CDCA8在腫瘤發生發展及耐藥中的研究進展

顧匯權,張涵強,王芳玉,姚龍宇,周小天 綜述,劉 嬙 審校

海南醫學院藥理教研室,海南海口 571199

細胞周期相關蛋白的異常引起的細胞增殖不受控制,使腫瘤細胞具有更強的侵襲、轉移及耐藥能力,因此,細胞周期進程失調被認為是癌癥的一個共同特征[1-2]。近年來,越來越多的細胞周期相關蛋白成為惡性腫瘤早期診斷的生物標志物和治療的潛在靶點。細胞分裂周期相關基因(CDCA)和蛋白家族共有8名成員組成,即CDCA1～8。CDCA家族成員的異常表達與多種腫瘤的發生和發展密切相關,例如CDCA2作為一種核蛋白,負責調控蛋白磷酸酶1在染色質中的靶向定位,過表達可通過加速細胞周期進程,促進腫瘤細胞增殖[3];CDCA7是一種DNA結合蛋白,異常表達時可激活轉錄相關因子,促進腫瘤的遷移及血管的生成[4]。CDCA8也稱為Borealin/Dasra B,位于人染色體1p34.2,含11個外顯子和10個內顯子,cDNA總長2 139 bp,編碼280個氨基酸[5]。既往研究發現CDCA8在胚胎干細胞和多種癌細胞中的轉錄活性顯著增加,且相較于CDCA其他成員,CDCA8在腫瘤和正常組織中的表達差異更顯著[6-7]。上調的CDCA8是促進癌癥惡性進展的關鍵,在癌癥發生及惡性病變中發揮著重要作用。本文對CDCA8在腫瘤中的功能及可能的作用機制進行綜述,以期為靶向CDCA8的治療提供新思路。

1 CDCA8的結構和功能

CDCA8與有絲分裂激酶B(AuroraB)、內部著絲粒蛋白(INCENP)、生存素(Survivin)共同組成染色體載客復合體(CPC)的重要部分[8]。在結構上,Borealin直接與Survivin和INCENP結合,在體外展現出類似三重螺旋結構[9]。Borealin可通過N末端141個殘基與Survivin的相互作用定位到中央紡錘體和中間體。Borealin雖然不與AuroraB直接連接,但可以通過前58個氨基酸與INCENP結合,并通過INCENP的C端區域與AuroraB連接使其激活,用于著絲粒的靶向定位[10]。

根據其結構特征,Borealin在動物和真菌中處于保守狀態[9]。并且有研究發現Borealin可受多個位點的磷酸化調控,例如,單極紡錘體蛋白激酶1(MPS1)在Thr230上的磷酸化,提高了Aurora B酶的活性[11]。細胞周期蛋白依賴性激酶1(CDK1)的磷酸化,促進CPC靶向著絲粒定位[12]。在有絲分裂間期,Borealin見于異染色質上;而前中期轉移進入著絲粒內高度聚集;在中后期,Borealin離開著絲粒內,轉移到中心紡錘體微管,隨后定位于細胞皮層;最終,在末期和細胞質分裂期,Borealin定位于皮層中部[13]。Borealin缺失將減慢有絲分裂進程,導致著絲粒-紡錘體失連和異位紡錘極形成,還導致細胞增殖缺陷、p53積累和小鼠早期胚胎死亡[14-15]。一般來說,在人類有絲分裂細胞中,Borealin糾正著絲粒-紡錘體失連,穩定雙極紡錘體,同時其二聚體結構域調控著絲粒的動態交換,以實現最佳的CPC功能[16]。除此之外,Borealin還在有絲分裂過程中參與了染色體排列的調節、紡錘體信號傳導和胞質分裂及細胞動態定位等功能[16-17]。

