Romo1與腫瘤相關性的研究進展

陳先夢　孫耕耘

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·綜述·

Romo1與腫瘤相關性的研究進展

陳先夢孫耕耘

腫瘤；Romo1；細胞內活性氧

活性氧調節(jié)因子1(reactive oxygen species modulator1, Romo1)是一種新型的線粒體跨膜蛋白，可誘導細胞內活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產生 。研究表明，Romo1在肺癌、胃癌、肝癌等組織中高表達,其在腫瘤的診斷、治療、病情評估及預后判斷中的價值越來越受到關注，現(xiàn)就Romo1的生物特征、在腫瘤中的作用機制、表達及臨床意義作一綜述。

一、Romo1的生物學特性

Romo1于2006年首次被克隆，是從人類淋巴結cDNA文庫中篩選出來的新型膜蛋白，Romo1基因定位于20號染色體q11.22上，在進化上高度保守，mRNA長167bp，其內含子2序列中包含rs6060566 和 rs6060567兩個單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)位點，易發(fā)生單個堿基的變異，導致Romo1基因多態(tài)性，隨后于耐化療藥的頭頸部腫瘤患者癌組織中首次發(fā)現(xiàn)Romo1蛋白表達[1]。

Romo1是由79個氨基酸殘基構成的位于線粒體上的一種跨膜蛋白，相對分子量約為8.9×103，利用Blast程序對GenBank數(shù)據(jù)庫中Romo1的氨基酸序列進行同源性比對發(fā)現(xiàn)，人類Romo1蛋白與鼠類完全同源。研究表明在正常小鼠的肝臟、腎臟、腦組織中均有Romo1表達[1-2],在正常人肺成纖維細胞及特發(fā)性肺纖維化患者的肺泡上皮細胞和支氣管上皮細胞也有Romo1表達。Romo1可介導腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α)通過信號轉導，誘導線粒體產生細胞內活性氧(reactive oxygen species, ROS)。此外，Romo1又稱為線粒體靶向的GxxxG基序蛋白，因為其含有一個構象高度保守的四元GxxxG模體 ( 模體motif：在一個或幾個蛋白質中出現(xiàn)的數(shù)個二級結構元件不同的折疊方式，又稱超二級結構)，此模體對于膜通道的形成至關重要。因此，Romo1可能是通過形成膜通道調節(jié)線粒體釋放ROS進入細胞質，從而增加細胞內ROS水平，引起DNA氧化損傷[3]。

二、 Romo1的生物學功能

1. Romo1促進細胞增殖：體外實驗證明ROS是細胞增殖所必須的，ROS水平下降則抑制細胞增殖，抗氧化酶如過氧化氫酶的過度表達既能抑制血管平滑肌增殖也能抑制腫瘤細胞增殖[4]。Na等[4]利用小干擾RNA技術沉默Romo1基因發(fā)現(xiàn)細胞內ROS水平降低，腫瘤細胞及正常細胞的增殖均明顯受到抑制，并使用細胞外信號調節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)抑制劑阻斷ERK信號轉導通路，從而抑制ROS誘導的細胞增殖過程。Romo1誘導產生基礎水平的ROS是維持Myc蛋白穩(wěn)定性和激活ERK所必須的，Myc蛋白為Myc原癌基因編碼的轉錄產物，與細胞周期密切相關，可促進細胞增殖[5]。Myc蛋白上調Romo1表達，Romo1過度表達導致細胞內ROS水平增加，過多的ROS通過促進細胞S期激酶相關蛋白2( human S-phase kinase-associated protein2, Skp2)的細胞質易位引起Myc泛素化，導致Myc降解，從而形成負反饋調節(jié)。綜合以上結果得出，Romo1誘導ROS產生，ROS通過激活ERK，將來自細胞膜的信號傳導至細胞核，作用于核內的轉錄因子Myc，調控Myc蛋白表達，完成MAPK/ERK信號轉導過程從而促進細胞增殖。而過多的ROS可促進Skp2的細胞質易位引起Myc泛素化，導致Myc降解，形成負反饋調節(jié)，從而防止細胞過度增殖。

