癌/睪丸抗原胎盤特異性蛋白1在腫瘤中的研究進(jìn)展

孟瀟妍，孫雪青，劉忠龍，何悅

(1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)院 口腔頜面頭頸腫瘤科， 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市口腔醫(yī)學(xué)研究所，上海 200011；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)和分子細(xì)胞生物學(xué)系，上海 200025)

癌/睪丸抗原(cancer/testis antigen， CTA)是指表達(dá)于正常精子和某些腫瘤細(xì)胞的一類抗原，在正常體細(xì)胞中不表達(dá)。基于CTA的這種表達(dá)特征，它們被認(rèn)為可用于腫瘤標(biāo)志物和免疫治療靶點(diǎn)的篩選。目前已知CTA大約由228個密切相關(guān)的基因組成，通常分為兩類——X染色體編碼(52%)和非X染色體編碼(48%)的CTA。

胎盤特異性蛋白1(placenta specific protein 1，PLAC1)屬于X染色體編碼的CTA，最早被發(fā)現(xiàn)表達(dá)于胎盤組織，具有促進(jìn)胎盤與胚胎發(fā)育的作用，因此得名，后來PLAC1被發(fā)現(xiàn)也表達(dá)于睪丸組織[1-2]。研究表明，PLAC1在乳腺癌、結(jié)直腸癌與肺癌等實(shí)體腫瘤中高表達(dá)，且與較差的預(yù)后相關(guān)。近年來，已有一些團(tuán)隊(duì)利用PLAC1的抗原特性在腫瘤疫苗和基因改造T細(xì)胞等腫瘤免疫治療領(lǐng)域開展研究，并取得一定的成果。文章擬就PLAC1的結(jié)構(gòu)、組織表達(dá)特征、在腫瘤進(jìn)展中的作用，以及免疫治療方面的成果進(jìn)行綜述，探討PLAC1在腫瘤診療中的意義。

1 PLAC1基因、蛋白結(jié)構(gòu)及在正常組織的表達(dá)

PLAC1位于X染色體(Xq26)，包括6個外顯子(E1～E6)。然而，這6個外顯子中只有E6編碼蛋白，因此PLAC1不同轉(zhuǎn)錄本的翻譯產(chǎn)物是相同的，即PLAC1蛋白[3]。

人與小鼠的PLAC1蛋白高度同源(達(dá)60%)，人PLAC1蛋白含212個氨基酸殘基(圖1)，小鼠PLAC1編碼的蛋白含173個氨基酸殘基。在細(xì)胞中，PLAC1蛋白屬于Ⅱ型整合膜蛋白(integralprotein type Ⅱ)，N端位于胞內(nèi)(圖 1)；其胞內(nèi)的信號肽段(signal peptide， SP)非常短，僅含23 個氨基酸殘基；胞外段有透明帶糖蛋白(zona pellucida，ZP)同源區(qū)。ZP結(jié)構(gòu)域與精卵識別、蛋白聚合有關(guān)，該結(jié)構(gòu)域亦見于多種胞外受體樣蛋白，包括Ⅲ型TGF-β受體、尿調(diào)節(jié)蛋白、糖蛋白2等。因此，PLAC1可能參與細(xì)胞間的相互作用。

圖1 人PLAC1蛋白結(jié)構(gòu)模式及其在細(xì)胞膜表面的定位

由于PLAC1蛋白含分泌蛋白所需的信號肽結(jié)構(gòu)域，Uniprot(https：//www.uniprot.org/uniprot/Q9HBJ0)對其定位的注釋是分泌型，但PLAC1的ZP同源段又提示它可能具有受體樣蛋白的特征。膜定位的PLAC1最終被分泌至細(xì)胞外還是在膜表面行使功能，有待進(jìn)一步研究。

研究認(rèn)為，PLAC1的表達(dá)可能受到維甲酸X受體α(retinoic acid X receptor alpha，RXRα)、雌激素受體α(estrogen receptor α， ERα)和TP53的調(diào)控。RXRα結(jié)合肝X受體α/β(liver X receptor alpha/beta， LXRα/β)后形成LXRα/β-RXRα復(fù)合體促進(jìn)PLAC1轉(zhuǎn)錄，該過程可以被野生型TP53阻斷[3-4](圖2A)。而在乳腺癌中ERα可通過CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β(CCAAT/enhancer binding protein β， C/EBPβ)、特異性蛋白1(specificity protein 1， SP1)與核受體輔激活蛋白3(nuclear receptor co-activator 3， NCOA3)形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，促進(jìn)PLAC1轉(zhuǎn)錄[5](圖2B)。

