Twist基因與乳腺癌關(guān)系的研究進(jìn)展

伏鎧文，肖秀麗

(瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科，四川 瀘州 646000)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重危害婦女健康，近年來其發(fā)病率呈逐年上升的趨勢，在我國的部分地區(qū)已上升至女性惡性腫瘤發(fā)病率之首位[1]，并出現(xiàn)發(fā)病年齡年輕化的傾向，給乳腺癌的防治提出了挑戰(zhàn)。近期的研究發(fā)現(xiàn)Twist基因在胚胎發(fā)育、誘導(dǎo)細(xì)胞移動及組織塑形中起重要作用，Twist基因異常表達(dá)與乳腺癌的發(fā)生、侵襲轉(zhuǎn)移、血管生成及細(xì)胞耐藥關(guān)系密切。本文就Twist基因與乳腺癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系情況作一綜述。

1 Twist的結(jié)構(gòu)和功能

不同的物種之間，Twist的DNA序列和其蛋白產(chǎn)物的氨基酸序列均呈高度保守特性，而且具有高度的同源性，其中小鼠源Twist和人源Twist氨基酸序列具有96%的相似性[2]。人類Twist基因位于染色體7p21．2，包含2個外顯子和1個內(nèi)含子，第1個外顯子長為772 bp，內(nèi)含子長為536 bp，mRNA全長1 669 bp，編碼202個氨基酸組成的Twist蛋白[3]。Twist蛋白分子量約為21kDa，等電點(diǎn)為9.6，氨基末端具有極性親水性，羧基末端無極性相對疏水性[4]。Twist基因是具有編碼堿性的具有螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)域(basic-Helix-loop-Helix，bHLH)的轉(zhuǎn)錄因子，屬于bHLH蛋白家族成員[3]。Twist基因在動物胚胎發(fā)育及分化過程中起關(guān)鍵調(diào)控作用，能夠誘導(dǎo)細(xì)胞移動及組織塑形，高表達(dá)于胚胎期中胚層細(xì)胞[5]。

2 Twist與腫瘤相關(guān)因子的關(guān)系

目前的研究發(fā)現(xiàn)，Twist在多種腫瘤中表達(dá)上調(diào)，Twist通過調(diào)控腫瘤相關(guān)因子的表達(dá)，從而影響腫瘤細(xì)胞的凋亡、抑制分化，誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，參與腫瘤的血管生成及腫瘤的耐藥，在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。

2.1 Twist與P53

p53基因是至今為止發(fā)現(xiàn)的與人類腫瘤相關(guān)性最高的抑癌基因[6]，具有調(diào)控細(xì)胞周期、維持基因組穩(wěn)定、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤血管生成等生物學(xué)作用。Twist作為轉(zhuǎn)錄因子可通過p53依賴或非依賴信號通道參與細(xì)胞周期及凋亡的調(diào)控，Twist的異常表達(dá)可以通過阻斷P53腫瘤抑制通道，導(dǎo)致p53介導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯，同時Twist的異常表達(dá)也抑制了P53的促進(jìn)凋亡作用，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的形成[7]。以往的研究證實p53發(fā)生突變后，發(fā)生癌變的概率將顯著提升，在人類約75%的癌中均發(fā)現(xiàn)突變p53蛋白[8]。近年來對乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn)Twist基因與P53基因啟動子上的HOXA5相互結(jié)合，共同調(diào)節(jié)P53上游調(diào)控因子讀碼框蛋白(alternative reading frame，ARF)的表達(dá)，阻止p53翻譯后的修飾，導(dǎo)致P53的失活，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞形成[9-10]。

2.2 Twist與VEGF

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)被認(rèn)為是最重要的血管生成因子之一，它能夠促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長和增殖。腫瘤血管生成在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)中具有重要作用，惡性腫瘤細(xì)胞的持續(xù)生長必須依賴于新生血管的形成，才能提供足夠的營養(yǎng)和氧，帶走代謝產(chǎn)物；VEGF在大多數(shù)惡性腫瘤均表達(dá)增加，并誘導(dǎo)腫瘤新生血管生成，改變新生血管通透性，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液，轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處組織[11]。Mironchik等[12]研究發(fā)現(xiàn)，用Twist轉(zhuǎn)染乳腺癌MCF-7細(xì)胞系后VEGF的合成增加，接種Twist表達(dá)陽性的MCF-7細(xì)胞系到嚴(yán)重免疫缺陷小鼠體內(nèi)，構(gòu)建移植瘤模型，通過功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，F(xiàn)MRI)分析，發(fā)現(xiàn)腫瘤的血管容量增加且血管通透性增高，血管生成加快，腫瘤增大明顯。Gerecht-Nir等[13]通過對人胚胎發(fā)育血管形成相關(guān)基因之一的VEGF表達(dá)的研究，也發(fā)現(xiàn)有Twist基因的表達(dá)上調(diào)。這些研究結(jié)果表明了Twist的異常表達(dá)可以促進(jìn)VEGF的合成，與惡性腫瘤的生長轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

