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妇科恶性肿瘤的研究

2016/06/14 阅读:

【摘要】

Livin是凋亡抑制蛋白家族的新成员,在胎儿发育过程的多种组织中高表达,于正常成人的大多数终末组织中(除胎盘)低表达或不表达,而在很多人类恶性肿瘤中高表达;本文着重就Livin基因分子结构、组织表达、生物学功能及在妇科恶性肿瘤中的研究进展作一综述。

【关键词】

Livin;凋亡抑制蛋白家族;妇科恶性肿瘤

尽管采用手术、放疗和化疗等综合治疗措施,女性生殖系统恶性肿瘤其五年存活率徘徊在25%~30%,原因是缺乏有效的、敏感的、特异的早期诊断的方法,发现时70%已属晚期。恶性肿瘤的发生发展是一个多阶段、多步骤、渐进演化的过程,其机制十分复杂。现代分子生物学研究表明,恶性肿瘤的发生发展不仅与肿瘤细胞异常增殖和分化有关,而且与细胞凋亡抑制,凋亡不足有关,凋亡与增殖失衡是恶性肿瘤形成的重要机制之一。恶性肿瘤的发生是一个复杂的过程,是细胞凋亡与细胞增殖失衡所致,由正常细胞的凋亡因素作用减弱以及其抗调亡因素作用的增强双方面共同引起的,并受细胞内外环境多种因素控制,因此研究凋亡的相关基因与肿瘤发生、发展的关系对深入了解肿瘤的发病学十分重要,对开辟肿瘤治疗新方法和提高治愈率有重要的现实意义和广阔的前景。细胞凋亡一直以来都是肿瘤研究的热点。凋亡抑制蛋白Livin是凋产抑制因子家族的新成员。于2000年几乎同时由Kasof、Lin等[1-4]相关实验小组在人基因组库中搜索IAP家族的同源序列时筛选克隆出新的lAP家族成员,命名为Livin。目前发现的IAP家族成员包括8种:XIAP、clA-PI、clAP2、NAIP、Livin、apollon、ILP-2和survivin。本文就Livin基因分子结构、组织表达、生物学功能及在肿瘤治疗中的应用等研究进展作一综述。

1Livin基因的分子结构及组织分布

1.1基因的分子结构IAPs家族首先是由Crook等在杆状病毒CydiapomoneUa颗粒体和Orgyiapseudotsugata核多角体病毒(OPMNPV)发现的,是一类新的独立于bcl-2的内源性抗凋亡蛋白。IAP家族一个共同的特点:在其蛋白质的氨基端至少有l~3个高度保守的约70个氨基酸的重复序列称为BIR结构域(baculoviralinhibitorofapoptosisrepeats,BIR,因其结构与杆状病毒baculoviral相似而命名)。BIR结构域是含有2~3个串联的含有Cys/His的IAP重复序列,核心含有大量的疏水结构,具有高度的保守性。除了NIAP和Surivin之外,在羧基端还有一个锌指状结构的保守氨基酸序列称为RING结构域。IAP蛋白一般包含1~3个BIR结构域,而Livin只有一个BIR和RING结构域。Livin是IAP家族中的最新成员。人类的Livin基因位于20号染色体q13.3,全长约46kb,包含7个外显子及6个内含子,Livin蛋白N端仅包含一个BIR结构,C端含一个RING结构。Livin的BIR结构域与XIAPBIR2结构相类似,包含4个α螺旋和1个3股反向平行β片层结构。LivinBIR还具有1个C-末端延伸结构,这与CIAP1的BIR3结构类似。Livin氨基酸残基C124、C127、H144及C15l与锌原子结合,借以稳定Livin蛋白的空间结构。在LinvinBIR结构表面的带电残基,大多数与IAPs的其他成员高度一致。其转录产物因剪接方式不同存在两种mRNA亚型Livinα和Livinβ。分别编码298和280个氨基酸的蛋白质。Ashbab等[5]证明两者抗凋亡的作用与分布不一样。