注：A. RXRα、LXRα/β和TP53對PLAC1的調(diào)控；B. 乳腺癌中PLAC1的調(diào)控。E2，雌二醇(estradiol)； ERα， 雌激素受體α(estrogen receptor alpha)。圖2 PLAC1表達(dá)的調(diào)控模式

2 PLAC1在腫瘤組織中的表達(dá)及其在臨床預(yù)后評價(jià)中的作用

基于高表達(dá)PLAC1的胎盤合體滋養(yǎng)層細(xì)胞具有向母體侵襲的能力，越來越多的研究把PLAC1與腫瘤聯(lián)系起來。已有研究表明，PLAC1在多種腫瘤細(xì)胞系(表 1)與臨床腫瘤樣本(表 2)中高表達(dá)，且PLAC1在腫瘤細(xì)胞中主要定位于胞膜或胞質(zhì)(表 3)。部分研究認(rèn)為PLAC1可能存在核表達(dá)，但是它在核內(nèi)發(fā)揮怎樣的作用尚缺乏依據(jù)[13-18]。

表1 PLAC1高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞系

表2 PLAC1高表達(dá)的腫瘤組織

表3 PLAC1在表達(dá)陽性腫瘤細(xì)胞中的定位(IHC)

此外，腫瘤中PLAC1的表達(dá)水平與患者預(yù)后存在相關(guān)性。非小細(xì)胞肺癌[6]、胃癌[18，23]、乳腺癌[21]、肝癌[7，15]、結(jié)腸癌[24]和胰腺導(dǎo)管癌[17]中高表達(dá)PLAC1的患者較易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，且生存率更低。在結(jié)直腸癌[13]和胰腺導(dǎo)管癌[17]中，研究發(fā)現(xiàn)PLAC1高表達(dá)于低分化腫瘤組織。因此，PLAC1在腫瘤中的高表達(dá)與腫瘤組織分化程度低和臨床預(yù)后不良密切相關(guān)，這提示PLAC1可能通過一定的調(diào)控途徑促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。

3 PLAC1促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的機(jī)制

注：HES1為發(fā)狀分裂相關(guān)增強(qiáng)子1(hairy and enhancer of split 1);Cyclin D1為G1/S-特異性周期蛋白-D1(G1/S-specific cyclin-D1);E2F為E2F轉(zhuǎn)錄因子(E2F transcription factor);Rb為視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤抑制蛋白(retinoblastoma tumor suppressor protein)。圖3 PLAC1相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

3.1 PLAC1相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路一系列細(xì)胞水平的研究證明了PLAC1具有促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的作用(圖 3)。在肝癌和乳腺癌細(xì)胞系中敲減PLAC1可降低腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力[7，21，25]，這可能是通過調(diào)節(jié)AKT信號通路、干擾細(xì)胞周期以及調(diào)節(jié)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition， EMT)過程實(shí)現(xiàn)的[6，10，26]。2018年Li等[21]發(fā)現(xiàn)，PLAC1與Furin結(jié)合，激活Furin的水解活性從而降解Notch1，產(chǎn)生更多的Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域片段(Notch intracellular domain， NICD)，通過一系列調(diào)控過程最終抑制PTEN表達(dá)。PTEN是公認(rèn)的抑癌基因，可以顯著抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。另外，該研究[21]也發(fā)現(xiàn)PLAC1的表達(dá)能上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2和9表達(dá)，有利于腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移。然而，目前的研究結(jié)果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能闡明PLAC1在腫瘤中的作用機(jī)制，亟需更多的研究全面深入地探討其作用機(jī)制。

