跨膜蛋白基因家族與消化系統惡性腫瘤關系的研究進展

郭玉霖，曹 鋒，李 非

首都醫科大學宣武醫院 普通外科，北京 100053

跨膜蛋白(transmembrane protein，TMEM)是一類存在于所有生物膜結構中的膜蛋白成分。TMEM家族蛋白特征性地存在跨膜結構域，作為細胞膜結構的組成部分參與線粒體、內質網、溶酶體和高爾基體的組成[1]。許多TMEM家族成員作為通道蛋白控制跨膜轉運，其通過不斷的構象改變來轉運物質完成跨膜運動。近些年的研究發現，TMEM基因參與一系列重要的生物過程，涉及多種免疫性和腫瘤性疾病，與腫瘤的關系密切。然而TMEM蛋白的作用和機制依然不是十分清楚，本文就TMEM基因在消化系統腫瘤中的作用與機制相關研究進行綜述。

1 TMEM家族成員與胃癌

國內一項研究采用免疫組化方法檢測發現TMEM16A在254例胃癌組織和173例轉移淋巴結中的表達水平顯著高于癌旁胃黏膜組織。在癌組織高表達TMEM16A的病例中，TNM分期Ⅲ/Ⅳ期所占比例較高(高表達組vs低表達組，67.04% vs 48.00%)，提示TMEM16A表達水平與TNM分期正相關。此外，高表達TMEM16A的病例中，淋巴結轉移陽性率高達74.30%(低表達組53.33%)，且臨床隨訪發現這些患者的預后顯著差于TMEM16A低表達的患者，采用多因素分析法發現TMEM16A是患者預后的獨立危險因素。該研究在胃癌細胞實驗中證實，基因敲除TMEM16A能夠顯著降低劃痕實驗中該組的劃痕愈合能力，減少胃癌細胞在遷移實驗中成功穿過室膜的細胞數目；同時降低在Transwell細胞侵襲實驗中成功穿過基質膠的細胞數目，這些結果提示敲除TMEM16A能夠顯著降低胃癌細胞的侵襲遷移能力。進一步蛋白調控機制研究發現下調TMEM16A的表達能夠顯著降低胃癌細胞分泌的TGF-β的水平，升高E-adhering的表達水平，并干擾E-cadherin/catenin復合體及TGF-β引導的上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，進而對胃癌的細胞學功能發揮抑制作用[2]。另有一項細胞學研究表明外源miR-381能夠作用于TMEM16A，并下調其在胃癌細胞中的表達，降低TGF-β的表達水平，抑制TGF-β誘導的EMT過程；在導入外源性miR-381的胃癌細胞中過表達TMEM16A，則能夠逆轉上述的TGF-β水平降低，由此證明TMEM16A的表達受miR-381調控。該研究還證實在AGS和BGC-823細胞內過表達外源miR-381能夠在MTT實驗中顯著降低細胞的增殖活力；降低Transwell實驗中遷移過室膜的細胞數目和穿過基質膠的細胞數目，抑制胃癌細胞的遷移和侵襲能力。此外，在小鼠體內的裸鼠成瘤實驗中，過表達外源miR-381能夠顯著降低胃成瘤的速度，并減少肺內轉移灶的數量[3]。兩項研究共同證實了TMEM16A在胃癌中發揮促癌作用。

國內研究發現TMEM119同樣在胃癌組織中表達水平顯著高于配對的癌旁組織。采用siRNA干擾技術下調胃癌細胞中TMEM119的表達，能在CCK-8實驗中顯著降低細胞的增殖能力；并能通過促進Bax和Caspase-3等凋亡蛋白的表達，促進胃癌細胞發生凋亡[4]；減少Transwell實驗中穿過基質膠和室膜的胃癌細胞數量，抑制細胞中STAT3的磷酸化水平，進而通過抑制STAT3信號通路發揮抑制胃癌細胞侵襲和遷移的作用[5]。進一步結合臨床病例資料發現，在78例隨訪患者中TMEM119高表達患者的預后顯著差于低表達患者[5]。

