VGLL4與消化系統(tǒng)腫瘤相關(guān)研究進(jìn)展*

楊 霞，賈彥彬

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院2018級(jí)研究生，內(nèi)蒙古 包頭 014040；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院；3.包頭醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院內(nèi)蒙古消化病研究所；4.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院)

腫瘤是復(fù)雜的多基因疾病。環(huán)境因素、遺傳因素以及它們之間的相互作用與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。2015年全國(guó)腫瘤登記中心公布了我國(guó)惡性腫瘤的發(fā)病和死亡情況，肺癌、胃癌、結(jié)直腸癌、肝癌、乳腺癌、食管癌、甲狀腺癌、子宮頸癌、腦瘤和胰腺癌是我國(guó)最常見的十種惡性腫瘤,占全部新發(fā)病例約76.73 %，其中消化系統(tǒng)腫瘤占全部新發(fā)病例約38.24 %[1]。肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌是腫瘤的主要死因,約占全部腫瘤死亡病例的69.42 %，其中消化系統(tǒng)腫瘤約占全部死亡病例的42.43 %，消化系統(tǒng)腫瘤成為我國(guó)腫瘤最常見的死亡原因[1]。近年來(lái),大量實(shí)驗(yàn)研究了殘留樣蛋白質(zhì)家族成員4(vestigial like family member 4，VGLL4)與消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系，為臨床消化系統(tǒng)腫瘤的診斷與治療提供了新的思路。本文從VGLL4的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)作用以及與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系等方面進(jìn)行闡述。

1 VGLL4的結(jié)構(gòu)

VGLL是轉(zhuǎn)錄共激活因子，已在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)4種VGLL蛋白，命名為VGLL1-4，且均不包含DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。他們通過Tondu(TDU)結(jié)構(gòu)域配對(duì)TEA域蛋白質(zhì)家族成員(TEA domain family members，TEADs)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能[2]。

VGLL4基因位于染色體3p25.3-3p25.2，包含14個(gè)外顯子，廣泛表達(dá)于人體組織中[3]。VGLL4蛋白質(zhì)由290個(gè)氨基酸組成，第1、225氨基酸是乙酰化位點(diǎn)，其中Lys-225在TDU結(jié)構(gòu)域內(nèi)且其乙酰化可顯著抑制VGLL4-TEAD1的相互作用[4]。第52、58、149、153、155、159、274、280氨基酸是磷酸化位點(diǎn)[4-5]。其中Ser-58、Ser-155、Thr-159和Ser-280作為VGLL4的主要有絲分裂磷酸化位點(diǎn),在有絲分裂過程中被磷酸化后降低了其在胰腺癌細(xì)胞中的腫瘤抑制活性[5]。VGLL4的氨基末端可與泛素特異性蛋白酶11(ubiquitin specific peptidase 11，USP11)結(jié)合，通過促進(jìn)其去泛素化來(lái)增加VGLL4蛋白的穩(wěn)定性[6]。VGLL4的基本結(jié)構(gòu)包含一個(gè)核輸出信號(hào)，一個(gè)保守序列和兩個(gè)串聯(lián)的TDU結(jié)構(gòu)域。與VGLL家族的其他成員相比，VGLL4在其羧基末端結(jié)構(gòu)域中增加了一個(gè)TDU結(jié)構(gòu)域(aa242-252)。2014年，中國(guó)科學(xué)家首次描述了VGLL4的晶體結(jié)構(gòu)，闡明VGLL4的串聯(lián)TDU區(qū)域直接與TEAD4的YAP結(jié)合結(jié)構(gòu)域(YBD)相互作用并形成摩爾比為1∶2的穩(wěn)定復(fù)合物。且由于其串聯(lián)TDU的高度延伸的構(gòu)象，兩個(gè)結(jié)合的TEAD4分子彼此不接觸[7]。這個(gè)增加的TDU結(jié)構(gòu)域具有特殊功能，刪除此TDU結(jié)構(gòu)域?qū)е耉GLL4的抑制功能完全喪失，但刪除第一個(gè)(aa214-224)卻并不影響VGLL4的功能[2]。VGLL4蛋白主要位于細(xì)胞核內(nèi)，少數(shù)位于細(xì)胞質(zhì)中，核輸出信號(hào)基序與核出口蛋白染色體維持1(chromosome maintenance protein 1，CRM-1，又稱出口蛋白1)的結(jié)合對(duì)于VGLL4蛋白從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的輸出至關(guān)重要[8]。

2 VGLL4的生物學(xué)作用

2.1抑制Hippo信號(hào)通路 Hippo信號(hào)通路參與細(xì)胞增殖和凋亡、干細(xì)胞和組織特異性祖細(xì)胞的自我更新和擴(kuò)增以及組織再生等生理過程[9]。轉(zhuǎn)錄共激活因子Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)是Hippo途徑至關(guān)重要的效應(yīng)因子，其在細(xì)胞核中與轉(zhuǎn)錄因子TEAD結(jié)合并激活Hippo靶基因的轉(zhuǎn)錄，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化、侵襲[10]。在多種人類消化系統(tǒng)腫瘤包括胃癌、結(jié)腸直腸癌和肝癌等的研究中發(fā)現(xiàn)，YAP與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[11-23]。然而，VGLL4可通過其TDU結(jié)構(gòu)域競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合TEADs并抑制YAP和TEADs之間的相互作用，從而抑制癌基因的表達(dá)[2，14]。

