異黏蛋白與腫瘤化療耐藥機制的研究進展

楊 雯 姚艷雯 宋 勇 肖鑫武

·綜述·

異黏蛋白與腫瘤化療耐藥機制的研究進展

楊 雯 姚艷雯 宋 勇 肖鑫武

異黏蛋白； 腫瘤； 化療； 耐藥

化療是治療惡性腫瘤的主要手段，盡管近來來新的化療藥物和各種聯合方案的不斷推出，然而許多腫瘤對化療藥物不敏感，或者在化療過程中逐漸對藥物產生耐受性，是導致患者治療失敗和死亡的重要原因，尋找并干預能夠影響腫瘤耐藥的因素是腫瘤靶向治療領域當前的研究熱點。

異黏蛋白(metadherin, MTDH)是新近發現的一個癌基因，最初發現源于HIV-1感染的人胚胎初級星形膠質細胞，因此被命名為星狀細胞上調基因-1(astroycyte elevated gen-1, AEG-1)[1]。2004年，Brown等[2]用噬菌體篩選完成小鼠AEG-1克隆，證實這是一種介導小鼠乳腺癌細胞肺轉移的蛋白，又被命名為異黏蛋白。MTDH在多種腫瘤中呈過表達，包括乳腺癌、非小細胞肺癌、前列腺癌、宮頸癌、肝細胞癌、惡性黑色素瘤等[3]。2009年Hu等[4]發現MTDH過表達使得腫瘤細胞具有耐藥性，而位于8q22的其他基因過表達則不會對腫瘤細胞的耐藥性產生顯著影響。MTDH敲除后乳腺癌細胞對紫杉醇治療相當敏感，在體外裸鼠移植瘤模型中，迅速發生退行性變，腫瘤體積縮小。自此發現之后，越來越多的研究致力于研究導致這種耐藥發生的機制，現就MTDH與腫瘤耐藥機制綜述。

一、MTDH定位與功能

MTDH是一種及其保守的單次跨膜蛋白，在哺乳動物中高度保守，目前尚未發現在非脊椎動物中存在該蛋白[5]。MTDH是一個Ⅰb型膜蛋白，具有1個跨膜區，其定位于染色體8q22，基因全長3611bp，包括12個外顯子及11個內含子，其cDNA存在多個轉錄子及編碼不同的亞基。分別提取Hela細胞的總蛋白、細胞核膜蛋白、細胞核蛋白以及細胞質蛋白，檢測這些蛋白中MTDH表達情況，結果發現MTDH主要表達于細胞核膜中，小部分表達于細胞質及細胞核。進而利用免疫熒光技術對MTDH在PHFA細胞內定位進行分析，發現內源性MTDH主要定位于細胞的核周及內質網區域[6]。

MTDH被譽為腫瘤進展過程中的“雙頭蛇”，其表達異常增高能激活多種信號途徑，增強腫瘤細胞的增殖、抗凋亡能力，并且能夠加速腫瘤新生血管的生成，增強腫瘤細胞的侵襲性及轉移性[4]。MTDH在多種腫瘤中呈現高表達狀態并且與不良預后相關[7]。

二、凋亡與抗凋亡的失調

細胞凋亡(apoptosis)是細胞死亡的一種重要方式，其過程是受多環節、多因素調節的，是細胞受到程序化因素控制而發生細胞死亡的過程。化療藥物可通過誘導腫瘤細胞凋亡而起到抗腫瘤的作用，而促凋亡基因的缺失或抗凋亡基因的過度表達多會導致腫瘤細胞對化療藥物產生耐藥性[8-9]。

Lee等[10]研究發現，MTDH的過表達可以保護腫瘤細胞避免血清饑餓誘發的細胞凋亡，這提示我們激活抗凋亡途徑可能是MTDH導致腫瘤細胞對化療藥物耐藥的一個機制。進一步的研究發現抑制MTDH表達可降低其作用在廣譜的化療耐藥基因ALDH3A1，MET，HSP90和HMOXI中的表達，并增加促凋亡基因BNIP3、TRAIL的表達。此外，MTDH介導激活PI3K/AKT信號通路也可下調Bad、p21、p27及FOXO3a等抗凋亡基因，發出促細胞存活信號，從而抑制腫瘤細胞的凋亡，對化療藥物產生耐藥性[4]。

