基質相互作用蛋白分子1在腫瘤發生發展和臨床應用中的研究進展

胡金萌，王健

腫瘤的發生、發展不是一個單一的過程，而是多因素、多步驟共同作用的結果。已有研究結果表明基質相互作用蛋白分子1（STIM1）參與腫瘤的發生及轉移過程［1］。STIM1是位于內質網（ER）上的鈣離子（Ca2+）傳感器，是調控鈣池操縱性鈣內流（storeoperated calcium entry，SOCE）的重要組成部分［2-3］。而Ca2+信號是細胞代謝中重要的第二信使［4］，參與腫瘤細胞的增殖、凋亡和遷移［4-7］。抑制腫瘤細胞中STIM1的活化，可以抑制STIM1依賴性Ca2+信號的傳導，進而抑制多種腫瘤的發生發展，如乳腺癌［8］、宮頸癌［9］、結直腸癌［10-11］、前列腺癌［12］、肝癌［13］、頭頸部鱗癌［14］、肺癌［15］和子宮內膜癌［16］。本文就STIM1結構、其與Ca2+的相互作用機制及促進腫瘤侵襲轉移機制作一綜述。

1 STIM1蛋白結構

STIM1是一種分子質量為90 ku的Ⅰ型跨膜蛋白，其基因定位于人染色體11p15.5［17］。STIM1包含3個區域，內質網區域、跨膜區域（TM）和胞漿區域。內質網區域包含信號肽、N-末端、EF-手形結構（EF-hand）和SAM（Sterile α Motif）結構域，其中EF-hand和SAM區（EF-SAM）是Ca2+結合域。跨膜區域則主要將內質網內鈣庫清空的信號以構象變化方式傳導到STIM1蛋白的胞質部分。胞漿區域含有多個螺旋卷曲結構域（Coiled-coil 1～3，CC1～3），參與STIM1構象變化，并介導依賴性失活的ID區、富含絲氨酸和脯氨酸的S/P結構域以及C-末端賴氨酸富集的K區，見圖1［6，18-19］。EF-SAM主要由10個α螺旋和2個β折疊組成（圖2a）；EF-SAM與Ca2+結合后形成一個緊湊的實體（圖2b）；EF-hand與疏水性SAM殘基（F108、L199、L195）相互作用，該位點突變可致Ca2+與EF-hand脫離（圖2c）；Ca2+耗盡的EF-SAM呈分散的低聚物（圖2d）［18］。

Fig.1 Schematic representation of structures of STIM1［18］圖1 STIM1結構示意圖［18］

Fig.2 Structural characteristics of EF-SAM［18］圖2 EF-SAM結構示意圖［18］

2 STIM1對Ca2+的調控機制

Ca2+是細胞增殖、分化、基因轉錄等生命活動的重要信使分子，ER鈣池排空會激活細胞膜表面的鈣池操縱性鈣通道（SOCs）開放，所形成的SOCE是非興奮細胞調節Ca2+穩態平衡的重要途徑［20］。SOCE即細胞內Ca2+損耗后引發的細胞外Ca2+內流的過程。SOCE由SOCs介導完成，存在于各種類型的細胞中，在腫瘤的生長、抗凋亡、遷移及免疫逃逸中起到重要作用［21-23］。當ER腔內Ca2+存儲充盈時，STIM1分子以單聚體形式均勻分布于ER；隨著ER腔內Ca2+的耗盡，EF-SAM結構域構象發生變化，疏水性增加，EF-SAM由單聚體轉變為不穩定的低聚物，導致STIM1分解，SOCE停止［17］。其大致過程為：細胞外信號分子激活細胞膜表面受體，活化磷脂酶C（PLC），使2，4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）裂解為1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3與ER上的IP3-受體結合，激活ER鈣池釋放Ca2+，ER中Ca2+濃度降低致使Ca2+從EF-hand脫離，Ca2+排空信號激活STIM1，有活性的STIM1二聚體激活鈣釋放激活鈣通道（CRAC），細胞外的Ca2+進入細胞內。當ER再充滿Ca2+，Ca2+重新結合EF-hand，STIM1失活，Ca2+內流停止［9］。STIM1作為SOCE重要的組成分子，是細胞主動吸收Ca2+的重要分子［24］。

3 STIM1與腫瘤

3.1 STIM1與肝癌 缺氧和細胞內Ca2+瞬變是癌癥的基本特征。STIM1與缺氧誘導因子（HIF）-1α相互作用促進肝癌細胞的形成［13］。Yang等［13］研究發現，肝癌細胞中HIF-1α和STIM1的表達水平明顯高于正常肝細胞：將人類肝癌HepG2和Huh7細胞暴露于不同濃度氧氣中24 h后觀察發現，缺氧暴露會導致HIF-1α和STIM1表達上調，腫瘤細胞增殖增加，且HIF-1α和STIM1的表達呈正相關。HIF-1α通過與STIM1啟動子直接結合，促進肝癌細胞中STIM1的轉錄和表達，并促進SOCE發生［25］，而SOCE是人類肝癌細胞系增殖過程中Ca2+內流的主要類型［26］。可見STIM1在肝癌細胞形成中起到重要作用。

