TMEFF2與惡性腫瘤關系的研究進展

馮豆，張洪，范月瑩，宋玲，譚佳杰

(武漢大學人民醫院藥學部，武漢 430060)

TMEFF2(transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2)又被稱為TR-2(tomoregulin-2)[1]、TPEF(transmembrane protein containing epidermal growth factor and follistatin domains)[2]、HPP1(hyperplastic polyposis protein 1)[3]或TENB2(transmembrane protein 2)[4]，是表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)蛋白家族的一員，最早由Uchida等[1]從人胃成纖維細胞中分離出來。最初人們認為TMEFF2可能與神經生長發育有關，其胞外段能夠促進大鼠海馬及中腦神經元的存活；且TMEFF2基因敲除的幼鼠生長發育遲緩，并于斷奶期前后死亡[5-6]。近年來隨著研究的不斷深入，人們發現TMEFF2還參與了前列腺發育、細胞周期調節、細胞凋亡和DNA修復等多種生理過程[7]。研究表明，TMEFF2的異常表達在惡性腫瘤的發生、發展過程中發揮重要作用[8-10]。目前已有報道顯示，在胃癌[8]、結直腸癌[9]、膀胱癌[10]等多種人類腫瘤中，TMEFF2基因能抑制腫瘤細胞增殖、促進細胞凋亡，發揮抑癌基因作用；但也有研究表明，TMEFF2可促進腫瘤細胞生長，發揮促癌基因作用[11]。可見，TMEFF2在人類腫瘤中的作用十分復雜，其生物學功能及在腫瘤中的作用機制還有待進一步闡明。現就TMEFF2與惡性腫瘤關系的研究進展予以綜述。

1 TMEFF2概述

1.1TMEFF2基因及蛋白簡介 TMEFF2基因位于人染色體2q32.3，整個基因序列長度為246 634 bp，含有11個外顯子；TMEFF2基因轉錄起始點位于其上游約700 bp處，該處除包含啟動子外，還包含特異性蛋白1和E-box等多種轉錄因子結合位點，且TMEFF2基因的5′區域是一個典型的CpG島，在腫瘤細胞中常發生高甲基化[2]。TMEFF2基因編碼一種含374個氨基酸的高度保守的Ⅰ型跨膜蛋白，該蛋白由胞外區、跨膜區和胞內區構成，胞外區包含1個 EGF樣結構域和2個卵泡抑素(follistatin，FS)樣結構域，而較短的胞內區含有潛在的G蛋白激活基序，因TMEFF2胞質結構域的不同，其可分為3種異構體[4]。人與鼠TMEFF2蛋白的氨基酸序列有98.9%同源，僅4個氨基酸存在差異；在人正常組織中TMEFF2的表達有限，其信使RNA選擇性地表達于胚胎、成人的大腦、前列腺和胃成纖維細胞等部位，而在腫瘤組織中TMEFF2的表達不同程度地上調或下調[6]。

1.2TMEFF2蛋白的結構特點 TMEFF2的結構較為獨特，作為一種跨膜蛋白，TMEFF2胞外域(the extracellular domain of transmembrane protein with epidermal growth factor and two follistatin motifs 2，TMEFF2-ECD)可以被蛋白酶切割釋放到胞外間隙發揮作用。有證據表明，促炎細胞因子白細胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α和佛波酯均可誘導TMEFF2-ECD以去整合素金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase，ADAM)17依賴的方式從細胞膜上脫落，保留的膜片段則被γ-分泌酶復合物進一步加工處理[12-13]。亦有研究表明，TMEFF2-ECD的脫落與腫瘤微環境相關，擁擠的細胞狀態使氧化應激增加，進而通過氧化應激信號通路激活c-Jun氨基端激酶或p38來活化ADAM17，從而誘導TMEFF2-ECD脫落；此外，ADAM9、ADAM12和Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶matriptase-1和hepsin也能裂解TMEFF2，導致TMEFF2-ECD脫落，matriptase-1和hepsin與ADAM在不同的位置裂解TMEFF2，產生新的跨膜保留片段[14]。Quayle和Sadar[15]發現了一種新的TMEFF2的剪接變體，該亞型在前4個外顯子之后被截斷，并產生了一種只含有1個FS樣結構域的分泌蛋白TMEFF2-S，TMEFF2-S蛋白可能與全長TMEFF2或裂解后的TMEFF2發生相互作用。

