STIM1在腫瘤中的研究進展＊

徐金眉，周 艷，李小安，劉衛華

成都醫學院第一附屬醫院 消化內科（成都 610500）

鈣離子作為細胞生命活動中重要的信號分子，通過鈣信號通路調控多種細胞功能，例如細胞分泌、神經激活、細胞凋亡、基因轉錄等［1］。幾乎所有類型的細胞都要靠調節胞內Ca2＋濃度來維持正常細胞活動。大量研究證實，腫瘤細胞中的Ca2＋濃度遠遠高于正常細胞，且細胞膜上鈣離子通道表達量增高，鈣離子依賴的蛋白激酶如蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）等在腫瘤細胞中活性也增高。腫瘤細胞中鈣離子濃度穩定影響著腫瘤細胞的增殖、遷移等生命活動［2］。

細胞內Ca2＋濃度調節主要依靠內質網中鈣離子的釋放和細胞外鈣離子的內流。當貯存在細胞內質網中的Ca2＋損耗后，細胞膜上的通道蛋白激活開放，使細胞外的Ca2＋流向細胞內，以維持細胞內穩定的鈣離子濃度。長期以來，存在著這樣一個謎團：鈣庫中Ca2＋濃度變化是如何影響細胞膜上的鈣離子通道的。2005年Roos等［3］使用RNAi掃描技術篩選果蠅S2細胞的170個基因，其中有一個基因編碼的蛋白能顯著影響細胞內Ca2＋的變化，這個蛋白就是基質相互作用蛋白分子1（stromal interaction molecule 1，STIM1）。STIM1位于細胞內質網膜上，感受內質網膜內鈣離子濃度，是激活細胞膜上鈣離子通道的“鑰匙”。STIM1廣泛存在于非興奮細胞中，包括腫瘤細胞，它感受腫瘤細胞內Ca2＋濃度變化，在調節腫瘤細胞生命活動方面發揮重要作用。

1 STIM1的結構

STIM1基因定位于人第11號染色體短臂第1區第5帶第5亞帶上（11p15.5），堿基長度約4 380bp，編碼一種重約77KD的單次跨膜蛋白。STIM1的N端在內質網膜內，包括一個EF－hand、TM跨膜結構域、一個SAM序列。EF－hand是一個帶負電荷的螺旋－環－螺旋模體，因此能結合鈣離子，感受流動的鈣離子濃度［4－5］。STIM1的C端定位于胞漿，包括CC1／CC2／CC3結構域，用于維持靜息狀態時STIM1的結構［3］。Orai1相互作用結構域－SOAR（STIM1orai activating region）或 者 叫 做CAD（CRAC activation domain）結構域，是通道CRAC的激活區域［6］。其他結構域還包括IDSTIM區、SHD 區、S／P（serine／proline－rich）區、Poly－K 尾巴。STIM1C端的200個氨基酸殘基定位在其通道蛋白Orai1附近，但不能激活Orai1。鈣離子流通過預測SOAR／CAD、SHD結構域分子變化來保持STIM1的活化或非活化狀態［5］。

基質相互作用蛋白分子2（stromal interaction molecule 2，STIM2）一種與STIM1結構同源的蛋白，目前對STIM2的作用研究尚不深入且分歧頗大。有研究［7］認為它與STIM1一樣有調節鈣離子通道的作用；但還有人認為它在鈣庫操縱鈣通道的調節中不起作用［8］，甚至對STIM1起拮抗作用［9－10］。

2 STIM1與SOCC通道

細胞膜上主要的鈣離子通道有：電壓門控鈣通道（voltage dependent calcium channel，VDCC），受體操縱鈣通道（receptor operated calcium channel，ROCC），鈣庫操縱鈣通道（store－operated Ca2＋channel，SOCC）或鈣釋放激活鈣通道（Ca2＋releaseactivated Ca2＋channels，CRAC）。VDCC是可興奮細胞胞外鈣離子進入細胞內的主要途徑。ROCC的開放受某些神經遞質，如谷氨酸、腎上腺素調節。它的配體受體結合，受體構型改變，使ROCC通道開放，Ca2＋進入細胞內。由細胞內內質網鈣池排空信號所激活和細胞膜表面SOCC開放所形成的鈣庫操縱性鈣內流（store－operated Ca2＋entry，SOCE）是非興奮細胞內調節Ca2＋穩態平衡的重要途徑［8］。SOCE也是腫瘤細胞調節Ca2＋水平的重要手段。

