Omi/HtrA2及其在惡性腫瘤中的研究進展

耿樂樂　陳彥平

Omi/HtrA2及其在惡性腫瘤中的研究進展

耿樂樂陳彥平

【關鍵詞】細胞凋亡; Omi/HtrA2;腫瘤

【中圖分類號】R 730.53

【文獻標識碼】A

【文章編號】1002－7386(2015)16－2507－04

doi:10.3969/j.issn.1002－7386.2015.16.037

收稿日期:(2015－03－20)

作者單位: 050051河北省石家莊市，石家莊和協口腔醫院頜面外科(耿樂樂);河北醫科大學第四醫院口腔科(陳彥平)

在腫瘤組織中，通常存在著壞死性細胞死亡和細胞凋亡兩種死亡形式，而就目前研究認為腫瘤細胞的增殖率與死亡速率決定腫瘤的生長速率，因此，有效地調控細胞凋亡的速率以期達到治療腫瘤的目的成為了腫瘤治療研究的重要方向。2001年人們發現了一種存在于線粒體膜間隙的促凋亡蛋白———Omi/HtrA2，并開始對這一凋亡分子的進行研究擴展，發現其對多種腫瘤細胞可顯示促凋亡效應以及預測腫瘤預后的作用。

1　細胞凋亡蛋白Omi/HtrA2

HtrA(High temperature requirement A，HtrA)是存在于細菌體內的一種絲氨酸蛋白酶，其作用主要在于使折疊錯誤的蛋白質分子重新折疊或發生降解［1，2］。在2000年，由Faccio等自哺乳動物體內發現一種與HtrA同源的絲氨酸蛋白酶，將其命名為Omi;同年，Savopaulose等又通過桿狀病毒表達質粒對Omi進行純化分析，命名為HtrA2。Omi/HtrA2是由458個氨基酸殘基組成，相對分子質量為51 kD，編碼基因位于染色體2q13(或2p12)，可轉錄生成2.1 kb和4.5 kb兩種不同的mRNA，但以前者為主。它高度同源于細菌HtrA，在多種細胞和組織中都有表達［1－3］。

1.1 Omi/HtrA2的作用在正常情況下，位于線粒體膜間隙的Omi/HtrA2在凋亡誘導因子的作用下以Bid依賴的方式被釋放至細胞液，通過caspase途徑與非caspase依賴途徑兩種方式引起細胞凋亡。線粒體外的Omi/HtrA2具有蛋白酶活性，可以水解Bax抑制蛋白，從而調節Bax轉移至線粒體，增加線粒體膜通透性，誘導Cytc的釋放，進而引起細胞凋亡的正反饋［4］。同時在線粒體內，Omi/HtrA2能夠維持線粒體內環境的穩定，通過其絲氨酸蛋白酶作用清除線粒體的淀粉樣前蛋白，阻止線粒體因淀粉樣前蛋白積聚而引起的功能障礙［5］。缺乏Omi/HtrA2的細胞，其線粒體形態將發生不正常改變，線粒體膜電位較正常線粒體下降。因此，Omi/HtrA2的作用是雙重的，即在線粒體外誘導細胞凋亡，在線粒體內對細胞有一定的保護作用。1.2 Omi/HtrA2引起細胞凋亡的途徑

1.2.1 Omi/HtrA2依賴caspase凋亡途徑:在凋亡誘導因子的作用下，線粒體膜通透性增加時，成熟的Omi/HtrA2可以經線粒體膜間隙進入胞液，其分子中reaper結構域和凋亡抑制蛋白(IAP)中BIR3結構域相互作用，使IAP被特異性地催化分裂及滅活，解除了IAP對caspase的抑制，從而啟動caspase依賴的細胞凋亡。

1.2.2 Omi/HtrA2非依賴caspase凋亡途徑:一方面，Omi/HtrA2還可以完全依賴它的蛋白酶活性參與非依賴caspase的凋亡;此外，Omi/HtrA2也可以通過與HAX-1(HIS-associated protein X-1)相互作用參與細胞凋亡。HAX-1是一類位于線粒體的抗凋亡蛋白，具有維持線粒體膜電位和抗凋亡的作用。在細胞受各種致凋亡刺激之后，Omi/HtrA2通過與HAX-1相互作用，使HAX-1降解，從而增加了細胞對凋亡刺激的敏感性，誘導細胞凋亡的發生。