2 CDCA8與腫瘤發生和發展之間的關系

CDCA8是有絲分裂中的關鍵調控基因,作為一種細胞周期調節劑,CDCA8的表達受致癌相關轉錄因子的調控。DAI等[18]發現,核因子YA(NF-YA)可在肝癌細胞中激活CDCA8依賴的啟動子區,促進CDCA8的轉錄及核內聚集。同源物NF-YB會介導NF-YC核靶向作用,形成二聚體[19],進一步增加NF-Y亞基與CDCA8啟動子區結合的活性,促進肝癌的惡性進展。XIANG等[20]和CHEN等[21]研究表明,在肺腺癌細胞中,CDCA8可以通過正反饋的形式作用于p53,p53的缺失會進一步誘導有絲分裂缺陷,誘導腫瘤惡性進展。除此之外,信號通路的激活也是CDCA8的調控模式之一。有研究證實,在黑色素瘤中,CDCA8的過表達可激活ROCK通路,降低caspase-3水平,誘導肌球蛋白MLC磷酸化,促進腫瘤的淋巴結轉移及轉移灶的形成[22-24]。綜上所述,CDCA8可通過調控轉錄因子、凋亡蛋白及激活信號通路等方式促進腫瘤細胞的發展及轉移。

2.1CDCA8與肺癌 基于癌癥基因組圖譜(TCGA)和基因表達綜合數據庫(GEO)篩選發現,在肺癌患者中包括CDCA8在內的9個關鍵基因表達水平明顯上調,并且其表達水平與腫瘤大小、病理分級、TNM分期呈正相關,CDCA8水平越高,肺癌患者生存率越低[25]。

HAYAMA等[26]利用小RNA敲低LC319和SBC-5細胞中CDCA8的表達,發現可以顯著抑制細胞的增殖和集落形成,并誘導細胞周期G1期的滯留,提示CDCA8可通過調控細胞周期,影響肺癌的發展和轉化。更多的研究結果也證明了這個觀點,肺癌細胞中CDCA8水平的降低會上調p53的水平,抑制周期檢查點蛋白CDC2和Cyclin B1的水平,干擾拓撲異構酶Ⅱ的水平,阻止細胞進入有絲分裂階段并加強細胞周期的停滯,從而引起肺癌細胞的凋亡[27-29]。除此之外,HU等[30]通過分析肺腺癌患者的miRNA表達譜,發現miRNA-133b對CDCA8存在靶向負相關作用,miRNA-133b可以與CDCA8的3′-UTR端結合,靶向誘導CDCA8的mRNA序列降解,進而調控miR-133b水平,逆轉因CDCA8缺失而引起的細胞活力下降。綜上所述,CDCA8可能通過細胞周期、轉錄調控等不同機制在肺癌的發生與發展中發揮重要作用。

2.2CDCA8與肝癌 SHUAI等[31]發現在人類肝細胞癌中CDCA8呈高表達,且表達水平與患者的TNM分類,臨床分期,組織學分級相關。因此CDCA8也可以作為鑒別肝癌的潛在生物標志物。

敲低肝癌細胞中的CDCA8不僅可以上調抑癌基因CDKN2B的水平,抑制細胞周期蛋白依賴激酶的活性,還可下調CyclinA2、CyclinD1、CyclinB1、CDK4、CDK6、p-CDC2等細胞周期蛋白水平,干擾細胞檢查點的進行,從而引起細胞周期停滯[32]。此外,下調CDCA8還可增加凋亡蛋白caspase-7以及腫瘤抑制性因子ATF3和GADD34蛋白水平,引起致癌信號通路AKT/β-catenin失活,促進肝癌的凋亡[33]。

另外有研究發現,在動物體內利用雜交技術靶向敲除小鼠肝細胞中的CDCA8后,這些小鼠在生長過程中并沒有出現明顯的不良反應;后續通過插入致癌基因ΔN90-β-Catenin和c-Met誘發肝癌后,可以觀察到肝癌的惡性進展被顯著抑制[32]。因此,篩選靶向CDCA8的小分子化合物不僅能很好地抑制肝癌的進展,且對于研究對象本身的損傷也更小。