非興奮細胞內質網中充滿Ca2＋，EF－hand一端結合Ca2＋。細胞外信號分子激活細胞膜表面受體，活化PLC，使PIP2裂解為IP3和DAG。IP3與ER上的IP3受體相結合，激活內質網釋放鈣離子，內質網Ca2＋濃度降低，Ca2＋從 EF－hand脫離，位于內質網膜的STIM1被激活，STIM1活化后移動到細胞膜上Orai1通道蛋白一側，與此同時，質膜上的Orail1蛋白自發組裝成四聚體CRAC通道，有活性的STIM1二聚體激活CRAC通道，細胞外的Ca2＋進入細胞內。當內質網中再充滿Ca2＋，EF－hand重新結合Ca2＋，STIM1失活，CRAC通道關閉，Ca2＋內流停止（圖1）。

研究證明，抑制SOCC通道，破壞腫瘤細胞內鈣離子穩態，能提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。SOCE通過影響腫瘤細胞與細胞外基質相互作用，影響腫瘤的黏附、遷移和侵襲能力。早在40年前人們就發現了SOCE，但直到最近10年，人們才真正重視構成此通道的蛋白分子Orai1與STIM1。STIM1作為SOCE通道中感受鈣離子濃度最關鍵的分子，它與腫瘤的關系受到廣泛關注［12］。

3 STIM1與腫瘤

3.1 STIM1與腫瘤細胞的增殖與凋亡

圖1 STIM1及SOCE通道調節細胞內鈣離子濃度［11］

科學家們對STIM1與腫瘤細胞相互作用的研究最早可以追溯到1997年，在對G401棒狀腫瘤及橫紋肌肉瘤細胞株的研究中發現，STIM1不僅能抑制瘤細胞生長，而且能引起細胞死亡［13］。這隨即吸引了大量學者的目光，在接下來的十幾年里，人們逐漸將研究重心從STIM1在Ca2＋通道中的作用轉移到它與腫瘤細胞的相互關系上來。Wenjun等［14］使用SOCE通道抑制劑2－APB和SKF96365實驗發現，STIM1調控順鉑介導的非小細胞肺癌細胞凋亡；Sun等［15］在結腸癌細胞 HCT116中證明了，丁酸鈉能促進細胞內鈣池中的鈣快速釋放，使細胞處于預凋亡狀態，使用SOCE通道抑制劑和STIM1干擾后，這種丁酸鈉介導的結腸細胞凋亡減弱，而使用L型鈣離子通道抑制劑處理后，不影響細胞凋亡。Chen等［16］在STIM1與宮頸癌關系的研究中，通過下調和上調STIM1表達，檢測細胞增殖、凋亡以及細胞周期，發現抑制STIM1表達會抑制宮頸癌細胞增殖，使細胞周期阻滯在G1／S期或G2／M期。此時，檢測到周期相關蛋白p21水平上升，而Cdc25c水平下降，但另一些周期蛋白，如cyclinA、cyclinB1、cdk1卻沒有受到STIM1的影響。研究者收集宮頸癌與癌旁臨床標本，采用免疫印跡的方法檢測出STIM1在癌中的表達高于癌旁。有趣的是，在分析標本資料時，他們發現STIM1的表達水平隨腫瘤病灶增大而上升，而且STIM1在原發病灶的表達水平顯著高于盆腔轉移的淋巴結。在SCID小鼠的動物模型中STIM1也有促進腫瘤生長、促進血管生成和加深局部浸潤的作用。雖然，這些研究都證明STIM1和其通道蛋白有促進腫瘤細胞增殖的作用，但是Yang等［17］在其文章中稱STIM1和Orai1干擾乳腺癌細胞株 MDA－MB－231后并沒有對細胞的增殖產生影響。STIM1對腫瘤細胞增殖產生差異性結果可能是因為STIM1在不同的細胞或組織類型中差異性表達所致。差異性表達使STIM1在宮頸癌等組織中表達高于乳腺癌，使其產生不同的細胞效應；或是因為組織和細胞類型不同，表達后修飾亦有差別。表達后修飾使STIM1在細胞類型中活性不同，進而影響其生理學作用；在不同組織和細胞中STIM1影響細胞增殖信號通路有所差別。腫瘤細胞內影響增殖的信號通路很多，它們相互交叉，相互影響。在不同細胞類型中STIM1可能是通過不同信號通路來影響細胞增殖的。目前，STIM1對腫瘤細胞增殖影響的機制尚不明確。STIM1是否有促進腫瘤增殖作用及其作用機制是一個很值得研究的問題。