青島市立醫院林彬等[6]在147例胃癌組織免疫組化結果中發現TMEM41A在83.67%胃癌組織中表達水平顯著高于配對的癌旁組織。TMEM41A高表達的病例淋巴結轉移率、遠處轉移率顯著高于TMEM41A低表達的病例；TMEM41A高表達的病例中TNM分期Ⅲ～Ⅳ期的比例更高；在104例隨訪的病例中，TMEM41A高表達的病例其3年和5年的總體生存率顯著低于低表達的病例。在胃癌細胞中采用siRNA干擾技術下調TMEM41A的表達，能夠升高E-cadherin的表達水平，并降低N-cadherin的表達水平，進而抑制胃癌細胞的遷移能力，促進細胞自噬的發生。進一步該研究在裸鼠成瘤模型中證實，TMEM41A表達下調細胞組的肺部轉移病灶更小，轉移數目更少。以上研究提示，在胃癌組織中高表達的TMEM基因與腫瘤病理學特征關系密切，常與TNM分期及淋巴結轉移相關；多可通過影響細胞的生物學功能如腫瘤細胞的遷移侵襲能力，在胃癌中發揮著促癌作用。

TMEM基因除在胃癌病變中發揮促癌作用外，尚有部分成員可以發揮抑癌作用。TMEM106A在胃黏膜組織中正常表達，而在胃癌組織中則頻發甲基化改變，且其在胃癌組織中的表達缺失或降低與啟動子區甲基化相關。此外，TMEM106A在胃癌組織中的甲基化陽性狀態與淋巴結轉移陽性呈正相關。在胃癌細胞中過表達TMEM106A，能夠顯著降低CCK-8實驗中胃癌細胞的增殖活力；并能通過激活Caspase-2、Caspase-9和Caspase-3等凋亡蛋白，抑制多聚PARP的形成而誘導凋亡的發生[7]。此外，韓國的一項研究證實TMEM220在胃癌細胞和組織中表達水平較低，且在胃癌組織內頻發甲基化改變；TMEM220的表達水平與甲基化狀態呈負性相關，其在胃癌細胞中的表達同樣受啟動子區甲基化調控[8]。在胃癌中發揮抑癌作用的TMEM基因多與啟動子區甲基化調控機制關系密切。

2 TMEM家族成員與結直腸癌

國內湘雅學院的系列研究在結直腸組織中采用PCR技術檢測發現，TMEM8B的表達水平顯著低于配對的癌旁組織；且存在淋巴結轉移和遠處轉移病例較無轉移病例的結腸癌組織內TMEM8B低表達比例更高(93.8% vs 55.6%，P＜0.05)[9]。進一步的研究發現TMEM8B啟動子區在結直腸癌組織和細胞中頻發甲基化改變，且在淋巴結轉移的病例中甲基化率更高；應用去甲基化藥物5-AzadC處理結腸癌細胞，能夠改變TMEM8B啟動子區的甲基化狀態，恢復其表達。因而，TMEM8B在結直腸癌組織和細胞中表達水平較低是受啟動子區甲基化調控的[10]。此外，研究證實在結腸癌細胞中過表達TMEM8B能夠顯著降低細胞的黏附水平；減少Transwell侵襲實驗中透過基質膠的細胞數目，降低結腸癌細胞的侵襲能力。該研究還證實這可能與TMEM8B能夠阻止β-catenin從細胞膜向細胞核和細胞質轉移，通過抑制轉錄因子TCF-4，下調WNT信號通路基因c-myc、cyclin D1和COX-2的表達，而發揮抑制結腸癌的作用相關[11]。研究還發現結腸癌中TMEM8B能夠抑制轉錄因子AP-1和Ets-1的表達，抑制JNK1的激活和核轉移，導致細胞質內JNK1的聚集，進而可能通過影響JNK信號通路而發揮抑癌作用[12]。