2.3CDCA8與黑色素瘤 GUO等[34]發現CDCA8的轉錄水平在黑色素瘤患者中明顯上調,低水平的患者預后更差,表明CDCA8可作為黑色素瘤預后的獨立預測因子。另外,通過免疫細胞浸潤分析發現CDCA8的表達與B細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞浸潤呈正相關。因此,在黑色素瘤中CDCA8不僅能作為生物標志物用于早期診斷,還能用于術后的預后評估[35]。

另一項研究表明,轉運蛋白TMED3水平的降低可以引起內源性CDCA8的水平耗竭,并引起下游p-AKT、CDK1/6和PIK3CA水平的降低,這和靶向敲除CDCA8的結果一致,而CDCA8的激活可以逆轉這一現象,促進Akt和PI3K 的磷酸化水平[36]。說明CDCA8可通過PI3K/AKT信號通路介導腫瘤細胞的凋亡,針對TMED3/CDCA8軸的抑制劑可能是治療黑色素瘤的新靶點。

2.4CDCA8與胰腺癌 GU等[37]發現在胰腺癌臨床樣本中CDCA8表達水平與患者的腫瘤分級以及糖尿病史呈正相關,且低表達的胰腺癌患者具有更長的生存期,但與年齡、性別并無顯著性差異。

敲減CDCA8會抑制胰腺癌細胞的增殖和遷移能力,此抑制作用是通過CDCA8/CD44軸產生的。CD44作為非激酶跨膜受體,可以與透明質酸結合激活腫瘤相關信號通路和并調整細胞骨架,使其利于侵襲和耐藥。而CDCA8可與SNAI2形成復合物作用于CD44的啟動子從而上調CD44水平,促進胰腺癌的惡性進展[37]。除此之外,有研究發現若敲低胰腺癌細胞中的驅動蛋白家族成員如KIF23和KIF18B水平,也會引起CDCA8的同步降低和細胞活力的抑制,從而抑制胰腺癌細胞的增殖及轉移能力[38-39]。

3 CDCA8與腫瘤耐藥性之間的關系

3.1CDCA8與鉑類藥物 順鉑在體內與DNA結合,阻止細胞分裂的正常進行,引起腫瘤細胞的氧化應激、調節鈣信號、誘導凋亡蛋白等方式促進癌細胞的死亡[40-41]。在臨床上廣泛用于治療肺癌、宮頸癌、卵巢癌等惡性腫瘤[42-44]。WEN等[45]利用GEO數據集對21例晚期宮頸鱗癌患者的樣本進行分析,發現對比順鉑敏感的患者,順鉑耐藥患者的CDCA8水平顯著升高,說明CDCA8在宮頸癌耐藥過程中存在潛在作用。QI等[46]的結果同樣證明了這一點,通過對比卵巢癌順鉑耐藥患者中的差異發現TOP2A和CDCA8是變化最顯著的2個基因,且與TOP2A相比,在體外耐藥細胞中CDCA8水平提高了約1.5倍,說明CDCA8在順鉑耐藥過程中發揮了重要作用,通過慢病毒敲減了A2780和SKOV3細胞中的CDCA8后發現提高了順鉑對腫瘤細胞的損傷,且與順鉑水平成正相關。而CDCA8誘導細胞對順鉑的敏感性可能是通過p53介導,沉默CDCA8可引起p53的積累,過度積累的p53可以在順鉑的作用下激活死亡域蛋白(FADD)中的白細胞介素1β轉換酶(ICE),抑制蛋白泛素化,從而增加順鉑對腫瘤細胞的殺傷力[47-48]。因此,CDCA8可成為腫瘤細胞提高順鉑敏感性的目標基因。

