驅動蛋白超家族20A在惡性腫瘤發生和發展中的作用研究進展▲

王志維 李宗榮 林 輝 鐘永瀧

(1 武漢大學人民醫院胸心外科，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：wangzhiwe@whu.edu.cn；2 廣西壯族自治區人民醫院胸心外科，南寧市 530021)

【提要】 驅動蛋白超家族(KIF)20A是新近發現的KIF成員之一，主要參與細胞有絲分裂過程中的染色體分離、紡錘體裝配、胞質分離和軸突物質運輸等過程。研究發現，在眾多腫瘤組織中KIF20A處于高表達狀態，沉默或抑制KIF20A的腫瘤細胞系多表現為細胞增殖減弱甚至發生細胞凋亡，說明KIF20A的過表達與腫瘤的發生、發展密切相關。本文就KIF20A與多種惡性腫瘤發生發展的研究進展進行綜述。

驅動蛋白超家族(kinesin superfamily，KIF)是一類具有軸突運輸功能的分子馬達，在胞內以微管等細胞骨架為依托，可利用腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)水解釋放的化學能向細胞兩極運送不同的分子“貨物”，在膜狀細胞器轉移、細胞有絲分裂、軸突運輸等方面發揮著重要的生理作用[1-2]。1985年，Hirokawa等[3]利用快速冷凍深度蝕刻技術首次觀察到微管與膜狀細胞器之間存在一些鏈狀結構，即驅動蛋白。至今共發現了45種KIF家族成員，依照它們之間的結構差異，可分為14個亞族[4]。KIF20A最初在高爾基體中被發現，屬于KIF-6亞族的一員，作為微管相關馬達蛋白在減數分裂末期發揮作用，同時也可介導細胞分裂間期由高爾基體向內質網方向的膜泡運輸[5]。作為一個細胞周期相關蛋白，KIF20A對有絲分裂過程中染色體的分離、紡錘體的裝配和胞質分裂有不可忽視的作用；KIF20A過表達可能導致染色體過度凝集、紡錘體形成異常、細胞分裂缺陷、形成染色體橋或非整倍體，從而改變細胞內遺傳物質的分布，使細胞周期失控，最終漸進性地導致腫瘤發生；而KIF20A表達下調可能導致有絲分裂阻滯，或可利用這一途徑刺激癌細胞的凋亡[6]。本文就KIF20A在惡性腫瘤發生和發展過程中的作用研究進展進行綜述。

1 KIF20A的基因結構與定位

人類KIF20A基因Rab6kifl定位于染色體5q31，其基因組DNA長度為8.5 kb，含有19個外顯子，可編碼由890個氨基酸組成的蛋白質，分子量大小為100 kDa[7]。KIF20A蛋白在胎兒組織中呈高表達，而在成人胸腺、骨髓和睪丸中呈中等表達，在心臟、胎盤和脾臟中呈低表達[7]。KIF20A擁有兩個微管的結合點，包含N-末端的分子馬達區域和C-末端Rab6綁定區域。研究發現，在HeLa細胞同步化后，處于分裂間期的細胞核不表達或低表達KIF20A；在G2/M期，KIF20A的表達水平逐漸達到胞質分裂時的高峰；在G2期KIF20A定位于細胞核內，核膜破裂后KIF20A進入胞漿，在分裂中期至后期KIF20A聚集到紡錘體；進入胞質分裂階段，KIF20A的定位逐漸向紡錘體聚集直到胞質分裂完成[5]。在細胞分裂間期，KIF20A主要定位于高爾基體，參與高爾基體和內質網之間的逆行囊泡運輸；此外，KIF20A對染色體乘客復合體在微管上的定位起重要作用[8-9]。

2 KIF20A與不同惡性腫瘤的關系

2.1 KIF20A與胰腺癌 胰腺癌具有很強的侵襲性，易侵犯局部神經和血管，且對常規的化療、放療不敏感，因此其預后極差，總體的5年生存率不足7%；2018年全球新發胰腺癌病例458 918人，占新發癌癥人數的2.5%；死亡病例43 242人，占癌癥死亡人數的4.5%[10-11]。KIF20A作為細胞周期相關蛋白和分子馬達蛋白，其過表達與腫瘤的生長與侵襲、不良預后、較低的總體存活率高度相關。2005年，Taniuchi等[12]首次發現RAB6KIFL/KIF20A在胰腺導管癌細胞中呈過表達，而通過小干擾RNA下調胰腺癌細胞中的KIF20A表達后，胰腺癌細胞的增殖和生長能力明顯減弱。在后續的研究中，Taniuchi等[13]發現KIF20A可將胰島素樣生長因子2的mRNA結合蛋白3及與其結合的轉錄物(包括二磷酸腺苷核糖基化因子6和Rho蛋白鳥苷酸交換因子4)沿微管運送至細胞突觸，從而促進胰腺癌細胞膜突觸的生成，進而增強胰腺癌細胞的運動能力和侵襲性。Stangel等[14]的研究同樣表明，抑制KIF20A的表達可減少胰腺癌細胞的侵襲和遷移，但在胰神經內分泌癌細胞中并未觀察到高表達的KIF20A。多家研究機構的研究表明，KIF20A的衍生肽類靶向藥物在胰腺癌Ⅰ、Ⅱ期的臨床實驗中有效，可顯著延長患者的生存期，并證實KIF20A表達降低的胰腺癌細胞表現出顯著的生長抑制[15-17]。由此可見，KIF20A在胰腺癌細胞中呈過表達，通過沉默KIF20A可減少胰腺癌細胞的增殖和遷移；KIF20A靶向治療有望成為胰腺癌治療的新出路。