三、誘導產生保護性自噬

腫瘤細胞本身具有高代謝的特征，對能量和營養的需求往往比正常細胞要高，但腫瘤的微環境往往并不能滿足其生長所需。如腫瘤生長速度超過其新生血管生長，腫瘤細胞脫離原發灶時等，此時提高自噬可以有助于其度過危機[11]。而在接受化療時，細胞毒性藥物破壞細胞原有結構，產生大量破損細胞器、蛋白等有害成分，導致大量腫瘤細胞的死亡，而此時提高自噬活性可以及時清除這些有害成分，并且清除的有害成分可以被再次利用成為細胞修復的底物和能量，但這種保護性自噬行為，也成為介導化療藥物耐藥的因素之一[12-13]。

研究表明，在原代人胎腦星形膠質細胞(primary human fetal astrocytes, PHFA)中，MTDH可以介導PHFA細胞產生保護性自噬作用，從而調節其抗壓及抗凋亡能力。進一步研究其機制發現，MTDH介導的這種保護性自噬是通過降低三磷酸腺苷/腺嘌呤核糖核苷酸(adenosine triphosphate/adenosine monophosphate, ATP/AMP)比值，進而激活蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase, AMPK)，活化的AMPK又可以使得結節性硬化癥(tuberous sclerosis complex, TSC)TSC2磷酸化激活，從而誘導AMPK/mTOR依賴型自噬的發生。并且在多種腫瘤細胞系中，利用siRNA沉默MTDH表達后，其對化療藥物的敏感性增加，檢測發現自噬標志蛋白LC3-Ⅱ的堆積明顯減少[14-15]。這表明MTDH可通過誘導腫瘤細胞保護性自噬的產生，從而使得腫瘤細胞對化療藥物耐藥性的增加。

四、激活轉錄因子

核轉錄因子(nuclear factor-κB , NF-κB)可以活化多藥耐藥(multiple drug resistance, MDR)基因1及增強其編碼產物P-糖蛋白(P-glycoprotein, P-gp)的表達[5]，并且作為誘導的轉錄因子NF-κB是細胞凋亡的重要調節因素之一，其可在多種刺激下被激活，由細胞質易位至細胞核，與多種基因啟動部位κB位點特異性結合并調節細胞凋亡相關基因的轉錄，從而起到抑制細胞凋亡的作用。

MTDH表達于多個細胞區域，亦包括細胞核。在細胞受到外源性刺激，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素-1(interleukin-1, IL-1)、生長因子等等，胞質中的MTDH轉移至細胞核中，并且與NF-κB的亞單位p65相互作用，增強NF-κB所誘導的基因表達水平[15]。Emdad等[16]發現在HeLa細胞中，MTDH過表達可增強核轉錄活性以及NF-κB下游基因的表達，如細胞間黏附因子-2(intercellular adhesion molecule-2, ICAM-2)，ICAM-3，E-、P-、L-選擇素， IL-6，IL-8，Toll樣受體-4(toll like receptor-4, TLR-4), TLR-5，基質金屬蛋白酶-9 (matrix metallo preteinases-9, MMP-9)等。此外，在腦膠質瘤細胞中，MTDH可以促進NF-κB與其轉錄輔激活因子cAMP反應元件結合蛋白(cAMP response element binding, CREB)間的相互聯系。并且發現MTDH的前71個氨基酸序列對NF-κB的激活起著至關重要的作用，敲除MTDH不僅影響NF-κB通路，還間接或直接影響PI3K/AKT通路及其下游基因[17]。

五、影響多藥耐藥基因

腫瘤的化療耐藥與藥物的轉運與代謝密切相關，MDR1基因編碼的P-gp是人體內藥物處理中一種很重要的運轉體，是影響人體藥代動力學及藥物相互作用最重要的蛋白[18]。Yoo等[19]發現在肝癌細胞HepG2中，隨著MTDH基因表達的上調，ABC轉運蛋白家族承運ABCC1、細胞色素P4502B6(cytochrome P4502B6, CYP2B6)、二氫二醇脫氫酶等基因表達也有著不同程度的上調。在此基礎上，Yoo等[19]進一步研究MTDH參與介導化療藥物阿霉素(adriamycin, ADM)在肝癌耐藥機制中發現，MTDH表達上調能促進MDR1的mRNA與多聚核糖體結合，從而增加P-gp蛋白翻譯水平，并且可以使MDR1基因所編碼蛋白的泛素化降解減弱。