1.2组织分布Livin存在于胚胎组织中,在胎儿发育过程中高表达于多种组织,可能与生长发育有关,在正常成人的大多数终末组织中(除胎盘)低表达或不表达,而在多数恶性肿瘤中高表达,如黑色素瘤、乳腺癌、宫颈癌、结肠癌、膀胱癌、前列腺癌、白血病、淋巴瘤、食管癌以及肺癌等[6-9]。Livin主要存在于细胞核中,胞浆中的Livin以丝状形式存在。

2Livin抗凋亡功能的作用机制

2.1抑制Caspase途径Livin结合Caspase-3~Caspase-7及Caspase-9与其它包含有BIR3结构域的IAP成员一样,XIAP和Livin结合caspase-3~caspase-7和caspase-9,但不包括caspase-80。Caspase是介导细胞凋亡的一类重要蛋白。lAP主要通过抑制Caspase的活性,阻断其级联反应,从而抑制凋亡的进程。含有BIRl功能区的IAP蛋白通过抑制有丝分裂中期进入有丝分裂后期。含有BIR2功能区的IAP蛋白则具有与Caspase3和Caspase7结合并抑制其活性的作用,含有BIR3功能区的lAP蛋白直接与Caspase9结合并抑制其活性的作用。Livin通过抑制Caspase3、7、9的活性,阻碍多种途径诱导的细胞凋亡[10,11]。

2.2Livin激活TAKl/JNKl信号传导途径Livin还可以与TABl结合,激活TAKl[12]。TABl是TAKl的共反应子(coac-tivator),本身对于JNKl无激活作用,但可促进TAKl介导的JNKI激活作用,从而通过TABl/TAKl途径激活JNKl。这是Livin对抗TNF-a和ICE介导细胞凋亡作用的一条重要途径。另外,它还参与TNF介导的信号转导,与核转录因子kB(NF-kB)相互作用发挥抗细胞凋亡作用。

2.3细胞内SMAC对Livin活性的调控近年来研究发现[13],SMAC对Livin抗细胞凋亡起负性调节作用,SMAC及其活性肽片段通过与Livin的BIR结构域特异性结合,以抑制Livin与caspase的结合,从而起到抑制Livin的抗凋亡作用。当体内以促凋亡信号转导为主时,SMAC占据Livin发挥活性的BIR结构域,从而使体内细胞发生程序性凋亡[14]。反之,则Livin抗凋亡作用占主导。因此,通过对SMAC复合物的降解可促进Livin在抗细胞凋亡中的作用。

3Livin与恶性肿瘤的表达:

消化系统肿瘤:Yagihashi等对胃肠癌细胞系的LivinmR-NA进行了检测,结果显示胰腺癌细胞系AsPC-1和结肠癌细胞系HT-29高表达[15];泌尿系肿瘤:Gazzaniga等的研究发现膀胱癌,Livin-α在膀胱癌的复发早期时表达,提示Livin在浅表性膀胱癌的发展中起一定作用,并且可以作为肿瘤早期复发的标志[16];黑色素瘤:在黑色素瘤中被ML-IAP,Vucic等研究发现,Livin在黑色素瘤的2个细胞系高表达,而且它的表达与肿瘤的耐药和患者的生存期有关[17];乳腺癌:Yagihashi等对46例乳腺癌患者血清中的Livin研究提示:Livin也可以作为一个重要的乳腺癌治疗靶点[18]。

4Livin与妇科恶性肿瘤的关系

4.1Livin与宫颈癌Crnkovic-Mertens等宫颈癌Hela细胞中利用siRNA技术干扰其内源性Livin的表达时,发现内源性Livin的表达受到干扰后可有效地抑制Hela细胞生长[19]。并且发现宫颈癌Hela细胞对如肿瘤坏死因子-α、放射性物质等凋亡激活因素的敏感性明显增加,该研究提示Livin不仅参与恶性肿瘤的发生,而且在凋亡过程中发挥了重要的作用。施铮铮等研究表明,Livin在正常宫颈组织中几乎不表达,宫颈癌中表达上调,并随CIN级别和肿瘤临床分期的升高、肿瘤分化程度的降低、伴有淋巴结转移而上升[20];而与宫颈癌的病理类型、肿块生长类型无相关性。杨姗姗等研究显示,在宫颈癌中Livin的两种亚型α、β均同时表达,与其临床分期关系密切,表明Livin在宫颈癌癌变过程中起重要作用[21]。