2.3 Twist與E-cadherin和N-cadherin及EMT

眾多研究表明EMT是腫瘤進(jìn)展的重要步驟[14]，EMT的主要細(xì)胞學(xué)改變表現(xiàn)為上皮細(xì)胞失去極性及細(xì)胞間的粘附性、細(xì)胞骨架發(fā)生改變、細(xì)胞移動能力增加等，這些過程與上皮黏附素(E-cadherin)向神經(jīng)黏附素(N-cadherin)轉(zhuǎn)換密切相關(guān)[15]。 E-cadherin表達(dá)下調(diào)被認(rèn)為是EMT的標(biāo)志事件，而N-cadherin上調(diào)是細(xì)胞獲得運(yùn)動遷徙能力的顯著標(biāo)志。Twist基因作為轉(zhuǎn)錄因子通過對 E-cadherin和 N-cadherin表達(dá)的調(diào)節(jié)誘導(dǎo)了MET的發(fā)生[16]。而在乳腺患者癌中，Twist過量表達(dá)與其靶基因E-cadherin下調(diào)及N-cadherin上調(diào)顯著相關(guān)，Twist能抑制E-cadherin的啟動、促進(jìn)EMT在腫瘤發(fā)病機(jī)制中扮演重要的角色[17]。Hennessy等[18]將人永生化乳腺上皮細(xì)胞(HMLE)經(jīng)EMT誘導(dǎo)，獲得的間質(zhì)腫瘤細(xì)胞具有干細(xì)胞特征，Twist在內(nèi)的各種EMT的誘導(dǎo)因素使乳腺癌干細(xì)胞表現(xiàn)出自我更新能力和多向分化能力，具有明顯的進(jìn)展期的乳腺癌細(xì)胞的特性，揭示了Twist及EMT有利于惡性腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)病灶，發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，促進(jìn)繼發(fā)性腫瘤的產(chǎn)生。Vesuna等[19]培養(yǎng)能穩(wěn)定過量表達(dá)Twist的人乳腺癌細(xì)胞系(MCF-7/Twist)，發(fā)現(xiàn)Twist的過量表達(dá)誘導(dǎo)了EMT，而且有部分染色體發(fā)生異常和畸變，這也可能是腫瘤惡性程度增加，侵襲力增強(qiáng)的原因之一。

3 Twist與乳腺癌的關(guān)系

Yang等[20]通過對小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞系體內(nèi)和體外的系列實驗研究，分析比較基因表達(dá)圖譜發(fā)現(xiàn)：①Twist的異常表達(dá)與乳腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)；②利用RNA干擾技術(shù)抑制乳腺癌細(xì)胞中Twist的表達(dá)，結(jié)果顯示乳腺癌肺轉(zhuǎn)移的數(shù)量與速率顯著下降；③Twist結(jié)合到E-cadherin啟動子區(qū)的E-box序列抑制其轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致E-cadherin介導(dǎo)的細(xì)胞間的粘附作用降低，同時誘導(dǎo)產(chǎn)生多種間充質(zhì)標(biāo)志物和增強(qiáng)了癌細(xì)胞的侵襲能力。根據(jù)這些研究結(jié)果和已知的Twist在胚胎期的調(diào)控作用，可以推測Twist能夠通過EMT促進(jìn)乳腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移。

