線粒體融合蛋白2基因與腫瘤發生和發展關系研究進展

接智慧，許 文，高 翔，吳建磊，張雪英，周 巖

(1.山東第一醫科大學第二附屬醫院婦產科，山東 泰安 271000；2.赤峰學院附屬醫院婦產科，內蒙古 赤峰 024000)

線粒體融合蛋白2(mitofusin 2，Mnf2)基因是由我國學者陳光慧教授采用差異顯示技術從自發性高血壓大鼠血管平滑肌細胞中首次發現的新基因，命名為細胞增殖抑制基因[1]。2001年，SANTEL等[2]在人類肺組織中也克隆出這一基因，并證明其與線粒體形態、結構和功能有密切關系，命名為Mfn2基因。研究發現，Mfn2基因廣泛分布于不同種屬生物體內，且該基因在進化中具有高度保守性，例如果蠅線粒體中該基因的同系物Fzo基因產物和Mfn2基因產物有52%的同源性，并且在不同物種中Mfn2基因均具備調節線粒體融合的功能，因此2003 年基因庫將其定名為Mfn2基因[3]。目前研究認為，Mfn2基因在生理狀態下通過精細的調控網絡參與調控線粒體形態結構以及細胞代謝、增殖、凋亡等生物學行為[4]；而遺傳學研究發現，Mfn2基因的異常表達或功能缺失可能是腫瘤發生、發展的重要因素[5]。但目前關于Mfn2基因在腫瘤發生、發展中的具體作用尚存在爭議，甚至有相互矛盾的認識。本文主要就Mfn2基因與腫瘤細胞增殖、凋亡及自噬的關系及Mfn2基因在腫瘤中的表達和作用、目前針對Mfn2基因靶向治療的臨床轉化研究相關進展加以綜述，以期加深對 Mfn2基因參與腫瘤生物學行為機制的認識，為腫瘤病因和發生機制的研究提供新思路。

1 Mfn2基因的基本信息

人類 Mfn2基因定位于人chr 1p 36.22，其編碼的Mnf2蛋白由757個氨基酸殘基組成，含有1個跨膜區域,形成1個U形膜，錨定在線粒體外膜,終止于細胞質，N端是三磷鳥苷(guanosine triphosphate,GTP)酶結構域，并具有1個脯氨酸富集區域，C端具有跨膜區，跨膜區兩側各有1個疏水區，類似于卷曲螺旋，這些共同組成了Mnf2蛋白的基本結構(圖1),細胞熒光定位發現在細胞內定位于線粒體外膜，主要分布在細胞核周圍[6]。

圖1 Mnf2蛋白結構示意圖

2 Mfn2基因在腫瘤發生、發展中的作用

有研究證實，Mfn2基因的異常表達可通過影響線粒體過度分裂而引起細胞周期調控和細胞自噬生物學行為紊亂，并可導致線粒體凋亡通路抑制或者激活，引起腫瘤細胞的異常凋亡[7]。因此，目前認為Mfn2基因在調控腫瘤細胞的增殖、凋亡和細胞自噬中起重要作用。

2.1 調控腫瘤細胞增殖細胞周期調控異常引起的腫瘤細胞失控性增殖是惡性腫瘤最基本的生物學特征，因此，認為腫瘤是一種細胞周期調控紊亂性疾病[8]。目前，越來越多的證據表明，Mfn2基因影響腫瘤細胞的增殖和生長，但其發生機制仍不清楚，例如，研究發現，Mfn2基因可通過調控細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)信號通路而控制細胞增殖[9]。另有研究顯示，隨著Hela細胞和人平滑肌細胞系中Mfn2基因的下調，細胞能量代謝率下降，細胞增殖也受到抑制，但在Mfn2基因過表達的情況下卻對細胞周期進展及細胞增殖無明顯影響[10]。XU等[11]應用基因編輯技術敲除乳腺癌細胞中Mfn2基因的表達后，發現哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路活化，乳腺癌細胞的增殖和侵襲能力顯著增強，進一步的研究認為Mnf2蛋白可以抑制mTOR激酶活性，進而抑制下游絲氨酸蘇氨酸激酶(serine threonine kinase,Akt)的活化，調控mTOR/Akt信號通路，從而實現對腫瘤細胞增殖的調控。總之，以上研究顯示，Mfn2基因作為調控腫瘤細胞增殖的重要中介因子參與了多個與腫瘤細胞增殖有關的信號通路,Mfn2基因可作為調控腫瘤細胞增殖的重要靶點。