六、調節腫瘤微環境

腫瘤微環境是指腫瘤細胞與周圍細胞的相互作用，包括生長因子、細胞因子、基質細胞、免疫細胞、內皮細胞、細胞外基質成分、低氧等各種不同的環境。研究認為腫瘤微環境對腫瘤獲得性耐藥的發生有著重要的作用。在MTDH過表達腫瘤細胞構建的裸鼠移植瘤模型中，移植瘤組織免疫組化分析顯示血管生成因子(angiopoietin-1)、基s質金屬蛋白酶2(MMP-2)，缺氧誘導因子1-α(hypoxiainducible factor 1-alpha, HIF1-α)等表達上調。在體外實驗中，MTDH過表達可促進臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)生成。VEGF是血管生成的代表信號分子，大多數癌基因可以通過調控血管生成因子從而調控腫瘤血管的新生，抑制MTDH表達后可使得VEGF表達增高，并誘導HUVEC在體外小管形成[20]。

惡性腫瘤的發生發展是一個非常復雜的進程，在治療的過程中更是有諸多影響藥物療效的因素存在，成千上萬種與腫瘤相關基因、蛋白及各種信號通路在其耐藥過程中發揮著重要的作用。MTDH自發現以來，已有越來越多的研究對其進行探討。鑒于其在腫瘤生物學行為及其對腫瘤化療藥物耐藥過程中的諸多重要作用，MTDH有望成為克服腫瘤化療耐藥的新靶點，并為攻克腫瘤治療難題提供新的思路與策略。

1 Su ZZ, Chen Y, Kang DC, et al. Customized rapid subtraction hybridization (RaSH) gene microarrays identify overlapping expression changes in human fetal astrocytes resulting from human immunodeficiency virus-1 infection or tumor necrosis factor-alpha treatment[J]. Gene, 2003, 306: 67-78.

2 Brown DM, Ruoslahti E. Metadherin, a cell surface protein in breast tumors that mediates lung metastasis[J]. Cancer Cell, 2004, 5(4): 365-374.

3 Emdad L, Sarkar D, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1: recent insights into a novel gene involved in tumor progression, metastasis and neurodegeneration[J]. Pharmacol Ther, 2007, 114(2): 155-170.

4 Hu G, Chong RA, Yang Q, et al. MTDH Activation by 8q22 Genomic Gain Promotes Chemoresistance and Metastasis of Poor-Prognosis Breast Cancer[J]. Cancer cell, 2009, 15(1): 9-20.

5 Zhou G, Kuo MT. NF-κB-mediated induction of mdr1b expression by insulin in rat hepatoma cells[J]. J Biol Chem, 1997, 272(24): 15174-15183.

6 Kang DC, Su ZZ, Sarkar D, et al. Cloning and characterization of HIV-1-inducible astrocyte elevated gene-1, AEG-1[J]. Gene, 2005, 353(1): 8-15.

7 Hu G, Wei Y, Kang Y. The multifaceted role of MTDH/AEG-1 in cancer progression[J]. Clin Cancer Res, 2009, 15(18): 5615-5620.

8 Ellis PA, Smith IE, McCarthy K, et al. Preoperative chemotherapy induces apoptosis in early breast cancer[J]. Lancet, 1997, 349(9055): 849.

9 Dive C, Evans CA, Whetton AD. Induction of apoptosis-new targets for cancer chemotherapy[J]. Semin cancer Biology, 1992, 3(6): 417-427.

10 Lee SG, Su ZZ, Emdad L, et al. Astrocyte elevated gene-1 activates cell survival pathways through PI3K-Akt signaling[J]. Oncogene, 2008, 27(8): 1114-1121.

11 Levine B, Yuan J. Autophagy in cell death: an innocent convict?[J] J Clin Invest, 2005, 115(10): 2679-2688.

12 Harhaji-Trajkovic L, Vilimanovich U, Kravic-Stevovic T, et al. AMPK- mediated autophagy inhibits apoptosis in cisplatin-treated tumour cells[J]. J Cell Mol Med, 2009, 13(9B): 3644-3654.