2　Omi/Htra2　與腫瘤

細胞凋亡參與了腫瘤的起始過程，并對腫瘤的發生起負調控作用。一方面，在腫瘤細胞增殖過程中產生了一些近似正常表型的細胞，需啟動程序化機制以清除快速增殖的細胞，維持腫瘤細胞群的高增值率。另一方面，研究發現癌前病灶中的細胞凋亡率高出周圍正常組織約8倍，表明因為轉化后細胞分裂周期變短，機體需要通過細胞凋亡機制及時地加以清除。Omi/Htra2作為一種重要的具蛋白酶活性的致凋亡分子，學者們對其在腫瘤發生發展中的作用進行了多方面的研究探索，以期找到治療腫瘤的新途徑。

2.1細胞凋亡蛋白Omi/HtrA2與胃癌在2003年，Tyurin［5］等發現在晚期胃腺癌樣本中Omi/HtrA2呈高表達，在正常的胃黏膜組織中呈弱表達或不表達，而在一些胃癌組織中存在失表達的情況。這一發現提示

Omi/HtraA2可能在癌細胞中通過致細胞凋亡方式，在胃癌發展過程中發揮重要作用。

2010年，陳泓磊等［6］進一步發現Omi/HtrA2在胃癌組織中的表達與胃癌分化程度、淋巴結轉移及TNM分期有關，但并不影響胃癌患者的預后。他們認為Omi/HtrA2與胃癌的發生發展密切相關，可能使胃癌細胞的凋亡增加，它的減少或缺失可以影響胃癌的發生、發展及浸潤和轉移過程。

2.2 Omi/HtrA2與乳腺癌2005年，劉聰等［7］以免疫組化EnVinsion System法檢測63例乳腺癌及37例乳腺纖維腺瘤組織中Omi/HtrA2的表達情況，觀察到在乳腺癌組織中Omi/HtrA2有較高表達，而在乳腺纖維腺瘤中低表達，甚至不表達。該結果提示了Omi/ HtrA2在乳腺癌的發生發展中可能發揮了重要作用，而且，Omi/HtrA2在體內腫瘤細胞中的表達水平對評估凋亡的變化有一定意義。

2.3 Omi/HtrA2與腸癌在腸癌的研究中，有學者發現Omi/HtrA2在其中扮演重要角色，推斷致癌基因RAS通過組織釋放線粒體前凋亡蛋白Omi/HtrA2進入細胞質，從而阻止腸上皮細胞凋亡［8］。并進一步推斷致癌基因RAS是通過抑制Bak表達，從而阻止Omi/HtrA2和被解離的細胞釋放入細胞質。

2.4 Omi/HtrA2與肺癌2006年，黃畦等［9］觀察到Omi/HtrA2在肺癌組織中高表達，在正常肺組織中幾乎不表達，提示Omi/HtrA2在肺癌的發展過程中可能起一定的作用。同時，發現用RNA干擾降低細胞內Omi/HtrA2表達的同時細胞對凋亡刺激的抗性增加，認為Omi/HtrA2可以使腫瘤細胞對化療藥更敏感。并進一步推斷如果提高Omi/HtrA2表達可促進腫瘤細胞的凋亡，通過轉入Omi/HtrA2基因有望為肺癌基因治療提供的新工具。

2.5 Omi/HtrA2與喉癌陳沛等［10］發現喉癌癌旁正常組織中無Omi/HtrA2蛋白表達，而在喉癌組織與聲帶息肉組織中均有表達，高分化喉鱗癌組織中的Omi/ HtrA2表達水平高于低分化喉鱗癌組織、聲帶息肉和癌旁正常組織(P＜0.01)。這一結果提示Omi/ HtrA2的促凋亡作用影響了喉癌的發生發展，為研究癌癥治療提供了新的理論基礎。