2.2 調控腫瘤細凋亡細胞凋亡主要由線粒體通路、死亡受體活化通路和內質網通路等3條通路調控，其中線粒體通路是最普遍的凋亡調控機制[12]。Mfn2基因作為線粒體膜蛋白組分，通過介導多個信號通路蛋白參與線粒體通路，實現對細胞凋亡的調節[13]。FANG等[14]研究發現，Mnf2蛋白在胃癌腫瘤組織中的表達低于正常胃黏膜組織，可以作為預測胃癌預后的標志物，而且體外實驗證實Mfn2基因誘導的細胞凋亡與磷酸化 Akt的減少密切相關。相關研究已經證實，Akt蛋白的磷酸化可抑制下游線粒體通路中多個與凋亡相關分子的活化，從而抑制細胞凋亡；與此相反，Akt磷酸化水平降低可以促進細胞凋亡[15]。由此可以認為，Mfn2基因可通過影響Akt的磷酸化程度來調控腫瘤細胞的凋亡[16]。此外，在多種腫瘤中發現Mfn2基因可通過其他機制調控腫瘤細胞凋亡。WANG等[17]發現,Mfn2基因低表達時可使細胞色素C的釋放增加，進而活化凋亡蛋白酶，從而誘發凋亡。ZHOU等[18]研究證實，miR-761可通過靶向Mnf2蛋白介導肝癌細胞凋亡。PAN等[19]研究發現,在乏氧條件下，胰腺癌細胞中缺氧誘導因子1/miR-125/Mfn2通路活化后，腫瘤細胞中線粒體分裂和腫瘤細胞能量代謝受到影響，進而可以調控腫瘤細胞凋亡和遷移。以上研究提示，Mfn2基因通過參與多個信號通路而影響線粒體分裂和功能，調控腫瘤細胞凋亡，將Mfn2基因作為腫瘤治療的新的靶點可以為腫瘤治療開辟新途徑。

2.3 調節腫瘤細胞自噬細胞自噬是細胞通過自噬泡選擇性包裹受損線粒體并被溶酶體降解的過程[20]。線粒體自噬可以清除受損線粒體，以保證細胞內線粒體的質量，維持細胞穩態，從而適應細胞生存環境[21]。最近有報道稱，線粒體可為自噬體的發生過程提供自噬體生物膜，Mnf2蛋白在這一過程中起著至關重要的作用[22]。另一項研究表明，Mnf2蛋白通過泛素化降解，使得細胞質內的膜體結構包圍在發生去極化損傷的線粒體表面，形成線粒體自噬體，線粒體自噬體與溶酶體融合后，自噬體內的微管相關蛋白1輕鏈3可被溶酶體中的水解酶降解，這一機制被認為介導了受損線粒體的自噬清除[23]。此外，Mfn2基因還通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinases,PI3K)/蛋白質AKT信號通路、抗病毒信號通路等多種分子途徑調控細胞自噬過程[24]。XUE等[25]研究發現，Mnf2蛋白通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導胰腺癌細胞自噬，證明Mfn2基因除了通過對線粒體功能的影響直接調控細胞自噬外，還可通過參與其他信號通路對細胞自噬產生影響。

3 Mfn2基因在腫瘤中的表達及作用

近年來研究發現，Mfn2基因在多種惡性腫瘤中存在差異表達，且與腫瘤患者的不良預后有關[26]，但研究結果并不一致，有的甚至得出了矛盾的結果。目前，Mfn2基因在惡性腫瘤中的表達及其與腫瘤發生、發展的關系逐漸成為腫瘤領域的研究熱點，對Mfn2基因表達模式及其在腫瘤微環境中作用的闡明有助于加深對腫瘤的認識及腫瘤治療新靶點的選擇。

