標志物LAT1、KI67與腦膠質瘤惡性程度相關性的研究進展

黃卓彥 黃立基 李思博 蘇鑲月 張麗娜

(1. 佳木斯大學附屬第一醫院, 黑龍江 佳木斯 154007; 2. 大慶油田總醫院,黑龍江 大慶 163411)

膠質瘤的類型和分級對患者病情發展和生存的預估起著重要的作用。目前，對于膠質瘤的惡性程度判斷主要是基于對腦組織切片的病理學觀察，而各種膠質瘤標志物的應用仍然在探討和研究之中。需要強調的是，各種分子標志物的應用應建立在傳統病理學檢測的基礎之上，而它們如何準確、精準的輔助病理學檢測并應用在膠質瘤分級的判斷上成了最近研究的熱點之一。KI67和LAT1作為重要的細胞增殖標志物，因此受到了學界廣泛的關注。膠質瘤細胞在生長和增殖過程中，會增加氨基酸的攝取量。L型氨基酸轉運蛋白1(LAT1)作為必需氨基酸攝取的載體，在多種癌癥的發生發展過程中其表達上調[1],并且在癌細胞增殖過程中，與細胞增殖密切相關的核抗原KI67的表達也會上調[2]。因此，本文現就近年來LAT1與KI67與腦膠質瘤的惡性程度的相關性研究現狀進行綜述。

1 LAT1與腦膠質瘤

1.1 LAT1的生物學特征與功能

L型氨基酸轉運體1(LAT1;SLC7A5)是一種鈉不依賴的氨基酸轉運體[3]。它是由SLC7A5基因的第73到1596位序列所編碼，其基因位于第16號染色體q臂24.3區上。LAT1作為LAT家族的其中一種，是由507個氨基酸所組成的膜蛋白，其相對分子量約55 000，由12個跨膜單元所構成[4]。作為氨基酸運轉的載體,它的主要功能是跨膜運輸一些相對分子質量較大、在正常生理條件下呈中性的支鏈氨基酸與芳香族氨基酸，如亮氨酸、酪氨酸和色氨酸等，且這種運輸方式不依靠鈉離子和ATP,并為細胞生長和增殖提供營養。這一功能的實現主要依賴于與2型糖基化膜蛋白4f2hc(也稱為CD98)結合形成的異源二聚體，該異源二聚體是由LAT1的160位和4f2hc的110位之間的二硫鍵結合形成[5]。它也有助于激素和某些藥物的轉移，這對某些疾病的發展和治療至關重要。