2.2抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路 經(jīng)典Wnt(Wnt/β-catenin)途徑導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白(β-catenin)在細(xì)胞質(zhì)中積累并最后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，與T細(xì)胞因子(TCF)/淋巴增強(qiáng)因子(LEF)轉(zhuǎn)錄因子以及TEADs一起誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)答，促進(jìn)靶基因的表達(dá)[15]。TEAD4和TCF4共同結(jié)合于靶基因啟動(dòng)子形成復(fù)合物，并促使TCF4反式激活。VGLL4與TEAD4的YBD結(jié)合，與TCF4-TEAD4形成復(fù)合物，進(jìn)而抑制TCF4的反式激活[16]。此外，Western印跡檢測(cè)到人胃癌細(xì)胞AZ-521和人胃腺癌細(xì)胞BGC-823中過表達(dá)VGLL4可抑制β-catenin的表達(dá)水平，并抑制其在細(xì)胞核中的積累。因此，VGLL4可通過抑制β-catenin和TCF從而負(fù)調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路[17]。

2.3抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial - mesenchymal transition，EMT)是上皮細(xì)胞失去其細(xì)胞極性和細(xì)胞-細(xì)胞黏附，獲得侵襲特性成為間質(zhì)干細(xì)胞的過程，其在癌癥發(fā)展和轉(zhuǎn)移的過程起重要作用[18]。E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的丟失是EMT中的一個(gè)基本事件。TCF4/β-catenin復(fù)合物可誘導(dǎo)EMT的激活劑E盒結(jié)合鋅指蛋白1(zinc finger E-box-binding protein 1,ZEB1)調(diào)節(jié)腫瘤侵襲性[19]。LEF1/β-catenin復(fù)合物可抑制E-cadherin mRNA，從而誘導(dǎo)EMT[20]。在BGC-823細(xì)胞中過表達(dá)VGLL4可抑制β-catenin的表達(dá)水平，增加E-cadherin的表達(dá)水平。在AZ-521細(xì)胞中敲低VGLL4后導(dǎo)致E-cadherin的表達(dá)下調(diào)，β-catenin的表達(dá)水平升高。因此，VGLL4可能通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路而抑制EMT，從而在腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移中起保護(hù)作用[17]。

2.4促進(jìn)凋亡信號(hào)通路 凋亡抑制因子(inhibitor of apoptosis proteins,IAPs)是一類高度保守的內(nèi)源性抗細(xì)胞凋亡因子家族。作為程序性細(xì)胞死亡的抑制劑，IAP主要通過抑制半胱天冬酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)活性和參與調(diào)節(jié)核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)的作用來(lái)抑制細(xì)胞凋亡。VGLL4可與IAP結(jié)合，并將其從細(xì)胞質(zhì)重新定位到細(xì)胞核，抑制IAP的抗細(xì)胞凋亡的能力，從而促進(jìn)凋亡信號(hào)傳導(dǎo)途徑。體外實(shí)驗(yàn)表明，VGLL4可使IAPs重定位到細(xì)胞核中并顯著降低IAPs抑制Bax和TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的能力。這表明VGLL4不僅可以作為TEAD的轉(zhuǎn)錄共激活因子來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和凋亡，還可通過調(diào)節(jié)IAPs在細(xì)胞不同區(qū)域的翻譯水平從而在細(xì)胞凋亡信號(hào)通路中起作用[21]。

3 VGLL4與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

VGLL4在許多種類的腫瘤，如肺癌[2]、乳腺癌[14]、胃癌[7，11，17]、結(jié)直腸癌[16]等中低表達(dá)。且VGLL4的低表達(dá)通常表明病人的5年存活率較低。

3.1VGLL4與胃癌的關(guān)系 在人胃癌(gastric carcinoma,GC)中，VGLL4在腫瘤組織中的mRNA和蛋白質(zhì)水平顯著低于正常組織和腫瘤周圍組織[7，11]。VGLL4 mRNA及蛋白質(zhì)水平不僅與腫瘤大小和腫瘤TNM分期呈負(fù)相關(guān)，還與漿膜浸潤(rùn)、淋巴管侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)。VGLL4的過表達(dá)能夠抑制癌癥的發(fā)生，并且抑制體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲。此外，VGLL4的表達(dá)水平與GC患者的5年存活率呈正相關(guān)，VGLL4下調(diào)后胃癌患者的5年存活率更差[7，11，17]。

