Gasdermin E在結直腸癌發生、發展中的作用及研究進展

羅雍猷，姬菩忠，楊艷麗，劉 斌

結直腸癌是全球最常見的惡性腫瘤，其發病率和病死率均較高。家族遺傳性結直腸癌<25%，散發性結直腸癌>75%[1-2]。因此，降低結直腸癌的發病率，并改善患者的生活質量已成為亟需解決的問題。結直腸癌的發生、發展是一個多因素和多基因協同作用的過程。Gasdermin E是Gasdermin家族中的成員之一，其表達異常導致腫瘤發生、發展，通過細胞焦亡、AKT磷酸化、甲基化等過程中的基因調控發揮重要作用。近年研究發現Gasdermin E屬于腫瘤抑制因子，通過調控多種信號通路調控腫瘤的發生、發展，為闡明腫瘤生物學機制開辟新途徑。本文查閱國內外相關文獻，初步探討Gasdermin E調控結直腸癌發生、發展的機制，為結直腸癌的治療和研究提供參考。

1 Gasdermin E的結構特征和生物學功能

Gasdermin E作為Gasdermin蛋白家族成員之一，早期被稱為ICERE-1或DFNA5，位于人類7號染色體短臂15區，由10個外顯子組成，編碼496個氨基酸，相對分子質量為5.5×104。1998年，有研究發現Gasdermin E突變會導致一種特殊形式的非綜合征、常染色體顯性、進行性感音神經性聽力損失，其被確定是一種與遺傳性聽力損失有關的基因[3]。另有研究結果表明Gasdermin E不僅與聽力損失相關，而且在細胞凋亡和繼發性壞死的調節中也發揮作用[4]。Gasdermin E含有N-端和C-端兩個結構域，位于N-末端結構域的外顯子2和外顯子6具有誘導凋亡的活性，C-末端結構域可能作為調節因子折疊保護凋亡誘導的N-末端結構域，以避免不適當的凋亡發生。Gasdermin E跳過外顯子8可以改變和縮短突變型Gasdermin E的C-末端結構域，揭示凋亡誘導區，導致細胞凋亡，并且被活化Caspase-3可以在D270上切割Gasdermin E，產生活性的Gasdermin E-N末端，在質膜上形成孔洞，使質膜通透，導致繼發性壞死[4-5]。

研究發現Gasdermin E與多種腫瘤的發生、發展相關，Gasdermin E在人類胎盤中的表達水平最高，心臟、腦和腎臟中的表達水平較低，在肺癌、乳腺癌、胃癌、結直腸癌等[6]腫瘤中的表達下調。因此，Gasdermin E在人類惡性腫瘤中的發病機制越來越受到關注。Gasdermin E在幾種常見腫瘤(胃癌、結直腸癌、乳腺癌)中，由于基因啟動子甲基化導致表觀遺傳學沉默，其蛋白表達水平較低或不表達；而在正常組織中表達。進一步的臨床樣本分析顯示，腫瘤組織中Gasdermin E存在高度甲基化，而對應的正常組織中甲基化水平較低，在Gasdermin E低表達或者不表達的腫瘤細胞系中，過表達外源性Gasdermin E基因后，細胞的增殖能力、克隆存活能力、轉移能力均被顯著抑制[7]。在高表達細胞系中沉默Gasdermin E基因，腫瘤細胞的增殖存活、淋巴結轉移能力顯著增強，提示Gasdermin E可能通過甲基化修飾調控蛋白表達，參與腫瘤的發生。因此，Gasdermin E被認為是潛在的抑癌基因。多個研究報道[8]人類不同腫瘤類型中Gasdermin E表達，在腫瘤診斷、分期、進展、預后和治療反應中均具有重要地位。

2 Gasdermin E在結直腸癌發生、發展中的潛在機制

Gasdermin E在胃癌、肺癌、乳腺癌、結直腸癌等[6]腫瘤中表達下調，Gasdermin E表達異常導致腫瘤發生、發展，通過甲基化、細胞焦亡、AKT磷酸化等參與調控腫瘤生物學行為[9]。

2.1 Gasdermin E在結直腸癌中的表達及甲基化水平表觀遺傳修飾常被認為是腫瘤形成的先兆，啟動子甲基化作為最重要的表觀遺傳性改變之一，在結直腸癌的發生、發展中起關鍵作用，如在正常狀態下未甲基化的啟動子區發生甲基化后，會影響相應基因的轉錄，從而抑制基因表達及功能。基因啟動子的異常CpG島甲基化是人類結直腸癌的常見改變，TSG中具有頻繁啟動子高甲基化的基因揭示了癌變的潛在機制，并可能對結直腸癌具有預測價值。Croes等[10]發現Gasdermin E在正常組織中廣泛表達，但在結直腸癌、食管鱗狀細胞癌、胃癌等普通癌細胞系中，其啟動子區出現甲基化且伴隨Gasdermin E下調或沉默。Kim等[11]在結直腸癌中研究發現，惡性結直腸腫瘤組織中存在GSDME的CpG島高甲基化現象，并伴隨其表達沉默，與正常組織相比，其表達降低。結直腸癌中Gasdermin E甲基化的頻率與其他基因[Cyclin A1、CDX1、RAR-b、MYOD1、p15(INK4b)和COX2]一致，研究證明這些基因在結直腸癌中經常發生甲基化。通過TaqMan-MSP基因分析，原發性腫瘤組織與正常組織明顯不同，提示腫瘤組織DNA中Gasdermin E啟動子甲基化可能對腫瘤的早期診斷提供新思路。Toyota等[12]認為CpG島甲基化表型(CpG island methylator phenotype， CIMP)是腫瘤發生的經典途徑外的另一條途徑，CIMP通過同時失活多個腫瘤抑制基因(如p16)和通過失活hMLH1誘導錯配修復缺陷而導致腫瘤發展，這在人類腫瘤的發生、發展中起至關重要的作用。在結直腸癌中，與轉錄失活相關基因的啟動子CpG島異常高甲基化是最常見的表觀遺傳學改變之一，雖然研究發現Gasdermin E在結直腸癌中普遍呈異常高甲基化低表達，但對于其機制仍需進行深入分析。