4.2Livin与子宫颈上皮癌前病变最近有研究显示,Livin在子宫颈上皮瘤变组织中表达。毛丽梅等采用免疫组化法检测22例正常子宫颈鳞状上皮、75例CIN(包括CINⅠ23例、CINⅡ25例、CINⅢ27例),显示Livin蛋白在正常子宫颈鳞状上皮、CIN的阳性表达率分别0%、50.67%。CINⅠ、Ⅰ和Ⅲ组中Livin的阳性表达率分别为34.78%、52.00%和62.96%。且CINIII组中Livin蛋白的阳性表达率高于CINI组(P<0.05)[22]。施铮铮等应用免疫组化SP法对74例CIN及20例正常宫颈组织进行Livin的检测发现在CINⅠ~Ⅱ级、CINⅢ级中的阳性表达率分别为20.51%、42.86%,CINIII级组Livin的阳性表达率高于CINⅠ~Ⅱ级组。二者的实验结果都提示Livin在CIN中的阳性表达率有随CIN级别的升高而增高的趋势[20]。

4.3Livin与子宫内膜癌王光伟等道,良性子宫内膜组织中Livin少量表达,子宫内膜癌组织中Livin表达较高[23]。Livin在子宫内膜癌组织中的表达明显高于正常内膜组织,并且不同组织学分级中的表达具有明显的差异,但是与分期和淋巴结转移无明显关系,提示该蛋白可能与宫内膜癌的分化有关,可以作为反映子宫内膜癌生物学行为的指标,有望成为其肿瘤标志物。周继等采用免疫组织化学EliVision两步法检测Livin,发现Livin在子宫内膜癌中的表达显著高于子宫内膜不典型增生及良性子宫内膜病变,Livin表达与子宫内膜癌的分化程度有关(P<0.001),和细胞增殖指数(P=572,P<0.001)呈显著正相关。认为Livin与子宫内膜癌的分化、增殖呈显著正相关(P<0.001),故其可作为反映子宫内膜癌生物学行为的肿瘤标记物,为子宫内膜癌的基因治疗提供新靶点[24]。

4.4Livin与卵巢癌赵晓阳等应用逆转录一聚合酶链反应和免疫印迹法发现LivinαmRNA和LivinβmRNA在卵巢癌组织中的表达显著高于正常卵巢组织(P<0.01)。Livin的表达与卵巢癌的发生、发展有关,检测卵巢癌组织中Livin表达可能对判断卵巢癌预后有一定意义[25]。李百鸥等采用RT-PCR法在30例卵巢癌和10例良性卵巢肿瘤组织中检测LivinαmRNA和LivinβmRNA的表达。发现卵巢癌组织中Livin的阳性表达率为43.33%,良性卵巢肿瘤组织中Livinα和Livinβ均不表达,两组比较其差异性具有统计学意义(P<0.05)[26]。认为Livin的两种异构体α和β在卵巢癌组织中高表达,这可能会使其成为卵巢癌诊断和治疗的新靶点。

4.5妊娠滋养细胞肿瘤Ka等的报道了IAPS(HIAP-1、HIAP-2、XIAP、NAIP、Survivin和Livin)家族mRNA及蛋白在早晚期妊娠胎盘组织、细胞滋养层细胞及两种绒癌细胞系(JEG-3和JAR)中的表达~用RT-PCR技术证实了在所有样本中都能提取出IAP基因的mRNA,用免疫印迹法检测IAP蛋白在早期和晚期妊娠胎盘组织都有表达,其表达水平与正常滋养细胞及转化的滋养细胞系不一致[27]。此结果与IAPS蛋白在胎盘细胞存活方面起重要作用的假定相一致,表明特定的凋亡抑制因子可能保护正常和转化的妊娠滋养细胞逃避死亡而过度增生,从而引起滋养细胞的无限制增长及恶性变的发生。