國內解放軍總醫院研究發現TMEM176A在結直腸癌中的表達水平顯著低于癌旁組織，且其表達受啟動子區甲基化調控。在130例結直腸癌的組織標本中采用甲基化特異性PCR檢測發現癌組織TMEM176A甲基化的病例中淋巴結轉移陽性的比例更高，而TMEM176A低甲基化的病例中淋巴結轉移陰性的比例更高；TMEM176A甲基化的患者5年總體生存率和無復發生存率顯著低于非甲基化的患者，且TMEM176A甲基化是5年總體生存預后的獨立影響因子。該研究進一步發現在結腸癌細胞株中恢復TMEM176A的表達能夠顯著降低MTT實驗中細胞的增殖活力，并且能降低細胞克隆形成的數目，升高凋亡細胞的比例，提示該基因能夠抑制結腸癌細胞的增殖能力，誘導凋亡的發生；在結腸癌細胞株中恢復TMEM176A的表達能夠顯著降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低結腸癌細胞的遷移侵襲能力；在裸鼠成瘤實驗中則發現恢復TMEM176A表達的細胞組的成瘤能力顯著降低[13]。此外，國外一項研究發現TMEM25在結直腸癌中的低表達也與啟動子區甲基化呈正相關[14]。上述研究表明在結腸癌低表達的TMEM基因，往往受啟動子區甲基化的調控，并在結腸癌中發揮抑癌作用。

在結腸癌中同樣存在異常高表達的TMEM蛋白，常可發揮促癌作用影響結腸癌細胞的生物學功能。免疫組化檢測發現TMEM97在結腸癌組織內的表達水平顯著高于正常組織和癌旁組織；在轉移灶中的表達水平高于原發灶；在40%的原發灶和37%存在轉移的灶中，腫瘤侵犯的邊緣區域內TMEM97的表達水平顯著高于腫瘤內部區域；轉移灶中高表達TMEM97的患者往往預后不佳。此外，在T分期較高的結直腸癌組織中TMEM97的mRNA水平顯著高于其在T分期較低的結直腸癌組織[15-16]。國內中國醫科大學的研究發現TMEM206在結直腸癌組織中的表達水平顯著高于癌旁組織；在103例結腸癌中，該基因在T分期越高的結腸癌組織中高表達的比例越高；TMEM206高表達與結直腸癌的分化程度負相關。在結腸癌細胞中下調TMEM206的表達，能夠促進結腸癌細胞發生G1周期阻滯，抑制細胞MTT實驗中的活力和克隆形成的能力；降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，抑制結腸癌細胞的遷移和侵襲能力。此外，該研究采用免疫共沉淀方法發現TMEM206能夠作用于AKT，通過促進該信號通路發揮促癌作用[17]。另有研究發現TMEM16A只在具有高轉移特性的結腸癌細胞系如SW620、HCT116、LS174T中表達，而在原位癌細胞系中無表達。TMEM16A具有促癌作用，應用siRNA干擾技術下調其在細胞中的表達，能夠抑制結腸癌細胞在MTT實驗中的增殖活力，可誘導細胞發生G1周期阻滯；降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低結腸癌細胞的遷移侵襲能力[18]。