近年來發(fā)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子3 (signal transducer and activator of transcription3，STAT3)也參與了乳腺癌的進(jìn)展。Ling等[21]利用RNA干擾技術(shù)沉默STAT3的表達(dá)，觀察小鼠體內(nèi)乳腺腫瘤的生長狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在敲除STAT3的細(xì)胞中Twist不表達(dá)，乳腺癌細(xì)胞的增殖率保持不變，而侵襲能力顯著降低。該研究表明STAT3可以通過誘導(dǎo)Twist的表達(dá)，促進(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移。另一項針對乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn)Twist基因啟動子存在STAT3的結(jié)合位點(diǎn)，STAT3可以通過該結(jié)合位點(diǎn)調(diào)控Twist的轉(zhuǎn)錄，STAT3的活化增加了Twist的表達(dá)，而抑制STAT3的活性則Twist的表達(dá)將顯著降低，將導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞的遷徙、侵襲和集落形成能力的減弱[22]。Cheng等[23]發(fā)現(xiàn)Twist可以誘導(dǎo)產(chǎn)生蛋白激酶Bβ(protein kinases，PKBβ，又稱AKT2)，增加了細(xì)胞的致癌性，指出STAT3、Twist和AKT2形成一個功能信號軸參與乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。以上研究表明STAT3 和Twist的表達(dá)水平之間存在強(qiáng)相關(guān)性，活化STAT3可以誘導(dǎo)Twist的表達(dá)，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長、浸潤和轉(zhuǎn)移。

一些微小RNA可能參與了乳腺腫瘤的轉(zhuǎn)移，Ma等[24]研究發(fā)現(xiàn)microRNA-10b(miR-10b)在轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)并調(diào)節(jié)其遷移和侵襲。Twist轉(zhuǎn)錄因子通過直接結(jié)合到miR-10b增強(qiáng)子來啟動miR-10b的表達(dá)，而miR-10b又能抑制編碼homeobox D10的翻譯，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移基因—RhoC的表達(dá)增加。同時也發(fā)現(xiàn)，在原發(fā)性乳腺癌中miR-10b 的表達(dá)水平與臨床進(jìn)展關(guān)系密切。基于上述研究結(jié)果，可以推測Twist通過調(diào)控miR-10b的轉(zhuǎn)錄間接增加了RhoC的表達(dá)，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

Eckert等[25]證明了血小板衍生生長因子受體α(platelet derived growth factor receptor-α，PDGFRα)是Twist的直接靶基因，Twist通過誘導(dǎo)PDGFRα的生成激活Src激酶，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞侵襲性偽足的形成，這種偽足能降解細(xì)胞外基質(zhì)，是導(dǎo)致惡性腫瘤侵襲性生長的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，因此Twist間接誘發(fā)侵襲性偽足的形成被認(rèn)為是乳腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移的一種新的機(jī)制。

4 Twist與乳腺癌的診斷及治療

長期以來，組織病理學(xué)診斷是腫瘤診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”和臨床治療的基礎(chǔ)。近年來的許多文獻(xiàn)報道提示在不同的腫瘤類型和分期中，Twist的表達(dá)具有顯著的差異性，例如何春年等[26]研究發(fā)現(xiàn)，Twist基因在甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)中的陽性表達(dá)率為100%，其靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度分別為100%，94.0%和78.0%，遠(yuǎn)高于對照組的濾泡狀腺瘤(follicular adenomas，F(xiàn)A)和良性乳頭病變(benign papillary lesions，BPL)，因此認(rèn)為Twist可用于輔助診斷PTC，并可應(yīng)用在對FA或BPL的鑒別診斷。Liu 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織與正常胃組織中的Twist陽性表達(dá)率分別為93.9%和2.9%。Twist在鼻咽癌和鼻咽部黏膜組織的表達(dá)率也具有差異性[28]。這些學(xué)者的研究為我們提供了腫瘤診斷和鑒別診斷新的思路，即是否可以利用Twist在良惡性病變中的表達(dá)差異性，將其作為一種新的診斷和鑒別診斷的分子標(biāo)志物，是否可以應(yīng)用到乳腺癌診斷以及不同亞型乳腺癌之間的鑒別診斷？肖雄升等[29]做了相應(yīng)的嘗試，研究了三種惡性程度不同乳腺癌細(xì)胞中Twist基因和及其蛋白的表達(dá)情況，結(jié)果顯示隨著轉(zhuǎn)移程度的增高Twist的表達(dá)也明顯增高，由此提示可以通過檢測乳腺腫瘤組織中的Twist基因及其蛋白表達(dá)水平初步判斷乳腺癌細(xì)胞的惡性程度及轉(zhuǎn)移潛能，為臨床評判乳腺癌的轉(zhuǎn)移、分期和選擇綜合治療方案提供佐證。

