞常伴随细胞骨架的解聚,肿瘤细胞的运动能力也常因细胞骨架异常变化而增强。作为Ca2+敏感性的肌动蛋白结合蛋白,CapG常与Ca2+结合并覆盖在肌动蛋白丝的末端形成帽状结构,以实现对肌动蛋白丝的调控,从而发挥调节细胞行为的功能[6]。近年来的研究表明,CapG在多种肿瘤组织中高表达且与肿瘤的侵袭和转移密切相关。LANG等[7]基于1 987例癌症患者的信息,通过评估CapG表达水平与总生存(overall survival,OS)及临床病理参数之间的关系,发现CapG高表达与不良预后及阳性淋巴转移有很大的关联性,这也意味着CapG可以作为一个肿瘤预测因子。鉴于CapG在多种肿瘤中有相关研究,但其作用机制及生物学效应尚无明确总结,所以本综述对CapG在多种肿瘤中的研究进展进行了系统总结,并探讨CapG在肿瘤发生、发展中的作用机制。

1 CapG与胃癌

胃癌是目前最常见的恶性肿瘤之一,国际癌症研究机构的GLOBOCAN 2020数据统计显示,全球范围内胃癌发病率居第5位,病死率居第4位[8]。大多数胃癌在晚期阶段才被发现,5年OS率低于35%[9],因此,研究胃癌的早期精准预测和靶向治疗方法至关重要。

有研究报道了CapG在胃癌中的异常表现,其发现CapG在伴有淋巴结转移的胃癌组织中高表达,并通过实时荧光定量逆转录PCR和免疫组织化学方法证实了CapG在伴淋巴结转移胃癌组织中的表达明显高于不伴淋巴结转移组[10-11]。此外,对脱离原发灶的肿瘤细胞进行CapG染色,发现其比静止于原位的肿瘤细胞着色更强,故推测CapG可能促进胃癌细胞向深层组织浸润,参与胃癌的浸润和转移。ICHIKAWA等[12]在对22例胃癌患者的手术切除标本进行蛋白质组学研究时发现,CapG的表达上调与淋巴结转移密切相关,当利用RNA干扰技术使CapG表达下调后发现胃癌细胞的运动能力明显降低。陈雅宁等[13]选取术中切除的胃癌组织进行免疫组织化学,结果发现胃癌组织中的CapG阳性表达率(68.75%)高于癌旁组织(35.00%),在利用慢病毒在BGC-823细胞中沉默CapG后,发现细胞的迁移能力受到了较明显的抑制。在体外实验中,高翔等[11]建立了稳定过表达CapG的胃癌细胞系AGS,通过细胞划痕及Transwell小室实验分析过表达CapG基因对AGS细胞迁移能力的影响,结果表明CapG过表达能促进胃癌细胞的迁移。本课题组既往报道了CapG表达与胃癌淋巴结转移、肿瘤分化程度、TNM分期有关,CapG高表达患者的总体预后较CapG低表达差,且CapG对术前预测胃癌淋巴结转移的诊断价值较高(AUC=0.787,95%CI:0.685～0.869)[14]。

因此,CapG在胃癌的转移中发挥重要作用。此外,CapG在胃癌中的作用机制尚不明确,未来的研究方向应该重点关注CapG在胃癌转移中的作用机制及CapG影响胃癌患者预后的方式。

2 CapG与乳腺癌

乳腺癌是全球范围内常见的女性恶性肿瘤,在女性中发病率与病死率均居于第1位[10]。经过手术切除,再辅助放疗或化疗后,仍然有约12%复发的风险[15]。

肿瘤转移涉及多个过程并受多个基因调控,这些基因的产物也可以作为特异性预后标志物。徐思光[16]在研究乳腺癌细胞肺转移过程中的差异表达蛋白时,通过Western blot分析发现CapG在乳腺癌转移的过程中呈现高水平表达。WESTBROOK等[17]对乳腺癌细胞肺转移、骨转移和非转移变异的蛋白质组进行比较,发现在乳腺癌转移的过程中发生了CapG的高表达,认为CapG可以作为乳腺癌转移的潜在生物标志物。