細胞周期是一個高度有序的運轉過程，與細胞增殖、衰老、凋亡密切相關，細胞周期的不同階段是由不同的細胞周期素(cyclin)與細胞周期素依賴性激酶(cyclin-dependent kinase, CDK)相互作用調控的。CDK屬絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族，通過與細胞周期素的結合促進細胞周期時相轉變，不同的CDK-細胞周期素復合物使特異的靶蛋白質磷酸化從而保證細胞周期各期的順利進行，當CDK功能缺失或存在CDK抑制物時細胞增殖停滯。Romo1可調控P21、P27基因表達，其表達產物p21、p27蛋白為CDK抑制因子(cyclin-dependent kinase inhibitor, CDKI)，可與CDK結合，抑制CDK-細胞周期素復合物形成，在調控細胞周期進程中發(fā)揮重要作用。此外，Romo1本身作為細胞周期從G1期到S期不可或缺的蛋白，其表達水平降低導致細胞周期滯留于G1期，從而抑制細胞增殖。

2. Romo1調節(jié)線粒體形態(tài)：線粒體是所有真核生物進行能量代謝，產生ATP的場所，可參與許多細胞過程，包括脂肪酸的β氧化，尿素循環(huán)和細胞程序性死亡等。線粒體是高度動態(tài)的細胞器，它可根據(jù)細胞的能量需求以及在病理情況下通過自身的分裂融合改變形態(tài)，線粒體不能自發(fā)產生，必須通過自我復制，從母細胞分配到子細胞中。細胞進入有絲分裂中期，線粒體片段化成顆粒狀，進而分配到子細胞中，有絲分裂完成后，子細胞中的線粒體又會重新恢復管狀的網(wǎng)絡結構。正常細胞中線粒體的分裂與融合協(xié)同進行，過程高度保守，需要在多種蛋白質的精確調控下完成。Chung等[2]將綠色熒光標記的Romo1基因轉染至人胚肺成纖維細胞(IMR-90)，使用共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)Romo1蛋白定位于線粒體上，且轉染的細胞線粒體形態(tài)呈現(xiàn)出圓形、腫脹的變化。利用小干擾RNA技術下調Romo1基因表達發(fā)現(xiàn)線粒體直徑延長，由此可見，Romo1與線粒體形態(tài)變化有關。進一步研究表明，Romo1通過與線粒體塑形蛋白家族中的動力相關蛋1(dynamin-related protein1,Drp1)相互作用，以維持線粒體分裂融合動態(tài)平衡，這種平衡對維持線粒體正常的形態(tài)十分重要[6]。

三、 Romo1在腫瘤中的作用及機制

1. Romo1的致癌機制：腫瘤從本質上來說是多基因病，各種環(huán)境的和遺傳的致癌因素可能以協(xié)同或序貫的方式引起細胞DNA損傷是腫瘤細胞發(fā)生的中心環(huán)節(jié)[7]。細胞產生ATP的同時會產生ROS，ROS刺激不同的細胞信號分子如絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)、核轉錄因子(nuclear factor kappa, NF-κB)、共濟失調毛細血管擴張癥突變蛋白(ataxia-telangiectasia mutated protein, ATM)、腫瘤抑制因子 p53蛋白、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3-K)等，從而通過調控不同的信號轉導通路影響細胞功能。正常細胞線粒體內外都存在清除ROS的各種氧化還原體系，ROS產生和代謝清除過程處于動態(tài)平衡，使得ROS維持在較低水平[8]。低水平的ROS對于細胞有絲分裂等生物過程是必須的，維持細胞的正常生長，然而高水平的ROS會導致細胞產生氧化應激損傷DNA，DNA損傷可引起細胞凋亡，而DNA的損傷修復過程會誘導細胞發(fā)生癌變[9-10]。有研究表明一些癌基因如ras和c-myc等可誘導腫瘤細胞產生ROS，但ROS產生的具體機制尚不明確[11]。Romo1是一種新型的線粒體跨膜蛋白，通過NADH線粒體呼吸鏈中的復合物Ⅲ(泛醌-Cytc還原酶)誘導線粒體產生ROS，在各種致癌因素作用下，Romo1過度表達，細胞內ROS水平增加, ROS直接作用于堿基，如修飾鳥嘌呤，產生8-羥基脫氧鳥嘌(8-hydroxy-z′-deoxyguanosine, 8-OH-dG)，導致腫瘤細胞基因組不穩(wěn)定性，激活某些癌基因及抑制某些抑癌基因，從而促進腫瘤細胞的發(fā)生、發(fā)展及增加腫瘤的惡性程度。