5Livin与肿瘤治疗

传统肿瘤治疗方法是以早期手术为主,辅助以放射治疗、化学药物治疗、免疫疗法与热疗、中医中药治疗等。通过抑制Livin基因的表达,可使某些恶性肿瘤细胞对放疗、化疗敏感性大大增加。Crnkovie等通过干涉内生性Livin基因的表达,使Livin基因沉默而不表达蛋白。在使用阿霉素、紫外线照射以及TNF-α等凋亡促进剂治疗后,可使细胞凋亡率大大增加[28]。另外,Livin基因所表达的蛋白可诱导产生抗原抗体免疫反应,通过对此的研究可寻找出特异性杀死某些肿瘤细胞的方法。Mads等发现在黑色素瘤中,肿瘤细胞表达的Livin作为一种肿瘤抗原物质,在外周血中会产生特异性地识别Livin的抗体,可使自然杀伤细胞向肿瘤组织浸润,并对黑色素瘤细胞具有细胞毒作用[29]。Yan等研究显示:在Hela细胞株中或SK-MEL-28细胞株中,VEGF能够激活mTOR信号通路,使下游的Livin表达增加,研究者认为药物性的抑制此信号通路,不失为宫颈癌的新的治疗方法[30]。以上研究发现,通过对Livin进行基因诱导干预及免疫调节,对肿瘤细胞有破坏作用,从中可寻求一种新的治疗各类相关肿瘤的途径。

6小结与展望

细胞凋亡受阻不但在肿瘤的发生发展中起重要作用,而且也是临床上肿瘤治疗失败的重要原因,所以不断理解肿瘤细胞凋亡阻滞的调节机制,通过特异性干扰肿瘤细胞中抗凋亡因子的作用,有望成为肿瘤治疗新策略的建立提供基础。Livin是新近发现的细胞凋亡抑制因子,它在抑制细胞凋亡上具有多重功能,它与其他IAP家族成员同样是通过BIR结构域发挥抗凋亡作用,且抗凋亡作用过程中都与胱天蛋白酶之间有着不同程度的相互作用关系。但是它也不同于其他IAP家族成员,它的抗凋亡作用只需BIR结构域参与,而不需要RING结构域参与,而其他lAP家族成员的抗凋亡作用则需要两者结构域共同参与,这显示了Livin抗凋亡作用的特性。Livin在正常组织一般不表达或表达很低,但在一些肿瘤中却高表达,如黑色素瘤、乳腺癌、胃肠癌、肺癌、肝癌、宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、子宫内膜异位症等等,这与它在肿瘤细胞中高表达能抑制肿瘤细胞的凋亡有着密切关系。抑制IAP家族成员蛋白表达,诱导肿瘤细胞发生凋亡,是目前肿瘤凋亡治疗的一个较有希望的研究方向,可能为逆转肿瘤耐药以及作为手术、放疗和化疗的辅助治疗手段,在减少肿瘤转移和复发的方面有重要作用。通过对Livin在妇科肿瘤中的表达情况分析以及对Livin的基因诱导干预和免疫调节治疗的研究,有望进一步为妇科恶性肿瘤、各类癌前病变的早期诊断、预后提供一种理想的瘤标,为恶性肿瘤、各类癌前病变的治疗提供一个新的有效靶点。但是对于Livin的各项研究还处于试验阶段,还需要大量的动物及临床试验来证实Livin的医疗价值,相信对Livin的进一步研究能对妇科肿瘤治疗提供新的途径。对凋亡抑制因子Livin与肿瘤的相关性还有许多方面有待于进一步研究,如Livin抑制细胞凋亡的确切机理、Livin两个亚型之间的功能差异、与其它凋亡相关基因表达的关系及针对Livin基因采取的各种治疗措施等。特别是。目前对于Livin在妇科恶性肿瘤,子宫内膜异位症、子宫内膜异位症癌变中研究较少,随着研究的深人,将有助于阐明Livin基因在妇科肿瘤的发生、发展的作用机理,开发出针对Livin的相关抗体和疫苗,为妇科肿瘤的早期诊断、治疗及预后提供新的策略。

作者:刘星娅 王红静 单位:四川大学华西第二医院妇科

妇科恶性肿瘤的研究

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