3.2CDCA8與他莫昔芬 他莫昔芬作為雌二醇的競爭性拮抗劑,可與雌激素受體競爭結合,抑制雌激素受體的轉錄活性,阻斷乳腺癌細胞的G1期,抑制腫瘤增殖。有研究發現ER信號通路和細胞周期調節之間存在串擾作用,CDK7抑制劑的聯合使用可使雌激素受體(ER)Ser118磷酸化,提高耐藥細胞對他莫昔芬的敏感性[49]。NABIEVA等[50]的研究也發現,使用CDK4/6的抑制劑可以顯著改善激素受體陽性、人表皮生長因子受體-2(HER2)陰性乳腺癌Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期患者中的療效。因此,細胞周期調控蛋白可作為乳腺癌內分泌抵抗發展的研究方向。SUN等[51]發現CDCA8在他莫昔芬耐藥細胞中高表達,而過表達敏感細胞CDCA8水平可降低他莫昔芬作用下細胞的凋亡率,促進細胞S期的富集,加速周期進程,CDCA8作為E2F相關通路的激活劑,有研究表明不僅可以通過E2F1介導染色體DNA復制和調節細胞周期的G1/S期,還能作用于轉錄抑制因子E2F3b影響Cyclin D1的水平,從而加快乳腺癌細胞對他莫昔芬耐藥[52]。Cyclin D1作為檢查點蛋白可促進G1/S期的進展,乳腺癌細胞中Cyclin D1的激活促進了癌細胞的耐藥水平[53]。而在敲降CDCA8后,Cyclin D1水平顯著降低,G1期滯留細胞量增加,細胞恢復對他莫昔芬的敏感性[54]。因此,靶向CDCA8抑制劑的聯用能提高耐藥細胞對他西莫芬的敏感性。

4 小 結

CDCA8作為細胞周期調節因子,在胚胎干細胞中作用于有絲分裂階段穩定雙極紡錘體,調控紡錘體信號傳導維持細胞周期的順利進行。在正常的組織中CDCA8表達水平較低,而在細胞周期異常的惡性腫瘤中CDCA8呈高表達,在一定程度上可以促進肺癌和胰腺癌的發生,促進黑色素瘤的轉移及肝癌的惡性進展。CDCA8可調節胞內轉錄水平,促進細胞的增殖和耐藥。在肺癌中,通過反饋調節p53促進細胞四倍體形成誘導腫瘤的發生。在肝癌中,受到轉錄因子NF-Y簇的調控,誘導細胞周期CDK-Cyclin軸的異常轉化,促進肝癌的進展。在黑色素瘤中,CDCA8與ROCK協同作用,激活下游靶點磷酸化促進黑色素瘤的轉移。在胰腺癌中,CDCA8通過增加CD44轉錄活性促進胰腺癌的進展。在化療耐藥細胞中,CDCA8通過周期相關蛋白Cyclin D1及p53調控細胞周期進展,以及蛋白泛素化提高細胞耐藥性。因此,筆者認為CDCA8可通過腫瘤微環境、轉錄因子、周期調控以及致癌通路的激活等多方面發揮促癌及耐藥的作用。

綜上所述,CDCA8表達水平在肺癌、肝癌、胰腺癌等腫瘤中相較于正常組織有著數倍的升高,并且其表達水平與腫瘤分級、預后情況及耐藥情況呈正相關。因此,CDCA8有望成為新型生物標志物,為臨床上的腫瘤診斷、術后評估以及敏感藥物篩選提供參考依據。除此之外,根據CDCA8在腫瘤細胞中過表達的特點,通過研發靶向抑制劑作為化療藥物的聯合用藥之一,可提高化療藥物的殺傷力以及耐藥細胞的敏感性。同時基于動物實驗結果的推測,CDCA8的靶向抑制劑在腫瘤治療的同時,可以給患者帶來更少的不良反應,在臨床應用上有著巨大的潛力。總之,目前雖然對于CDCA8的研究取得了一定的進展,但大部分還是處于理論研究階段,對于未來的應用效果還需要對其作用機制進行更深一步的研究。