3.1 Mfn2基因在腫瘤中呈低表達，具有抑癌基因作用LI等[27]研究發現，乳腺癌細胞中Mfn2基因呈低表達，發揮抑癌基因作用，進一步研究發現，Mfn2基因的低表達可能與啟動子區DNA高甲基化有關。KANNAN等[28]研究發現，Mfn2基因在人乳腺癌MCF-7細胞系中呈低表達，而將其過表達后則可顯著抑制MCF-7細胞的增殖，與LI等[27]的結果一致，說明Mfn2基因可抑制乳腺癌的發生、發展。SOARES等[29]應用免疫組織化學法檢測發現，頭頸部黏膜黑色素瘤組織中Mnf2蛋白呈低表達，且表達水平與患者腫瘤分期相關，在大多數IV期病例中Mnf2蛋白的表達較早期病例更低。徐斌武等[30]研究發現，Mfn2基因在骨肉瘤干細胞中的表達水平低于普通骨肉瘤MG63細胞，而在骨肉瘤干細胞中過表達Mfn2基因后，其增殖、侵襲和自我更新能力均顯著下降，據此認為靶向提高骨肉瘤干細胞Mfn2基因的表達水平，可以降低骨肉瘤干細胞的“干性”特征，進而減少手術及放射治療、化學治療后骨肉瘤的復發，這可能成為治療骨肉瘤的新靶點。白雙寧等[31]采用原位雜交和免疫組織化學方法檢測Mfn2 mRNA及其蛋白在正常宮頸、宮頸上皮內瘤變(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)和宮頸癌組織中的表達，發現在宮頸癌組織中Mfn2基因的表達低于正常宮頸和CIN組織，而且其表達水平隨著腫瘤臨床分期的發展而降低，這說明Mfn2基因在宮頸鱗癌的發生、發展過程中發揮抑癌基因作用，其低表達降低了對宮頸鱗癌發生、進展的抑制作用。WANG等[32]用腺病毒轉染的方法構建過表達Mfn2基因的宮頸癌Hela細胞系，注射到小鼠體內，形成過表達Mfn2基因的Hela細胞移植瘤模型，與親本Hela細胞移植瘤模型比較，Mnf2蛋白過表達可誘導癌細胞凋亡，抑制腫瘤細胞的轉移，這一結果說明Mfn2基因在宮頸癌Hela細胞的轉移和細胞凋亡過程中發揮抑癌效應，與白雙寧的研究結果是一致的。以上結果提示，Mfn2基因在腫瘤組織中呈低表達，在腫瘤的發生、發展中發揮抑癌基因的作用。

3.2 Mfn2基因在腫瘤中呈高表達，具有促癌基因作用LOU等[33]檢測發現，與癌旁正常組織相比，肺腺癌組織中Mnf2蛋白的表達明顯增高，而敲低Mnf2蛋白表達可抑制細胞增殖和細胞侵襲與遷移，這一結果與大多數學者在其他腫瘤如膀胱癌、肝癌等中的研究結果是一致的[34-35]。韓國學者AHN等[36]研究發現，從正常宮頸組織到宮頸上皮內瘤變、宮頸鱗癌組織，Mnf2蛋白的表達也呈逐漸增加的趨勢，而且與腫瘤的臨床分期和淋巴結轉移明顯相關，在體外實驗中同樣證實敲低Mfn2基因的表達可以明顯降低宮頸癌細胞的增殖、侵襲和遷移能力。國內學者朱敏等[37]用環孢素A處理宮頸癌HeLa 細胞后，發現Mfn2基因過表達，進而可抑制腫瘤細胞凋亡，促進細胞增殖，這與AHN等[36]的研究結果一致。因此，可以認為Mfn2基因異常高表達可能促進宮頸癌細胞的增殖并抑制細胞凋亡，提示Mfn2基因有望成為宮頸癌治療的新靶點。白云等[38]利用免疫組織化學技術檢測Mnf2蛋白在卵巢上皮性癌、卵巢良性腫瘤和正常卵巢組織中的表達情況，研究發現,Mnf2蛋白在卵巢癌組織中的表達高于卵巢良性腫瘤組織和正常卵巢組織，提示Mnf2蛋白可能參與卵巢癌的發生、發展過程。郭桃英等[39]研究也顯示，卵巢上皮性癌組織中Mfn2基因的表達水平高于卵巢良性腫瘤與正常卵巢組織，且與腫瘤患者臨床分期、分化程度及淋巴結轉移有關，兩者結果一致。以上研究說明，Mfn2基因在腫瘤組織中呈高表達，在腫瘤的發生、發展中發揮促癌基因的作用。