HUANG等[18]构建了小鼠移植瘤模型来探讨CapG在体内促进乳腺癌转移的机制,发现CapG可以抑制PRMT5与STR-1基因启动子的结合,进而降低了PRMT5依赖的组蛋白H4R3的甲基化,从而上调STC-1基因的转录来促进乳腺癌的转移,该研究认为CapG可作为乳腺癌患者术后OS的独立预测因子。在紫杉醇化疗治疗乳腺癌过程中,CapG的高表达可激活PI3K/Akt通路进而增加乳腺癌对紫杉醇化疗的耐药性。当CapG与转录激活因子p300/CREB结合蛋白(CBP)的结合被抑制时,PI3KR1/p50的转录和PI3K/Akt通路被明显抑制,从而提高紫杉醇治疗乳腺癌的效果。因此,CapG水平的高低可以用来衡量紫杉醇治疗乳腺癌的效果[19]。既往研究证实,过表达CapG将会提高乳腺肿瘤细胞的运动、侵袭和转移能力。虽然在CapG中不存在核定位信号,但有研究证实在Ca2+和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸[phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate,PIP2]的调节下可促使CapG转运进入细胞核,此外,核转运受体蛋白importin-β被证明参与了CapG进入细胞核的过程[20]。GLASER等[21]利用亚细胞定位和快速实时荧光定量PCR也发现在细胞中CapG存在向细胞核扩散的特征。

CapG在细胞核中如何进一步发挥作用来促进肿瘤的侵袭和转移尚不清楚,其是否在细胞核中作为转录调节因子或影响转录调节因子的活性来调节下游基因的表达还需要更多的研究来证实。

3 CapG与前列腺癌

前列腺癌是常见的威胁男性健康的恶性肿瘤,在全球男性中发病率居于第2位,病死率居于第5位[10]。前列腺癌发生转移之后患者的5年OS率仅约28%[22]。

木海琦[23]基于生物信息学方法高通量筛选与前列腺癌转移相关的基因,并通过实时荧光定量逆转录PCR辅助验证,最终确定CapG与前列腺癌转移密切相关,而对CapG与临床指标相关性的分析中发现,CapG的表达水平与患者的年龄及有无吸烟史无相关性。南存金等[24]利用免疫组织化学检测了前列腺肿瘤标本与对照标本中CapG的表达情况,并通过Transwell实验验证了肿瘤细胞的迁移能力。其结果表明,前列腺癌组织中CapG表达的阳性率(55.6%)高于正常前列腺组织(16.7%)。

在CapG参与前列腺癌发生、发展的机制研究中,LI等[25]发现CapG在前列腺癌的诊断治疗中可能是一个独立的预后因素,且CapG可以通过调节含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase)-6/caspase-9/Bcl-2/p-Akt/Akt信号通路明显影响细胞增殖和凋亡。相似的,木海琦[23]研究也揭示了CapG通过PI3K/Akt通路介导上皮间质转化途径实现促进前列腺癌细胞迁移和侵袭。在基因组学和转录组学的分析中发现,在42%的原发性前列腺癌标本和100%的转移性前列腺癌标本中均检测到PI3K通路组分基因表达的改变[26]。

4 CapG与膀胱癌

膀胱癌是一种泌尿系统恶性肿瘤,在全球男性中发病率居于第3位,病死率居于第9位[10]。早期及时的诊断及综合治疗可以得到较好的结果,一旦肿瘤发生转移往往难以治愈且预后情况较差,相对5年OS率仅为15%[27]。

BAHRAMI等[28]采用二维凝胶电泳(two dimensional electrophoresis,2-DE)和液相色谱与串联质谱联用(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)分析膀胱癌肿瘤组织蛋白质组的差异表达,结合实时荧光定量逆转录PCR和Western blot验证,结果显示在肿瘤组织中CapG mRNA及蛋白的表达水平明显高于正常组织。Hippo信号通路具有高度保守性,调节细胞增殖、凋亡和组织更新,Hippo/Yes相关蛋白(YAP)通路通过“打开”“关闭”调控下游靶基因的表达,在肿瘤的发生、发展过程中发挥重要作用[29-30]。

最近一项关于CapG与膀胱癌的研究表明,CapG在膀胱癌中表达上调,与肿瘤的进展和不良预后相关,体内外实验表明,CapG能促进膀胱癌发生、转移和上皮间质转化,免疫荧光染色发现CapG可能通过抑制Hippo通路导致YAP磷酸化减少而发生核易位促进膀胱癌的转移[3]。目前就CapG如何作用于Hippo信号通路并引起该通路改变的分子机制暂不十分清楚,需要更深入的研究来证实。