2011年，李珂等［11］采用免疫組織化學方法檢測40例喉鱗癌組織(喉癌組)和10例正常喉黏膜組織(對照組)中Omi/HtrA2和caspase-7表達情況，通過對結果的分析，認為喉鱗狀細胞癌組織Omi/HtrA2和caspase-7表達的陽性單位與年齡、性別、臨床分型(腫瘤部位)、臨床TNM分期和淋巴結轉移無關，與病理分級(Gl-G2+G3)有關(P＜0.05)，并且喉鱗狀細胞癌組織中Omi/HtrA2與caspase-7表達有相關性(r = 0.332，P＜0.05)，考慮Omi/HtrA2和caspase-7可通過調節細胞凋亡，對喉癌的發生和發展起重要作用。

2.6 Omi/HtrA2與肝癌徐宗全等［12］對Omi/HtrA2在肝癌中做了系列研究，2006年他們觀察到肝癌高分化組中Omi/HtrA2蛋白的表達明顯高于肝癌中、低分化組;此外，Omi/HtrA2表達與腫瘤大小及臨床分期可能相關，但Omi/HtrA2的表達與HBsAg、AFP、有無癌栓和肝硬化無關。這一結果表明Omi/HtrA2與肝癌發展相關，可能增加了肝癌細胞的凋亡，其減少或缺失可作為肝癌發生發展、浸潤及轉移過程中的重要因素。在2011年，徐宗等［13］通過轉染Omi/HtrA2小干擾RNA表達載體(psiRNA-Omi/HtrA2)使Omi/HtrA2沉默后，評價人HepG2細胞中的凋亡變化。觀察到轉染psiRNA-Omi，HtrA2載體的HepG2細胞凋亡下調，Omi/HtrA2在肝癌細胞系中表達增高，進一步論證了Omi/HtrA2可能在促進肝癌細胞凋亡中有重要作用，并為肝癌的治療提供了一個新的選擇靶點。隨后，徐宗全等［14］在已有研究結果上深化探討Omi/HtrA2預測肝細胞癌預后中的作用及其與缺氧誘導因子(HIF)-1的相關性。實驗中發現Omi/HtrA2表達陽性患者肝癌切除術后1、2、3、4、5年累積生存率明顯高于Omi/HtrA2表達陰性患者(χ2= 6.13，P = 0.013)，Omi/HtrA2表達與肝細胞癌肝門淋巴結轉移和術后2年內肝內復發相關，推斷Omi/HtrA2可能成為預測肝細胞癌預后的一個重要分子標記。此外肝癌組織中Omi/HtrA2與HIF-1表達水平呈負相關，在Omi/ HtrA2參與肝癌細胞凋亡過程中，HIF-1可能參與調控了Omi/HtrA2的表達。

2.7 Omi/HtrA2與胰腺癌2012年，楊軍凱等［15］曾就Omi/ HtrA2在胰腺癌中的表達及其臨床意義做探討，發現Omi/ HtrA2在胰腺癌組織中的表達與腫瘤TNM分期、分化程度相關。在分化差和臨床晚期胰腺癌組織中Omi/ HtrA2表達減少，但在高分化腫瘤組織和早期肝癌組織中表達相反，提示了Omi/ HtrA2與胰腺癌的發生發展密切相關，可能促使胰腺癌細胞發生凋亡。Omi/HtrA2的減少或缺失是胰腺細胞發生發展、浸潤和轉移過程中重要因素。

2.8 Omi/HtrA2與前列腺癌2006年，胡曉勇等［16］已發現前列腺癌細胞(PC-3M)細胞株中Omi/HtrA2高表達，其后，有學者在研究腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TRAIL)對Omi/HtrA2不同表達水平PC-3M的促凋亡作用中，再次證實PC-3M細胞株中Omi/

HtrA2高表達，并且分析Omi/HtrA2可能增強腫瘤細胞對凋亡刺激的敏感性。同時，由于Omi/HtrA2對TRAIL有正相協同效應，兩者的抗腫瘤效應可能會得以放大，這對今后指導治療前列腺癌中有重要意義。