2. Romo1與腫瘤細胞耐藥的關系：在發(fā)生癌變的細胞中，Romo1誘導產生的ROS可進一步導致腫瘤細胞核DNA的突變，從而增加腫瘤的侵襲性、轉移性，及對化療藥物產生耐藥性。有報道稱肺腺癌細胞對5-FU的耐藥性可能與Romo1誘導ROS產生有關，ROS導致大部分腫瘤細胞凋亡，但部分存活的腫瘤細胞通過增加超氧化物歧化酶(manganese superoxide dismutase, MnSOD)、抗氧化酶Ⅰ(peroxiredoxin Ⅰ, Prx Ⅰ)， 抗凋亡蛋白Bcl-2等拮抗ROS引起的細胞持續(xù)氧化應激，使其細胞周期滯留于G1期，從而導致對5-FU耐藥[12]。因此，Romo1的表達對于腫瘤化療方案的選擇具有新的臨床意義。

四、Romo1在腫瘤中的表達及意義

1. Romo1與非小細胞肺癌：Romo1在非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者的腫瘤組織及外周血高表達，與腫瘤的分期、惡性程度及治療的反應性等相關，可輔助判斷預后。然而Romo1表達水平與患者年齡、性別、吸煙狀況、腫瘤分化程度、組織學類型等無關。Lee等[13]采用Western blot方法檢測26例NSCLC患者癌組織及相應的癌旁組織中Romo1表達水平，同時采用酶聯(lián)免疫吸附法(enzyme-linked immuno sorbent assay, ELISA)分別對55例健康志愿者，63例肺良性疾病患者，58例NSCLC患者外周血Romo1的表達水平進行檢測，結果表明肺癌組織Romo1的表達水平顯著增高(P<0.001)，且肺癌患者外周血Romo1水平也較健康人及肺部良性疾病患者明顯增高(r=0.68,P=0.009)，以外周血Romo1> 329.7 pg/ml作為截斷值診斷NSCLC的靈敏度和特異度分別為81.9%和89.8%。多因素分析顯示肺癌組織Romo1表達水平越高，患者無進展生存期越短(HR=3.16, 95% CI:1.21～8.22)，總生存期也越短(HR=3.22,95% CI: 1.02～10.21)。此外，在手術切除的NSCLC患者肺癌組織中Romo1表達水平越高，術后的早期復發(fā)率越高，患者的預后越差，因此，Romo1的過度表達可能提示NSCLC患者預后不良。