1.2 LAT1的表達與調控

LAT1-4F2hc異源二聚體常表達于大腦、脾臟、皮膚、胸腺、肝臟、骨骼肌等組織和器官中，特別是免疫T細胞、血腦屏障和廣泛的腫瘤細胞[6]，但在肺、心臟和肝臟中表達水平較低[7]。LAT1在各種類型的人類癌細胞的細胞膜上強烈表達，在正常或炎癥組織中表達最少[8]。其過表達與腫瘤細胞的增殖、轉移密切相關。它不僅為腫瘤細胞的增殖提供必需的氨基酸，而且在腫瘤細胞的某些特定代謝途徑中起調節作用[9]，例如LAT1通過調節細胞對外源亮氨酸的攝取，支持和維持癌細胞中mTORC1的活化，mTORC1信號的活化有利于支持癌細胞生長、增殖和抗凋亡的途徑，從而促進癌癥進展[10]。 LAT1有時通過溶酶體相關跨膜蛋白4b進入溶酶體膜，并調節亮氨酸向溶酶體的交換[11]。進入溶酶體后，亮氨酸可以調節溶酶體膜H+ATPase (V-ATPase)的激活，這是溶酶體表面mTORC1激活物復合物的重要成分，從而促進mTORC1的激活[12]。同時，LAT1的表達由轉錄因子4(ATF4)以依賴mTORC1的方式通過信號傳導來調節。氨基酸缺乏導致的細胞營養不足激活ATF4，ATF 4引導氨基酸轉運到細胞中。ATF4水平升高上調LAT1，導致異亮氨酸或亮氨酸攝取增加，從而激活mTORC1并抑制自噬。可以看出LAT1的過度表達是mTORC1途徑相關的癌癥轉化過程中經常觀察到的現象。缺氧誘導因子2α (HIF-2α)途徑的激活同樣可以促進LAT1的表達，從而增加mTORC1磷酸化并激活癌癥進展過程中的mTORC1[13]。同時LAT1的表達也與MYC基因密不可分，LAT1不僅參與mTORC1的激活，還與MYC在癌細胞中的表達有關。MYC包括c-Myc, n-Myc和l-Myc。c-Myc是LAT1的重要刺激因素。LAT1啟動子具有典型的cMyc結合位點，這種癌基因的過表達導致LAT1表達的增加[14]。c-Myc是LAT1調節的重要轉錄因子。LAT1和MYC在伯基特淋巴瘤和神經母細胞瘤細胞中可以相互促進表達和活性。在一項關于LAT1對MYC代謝途徑影響的研究中，結果表明MYC沉默后，LAT1的基因和蛋白質水平顯著降低。抑制LAT1的表達可以顯著降低惡性淋巴瘤和神經母細胞瘤的生長，提示MYC誘導的LAT1與腫瘤細胞增殖密切相關[15]。隨后，對LAT1和MYC敲除的伯基特淋巴瘤細胞進行基因表達譜分析。LAT1基因敲除后基因表達的變化可能是由LAT1沉默細胞中MYC蛋白表達的減少引起的，這些結果表明，LAT1和MYC共同調節伯基特淋巴瘤細胞增殖[16]。因此，LAT1可能通過與癌基因MYC的相互作用參與腫瘤的發生和發展。此外有研究證明，L轉運系統的活性升高得益于LAT1和4F2hc的共同表達[17]。一些游離氨基酸對L轉運系統的活性也會產生一定的調節和影響。如精氨酸的增多會上調LAT1的轉錄活性，但對4f2hc的影響并不大，而谷氨酸則對LAT1的轉運活性沒有作用[18]。

1.3 LAT1與腦膠質瘤惡性程度的相關性

增殖信號的持續性是癌癥的主要標志之一[19]。這些信號啟動腫瘤細胞的增殖過程，導致其無法控制的快速生長[20]。腦膠質瘤作為惡性腫瘤的一種，其在細胞的生長和增殖過程中會不斷的汲取營養物質，如葡萄糖、氨基酸等，其細胞膜上的運轉系統的表達也會隨之上調，從而加速膠質瘤細胞對與營養物質的攝取、吸收。而LAT1作為一種重要的氨基酸轉運載體，其基因的復制、轉錄、翻譯頻率也會極大的增加。Faried、Bolly等人[21]選取了25名接受手術切除或活檢，確診為原發性膠質瘤的患者，并對其進行了低等級(LGG，11人)和高等級(HGG，14人)的劃分，然后采用了免疫組織化學(IHC)的方法對患者的腫瘤組織進行分析，根據陽性細胞的百分比和染色強度來判斷LAT1免疫反應的強弱，結果得出HGG組織中LAT1高表達的比例(10/14)明顯高于LGG(5/11)。研究證明，LAT1的表達會隨著膠質瘤等級的提高而進一步上調，這提示著HGG腫瘤細胞的高度增值、代謝活躍。LAT1的高表達也反映這些細胞對代謝有著更高的需求。Nawashiro 、NaokiOtani 等人[22]研究了68例人腦膠質瘤組織中轉運體的表達，發現位于腫瘤中心細胞的LAT1表達量始終是低于浸潤性膠質瘤細胞，并且這些浸潤性膠質瘤細胞有著較高的免疫活性，在腫瘤細胞和正常組織邊緣發現了大量的這類細胞，并且它們環繞著正常的血管和神經組織排布。越來越多的研究證明，LAT1可以作為腦膠質瘤的獨立危險因素，并且LAT1的表達與膠質瘤的等級呈正相關，即膠質瘤的惡性程度越高，腫瘤組織中LAT1的表達也會越高。