3.2 STIM1與腫瘤細胞的黏附、侵襲與轉移

腫瘤的浸潤和轉移是用于區分良惡性腫瘤的重要指標，直接影響臨床治療的效果和預后判斷。臨床上，腫瘤轉移是治療失敗、患者死亡的主要原因。如何抑制腫瘤的浸潤轉移是腫瘤治療研究的重點。在腫瘤細胞的遷移過程中，細胞的張力、形態與黏附性受細胞內鈣離子濃度變化的影響，所以大量研究集中在STIM1對腫瘤細胞黏附、轉移和侵蝕能力的影響上。

Yang等［18－19］用相同的方法分別在乳腺癌細胞系和肝細胞癌中證明了STIM1及其通道Orai1能減弱細胞間黏附，促進腫瘤細胞的侵襲和遷移。Chen等［19］在乳腺癌動物模型中證實，使用SOCE通道特異性阻滯劑SKF96365或STIM1shRNA干擾都能使腫瘤遷移能力減弱。Yang等［18］認為細胞遷移是一個需要從周圍的細胞外基質分離再黏附的過程。他們使用細胞外基質（extracellular matrix，ECM）細胞黏附實驗觀察STIM1對肝癌細胞系HCC－LM3黏附力的影響。他們使用明膠、纖連蛋白和多聚賴氨酸包被培養板底，觀察肝癌細胞黏附能力。對比發現STIM1基因干擾后，在涂有明膠和纖連蛋白的孔里細胞黏附能力增強，而在多聚賴氨酸包被的孔里黏附能力卻沒有受到影響。究其原因是纖連蛋白是一種高分子量的細胞外基質糖蛋白，通過結合整聯蛋白和激動骨架蛋白，對細胞黏附、生長、遷移、分化產生重要作用；明膠是膠原的水解產物，它常用來涂于細胞培養板底，以改善細胞附著力；而多聚賴氨酸是靠物理作用吸附于孔底，利用帶正電荷的親水表面吸附細胞。纖連蛋白與明膠都是ECM成分，而多聚賴氨酸不是。這些都直接證明STIM1影響腫瘤的遷移可能是通過影響細胞從細胞外基質脫離實現的。

黏著斑是一種細胞的肌動蛋白細胞骨架與細胞外基質的連接方式［20］。Yang等［17－18］采用細胞免疫熒光方法，染色黏著斑的主要組成部分鈕蛋白，觀察鈕蛋白變化情況。在對照組中鈕蛋白呈點狀網格狀，干擾組或通道抑制組中鈕蛋白體積變大，并環繞在細胞周圍。轉入GFP標記的樁蛋白載體動態觀察結果發現，STIM1影響黏著斑組裝和拆卸從而影響腫瘤細胞遷移。

表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）已被證實有促進腫瘤侵襲轉移的作用。研究者為探究STIM1是否與EGF的促進腫瘤遷移能力有關，Chen等［16］下調STIM1的表達水平，transwell實驗發現宮頸癌細胞遷移能力下降了40%～50%，剩下的細胞遷移能力對EGF刺激的敏感性也有所下降。相反，STIM1過表達能增強宮頸癌細胞的遷移與侵襲能力。EGF能提高鈣蛋白酶活性，STIM1干擾后，EGF介導的鈣蛋白酶激活能力卻下降了70%～80%。這些都證明EGF的促進腫瘤遷移能力可能與STIM1有關。

Zhuang等［21］在研究中發現STIM1的富集受其 mRNA 的3′端非編碼區（3＇－untranslated region，3＇－UTR）影響［22－24］。miR－195 影 響 3＇－UTR，使STIM1mRNA很不穩定，然而HuR卻使STIM1mRNA趨于穩定。有趣的是，異位miR－195過表達增強了STIM1mRNA與ardonaute蛋白復合物的相互作用，增強了STIM1mRNA與p－bodies的共區域化，使其RNA更易降解。HuR作用卻恰好相反。隨后，Ran通過觀察受傷后皮膚裸露面積的實驗發現，miR－195過表達抑制了STIM1的表達，從而抑制了皮膚細胞的遷移，進而影響皮膚愈合。

3.3 STIM1與腫瘤血管內皮細胞

腫瘤之所以可以迅速生長并出現轉移取決于腫瘤新生血管的形成。在原發腫瘤的誘發下，促進血管生成因素與抑制血管生成因素間的平衡被打破，新生血管持續生長，大量異常血管生成。與正常的血管相比，腫瘤血管內皮不完整、與周細胞相互作用減弱，導致血管屏障功能受損，通透性改變。腫瘤血管呈螺旋形生長，生長迅速且形態異常，使其血供更為豐富。這些特點都有利于腫瘤的生長和遠處轉移。所以，抗血管生成可以有效抑制腫瘤生長和遠處轉移。