1.3TMEFF2蛋白的生物學功能 TMEFF2的生物學功能較為復雜，其EGF樣結構域可能作為人EGF受體erbB-1或erbB-4的配體而直接參與細胞生長信號通路，如在結直腸癌細胞中過表達TMEFF2可導致erbB-4活化；在前列腺癌中，由于前列腺癌細胞株缺乏erbB-4表達，因此有利于TMEFF2與erbB-1結合從而促進細胞生長[1,16]。FS樣結構域可能結合并調節多種生長因子的功能，如與轉化生長因子-β家族、血管內皮生長因子、血小板衍生生長因子等相互作用[1,17]。已有研究證實，在神經膠質瘤中，TMEFF2通過其含有的FS樣結構域胞外域選擇性地與血小板衍生生長因子-AA相互作用，抑制其受體活化，從而調控血小板衍生生長因子信號通路[17]。同時，TMEFF2的FS樣結構域也能調節促腎上腺皮質激素釋放激素在垂體促腎上腺皮質激素細胞中的信號傳遞，抑制環腺苷酸和環腺苷酸反應元件結合蛋白的產生以及促腎上腺皮質激素的分泌，導致垂體瘤細胞AtT20增殖減少[18]。TMEFF2的胞內域則可能與酪氨酸蛋白激酶介導的信號轉導通路密切相關[1]。可見，目前雖然TMEFF2蛋白的功能尚不完全清楚，但作為一種跨膜蛋白，TMEFF2可通過與多種蛋白結合在信號轉導中發揮重要的生物學作用。

2 TMEFF2與惡性腫瘤的關系

目前TMEFF2表達異常已在多種腫瘤中得到證實，在原發性和轉移性前列腺癌、部分平滑肌瘤以及子宮內膜癌中TMEFF2的表達均顯著上調；在胃癌、結直腸癌、胰腺癌、膀胱癌、甲狀腺癌、上尿路上皮癌、非小細胞肺癌、腎細胞癌等惡性腫瘤中，TMEFF2基因啟動子區的CpG島常出現高甲基化，導致轉錄沉默，進而使TMEFF2表達下調[8-10,19-23]。由于DNA甲基化是人類腫瘤中常見的表觀遺傳修飾，與腫瘤的發生、發展密切相關，且常發生于腫瘤早期調節基因的表達水平，因此TMEFF2基因高甲基化具有成為腫瘤特異性標志物的潛力[24]。

2.1TMEFF2與前列腺癌 TMEFF2在前列腺癌進展中的作用受到廣泛關注。在正常前列腺細胞、組織以及雄激素依賴性前列腺癌細胞、組織中TMEFF2基因均顯著高表達，同時在轉錄和翻譯水平其表達均受雄激素調控[25-26]。雖然TMEFF2在部分原發性和轉移性前列腺癌細胞系及臨床樣本中均表達上調[25-27]，但有研究表明TMEFF2發揮促癌作用[28-29]；同時也有研究顯示，TMEFF2可抑制前列腺細胞的侵襲和遷移發揮抑癌基因作用[28-30]，這種相互矛盾的作用模式在一定程度上與TMEFF2蛋白水解產生可溶性的TMEFF2-ECD有關。不同形式的TMEFF2具有不同的生物學特性，即全長TMEFF2發揮抑癌作用，脫落形式的TMEFF2-ECD則可引起胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)磷酸化，促進細胞增殖，從而發揮促癌作用，故推測TMEFF2的主要形式及作用會隨著疾病的進展而發生改變[13]。

目前，TMEFF2在前列腺癌中發揮抑癌或促癌作用的分子機制尚不明確。Chen等[28]發現，TMEFF2的胞質結構域與肌氨酸脫氫酶相互作用可下調肌氨酸的細胞水平，同時影響葉酸介導的一碳單位代謝，抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲，而脫落的TMEFF2-ECD不與肌氨酸脫氫酶相互作用，因此與肌氨酸的細胞水平無關。肌氨酸是前列腺癌進展中的一種潛在標志物，肌氨酸水平上調可增強腫瘤細胞遷移、侵襲的能力[31]。研究發現，TMEFF2可通過整合素信號通路調節αvβ3等整合素的表達及RhoA的活化，抑制前列腺癌細胞的遷移和黏附，且這種調控作用與TMEFF2胞內區富含的13個堿性氨基酸區域密切相關，該區域缺失可阻止TMEFF2對前列腺癌細胞遷移和黏附的抑制作用[29]。由此推測，全長TMEFF2蛋白可能通過影響一碳單位代謝，以甲基化形式從表觀遺傳學水平調節整合素基因的表達，從而抑制前列腺癌細胞的遷移和侵襲，而TMEFF2-ECD無此作用。此外，Chen和Ruiz-Echevarría[30]還發現，TMEFF2蛋白可調控Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/ERK信號通路以及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路，但不同形式的蛋白對信號通路有不同的調節作用，在生長因子作用下全長TMEFF2蛋白可促進ERK的磷酸化，對Akt的磷酸化則無影響；而TMEFF2-ECD可抑制ERK的磷酸化并促進Akt的活化，因此TMEFF2-ECD可能作為可溶性生長因子在細胞外發揮促癌作用，提示Akt和ERK通路可能介導了TMEFF2由抑癌到促生長功能的轉換。