3 TMEM家族成員與肝細胞癌

國內湘雅三院在45例肝癌組織中采用PCR技術檢測發現TMEM8B在癌組織中陽性率顯著低于癌旁組織；TMEM8B陽性的病例中，肝癌TNM分期為Ⅰ期和Ⅱ期的比例更高，淋巴結轉移陽性的比例更低[19]。另一項國內研究在96例肝癌組織中采用免疫組化法檢測發現TMEM173在癌組織中的表達水平低于癌旁組織；TMEM173高表達的病例中TNM分期為Ⅰ期的比例高于低表達該基因的病例。盡管TMEM173高表達的病例中脈管受累的比例高，但TMEM173高表達的病例預后優于低表達的病例，且多因素分析提示該基因是肝癌預后較好的獨立因素[20]。此外，北京大學歐迪鵬等[21]在90例肝細胞癌組織的免疫組化實驗結果中發現TMEM100低表達的病例中肝硬化比例較高，腫瘤體積較大，脈管受侵的比例更高；但腫瘤數目較少，TNM分期Ⅰ、Ⅱ期的比例較高；然而進一步隨訪發現TMEM100高表達的患者5年總體生存期和無病生存期顯著優于低表達的患者，且TMEM100是肝癌的獨立預后因素。在肝細胞癌中過表達TMEM100，能夠抑制結腸癌細胞在MTT實驗中的增殖活力，誘導細胞發生G1周期阻滯；降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低結腸癌細胞的遷移侵襲能力。上述研究提示，在肝細胞癌中低表達的TMEM基因與腫瘤病理特征如TNM分期、脈管受累等情況關系密切，常可作為預后的標記物，并作為抑癌基因在肝細胞癌中發揮重要作用。

另有研究發現，在肝細胞癌中低表達的TMEM基因，常受DNA甲基化調控而發生表達下降。TMEM7在肝癌和肝癌細胞中表達水平顯著低于癌旁正常組織；應用去甲基化藥物和曲古菌素A能夠恢復TMEM7在肝癌細胞中的表達，提示該基因在肝癌中的表達受DNA甲基化和組蛋白乙酰化調控。在肝癌細胞中過表達TMEM7，能夠抑制肝癌細胞的增殖能力，減少克隆形成數目；并且能夠降低Transwell實驗中透過基質膠的細胞數目，降低肝細胞癌的侵襲能力。由于TMEM7的表達水平受IFN-α影響，應用1 000 IU/ml的IFN-α共培養肝癌細胞能夠上調TMEM7的表達，顯著減少Transwell實驗中透過室膜的細胞數目，抑制肝癌細胞的遷移能力[22]。李紅霞等[23]最新研究發現在肝細胞癌中TMEM176A的表達是受啟動子區甲基化調控的；該基因高甲基化的患者中低分化的比例較高；并且高甲基化的肝癌患者3年總體預后顯著差于低甲基化的患者，多因素分析發現TMEM176A甲基化是肝癌預后的獨立因素。在肝癌細胞中過表達TMEM176A能夠顯著抑制MTT實驗中細胞的增殖能力；誘導肝癌細胞發生凋亡；降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低肝細胞癌的遷移和侵襲能力；同時在裸鼠成瘤實驗中能夠降低成瘤的速度和大小。該研究還證實，TMEM176A在肝癌中通過抑制ERK信號通路發揮抑癌作用。

除上述基因外，尚有部分TMEM基因被發現在肝細胞癌組織中表達水平較高，并具有促癌作用。國內Sun等[24]在肝細胞癌免疫組化芯片檢測中發現TMEM74在多種腫瘤中表達升高，尤其是肝細胞癌。該基因的高表達患者預后較差。國內武漢大學近期的一項研究在肝細胞癌組織中采用PCR法檢測TMEM9的表達，發現在癌組織中其表達水平異常高于正常肝組織。在肝癌細胞中下調TMEM9的表達能夠在CCK-8增殖實驗中抑制肝癌細胞的活力；促進細胞發生G1周期阻滯，并誘導細胞發生凋亡。下調TMEM9還可減少Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低肝細胞癌的遷移和侵襲能力[25]。另一項韓國開展的關于TMEM165的基礎研究發現，TMEM165在30例肝細胞癌組織中mRNA的表達水平異常高于正常配對肝組織；TMEM165表達高的病例，其AFP標記物升高的比例更高；血管和包膜受侵的比例也顯著高于TMEM165低表達的病例。在肝癌細胞中下調該基因表達能夠降低MMP-2(matrix metalloproteinase-2)蛋白的水平，進而減少transwell實驗中透過基質膠的細胞數目，抑制肝癌細胞的侵襲能力[26]。