STIM1在調節各種肌細胞功能和心血管疾病的發生中發揮作用［25－26］。在大鼠頸動脈球囊拉傷模型中研究發現：新生血管內膜中的STIM1和Orail表達增多；沉默STIM1或抑制通道的激活，可以減少血管平滑肌細胞的增殖和新生血管內膜的形成。因此，研究者們猜測STIM1與血管內皮細胞和血管生成有關。大量研究結果證實，不同的內皮細胞如人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）和肺動脈內皮細胞（HPAEC）上均有STIM1和 Orai1的表達。Lodola等［27］從腎母細胞癌患者外周血中分離的內皮祖細胞（RCC－EPCs）與正常的EPC對比研究發現，SOCE有重塑和調控血管生成的作用。Shinde等［28］進一步研究發現，STIM1能耦合凝血酶受體，激活肌球蛋白輕鏈磷酸化，促進肌動蛋白纖維形成，使細胞間的黏附降低。由此說明STIM1分子有控制內皮屏障功能的能力。Chen等［19］建立人宮頸癌SiHa細胞移植瘤SCID小鼠模型，15d后，對照組小鼠腹腔新生血管數量明顯多于SOCE通道抑制組和STIM1干擾組。Yang等［29］用毒胡蘿卜素耗竭內皮細胞內鈣離子，用凝血酶或VEGF激活SOCE通道，證明了SOCE對內皮細胞的增殖有重要作用。Abdullaev等［30］研究發現敲除STIM1基因可使內皮細胞增殖停滯在細胞周期生物S期或G2／M期，從而抑制內皮細胞增殖。

我們大膽猜測，STIM1促腫瘤侵襲轉移的作用不僅與其改變腫瘤細胞的黏附有關，也可能與其影響腫瘤血管內皮細胞有關。STIM1介導的腫瘤轉移與腫瘤血管內皮的關系如何，STIM1通過何種方式影響血管內皮增殖，是調節血管內皮成熟過程還是通過影響細胞因子變化間接調控血管內皮增殖，這些都是值得深究和解決的問題。

4 展望

雖然，STIM1對腫瘤細胞增殖作用和機制尚不清楚，但較明確的是其促腫瘤的轉移侵襲和促進血管內皮增殖的作用。深入研究STIM1與腫瘤細胞相互作用及機制，有可能為腫瘤靶向治療提供新的靶點。

［1］Berridge MJ，Bootman MD，Roderick HL.Calcium signalling：Dynamics，homeostasis and remodeling［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2003，4（7）：517－529.

［2］Zheng L，Stathopulos PB，Li GY，etal.Biophysical characterization of the EF－hand and SAM domain containing Ca2＋sensory region of STIM1and STIM2 ［J］.Biochem Biophys Res Commun，2008，369（1）：240－246.

［3］Roos J，DiGregorio PJ，Yeromin AV，etal.STIM1，an essential and conserved component of store－operated calcium channel function［J］.J Cell Biol，2005，169（3）：435－445.

［4］Stathopulos PB，Zheng L，Li GY，etal.Structural and mechanistic insights into STIM1－mediated initiation of storeoperated calcium entry［J］.Cell，2008，135（1）：110－122.

［5］Martin M，Rainer S，Marc F，etal.Ca2＋release－activated Ca2＋（CRAC）current，structure，and function，Cellular and Molecular Life Sciences［J］.Cell Mol Life Sci，2012，69（24）：4163－4176.

［6］Covington ED，Wu MM，Lewis RS.Essential role for the CRAC activation domain in store－dependent oligomerization of STIM1［J］.Mol Biol Cell，2010，21（11）：1897－1907.

［7］Muik M，Fahrner M，Derler I，etal.A cytosolic homomerization and a modulatory domain within STIM1C－terminus determine coupling to ORAI1channels ［J］.J Biol Chem，2009，284（13）：8421－8426.

［8］Oh－Hora M，Yamashita M，Hogan PG，etal.Dual functions for the endoplasmic reticulum calcium sensors STIM1and STIM2in T cell activation and tolerance［J］.Nat Immunol，2008，9（4）：432－443.

［9］Lu W，Wang J，Peng G，etal.Knockdown of stromal interaction molecule 1attenuates store－operated Ca2＋entry and Ca2＋responses to acute hypoxia in pulmonary arterial smooth muscle［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2009，297（1）：17－25.