2 KI67與腦膠質瘤

2.1 KI67的生物學特征與功能

Ki67抗原是一種位于人類細胞核內的一種大分子蛋白，其表達與細胞增殖密切相關，在常規病理學中被廣泛用作衡量腫瘤細胞生長分數的“增殖標記物”[23]。它的編碼基因定位于10號染色體，并由14個內含子和15個外顯子所構成。由于Ki67結構獨特，缺乏與之相比較的同源序列，雖然我們有大量關于Ki67結構和生物學特性的研究數據，但對其生物學功能的認識還不是很清楚[24]。

2.2 KI67的表達與調控

Ki67的半衰期只有1.5個小時左右，它在細胞周期的G0期和G1早期均未表達，在G1期、G2期和S期后期逐漸增加，在M期達到高峰，在有絲分裂后期迅速下降[25]。在細胞增殖周期中，Ki67的表達處于降解與合成的動態平衡中，其蛋白表達水平與有絲分裂過程一致，而在細胞有絲分裂的這一時期，又進行了磷酸化和去磷酸化的過程，因此Ki67的表達很容易受到蛋白酶調控[26]。所以作為細胞增殖標志物的KI67在腫瘤發生增殖時其表達水平會大幅上升，并隨著腫瘤增殖活性的升高，其表達水平也會增高。因此，KI67蛋白成為評價腫瘤惡性程度可靠的指標之一。

2.3 KI67與腦膠質瘤惡性程度的相關性

作為惡性程度最高的腫瘤之一，膠質瘤細胞的增殖活性會大幅上升，因此作為細胞增殖標志物的KI67成為了預估腦膠質瘤惡性程度和病情發展狀況的極好指標。攀枝花中心醫院的吳科和唐樹軍[27]等人選取了114名神經膠質瘤患者作為實驗組，同時選取了同期的健康者120人作為對照組。其中114名膠質瘤患者當中Ⅰ期33例，Ⅱ期24例，Ⅲ期33例，Ⅳ期24例，采用了Western Blotting法和ELISA法來測定患者和健康人群體內的KI67和Bmil蛋白含量。結果顯示，在這兩種方法當中，實驗組KI67和Bmil蛋白的水平均高于對照組，且隨著腦膠質瘤臨床分期的增加，其兩種蛋白含量也會增高。Huma Arshad[28]等人也選取了50位確診為膠質瘤的患者進行實驗，觀察KI67、P53與膠質瘤分級的相關性，其中Ⅰ級5人、Ⅱ級15人、Ⅲ級8人、Ⅳ級22人，采用免疫組化的方法對膠質瘤患者的腦部切片進行KI67和P53的檢測。采用Spearman等級相關系數分析組織學分級與增值標記物的關系，結果顯示，膠質瘤分級與KI67有較強的相關性，而與P53有較弱的相關性。同時Huma Arshad等人隨機對其中的20例患者進行了為期一年的隨訪，其中16名患者的KI67評分低于5%。其中8例存活(60%)，8例死于疾病，4例KI67評分大于5%。這四個人都在兩年內死于這種疾病，這些結果顯示KI67評分與患者存活率之間存在邊際相關性(p=0.089)。這兩項研究均證明，KI67含量隨著膠質瘤等級的提升而增高，兩者呈正相關性。

3 總結

KI67、LAT1作為腫瘤細胞增殖標志物，與膠質瘤的惡性程度呈正相關性，可以為膠質瘤等級的劃分在病理學檢測的基礎上提供參考，同時LAT1也為膠質瘤的治療提供了新的靶點。其實不光是KI67、LAT1，在判斷膠質瘤惡性程度方面，膠質瘤酸性蛋白(GFAP)[29]、IDH1[30]、單極紡錘體激酶1(Mps1/TTK)[31]、p53等分子標志物也起著重要的參考作用。這些標志物的聯合檢測更加有利于對膠質瘤惡性程度的判斷。隨著人類對于腦膠質瘤機制和病理過程的不斷研究，會有更多的分子標志物被發現，同時對于腦膠質瘤的分級診斷也會更加的精準。