Jiao等[7]表明，YAP和VGLL4水平應(yīng)保持適當(dāng)?shù)钠胶饣虮壤钥刂破鞴侔l(fā)育，破壞體內(nèi)平衡可能會(huì)導(dǎo)致不良發(fā)育或癌變。且YAP/VGLL4比值急劇上調(diào)與胃癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，包括腫瘤大小、淋巴侵襲、TNM分期和幽門螺桿菌感染狀態(tài)。此外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種模仿VGLL4功能的肽，稱為“Super-TDU”，作為小鼠胃癌的YAP拮抗劑治療，VGLL4通過與YAP直接競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合TEAD抑制YAP-TEAD的轉(zhuǎn)錄活性，在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均抑制GC的生長(zhǎng)。

3.2VGLL4與結(jié)直腸癌的關(guān)系 在結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)患者中，CRC組織中VGLL4的mRNA水平以及蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著低于癌旁組織及正常組織。VGLL4的mRNA水平與腫瘤的TNM分期呈負(fù)相關(guān)，VGLL4的蛋白質(zhì)表達(dá)水平與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期呈負(fù)相關(guān)。并且，VGLL4的mRNA水平和蛋白質(zhì)水平與患者的5年存活率呈正相關(guān)。因此，VGLL4可作為CRC的診斷/預(yù)后標(biāo)志物。在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中VGLL4均抑制了結(jié)直腸癌的生長(zhǎng)，且敲低VGLL4后加速了結(jié)腸直腸癌細(xì)胞的增殖和腫瘤的形成。同時(shí)，模擬VGLL4功能設(shè)計(jì)的肽也可有效抑制小鼠模型中的結(jié)腸直腸癌進(jìn)展[16]。

3.3VGLL4與食管癌的關(guān)系 VGLL4在食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)組織的表達(dá)下調(diào)。過表達(dá)VGLL4可抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移，而敲低VGLL4促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的腫瘤發(fā)生。此外，VGLL4的過表達(dá)抑制了結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)的表達(dá)，而VGLL4的敲低促進(jìn)了CTGF的表達(dá)。據(jù)報(bào)道，CTGF在食管鱗狀細(xì)胞癌中過度表達(dá)，并通過β-catenin-TCF/LEF信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)腫瘤發(fā)生[11]。VGLL4可通過抑制CTGF的表達(dá)調(diào)節(jié)食管鱗狀細(xì)胞癌的細(xì)胞部分的生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)[22-23]。因此，VGLL4可能通過抑制Wnt/β-catenin途徑來(lái)限制CTGF的表達(dá)，從而抑制腫瘤的發(fā)生。

3.4VGLL4與胰腺癌的關(guān)系 在胰腺癌(pancreatic adenocarcinoma,PAAD)細(xì)胞系模型系統(tǒng)中，VGLL4蛋白表達(dá)非常低，且VGLL4的低表達(dá)與胰腺癌患者預(yù)后差密切相關(guān)。同時(shí)，過表達(dá)VGLL4可抑制胰腺癌細(xì)胞的遷移和增殖[5]。SB(Sleeping Beauty)驅(qū)動(dòng)的胰腺癌中的候選癌癥基因可預(yù)測(cè)人類胰腺癌患者的生存率。VGLL4被認(rèn)為是候選腫瘤抑制因子，且VGLL4基因突變與患者較差的存活率顯著相關(guān)[24]。

3.5VGLL4與肝癌的關(guān)系 在肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)患者中，VGLL4的mRNA水平和蛋白質(zhì)水平均下調(diào)，YAP/VGLL4比值上調(diào)。所有HCC患者中YAP/VGLL4比值的平均值遠(yuǎn)高于非腫瘤患者，且YAP/VGLL4比值與HCC患者的總生存期、無(wú)復(fù)發(fā)生存期以及預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)miR-301a/b-3p能促進(jìn)HCC的增殖和侵襲。VGLL4作為miR-301a/b-3p的直接靶標(biāo)，敲低VGLL4可彌補(bǔ)敲低miR-301b-3p所誘導(dǎo)的HCC細(xì)胞生長(zhǎng)停滯和凋亡作用。同時(shí)，過表達(dá)VGLL4也可降低miR-301a-3p模擬物促進(jìn)細(xì)胞增殖、侵襲和化學(xué)抗性的作用[25-27]。

4 結(jié)論

隨著VGLL4與消化系統(tǒng)腫瘤關(guān)系的研究不斷深入，VGLL4在消化系統(tǒng)腫瘤中低表達(dá)已經(jīng)得到證實(shí)，并在多種腫瘤中作為診斷的標(biāo)記物和預(yù)后指標(biāo)。并且，隨著腫瘤研究中VGLL4作用機(jī)制的不斷明確，為未來(lái)研究VGLL4用于腫瘤治療及尋找治療腫瘤的有效藥物提供了新思路。同時(shí)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展及各種新興組學(xué)檢測(cè)技術(shù)的相繼涌現(xiàn),也為腫瘤新型危險(xiǎn)因素的探索研究提供了更多的方法選擇。