2. Romo1與胃癌：Romo1在胃癌患者的腫瘤組織及外周血呈高表達，其表達水平與腫瘤浸潤深度、TNM分期、淋巴結轉移等相關。嚴海翠等[14]通過檢測40例胃癌患者癌組織、癌旁組織及其外周血Romo1表達水平，發(fā)現(xiàn)胃癌組織中Romo1陽性表達率(72.5%)顯著高于癌旁組織(17.5%)(P<0.01)，其外周血Romo1濃度(289.0±51.3)ng/L也顯著高于健康對照組(75.2±18.9)ng/L(P<0.01)，并且胃癌組織與外周血Romo1表達呈正相關(r=0.774,P<0.01)。Wu等[15]在中國西北地區(qū)人群中(358 例胃癌患者和412例健康人)進行了一項病例對照研究，探索Romo1基因多態(tài)性與胃癌發(fā)病風險之間的關聯(lián)。結果發(fā)現(xiàn)以兩個野生型的基因位點作為參照，以下三種基因型導致胃癌的發(fā)病風險顯著增加：rs6060566 TC基因型 (OR=1.525, 95%CI=1.126～2.138), rs6060567 GC基因型 (OR=1.641, 95%CI=1.238～2.291) 和rs6060567 CC 基因型(OR=1.594, 95%CI=1.102～2.973)。兩種遺傳變異的單倍型分析表明，Romo1最常見的TG單倍型可降低胃癌的發(fā)病風險(P=0.000093)，二者關聯(lián)性最強(OR=0.584)，而CC單倍型則增加胃癌發(fā)病風險，二者也有顯著的相關性(OR=1.732)。由此可見，Romo1基因多態(tài)性與胃癌發(fā)病風險相關，且在男性、飲酒、吸煙、幽門螺桿菌感染患者中關聯(lián)性更強，因此，可通過檢測Romo1的基因型結合以上易感因素預測普通人群的胃癌發(fā)病風險。

3. Romo1與肝癌：Romo1參與了腫瘤細胞增殖、浸潤、轉移過程，Romo1表達水平的增高與肝癌患者治療反應差、生存期縮短等密切相關。Chung等[16]采用實時熒光定量PCR技術和免疫組化技術檢測肝癌組織Romo1蛋白的表達，結果顯示肝癌組織Romo1表達水平明顯增加(P<0.001)，高表達的Romo1可促進腫瘤生長，降低腫瘤分化程度，增加肝癌細胞的血管侵襲性。以癌組織Romo1表達水平是否>2倍正常肝組織將肝癌患者分為高危組和低危組，高危組與低危組的無進展生存期分別為11.3個月和65.9個月(P=0.0013)，中位總生存期分別為38.2個月和100.4個月(P=0.0003)。此外，Romo1表達水平與患者的年齡、性別、腫瘤數(shù)目、腫瘤TNM分期、肝功能Child分級等臨床特征均無關。

Romo1在多種腫瘤細胞中高表達，主要是通過誘導線粒體產生ROS發(fā)揮致癌作用，然而其導致腫瘤發(fā)生、發(fā)展的具體機制尚不明確，對Romo1分子通路的進一步研究有助于更好地了解Romo1的功能，從而有希望將Romo1作為未來腫瘤診斷的分子標記物以及治療的新靶點。

1Chung YM, Kim JS, Yoo YD. A novel protein, Romo1, induces ROS production in the mitochondria[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2006, 347(3): 649-655.

2Chung YM, Lee SB, Kim HJ, et al. Replicative senescence induced by Romo1-derived reactive oxygen species[J]. J Biol Chem, 2008, 283(48): 33763-33771.

3Kim JJ, Lee SB, Park JK, et al. TNF-alpha-induced ROS production triggering apoptosis is directly linked to Romo1 and Bcl-X(L)[J]. Cell Death Differ, 2010, 17(9): 1420-1434.

4Na AR, Chung YM, Lee SB, et al. A critical role for Romo1-derived ROS in cell proliferation[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2008, 369(2): 672-678.

5Lee SB, Kim JJ, Chung JS, et al. Romo1 is a negative-feedback regulator of Myc[J]. J Cell Sci, 2011, 124(Pt 11): 1911-1924.

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(本文編輯：黃紅稷)

陳先夢，孫耕耘. Romo1與腫瘤相關性的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2016， 9(2)： 196-198.

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2016.02.020

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