3.2 STIM1與前列腺癌 STIM1在前列腺癌進展中起雙重作用。一方面，STIM1過表達可促進上皮-間質轉化（EMT），從而增強腫瘤細胞侵襲轉移；另一方面，STIM1過表達會加速腫瘤細胞衰老［27］。EMT是腫瘤細胞侵襲轉移的重要機制，在EMT過程中，腫瘤細胞失去上皮特征并獲得間質表型特征，上皮標記蛋白如E-鈣黏蛋白表達下降，間質標記蛋白如波形蛋白和N-鈣黏蛋白的表達增加，促進EMT現象發生［28-31］。Xu 等［27］研究了 BPH-1、LNCaP、DU145 和PC3這4種細胞系，BPH-1是一種增生細胞，后3種均為前列腺癌細胞。該研究發現，STIM1在前列腺癌細胞中的表達明顯高于BPH-1；且在過表達STIM1的DU145細胞中，E-鈣黏蛋白表達降低，N-鈣黏蛋白等表達顯著增加，提示EMT發生，細胞發生侵襲轉移；該研究還發現在過表達STIM1的前列腺癌DU145-STIM1-YFP、PC3-STIM1-YFP細胞中，大而長的低密度紡錘體（細胞衰老的重要標志）增加，癌細胞凋亡增加；而當敲低STIM1基因表達時，DU145和PC3細胞系中的衰老細胞顯著減少。

3.3 STIM1與結直腸癌 微小RNA（miRNAs）是一類非編碼的小RNA，與癌細胞的轉移密切相關［32-33］。研究表明，STIM1是miR-185的直接靶點，miR-185可上調結直腸癌細胞中STIM1的表達；STIM1過表達會促進結直腸癌細胞的轉移增加，而沉默STIM1基因表達后，直腸癌細胞的轉移減少［1］。Zhang等［1］研究了SW480、SW620等4種結直腸癌細胞系中miR-185與STIM1表達的關系，發現SW620中miR-185表達上調可增加E-鈣黏蛋白和β-連環蛋白的表達，降低波形蛋白和纖連蛋白的表達，且癌細胞的侵襲轉移減少；證實miR-185是調控STIM1的上游分子，且兩者之間呈負調控關系。

3.4 STIM1與宮頸癌 Chen等［9］研究發現，在宮頸癌SiHa細胞系，STIM1敲低可顯著抑制細胞增殖；同時流式細胞術（FACS）檢測發現STIM1敲低可顯著增加細胞周期中G1/S和G2/M期的細胞比例。研究發現，STIM1可調節血管內皮生長因子（VEGF）在宮頸癌細胞中的表達，在SCID小鼠皮下成瘤模型中，通過酶聯免疫吸附測定（ELISA）定量分析VEGF-A的表達水平，結果顯示STIM1與VEGF-A表達水平成正比；上調STIM1表達可促進宮頸腫瘤細胞生長、局部傳播和血管生成，并促進宮頸癌細胞遷移［9］。

3.5 STIM1與頭頸部癌 STIM1在口腔癌細胞系TSCCA和喉癌細胞系Hep2中呈高表達，在該兩種細胞系中沉默STIM1，會導致細胞周期阻滯于G0/G1期，顯著抑制口腔癌細胞的增殖及轉移［14］。STIM1亦可促進人類舌鱗狀細胞癌細胞的生成，Cui等［34］研究發現在舌鱗癌細胞系Tca-8113中，STIM1敲低可明顯減少Tca-8113細胞總數，且細胞生長速率下降約60%，細胞凋亡數量也顯著增加。

3.6 STIM1與其他腫瘤 STIM1促進乳腺癌的發生發展，且與乳腺癌患者總體生存率（OS）呈負相關；STIM1過表達致SOCs通路Ca2+內流增加，誘導EMT發生，促進乳腺癌細胞的侵襲和轉移［35］。Casas-Rua等［16］研究也證實STIM1過表達會誘導子宮內膜腺癌細胞EMT發生和細胞遷移增加。在胃癌細胞中，STIM1敲低可促進細胞黏附，抑制侵襲遷移，但對胃癌細胞的增殖和凋亡無明顯影響［36］。

4 STIM1在臨床中的應用

STIM1在胰腺癌細胞系中發揮促生存抗凋亡作用，吉西他濱可抑制STIM1表達，進而促使胰腺癌細胞凋亡增加［37］。此外，五氟尿嘧啶（5-FU）作為治療胰腺癌的化療藥物之一，也是通過抑制STIM1表達來促進胰腺癌Panc1細胞凋亡［37］。順鉑通過誘導STIM1凋亡，對晚期非小細胞肺癌的治療效果顯著；順鉑會形成交聯的DNA復合物，其細胞毒性通過DNA損傷識別信號的逐級下傳來誘導STIM1凋亡的發生［38］。STIM1凋亡增加，使染色體在有絲分裂和微管細胞骨架極化期間分離的準確性降低，進而導致肺癌細胞死亡增加［38］。白藜蘆醇可誘導細胞周期阻滯，導致癌細胞死亡；在雄激素依賴性前列腺癌中，白藜蘆醇可抑制STIM1的表達，阻斷SOCE激活，致使細胞中Ca2+內流減少，進而抑制前列腺癌細胞增殖和存活［9］。2-氨基乙氧基二苯基硼酸鹽（2-APB）可導致STIM1與Ca2+的結合功能喪失，抑制Ca2+進入Orai1通道，阻斷SOCE激活，進而抑制前列腺癌細胞增殖［39］。STIM1敲低還可以直接抑制人表皮樣癌A431細胞DNA的合成，控制癌細胞增殖［40］；亦可通過下調SOCE及特異性細胞周期蛋白G1、D1的表達，抑制肝癌細胞的生長［41］。因此，STIM1將為腫瘤的治療提供了新的靶點及臨床藥物研究方向。

STIM1的臨床診斷和預后意義已在多種癌癥中得到證實［42］，是腫瘤領域研究的熱點。進一步深入研究STIM1在腫瘤細胞中的作用機制，將為其在腫瘤治療中的應用提供更為廣闊的前景。

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