2.9 Omi/HtrA2與食管癌2012年，王洪琰等［17］分析Omi/HtrA2的表達與腫瘤的病理分級、分期以及淋巴結轉移關系，得出結論在腫瘤組織浸潤淺、高分化、臨床分期早和無淋巴結轉移的食管癌組織中有較高表達的Omi/HtrA2，但在腫瘤浸潤較深、低分化、臨床分期晚及存在淋巴結轉移的食管癌組織中有較低表達的Omi/HtrA2。這一結果提示了Omi/HtrA2可能通過阻礙腫瘤凋亡抑制因子，從而增加食管癌的凋亡，降低食管癌的轉移、浸潤，其表達的減少或缺失與食管癌進一步發展關系密切。

2.10 Omi/HtrA2與口腔癌黑乃恒等［18］通過檢測Omi/HtrA2蛋白在口腔鱗狀細胞癌組織中的表達，發現Omi/HtrA2在口腔鱗癌組織、癌旁組織以及正常口腔黏膜組織中的表達有顯著差異，并呈現遞減趨勢，而且其表達與細胞分化程度有關，推測Omi/HtrA2可能對口腔黏膜異型增生起作用。這一結果與Omi/HtrA2在其他癌組織中的研究結論相似，進一步提示Omi/ HrA2與病變的發生發展關系密切。

3 Omi/HtrA2與抗腫瘤藥物研究

目前腫瘤治療的主要方法有:手術治療、化學藥物治療、放射治療以及生物反應調節劑治療等。其中化療在白血病和中晚期腫瘤治療中具有不可替代的位置。近年來，人們發現腫瘤的發生發展不僅與細胞增殖有關，亦與細胞凋亡有關，而后者的作用更為重要。化學藥物的研發者們也將研究熱點從阻止腫瘤細胞增生，發展到不同化療藥物發揮細胞毒作用引起腫瘤細胞凋亡的研究。

2005年，胡曉勇等［16］應用siRNA沉默Omi/HtrA2基因后，發現PC-3細胞對順鉑的敏感性降低，并且提出Omi/HtrA2可能與化學藥物治療過程中出現藥物耐受有相關性。此后，有許多學者就Omi/HtrA2在化療藥物應用的角色問題進行了研究。

人們經試驗發現Omi/HtrA2不僅可以促使腫瘤細胞的凋亡，而且可以在提高腫瘤細胞對部分化療藥物的敏感性。Pruefer等［19］在研究中就發現順鉑可以通過刺激Omi/HtrA2的活動從而導致細胞凋亡的發生，而氟尿嘧啶并不存在這種能力。

此外，余丹等［20］在研究細胞凋亡的信號通路中發現Omi/HtrA2在細胞促凋亡和抑凋亡的失衡偏向性上發揮了關鍵性作用，為Omi/HtrA2在靶向治療中的應用提供理論依據。

4　對Omi/HtrA2研究的展望及其意義

傳統的治療腫瘤的細胞毒療法(化療和放療)是針對腫瘤細胞的增殖失控所設計的，隨著對腫瘤形成機制的深入研究，人們逐漸認識到化療的效果如何關鍵在于腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。有選擇地誘導腫瘤細胞凋亡，同時不影響周圍健康細胞從而減輕化療副作用的策略，是未來腫瘤治療研究的發展趨勢。如何在治療中增加特異性誘導腫瘤細胞凋亡并抑制增殖已成為化療的新目標和篩選抗癌新藥物的標準。Omi/HtrA2既能誘導細胞的凋亡，又可以提高細胞對化療藥物的敏感性，因此推測通過干預Omi/HtrA2的表達可能成功地阻止腫瘤的發生發展。毫無疑問，這對于從細胞凋亡入手治療癌癥是一個很好的切入點，但對于如何將分子水平介入Omi/HtrA2誘導癌細胞凋亡，并協同其他促凋亡系統加強促凋亡效應，甚至推廣至人體生物水平的應用，還需要學者們的共同努力。

參考文獻

1 Faccio L，Fusco C，Chen A，et al.Characterization of a Novel Human Serine Protease That Has Extensive Homology to Bacterial Heat Shock EndoproteaseHtrA and Is Regulated by Kidney Ischemia.J Biol Chem，2000，275:2581-2588.