2.2 KIF20A與膠質瘤 按分子組織學特征，膠質瘤可分為彌漫性膠質瘤和非彌漫性膠質瘤，在所有原發性中樞神經系統腫瘤中惡性程度最高，目前主要的治療手段為手術切除聯合同步放化療[18]。但由于膠質瘤復發率高，對放化療耐受性強，患者的總體5年生存率僅為5%，中位生存期只有15個月[19]。KIF20A與膠質瘤的發生發展密切相關。研究發現，KIF20A在膠質瘤中呈高表達，且其表達量與膠質瘤病理分級有關，與患者預后呈負相關，提示KIF20A過表達可作為判斷膠質瘤患者預后的獨立危險因素[20]。Saito等[21]的研究表明，與癌旁組織相比，KIF20A在SF126神經膠質瘤細胞中呈高表達，且抑制KIF20A可增加SF126神經膠質瘤細胞的凋亡；經KIF20A小干擾RNA處理，SF126神經膠質瘤細胞可產生雙核/多核畸形細胞，導致有絲分裂災難，這或許是其抗腫瘤的機制之一。Duan等[22]認為KIF20A可以作為預測膠質瘤患者總體生存預后的獨立因素。Kikuchi等[23]對復發/進行性高級別膠質瘤患者注射包含神經膠質瘤癌抗原(LY6K，DEPDC1，KIF20A和FOXM1)和神經膠質瘤血管生成相關抗原(VEGFR1和VEGFR2)的肽類疫苗，所有受試者均無疫苗相關的全身不良反應，平均總生存時間為9.2個月；5例患者達到了至少6個月的無進展狀態；兩名復發性膠質母細胞瘤患者表現出穩定的疾病狀態；接種9個月后獲得完全緩解，1例間變性少枝星形細胞瘤患者完全緩解。綜上，KIF20A是膠質瘤細胞生長和細胞存活的重要腫瘤相關抗原，或可作為新型免疫治療的潛在靶向分子。

2.3 KIF20A與膀胱癌 膀胱癌是泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一，好發于男性，全球每年新發膀胱癌和膀胱癌死亡人數分別約為38萬例和15萬例[24]。膀胱癌具有高復發性和易轉移的特點，晚期或轉移性膀胱癌患者的5年生存率僅為15%[25]。Lu等[26]建立了B6D2F1小鼠和Fischer-344大鼠膀胱癌的動物模型，并結合人類膀胱癌標本進行微陣列跨物種分析，證實KIF20A在膀胱癌細胞中呈高表達。Ho等[27]也發現KIF20A在膀胱癌細胞中呈高表達；隨后在不同條件下處理膀胱癌尿路上皮細胞并觀察腫瘤相關標志物的表達情況，結果發現KIF20A表達水平與膀胱癌增殖的分子標志物表達水平呈正相關，表明KIF20A可能參與膀胱癌的增殖過程。Shen等[28]的研究表明，KIF20A的表達水平與膀胱癌的病理學分化程度呈正相關，即KIF20A的高表達往往提示膀胱癌的高病理學分化等級；KIF20A敲除的T24和5637膀胱癌細胞增殖與遷移水平被明顯抑制；腫瘤基因組圖譜數據分析結果顯示，高表達KIF20A的膀胱癌患者的平均生存期較KIF20A表達水平正常的膀胱癌患者短，提示KIF20A的高表達促進了體內膀胱癌細胞的增殖，KIF20A有望成為膀胱癌治療的潛在靶點。以上研究表明，膀胱癌細胞的增殖、遷移與KIF20A的高表達相關，但具體的分子機制還需要更多的實驗研究來闡明。