雖然TMEFF2在前列腺癌中的作用機制尚未完全闡明，但已有研究顯示，TMEFF2可能成為前列腺癌診斷的分子標志物[32]。亦有學者建議將TMEFF2作為放射性免疫治療前列腺癌的靶基因，利用TMEFF2的抗體治療前列腺癌[33-34]，但仍處于研究階段。

2.2TMEFF2與胃癌 研究表明，與正常胃黏膜上皮細胞相比，TMEFF2在胃癌細胞中的表達顯著下調，體外過表達TMEFF2可誘導腫瘤細胞凋亡、周期阻滯，從而抑制胃癌細胞增殖[8]。在裸鼠體內過表達TMEFF2可顯著抑制腫瘤的生長，提示TMEFF2在胃癌中可能發揮抑癌基因作用[35]。有研究者對TMEFF2表達與胃癌患者臨床病理特征的關系進行分析發現，TMEFF2低表達與胃癌患者性別、腫瘤體積增大、較差的病理分期以及預后不良均密切相關，其中男性患者TMEFF2表達水平高于女性患者，與TMEFF2的表達受雄激素調節相符；此外，與TMEFF2高表達的胃癌患者相比，TMEFF2低表達患者的生存時間顯著縮短，表明TMEFF2可作為評估胃癌患者預后的獨立指標[36]。關于TMEFF2在胃癌中可能的作用機制，有研究發現，TMEFF2的胞內區可直接與胃癌的關鍵調節蛋白Scr同源結構域2磷酸酶-1蛋白的兩個SH2結構域結合，從而抑制信號轉導及轉錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)3的磷酸化；同時，TMEFF2也是STAT3的新靶基因，在幽門螺桿菌感染引起的胃癌中，磷酸化的STAT3直接與TMEFF2基因啟動子結合抑制TMEFF2基因轉錄，使胃癌細胞中的TMEFF2表達下調，TMEFF2與STAT3的這種雙向調控機制可能參與了幽門螺桿菌相關胃癌的發生、發展[35-36]。Han等[37]發現，胃癌患者血清中的維生素C水平與TMEFF2的表達呈正相關，抑制TMEFF2的表達可以促進人正常胃黏膜上壁細胞系GES-1和胃癌細胞系AGS的增殖能力，而給予維生素C會導致細胞的增殖能力受到抑制、TMEFF2的表達顯著上調，提示TMEFF2的表達參與了維生素C的抗細胞增殖作用，進一步證實TMEFF2可能是胃癌治療的潛在靶點。

2.3TMEFF2與結直腸癌 TMEFF2在80%以上的結直腸癌中表達下調[9]，是一種腫瘤抑制基因，其基因高甲基化是結直腸癌進展過程中的早期表觀遺傳學改變，表明TMEFF2在結直腸癌中表達下調可能與基因啟動子區高甲基化有關。Elahi等[9]通過試驗發現，無論在體內還是體外，TMEFF2均顯示出對結直腸癌的抑制活性。另有研究發現，TMEFF2可能通過調控Janus激酶(Janus kinase，JAK)/STAT信號通路介導結直腸癌細胞的部分生長抑制活性，具體機制為TMEFF2過表達可誘導JAK1、JAK2與細胞表面受體結合而活化，活化的JAK再通過磷酸化作用誘導STAT1和STAT2活化、異源二聚以及核移位，進而導致STAT1和STAT2與下游的α干擾素信號調控元件啟動子位點結合，調節α干擾素的表達，從而抑制腫瘤細胞的生長和增殖，促進腫瘤細胞凋亡[38]。另有研究表明，在過表達TMEFF2的結直腸癌細胞中，可溶性TMEFF2-ECD以ADAM17依賴的方式脫落，且參與了JAK-STAT信號通路，同時TMEFF2在結直腸癌中的抑癌作用需要TMEFF2-ECD的裂解和脫落[16]。亦有文獻報道，在結直腸癌和胃癌中，抑癌基因TMEFF2可能通過移碼突變使基因失去抑癌活性，從而參與腫瘤的發生，但具體機制仍需進一步研究[39]。此外，在原發性和轉移性結直腸癌中均可觀察到TMEFF2基因高甲基化，通過對轉移性結直腸癌患者糞便樣本的研究發現，TMEFF2高甲基化與結直腸癌早期病變密切相關；對患者血液樣本的研究發現，TMEFF2基因甲基化水平越高，患者的預后越差[40-41]。由此推測，TMEFF2基因有望成為結直腸癌患者早期診斷和預后的甲基化生物標志物，且應用前景廣闊[42-43]。