13 潘半舟, 封 冰. 自噬在調控抗腫瘤藥物耐藥中的研究進展[J]. 醫學研究生學報, 2012, 25(12): 1302-1307.

14 Bhutia SK, Kegelman TP, Das SK, et al. Astrocyte elevated gene-1 induces protective autophagy[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107(51): 22243-22248.

15 Wang CY, Mayo MW, Korneluk RG, et al. NF-κB antiapoptosis: induction of TRAF1 and TRAF2 and c-IAP1 and c-IAP2 to suppress caspase-8 activation[J]. Science, 1998, 281(5383): 1680-1683.

16 Emdad L, Sarkar D, Su Zz, et al. Activation of the nuclear factor κB pathway by astrocyte elevated gene-1: implications for tumor progression and metastasis[J]. Cancer research, 2006, 66(3): 1509-1516.

17 Sarkar D, Park ES, Emdad L, et al. Molecular basis of nuclear factor-κB activation by astrocyte elevated gene-1[J]. Cancer research, 2008, 68(5): 1478-1484.

18 Yoo BK, Emdad L, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1 regulates hepatocellular carcinoma development and progression[J]. J Clin Invest, 2009, 119(3): 465-477.

19 Yoo BK, Chen D, Su ZZ, et al. Molecular mechanism of chemoresistance by astrocyte elevated gene-1[J]. Cancer Res, 2010, 70: 3249-3258.

20 Emdad L, Lee SG, Su ZZ, et al. Astrocyte elevated gene-1 (AEG-1) functions as an oncogene and regulates angiogenesis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009, 106(50): 21300-21305.

(本文編輯：黃紅稷)

楊 雯，姚艷雯，宋 勇，等. 異黏蛋白與腫瘤化療耐藥機制的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 8(1)： 79-81.

·醫學動態·

重新編碼腫瘤保護巨噬細胞，召喚大批“臥底”

Norris Cotton腫瘤中心和達特茅斯Geisel醫學院的研究人員發現將特定菌株插入惡性卵巢癌微環境中，腫瘤細胞行為發生轉變，從抑制免疫反應變為激活免疫系統。該研究結果證明了一種可在多種癌癥類型應用的免疫治療新方法。

這種特殊的菌株是一種弱化而又安全的細菌——李斯特菌( Listeria monocytogenes，Lm)。腫瘤細胞通過產生免疫抑制微環境，保護自己免受免疫系統的攻擊。以前的腫瘤免疫治療的方法主要集中在使用免疫檢查點(checkpoint)抑制劑，細胞因子治療及其他方式，修改所述免疫抑制環境，意圖產生T細胞的為基礎的抗腫瘤免疫力。

而這次研究人員實現的卵巢癌微環境的轉變是通過引入李斯特菌的減毒ΔactA/ΔinlB株來實現。ΔactA/ΔinlB引入侵略性ID8-Defb29/ VEGF-A小鼠卵巢癌細胞，優先被腫瘤相關巨噬細胞(TAMs)吞噬，引發重新編程——從抑制免疫變為激活。具體表現為炎性細胞因子轉錄增加，并下調抑制效應分子的轉錄。令人驚奇的是，治療反應并不是通過T-或NK細胞活性介導。ΔactA/ΔinlB誘導巨噬細胞復極化，經由NOS2產生一氧化氮直接導致腫瘤細胞裂解。保護腫瘤細胞的巨噬細胞被轉為攻擊腫瘤細胞的“臥底”。

早在幾十年前就有研究開始著手調節腫瘤微環境，使免疫抑制的吞噬細胞轉為支持抗腫瘤免疫細胞。菲林博士，研究的主要作者表示：“現在我們可以設計工程微生物，保障它們地安全使用，也可以詳細跟蹤抗腫瘤免疫反應。這種新設計具有用于癌癥治療的潛力”。使用Lm修改腫瘤免疫抑制微環境還可以與其它免疫為基礎的治療組合，用于治療除卵巢癌的其它癌癥。

來源：Oncoimmunology

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.01.021

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210002 南京大學醫學院臨床學院 南京軍區南京總醫院呼吸科內科

肖鑫武，Email: 125205755@qq.com

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2014-12-19)