2.4 KIF20A與乳腺癌 乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，2018年全球新增210萬例女性乳腺癌病例，死于乳腺癌的女性高達63萬例[11]。中國每年新增女性乳腺癌約27萬例，且發病率逐年增加[29]。Yang等[30]通過分析基底樣乳腺癌基因芯片(GSE25066和GSE21422)查找差異性表達基因，發現KIF20A等多個基因在基底樣乳腺癌中呈高表達，且KIF20A表達水平是乳腺癌患者不良預后的獨立預測因素。Khongkow等[31]發現，叉頭框轉錄因子M1(Forkhead box M1,FOXM1)可以從轉錄水平上直接調節乳腺癌細胞驅動蛋白KIF20A的表達，而紫杉醇能減少FOXM1與KIF20A的表達水平；沉默FOXM1和KIF20A可導致乳腺癌細胞有絲分裂紡錘體及染色體排列異常，誘導有絲分裂災難的發生。Bobustuc等[32]發現雌激素受體陽性乳腺癌可通過抑制DNA損傷修復酶O6-甲基鳥嘌呤DNA甲基轉移酶的表達來降低KIF20A及細胞周期蛋白B2、A2、D1等多種腫瘤相關蛋白的表達，提示KIF20A是乳腺癌細胞O6-甲基鳥嘌呤DNA甲基轉移酶蛋白途徑免疫逃逸形成的關鍵因子，參與腫瘤細胞的免疫。Zou等[33]發現，KIF20A表達水平與乳腺癌細胞中的染色質調節劑溴結構域蛋白表達水平呈正相關，并且與雌激素受體陽性乳腺癌患者的生存率呈負相關，提示KIF20A過表達預示乳腺癌患者的不良預后。綜上所述，KIF20A參與有絲分裂紡錘體的形成，在乳腺癌細胞中可通過FOXM1調控其轉錄水平，其也是乳腺癌患者不良預后的獨立因素，有望成為乳腺癌化療及生物治療的候選靶向分子。

2.5 KIF20A與胃癌 胃癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，在所有癌癥中其發病率位居第五，死亡率位居第三，2018年全球新增胃癌病例超過100萬例，胃癌死亡人數約為78萬例[11]。胃癌多起病隱匿且無自覺癥狀，早期診斷率低，大多數胃癌患者在就診時已經是進展期甚至晚期，從而錯過了手術治療的最佳時機[34]。因此，尋找有效的胃癌腫瘤標記物和治療靶點，對于胃癌患者的診療是極其迫切和重要的。Hasegawa等[35]通過對比腸道型胃癌癌組織與癌旁組織的基因芯片，首次證實KIF20A在胃癌組織中呈高表達。Claerhout等[36]報告伏立諾他(組蛋白脫乙酰酶抑制劑)是治療胃癌的潛在藥物，其可誘導細胞的凋亡與自噬，并下調KIF20A表達水平，KIF20A表達下調可減少胃癌細胞的增殖。Yan等[37]發現，沉默胃腺癌細胞的KIF20A可抑制細胞活力并誘導G2/M阻滯，并增加癌細胞對染料木黃酮抑制的敏感性。Sheng等[38]也發現胃癌細胞高表達KIF20A可以促進胃癌細胞增殖，KIF20A是獨立的預后預測因子和潛在的治療靶標，并且染料木黃酮可通過下調KIF20A的表達來誘導有絲分裂阻滯，因此染料木黃酮可能是作用于KIF20A的胃癌靶向藥物。以上研究表明，KIF20A在胃癌組織中呈高表達，沉默KIF20A可誘導有絲分裂阻滯，有望成為胃癌藥物干預的潛在分子靶點。

2.6 KIF20A與其他腫瘤 Zhao等[39]通過免疫組化及腫瘤基因組圖譜分析發現，肺腺癌組織中KIF20A呈高表達；KIF20A的表達水平與肺腺癌臨床病理分級呈正相關，且KIF20A是肺腺癌患者總體生存期縮短的獨立預測因素；沉默KIF20A后，肺腺癌癌細胞周期停止于G1期，細胞凋亡水平增加。KIF20A在有絲分裂期間可與人類乳頭瘤病毒E2結合，這表明KIF20A與人類乳頭瘤病毒相關腫瘤有著密切聯系[40]。除此之外，KIF20A還可能與鼻咽癌、結腸癌、肝癌、宮頸癌和肝內膽管細胞癌的發生有關[41-46]。但關于KIF20A在這些腫瘤中作用的研究尚不完整，還需要大量實驗來驗證及闡明KIF20A在這些腫瘤中的作用機制。

3 展 望

近年來，KIF與腫瘤之間的關系一直是研究的熱點。驅動蛋白KIF20A是重要的細胞有絲分裂調節因子，在多種腫瘤組織中均呈不同程度的表達上調，其高表達與多種腫瘤細胞增殖、腫瘤進展、腫瘤侵襲和較差的總體存活率高度相關。目前可以肯定的是KIF20A參與微管組裝、紡錘體形成、胞質分裂、軸突運輸，但其具體的分子機制、上下游的相關蛋白等仍未十分明確，而這些具體分子機制的探究將是KIF20A能否成為腫瘤早期診斷、靶向治療及預后判斷的關鍵。