［10］Soboloff J，Spassova MA，Hewavitharana T，etal.STIM2is an inhibitor of STIM1－mediated store－operated Ca2＋Entry［J］.Curr Biol，2006，16（14）：1465－1470.

［11］Jonathan S，Brad SR，Muniswamy M，etal.STIM proteins：dynamic calcium signal transducers［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2012，13（9）：549－565.

［12］Hewavitharana T，Deng X，Soboloff J，etal.Role of STIM and Orai proteins in the store－operated calcium signaling pathway［J］.Cell Calcium，2007，42（2）：173－182.

［13］Sabbioni S，Barbanti－Brodano G，Croce CM，etal.GOK：a gene at 11p15involved in rhabdomyosarcoma and rhabdoid tumor development ［J］.Cancer Res，1997，57（20）：4493－4497.

［14］Wenjun L，Minhong Z，Lei X，etal.The apoptosis of non－small cell lung cancer induced by cisplatin through modulation of STIM1 ［J］.Exp Toxicol Pathol，2013，65（7－8）：1073－1081.

［15］Sun S，Li W，Zhang H，etal.Requirement for store－operated calcium entry in sodium butyrate－induced apoptosis in human colon cancer cells［J］.Biosci Rep，2012，32（1）：83－90.

［16］Chen YF，Chiu WT，Chen YT，etal.Calcium store sensor stromal－interaction molecule 1－dependent signaling plays an important role in cervical cancer growth，migration，and angiogenesis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2011，108（37）：15225－15230.

［17］Yang S，Zhang JJ，Huang XY.Orai1and STIM1Are Critical for Breast Tumor Cell Migration and Metastasis［J］.Cancer Cell，2009，15（2）：124－134.

［18］Yang N，Tang Y，Wang F，etal.Blockade of store－operated Ca2＋entry inhibits hepatocarcinoma cell migration and invasion by regulating focal adhesion turnover ［J］.Cancer Lett，2013，330（2）：163－169.

［19］Chen JP，Luan Y，You CX，etal.TRPM7regulates the migration of human nasopharyngeal carcinoma cell by mediating Ca（2＋）influx［J］.Cell Calcium，2010，47（5）：425－432.

［20］Guo W，Giancotti FG.Integrin signalling during tumour progression ［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2004，5（10）：816－826.

［21］Zhuang R，Rao JN，Zou T，etal.miR－195competes with HuR to modulate stim1mRNA stability and regulate cell migration［J］.Nucleic Acids Res，2013，41（16）：7905－7919.

［22］Eulalio A，Huntzinger E，Izaurralde E.Getting to the root of miRNA－mediated gene silencing［J］.Cell，2008，132（1）：9－14.

［23］Baltimore D，Boldin MP，O＇Connell RM，etal.MicroRNAs：new regulators of immune cell development and function［J］.Nat Immunol，2008，9（8）：839－845.

［24］Leung AK，Sharp PA.MicroRNA functions in stress response［J］.Mol Cell，2010，40（2）：205－215.

［25］Lee KJ，Woo JS，Hwang JH，etal.STIM1negatively regulates Ca2＋release from the sarcoplasmic reticulum in skeletal myotubes［J］.Biochem J，2013，453（2）：187－200.

［26］Fodor J，Matta C，Oláh T，etal.Store－operated calcium entry and calcium influx via voltage－operated calcium channels regulate intracellular calcium oscillations in chondrogenic cells［J］.Cell Calcium，2013，54（1）：1－16.

［27］Lodola F，Laforenza U，Bonetti E，etal.Store－Operated Ca2＋Entry Is Remodelled and Controls In Vitro Angiogenesis in Endothelial Progenitor Cells Isolated from Tumoral Patients［J］.PLoS One，2012，7（9）：42541.

［28］Shinde AV，Motiani RK，Zhang X，etal.STIM1controls endothelial barrier function independently of Orai1and Ca2＋entry［J］.Sci Signal，2013，6（267）：18.

［29］Yang IH，Tsai YT，Chiu SJ.Involvement of STIM1and Orai1 in EGF－mediated cell growth in retinal pigment epithelial cells［J］.J Biomed Sci，2013，20：41.

［30］Abdullaev IF，Bisaillon JM，Potier M，etal.Stim1and Orai1 mediate CRAC currents and store－operated calcium entry important for endothelial cell proliferation ［J］.Circ Res，2008，103（11）：1289－1299.