4 TMEM家族成員與其他消化系統腫瘤

TMEM家族基因在食管癌中的研究比較少。國內研究發現TMEM166與TMEM176A在食管癌中的表達水平顯著低于癌旁組織；TMEM176A在食管癌中的表達受DNA甲基化調控。甲基化的食管癌病例中，腫瘤的低分化的比例較高；甲基化的食管癌患者5年總體生存率顯著低于非甲基化的患者，多因素分析提示TMEM176A甲基化是食管癌預后的獨立因素。在食管癌細胞中恢復TMEM176A表達能夠抑制食管癌細胞的克隆形成能力，增加食管癌細胞凋亡的比例；并可降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低肝細胞癌的遷移和侵襲能力[27-28]。

陶明等[29]研究發現TMEM166基因主要分布在胰島α細胞內，在正常胰腺腺泡細胞中無表達，但在胰腺疾病中常發生異常的表達。該研究應用免疫組化法證實TMEM166在胰腺導管細胞癌、胰腺導管內乳頭狀黏液性腫瘤、黏液囊腺瘤、乳頭狀腫瘤和神經內分泌瘤中的胰島細胞內無表達，而在癌旁組織中的胰島細胞內則存在表達。此外，盡管胰腺炎的組織中胰島形態改變較為嚴重，但胰腺炎病例的胰島細胞內TMEM166呈高表達。新近的研究發現部分TMEM基因在胰腺癌中高表達，并作為促癌基因發揮作用。國內瑞金醫院的研究證實TMEM45B在胰腺癌組織和細胞中表達水平顯著高于正常胰腺細胞和組織。在SW1990和PANC-1細胞中，下調該基因的表達能夠抑制CCK-8實驗中胰腺癌細胞的增殖活力，誘導細胞發生凋亡和G1周期阻滯；降低Transwell實驗中透過室膜和基質膠的細胞數目，降低肝細胞癌的遷移和侵襲能力[30]。另一項國外研究發現TMEM16J在胰腺癌細胞和組織中常高表達，siRNA干擾下調TMEM16J能夠顯著抑制EGFR的表達和ERK信號通路，進而抑制胰腺癌細胞的增殖活力。TMEM16J高表達的患者預后明顯較低表達的患者差，TMEM16J是胰腺癌預后的獨立因素[31]。此外，另有TMEM16A雖然被發現在胰腺癌細胞中呈高表達，但與在其他TMEM基因不同，抑制該基因在細胞中的表達并不影響胰腺癌細胞的生物細胞學功能[32]。

5 結語

TMEM基因家族成員與消化系統惡性腫瘤關系密切，表現為在癌和癌旁組織中基因表達存在顯著差異，且其異常表達往往與TNM分期、淋巴結轉移和脈管受累等腫瘤病理特征顯著相關。多個研究表明異常表達的TMEM基因能夠作為消化系統惡性腫瘤獨立的預后因素，因而部分TMEM基因家族成員可能是潛在的可用于指導腫瘤治療和預后的標記物。例如TMEM98基因的表達與肝癌術后高復發率以及不良預后相關。Ng等[33]通過比較化療敏感和化療抵抗的肝細胞癌的全基因表達譜發現TMEM98在67.8%的化療抵抗肝癌患者中表達上調；在肝癌切除術后的患者中，TMEM98高表達的患者接受栓塞化療的比例顯著高于TMEM98低表達的患者；而在接受栓塞化療治療后效果不佳的患者中，TMEM98的表達水平明顯高于治療效果較好的患者[33]。此外，以上研究發現部分TMEM基因在消化系統惡性腫瘤中的表達缺失或降低，是受DNA甲基化的調控，并且DNA甲基化作為一種可檢測的生物學標記狀態，在這些消化系統惡性腫瘤疾病中具有潛在的臨床診斷和預測價值。