綜上可知，Mfn2基因在腫瘤的表達是不同的，甚至有相互矛盾的研究結果。REHMAN等[40]應用免疫組織化學的方法發現Mnf2蛋白在肺腺癌組織中低表達，并在體外實驗中證實Mfn2基因起抑癌作用，這與LOU等[33]的結果相互矛盾，但是LOU的研究樣本量更大，結果似乎更有說服力；而且在宮頸癌中關于Mfn2基因的表達及作用，多位學者的研究結果也是不一致的，因此，目前認為Mfn2基因在腫瘤發生、發展中的作用是復雜的，可能根據腫瘤微環境的不同而呈現不同的表達水平，并分別發揮“抑癌”或“促癌”效應。關于這種不同表達結果的原因，現在尚無文獻報道，考慮到各種腫瘤的組織學發生及腫瘤類型不同，那么，Mfn2基因的不同表達是否與Mfn2基因所處的不同腫瘤微環境有關？是否存在其他潛在機制參與Mfn2基因表達的調控？如果將Mfn2基因作為一種腫瘤治療的靶基因是否會影響另一器官腫瘤的發生？以上問題均需要對Mfn2基因的功能及表達調控機制進行詳細研究。

4 Mfn2基因作為腫瘤治療靶點的臨床轉化研究

以靶向治療為代表的腫瘤精準醫學的發展和應用，提高了部分腫瘤患者的生存期，給腫瘤患者帶來了曙光[41]。Mnf2蛋白作為線粒體信號網絡的重要蛋白，可以調控線粒融合和功能[42]。而線粒體功能異常與腫瘤發生、發展有密切關系。因此，Mfn2基因作為線粒體相關基因可成為腫瘤靶向治療的潛在靶點[43]。目前已知的靶向Mnf2蛋白的藥物有小分子藥物M1和15-雙氧二萜螺內酯[44]。M1能夠介導線粒體融合，導致線粒體的延長，在神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞中使用M1可導致腫瘤細胞凋亡[45]；15-雙氧二萜螺內酯通過抑制去泛素化酶USP30影響 Mnf2蛋白泛素化修飾水平，增強Mnf2蛋白促進線粒體融合的功能,進而影響腫瘤細胞的增殖和凋亡[46]，這也為Mfn2基因在其他腫瘤中的靶向治療提供了新的借鑒。

許多中醫藥也可以通過影響Mfn2基因而發揮抗腫瘤活性。HUANG等[47]在肝癌細胞培養液中加入黃連素后，發現包括Mnf2蛋白內的線粒體融合蛋白減少，可促進肝癌細胞凋亡,誘導癌細胞自噬。陳君君等[48]以不同濃度的消癌平注射液聯合紫杉醇培養人乳腺癌 MCF-7 細胞，發現消癌平注射液可使紫杉醇誘導的 Mfn2 mRNA低表達作用減弱，導致Mfn2 mRNA在MCF-7細胞中的表達上調，進而抑制乳腺癌細胞的增殖，對紫杉醇抗乳腺癌發揮增效作用。由此可見，中醫藥對Mfn2基因的影響是多樣性的，不同藥物通過對Mfn2基因的不同影響在腫瘤的治療中發揮機制不同的抗腫瘤作用，深入探索Mfn2基因在中醫藥抗腫瘤作用中的機制，可為開發中藥與化學治療藥物的聯合用藥方案提供理論支持。

5 展望

隨著研究的不斷深入，對Mfn2基因在細胞能量代謝、細胞增殖及凋亡調控、線粒體自噬等生命活動中的重要作用將有更加深刻的認識。Mfn2基因功能的多樣性預示著廣泛的應用前景，同時，針對Mfn2基因在不同腫瘤中的表達及對腫瘤生物學行為作用差異根本原因的認識，以及對Mfn2基因調控腫瘤生物學行為的分子機制的闡明，將更有利于認識 Mfn2基因在腫瘤發生、發展中的作用及意義，為腫瘤治療提供新的思路和策略。