3.2 PLAC1通過趨化因子抑制抗腫瘤免疫免疫抑制是胎盤組織的一大特征，也是實(shí)體腫瘤的重要特征之一。研究表明，PLAC1與免疫耐受相關(guān)。Yuan等[25]發(fā)現(xiàn)，將敲減PLAC1的小鼠乳腺癌細(xì)胞系EO771植入同系小鼠體內(nèi)，腫瘤生長受到顯著抑制，但這種腫瘤抑制作用在免疫缺陷小鼠中無效，提示PLAC1的表達(dá)及其對腫瘤的影響與抗腫瘤免疫有關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PLAC1敲減后的EO771細(xì)胞中CXCL1、CD274(編碼PD-L1)與CD68等編碼腫瘤免疫相關(guān)分子的基因表達(dá)均下調(diào)。并且，此文作者在EO771細(xì)胞中驗(yàn)證了CXCL1敲減可再現(xiàn)PLAC1敲減的表型，在PLAC1敲減的細(xì)胞中過表達(dá)CXCL1則部分恢復(fù)腫瘤細(xì)胞增殖等表型。綜上，PLAC1可能通過調(diào)控趨化因子分泌影響免疫微環(huán)境與腫瘤細(xì)胞。

4 PLAC1在腫瘤診療中的意義

4.1 PLAC1與腫瘤標(biāo)志物腫瘤標(biāo)志物可用于腫瘤的篩查與療效監(jiān)測。健康母體血清與胎兒臍帶血中均未檢測到PLAC1蛋白，但在許多腫瘤組織(表2)與患者血清中可檢出PLAC1蛋白/抗PLAC1抗體，這提示它或可用作多種腫瘤的生物標(biāo)志物。有研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者(117 例)血清中PLAC1蛋白濃度顯著高于健康對照者(51 例)[12]。胃癌患者血清中PLAC1抗體檢出率為29%(8/28)，占mRNA陽性樣本數(shù)的57%(8/14)[23]；表達(dá)PLAC1的結(jié)腸癌患者中有30%(6/20)產(chǎn)生了針對PLAC1重組蛋白的抗體[14]。在肝癌中，患者血清樣本對PLAC1重組蛋白陽性反應(yīng)率為4.0%(4/101)，健康對照樣本(50 例)均無陽性反應(yīng)[16]。總體而言，血清PLAC1/抗PLAC1抗體在乳腺癌、胃癌和結(jié)腸癌中有一定的檢出率，如果得到大樣本研究的支持，可能作為臨床腫瘤篩查的輔助指標(biāo)。而在非小細(xì)胞肺癌、肝癌及其他腫瘤中的檢出情況還需要更多的臨床調(diào)查。

4.2 PLAC1與腫瘤免疫疫苗腫瘤疫苗可以激活人體免疫系統(tǒng)，改善機(jī)體針對腫瘤的免疫抑制狀態(tài)，是一種抗腫瘤主動免疫療法，具有較高的安全性。PLAC1作為位于X染色體的CTA，其編碼的蛋白具有較強(qiáng)的免疫原性。在PLAC1 mRNA檢測陽性的結(jié)腸癌患者中，有超過50%產(chǎn)生了PLAC1特異性抗體介導(dǎo)的CD4+(58.3%)與CD8+(55.6%)T細(xì)胞反應(yīng)，且產(chǎn)生T細(xì)胞應(yīng)答的患者預(yù)后顯著優(yōu)于無應(yīng)答患者[14]。目前，針對PLAC1的腫瘤疫苗正在研發(fā)中(表4)。研制PLAC1多肽疫苗的關(guān)鍵在于抗原表位的預(yù)測。腫瘤抗原需要被MHC分子提呈給T細(xì)胞，而編碼MHC分子的HLA有很高的多態(tài)性，HLA的各亞型對不同抗原親和力不同。HLA-A*0201是高加索與亞洲人群中最常見的HLA-A等位基因，許多腫瘤疫苗都靶向HLA-A*0201限制性抗原。運(yùn)用新一代測序技術(shù)和生物信息學(xué)[30]技術(shù)發(fā)現(xiàn)，Liu等[13-14]在結(jié)腸癌患者中篩選出的HLA-A*0201限制性p56～58、p31～39、p41～50以及p69～77肽段可能是有效的疫苗靶點(diǎn)。在乳腺癌中，翟文杰等[28]預(yù)測并在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均驗(yàn)證了p42～64肽段具有較強(qiáng)的免疫原性；Liu等[29]發(fā)現(xiàn)p28～36肽段可誘導(dǎo)出效能最強(qiáng)的特異性腫瘤殺傷性T細(xì)胞。在制備腫瘤疫苗時，表達(dá)跨膜型重組蛋白有一定難度，因?yàn)槠淇缒て蔚氖杷酝鶗?dǎo)致蛋白發(fā)生錯誤折疊。Nazari等[30]開發(fā)了一種使用原核表達(dá)系統(tǒng)制備并純化人PLAC1蛋白的方法，以此種方式制備的重組蛋白能夠被PLAC1抗體檢測到，其亞結(jié)構(gòu)也通過光譜得到了驗(yàn)證。