2.2 Gasdermin E的細胞焦亡與結直腸癌發生、發展的關系細胞焦亡最初被認為是Caspase-1介導的壞死，主要是對細菌入侵的反應[13]。最新研究結果表明[14-15]，Gasdermin E通過中間連接體被半胱天冬蛋白水解酶Caspase-3切割激活，釋放Gasdermin E-N片段，導致細胞膜穿孔，細胞質腫脹，細胞破裂并釋放細胞內的內容物到細胞外環境中，激活炎癥反應，如：疫原性損傷相關分子(DAMP)，其在細胞焦亡中發揮重要作用，由結構多樣的非致病源性分子組成，具有以下特點：(1)能結合并激活細胞表面或細胞內模式識別受體；(2)DAMP不僅可以從應激細胞中主動分泌，而且在某些形式的細胞死亡后，如壞死、凋亡和細胞焦亡、質膜被破壞時，也可以被動釋放；(3)釋放到細胞外環境后，DAMP可能從生理功能轉變為促炎功能[16]。DAMP是受損的組織源性促炎介質，如HMGB1、白細胞介素-1β和白細胞介素-18，可觸發炎癥，炎癥細胞聚集，擴大炎癥反應，從而促進炎癥相關的腫瘤發展。Tan等[17]研究結果表明，Gasdermin E介導細胞焦亡導致DAMP促炎介質釋放HMGB1，HMGB1通過MAPK/ERK1/2信號通路誘導結直腸癌發生和PCNA表達。PCNA是反映細胞增殖水平的主要標志物，通過阻斷HMGB1軸，抑制MAPK通路的激活，從而抑制C6膠質瘤細胞的生長和轉移。Yu等[18]研究發現，Gasdermin E調控ROS/JNK/Bax線粒體凋亡途徑下游的細胞焦亡和Caspase-3激活，Gasdermin E依賴性細胞焦亡是化療藥物清除腫瘤細胞的機制之一，Gasdermin E為誘導細胞焦亡抗癌藥物的開發奠定了基礎，為提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性提供靶點。

2.3 Gasdermin E誘導AKT磷酸化抑制細胞生長Croes等[19]研究發現，Gasdermin E表達下調導致細胞增殖增加，通過檢測siRNA轉染HCT116細胞后參與細胞周期轉換的因子，發現轉染siRNA-Gasdermin E的細胞中，參與G1到S期轉換的蛋白表達增加(包括細胞Cyclin D1、Cyclin D3和Cyclin E以及CDK4/6)，而不是CDK抑制劑p27(Kip1)的參與。HCT116細胞中敲除Gasdermin E可誘導AKT(細胞周期蛋白的上游蛋白之一)磷酸化，但ERK的磷酸化保持不變。這些結果表明Gasdermin E表達的缺失導致細胞周期進程和細胞生長的增加，可能通過AKT通路驅動。

3 Gasdermin E在結直腸癌中的作用。

Zhang等[20]采用癌癥基因組圖譜(TCGA)的數據，分析432份結直腸癌和正常結直腸組織以及左右側結直腸癌中Gasdermin E甲基化和表達的差異，探討Gasdermin E作為結直腸癌生物學標志物的診斷意義，結果表明Gasdermin E甲基化有望成為結直腸癌檢測生物學標志物。Gasdermin E在大多數癌細胞中沉默，在許多正常組織中表達，化療藥物激活Caspase-3，誘導腫瘤細胞中Gasdermin E依賴性焦亡，如用DNA甲基化轉移酶抑制劑地西他濱(decitabine)可以促進Gasdermin E在腫瘤細胞中的表達，從而促進腫瘤細胞焦亡現象的發生[21]。另外，根據Gasdermin E表達水平，選擇合適的化療藥物，上調Gasdermin E在結直腸癌中的表達水平，從而增加化療藥物的敏感性、降低耐藥性[22-23]。

4 結論與展望

腫瘤的發生、發展機制一直是醫學及生物領域研究的重點，Gasdermin E作為新發現的因子，在調控結直腸癌發生、發展中發揮重要作用。結直腸癌中Gasdermin E的異常表達調控結直腸癌疾病進程，通過甲基化、介導細胞焦亡、AKT磷酸化等調控腫瘤細胞的生長，進一步分析可為結直腸癌的治療提供新的靶點。根據Gasdermin E與結直腸癌的研究結果，Gasdermin E影響結直腸癌的進展機制主要有：(1)Gasdermin E通過細胞焦亡影響結直腸癌的發生、發展；(2)Gasdermin E啟動子異常甲基化；(3)Gasdermin E通過誘導AKT磷酸化抑制細胞生長。因此，Gasdermin E有望成為治療結直腸癌的新靶點，可以幫助識別高危患者群體以及治療干預。雖然Gasdermin E提示其有作為生物學標志物的臨床應用價值，但應用腫瘤診斷和治療等臨床工作中，還需深入探究。