5 CapG与结直肠癌

结直肠癌是常见的消化道肿瘤疾病,全球范围内结直肠癌的发病率与病死率均居于第3位,同时发现结直肠癌的发病呈现年轻化的趋势[10,31]。在诊断时约35%的患者已发生转移,多达50%的非转移性结直肠癌患者最终也表现出转移性疾病[32],因此,寻找特异性结直肠癌标志物来反映肿瘤的发生、发展情况显得尤为重要。

TSAI等[20]利用免疫组织化学染色检测结直肠癌组织和对照组织中CapG的表达水平,发现结直肠癌组织中CapG表达水平明显升高。进而在HCT116、HT29、SW1116、DLD-1这4种结直肠癌细胞系中利用实时荧光定量逆转录PCR和Western blot对CapG的表达进行检测,同样发现了CapG的高表达现象。WU等[33]通过免疫组织化学实验发现在结直肠癌组织中CapG的表达高于非肿瘤细胞,利用RNA干扰技术抑制CapG的表达后,肿瘤细胞的转移活性受到抑制,以此推断CapG与结直肠癌的发生及转移扩散有关。王炳平[34]报道了在手术切除的结直肠癌组织中CapG的阳性表达率(76.92%)高于癌旁正常组织(26.37%),进一步的Transwell侵袭实验中,CapG过表达的结直肠癌HCT116细胞穿过Transwell小室的数目多于空白组与对照组,表明CapG高表达的结直肠癌细胞具有较高的侵袭和转移能力。

YI等[35]研究发现了一种蛋白赖氨酸甲基转移酶NSD3,其表达水平下降会抑制结直肠癌的增殖和迁移。通过实验手段在结直肠癌细胞中实现NSD3过表达后,信号调节激酶1/2信号通路得到了激活,同时CapG的表达也得到了增强。当细胞中存在针对CapG的siRNA时,肿瘤细胞的迁移能力有所下降,这些结果也印证了CapG的存在影响结直肠癌的转移。

除以上几种肿瘤外,DE LIMA-SOUZA等[36]利用生物信息学技术整理了可用于唾液腺肿瘤诊断或衡量预后效果的蛋白标志物,基于CapG在已发生转移的肿瘤组织中的高表达水平认为CapG有较好的协助诊断的价值。

6 CapG作为潜在靶点在肿瘤诊断和治疗中的价值

近几年越来越多的研究着眼于CapG在肿瘤诊断治疗中的实际价值,逐步将其应用于实际的诊断治疗过程中。在子宫内膜癌的诊断中,CapG结合β-catenin、核输出蛋白-2(exportin-2)的检测可使得诊断的特异度达到96%[37]。李姝等[38]研究发现与同源异型盒基因转录因子1(prospero-related homeobox 1,Prox-1)、酪氨酸激酶受体B(tyrosine kinase receptor B,TrkB)相比,在单独检测时CapG的灵敏度最高(95.16%)。此外,不少研究人员构建了类似CapG抗体的纳米体用于乳腺癌、胃癌的治疗,该纳米体在体内可特异性地与CapG结合并抑制该蛋白发挥功能,其中CapG抗体的纳米体可使乳腺癌肺转移降低90%以上,这为抑制肿瘤的转移提供了新的方向[39-41]。PRESCHER等[42]研究表明CapG和RAVER1在发生氧化还原反应之后会发生相互作用,而该复合物将有利于增强细胞与细胞外基质的连接进而减弱细胞的运动能力。此外,该研究还证实CapG的GC282和C290位半胱氨酸被氧化或发生突变时会减少CapG的核易位,进而抑制肿瘤的转移,表明氧化还原敏感的CapG半胱氨酸可作为控制肿瘤转移的新靶点。JIANG等[43]发现CapG可能参与了卵巢癌免疫抑制肿瘤微环境,产生一种“T细胞衰竭”现象的同时使肿瘤进一步恶化,这使得CapG可作为免疫治疗的新靶点。

7 小 结

目前可以证实CapG的高表达与肿瘤转移及不良预后有关,但CapG如何作用于相关靶基因引起后续一系列信号通路变化的分子机制不明确。在今后的研究中,应该重点关注CapG在肿瘤细胞中发挥作用的分子机制,并研究CapG作为肿瘤诊断、预后和治疗靶点的价值,以便制备相应的分子探针实现精准诊断或开发相应的靶向药物来阻断其下游信号通路,抑制肿瘤细胞转移,有效改善患者预后,从而为肿瘤治疗开发新的途径。