化療是治療乳腺癌的重要策略，可以減少腫瘤的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，有效提高乳腺癌患者總生存率和無病生存率，但與之伴隨的腫瘤多藥耐藥性(multi drug resistance，MDR)的不斷出現(xiàn)，從很大程度上影響了腫瘤的藥物治療，是導(dǎo)致乳腺癌患者化療失敗的主要原因之一。近年來的研究表明，Twist 在促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的過程中，不僅能夠抑制凋亡和通過EMT促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，還能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對化療藥物產(chǎn)生耐藥現(xiàn)象[30]。Vesuna等[19]通過對人類多種乳腺癌細(xì)胞株的研究發(fā)現(xiàn)，在不同癌細(xì)胞株中Twist表達(dá)水平均不相同，且Twist表達(dá)水平高的乳腺癌細(xì)胞株較Twist表達(dá)低水平的乳腺癌細(xì)胞株對紫杉醇的耐藥性強(qiáng)，在腫瘤細(xì)胞耐藥相關(guān)基因激活導(dǎo)致發(fā)生耐藥的同時，伴隨著轉(zhuǎn)移相關(guān)信號通路的激活，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達(dá)增高，促進(jìn)了轉(zhuǎn)移的發(fā)生。另外，癌細(xì)胞的侵襲能力與多藥耐藥性之間存在著相關(guān)性，但具體機(jī)制尚不明確。Cheng等[31]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞中Twist上調(diào)Akt2的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡，癌細(xì)胞的移動侵襲能力和對紫杉醇的耐藥性將會增加，進(jìn)一步通過RNA干擾技術(shù)證實AKT2是Twist下游的功能性調(diào)節(jié)介質(zhì)，Twist-AKT2信號不僅可以增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵襲能力，而且對抗癌藥物產(chǎn)生耐藥性也發(fā)揮重要作用。李軍林等[32]對乳腺癌MCF-7/Twist穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞株的多藥耐藥性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定表達(dá)Twist的細(xì)胞株對阿奇霉素、紫杉醇、長春新堿和羥喜樹堿具有明顯的耐藥性，耐藥相關(guān)分子P糖蛋白(P-glycoprotein，PGP)和乳腺癌耐藥蛋白(breast cancer resistance protein，BCRP)轉(zhuǎn)錄和表達(dá)明顯上調(diào)。以上研究表明Twist的表達(dá)增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的多藥耐藥性，可能通過調(diào)控PGP和BCRP的表達(dá)，影響抗癌藥物的攝取和外排。

越來越多的研究表明腫瘤治療后復(fù)發(fā)的根源在于腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells，CSCs)的存在，CSCs具有自我更新、分裂增殖能力、DNA修復(fù)活性和耐藥等特性，而其耐藥性使CSCs能抵抗化療藥物的作用，因此，CSCs被認(rèn)為是造成腫瘤耐藥的最根本原因[33]。Li等[34]通過對乳腺癌MCF-7和宮頸癌Hela細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，Twist的表達(dá)上調(diào)可誘導(dǎo)與EMT相關(guān)的細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化，導(dǎo)致癌細(xì)胞出現(xiàn)干細(xì)胞樣特征，如腫瘤球的形成以及表達(dá)CD44和ALDH等干細(xì)胞標(biāo)志物，并且推測Twist誘發(fā)EMT后，癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性是由于癌細(xì)胞具有了干細(xì)胞樣特性。Banerjee等[35]研究發(fā)現(xiàn)ARTN可以維持細(xì)胞的干細(xì)胞樣特性，促進(jìn)了乳腺癌細(xì)胞的化療藥物耐藥性和放療輻射抵抗性，Twist通過調(diào)節(jié)ARTN蛋白的表達(dá)，對維持癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性及其耐藥性發(fā)揮重要作用。

5 結(jié)語

綜上所述，Twist的異常表達(dá)，與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展、浸潤、轉(zhuǎn)移以及腫瘤的耐藥性關(guān)系密切，可以幫助臨床醫(yī)生對乳腺癌的早期診斷、治療、預(yù)后及有無復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移做出更準(zhǔn)確的判斷。但是我們對Twist的生物學(xué)特性和在乳腺癌發(fā)生發(fā)展過程中的機(jī)制仍未完全明確，有待進(jìn)一步研究。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，以Twist為重要診斷分子標(biāo)志物和基因靶點(diǎn)的治療將可能成為乳腺癌治療的又一重要研究方向。因此，對Twist功能的進(jìn)一步研究可能為乳腺癌及其他惡性腫瘤的治療翻開新的篇章。

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