2.4TMEFF2與其他腫瘤 目前的研究已證實，TMEFF2在胰腺癌、膀胱癌、非小細胞肺癌等多種腫瘤組織和細胞系中的表達均顯著下調，TMEFF2在子宮內膜癌中的表達水平顯著高于非典型內膜增生和正常子宮內膜[11，44-46]，且其在各類型腫瘤中發揮作用的機制亦不同。在胰腺癌ASPC1細胞系和CAPAN1細胞系中，過表達的TMEFF2通過與抑癌因子Scr同源結構域2磷酸酶-1相互作用下調磷酸化STAT3、髓樣細胞白血病因子1、血管內皮生長因子的表達，從而顯著抑制胰腺癌細胞增殖，并促進其凋亡[19]。同時，TMEFF2還可通過抑制促分裂原活化的蛋白激酶信號通路的磷酸化，抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，進而發揮抑制基因的作用[44]。在子宮內膜癌細胞中下調TMEFF2的表達后，腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲能力均降低，促分裂原活化的蛋白激酶和磷脂酰肌醇-3-激酶信號通路活化減少，上皮-間充質轉化受到抑制；此外，高水平的TMEFF2與子宮內膜癌患者較差的預后相關[11]，提示TMEFF2可能作為子宮內膜癌患者治療及預后評估的潛在靶標。

由于胰腺癌、膀胱癌等腫瘤中TMEFF2啟動子區存在顯著的高甲基化，因此目前的研究熱點更多地集中于診斷和預后的甲基化生物標志物方面。如在胰腺癌中，TMEFF2的甲基化水平與TNM分期密切相關，檢測TMEFF2的甲基化狀態可作為胰腺癌早期診斷及預后的方向[45]。目前，臨床用于檢測和篩查膀胱癌的方法大多為有創，或敏感性、特異性較低。研究表明，應用去甲基化藥物5-氮雜-2′脫氧胞苷處理后，膀胱癌T24細胞的甲基化水平被逆轉，凋亡顯著增加，而增殖、遷移和侵襲顯著被抑制，提示TMEFF2基因啟動子甲基化在膀胱癌的惡性進展中發揮重要作用，降低TMEFF2基因啟動子甲基化水平可能是一種潛在的治療策略[10]。此外，研究者還發現了一組包括TMEFF2在內的能夠通過尿液樣本對膀胱癌進行早期、準確、無創檢測的甲基化生物標志物，檢測尿液中基因的甲基化水平可更直接反映膀胱的健康狀況[46]，表明TMEFF2作為膀胱癌早期診斷的甲基化生物標志物具有巨大潛力。

3 小 結

TMEFF2既具有抑癌作用又具有促癌作用，其在前列腺癌中的作用最為復雜。雖然目前有關TMEFF2在腫瘤發生、發展過程中的具體作用機制尚不完全清楚，但其獨特的生物學功能揭示了其在腫瘤診斷及治療中的巨大潛力。①TMEFF2有限的組織分布可能成為偶聯抗體治療前列腺癌的工具；②TMEFF2-ECD這一分泌型的出現提示調節TMEFF2的裂解可能會改變其功能；③在胃癌、膀胱癌等多種實體腫瘤中，TMEFF2基因常因高甲基化導致表觀遺傳沉默，在腫瘤發展中發揮重要作用，因此TMEFF2基因異常甲基化具有成為多種腫瘤早期診斷及治療特異性標志物的潛力。由于惡性腫瘤的發病機制復雜，早期診斷困難，因此深入研究TMEFF2的作用機制有助于進一步了解TMEFF2蛋白的功能,為惡性腫瘤的早期診斷和治療提供新思路。