表4 圍繞PLAC1免疫治療的相關(guān)研究

雖然針對PLAC1的腫瘤疫苗的研究已取得一些成果，然而，目前仍存在抗腫瘤效應(yīng)弱、發(fā)生自身免疫反應(yīng)等缺點(diǎn)。如何優(yōu)化PLAC1腫瘤疫苗的療效，使其能真正應(yīng)用于腫瘤治療依然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

4.3 PLAC1與抗體靶向藥物基于PLAC1在腫瘤組織中的特異性和強(qiáng)免疫原性，人們認(rèn)為它可作為藥物靶點(diǎn)用于開發(fā)抗PLAC1抗體或ADC。2017年，Nejadmoghaddam等[8]將PLAC1特異性ADC應(yīng)用于前列腺癌的治療。該課題組將抗腫瘤藥物SN38與PLAC1單抗偶聯(lián)，發(fā)現(xiàn)相比單獨(dú)使用抗體，ADC產(chǎn)生了更強(qiáng)的腫瘤細(xì)胞殺傷效果，半數(shù)抑制濃度是非偶聯(lián)SN38的1/15。而且，在藥物安全性試驗(yàn)中沒有觀察到小鼠肝、脾、腎、睪丸、膀胱、肺、皮膚和胃組織的明顯病理改變。

因此，利用PLAC1的抗原性，采用PLAC1抗體聯(lián)合多種抗腫瘤藥物研發(fā)偶聯(lián)藥物，提高腫瘤治療的特異性，降低抗腫瘤藥物對非腫瘤組織的毒性也是重要的研究方向。

4.4 PLAC1與基因改造T細(xì)胞基因改造T細(xì)胞回輸屬于腫瘤的被動免疫療法，或稱過繼細(xì)胞免疫治療。具體來說，是從患者血液或腫瘤組織中分離出T細(xì)胞，編輯這些T細(xì)胞的特異性受體基因序列，使其能夠更特異地識別腫瘤抗原。隨后，體外擴(kuò)增編輯后的T細(xì)胞并回輸至患者體內(nèi)，使其發(fā)揮免疫殺傷作用，清除腫瘤細(xì)胞。

Li等[27]基于多肽疫苗的研究，使用識別p28～36多肽的PLAC1特異性TCR改造T細(xì)胞， 形成嵌合抗原受體T細(xì)胞(chimeric antigen receptor-modified T cell， CAR-T)，并通過細(xì)胞共培養(yǎng)與裸鼠乳腺癌移植瘤模型證明了經(jīng)TCR改造后的T細(xì)胞具有抗腫瘤作用。雖然針對PLAC1靶點(diǎn)的T細(xì)胞療法在動物模型中療效良好，但其在臨床上應(yīng)用的可靠性和安全性還需更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5 結(jié)語

PLAC1是X染色體連鎖基因，限制性表達(dá)于胎盤、睪丸及腫瘤細(xì)胞，PLAC1的表達(dá)水平可以作為判斷腫瘤患者預(yù)后的一項(xiàng)指標(biāo)。另外，PLAC1具有較強(qiáng)的免疫原性，這種特性使它可以作為靶點(diǎn)用于抗體和疫苗的研發(fā)。但目前對于PLAC1促腫瘤的分子機(jī)制以及它在腫瘤免疫中的作用尚缺乏深入研究。

PLAC1對腫瘤的預(yù)防與診療具有潛在的重要意義，后續(xù)研究可以進(jìn)一步關(guān)注：(1)PLAC1在腫瘤細(xì)胞中的作用——PLAC1是通過哪些信號通路調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移的；(2)PLAC1在腫瘤微環(huán)境中的作用——作為受體樣蛋白，PLAC1是否參與腫瘤與微環(huán)境中其他細(xì)胞的交互對話；(3)針對PLAC1的藥物研發(fā)——包括抗PLAC1抗體與其他靶向藥物的聯(lián)合療法、ADC以及PLAC1疫苗和CAR-T細(xì)胞的研發(fā)與應(yīng)用等。相信隨著人們對PLAC1在腫瘤中作用機(jī)制的全面了解，基于PLAC1的臨床應(yīng)用會給相關(guān)腫瘤的治療帶來更大的益處。