2 Vaux DL，Silke J.Mammalianmitochondrial IAP binding proteins.BiochemBiophys Res Commun，2003，304:499-504.

3 Gray CW，Ward RV，Karran E，et al.Characterization of human HtrA2，a novel serine protease involved in themammalian cellular stress response.Eur J Biochem，2000，267: 5699-5710.

4 Kagan VE，Tyurin VA，Osipov AN，et al.Cytochrome c acts a cardiolipinoxygenase required for release of proapoptoticfactors，Nat Chem Biol，2005，16:223-232.

5 Tyurin VA，Tyurina YY，Osipov AN，et al.Ineractions of cardiolipin and lyso-cardiolipins with cytochrome c and tBid: conflict or assistance in apoptosis.Cell Death Differ，2007，14:872-875.

6陳泓磊，陳創奇，馬晉平，等.胃癌組織中Omi/HtrA2的表達及與預后的關系.中華胃腸外科雜志，2010，13:766-769.

7劉聰，周晟，阮秋蓉.線粒體促凋亡因子Omi/HtrA2在乳腺癌中的表達及意義.中國組織化學與細胞化學雜志，2008，14:434-438.

8 Zaiping L，Hong B，Mathieu D，et al.Oncogenic Ras Inhibits Anoikis of Intestinal Epithelial Cells by Preventing the Release of amitochondrial Pro-apoptotic Protein Omi/HtrA2 into the Cytoplasm.The Journal of Biological Chemistry，2006，281:14738-14747.

9黃畦，陳大瑜，盧實，等.Omi/HtrA2短發夾siRNA對肺癌細胞凋亡的影響.中華實驗外科雜志，2006，23:1481-1483.

10陳沛，陳廣理，龔樹生.喉癌中Omi/HtrA2的表達及作用初探.中國臨床腫瘤，2006，33:9-11.

11李珂，郝艷，王建亭，等.Omi/HtrA2和caspase-7在喉癌組織中的表達及相關性.山西醫科大學學報，2011，42:583-585.

12徐宗全，陳孝平，李常海，等.線粒體促凋亡因子Omi/HtrA2在肝癌組織中表達的研究.中華組織化學與細胞化學雜志，2006，15: 617-622.

13徐宗，劉恩宇，彭程，等.絲氨酸蛋白酶Omi/HtrA2在肝癌細胞的表達及其促凋亡作用.中國現代普通外科進展，2011，14:589-593.

14徐宗全，陳孝平，牛軍，等.Omi/HtrA2預測肝細胞癌預后中的作用及其與缺氧誘導因子-1α的相關性.中華外科雜志，2012，50: 49-52.

15楊軍凱，劉佳，張炳太.HtrA2/Omi與Survivin在胰腺癌中的表達及臨床意義.中國醫藥導報，2012，9:12-14.

16胡曉勇，陳春曉，朱朝輝，等.Omi/HtrA2對前列腺癌細胞株PED/ PEA-1 5表達及PC-3細胞凋亡的影響.癌癥，2006，25:677-682.

17王洪琰，張忠強，孟憲利，等.線粒體絲氨酸蛋白酶Omi/HtrA2在食管鱗癌組織中的表達及臨床意義.中華實驗外科雜志，2012，29: 1509- 0.

18黑乃恒.Omi/HtrA2在口腔鱗癌組織中的表達及臨床意義.實用口腔醫學雜志，2014，30:572-578.

19 Pruefer FG，Lizarraga F，Maldonado V，et al.Participation of Omi Htra2 Serine-Protease Activity in the Apoptosis Induced by Cisplatin on SW480 Colon Cancer Cells.Journal of Chemotherapy，2008，20: 348-354.

20余丹，林菊生，孫昕，等.Omi/HtrA2對人肝癌細胞系凋亡的調控作用研究.胃腸病學和肝病學雜志，2009，18:224-227.