MGMT和galectin-3異常調控在結腸腺癌中的研究進展

蘇賡　梁科慶

廣西醫科大學附屬民族醫院廣西壯族自治區民族醫院病理科,廣西南寧530001

MGMT和galectin-3異常調控在結腸腺癌中的研究進展

蘇賡梁科慶▲

廣西醫科大學附屬民族醫院廣西壯族自治區民族醫院病理科,廣西南寧530001

MGMT作為一種DNA修復酶能夠修復DNA烷化劑誘導的損傷,其基因異常甲基化與惡性腫瘤的發生關系密切；MGMT在結腸組織中高度表達,在結腸腺癌中MGMT表達的缺失。Galectin-3是一種細胞內和細胞外的凝集素,其主要參與調節細胞增殖、粘附、侵襲和凋亡,其在正常結腸組織中低表達,在結腸腺癌組織中高度表達。近年來研究發現,MGMT和Galectin-3與結腸腺癌的發生、發展、治療預后有關,其異常調控與腫瘤發生的相關性成為腫瘤分子流行病學的新熱點。

MGMT;galectin-3;結腸腺癌;分子標志物

結腸腺癌是消化道惡性腫瘤中最常見的類型之一,其發病率僅次于胃癌和食管癌,居世界第三位,近年來發病率和死亡率逐年上升。臨床分期、病理學分級等常用的指標并不能完全反映出其生物學行為和預后,纖維結腸鏡活檢是確診結腸腺癌的重要手段。盡管結腸腺癌治療方法已經由傳統的單純手術治療發展到今天的手術加術后放療和化療等綜輔助治療,但患者的生存期并沒有明確的改善。因此近些年來研究結腸腺癌的熱點主要集中在尋找新的分子預后標志物。而現代腫瘤發生分子生物學研究表明,MGMT和galectin-3與結腸腺癌的發生發展有關。

1　Galectin-3結構與功能及其在結腸腺癌中的研究現狀

1.1Galectin-3結構

Galectin-3作為一個31kD序列的β半乳糖蛋白,其是于細胞內和細胞外的凝集素,分子相對質量為31000,序列上共251個氨基酸殘基,包含12個氨基酸殘基組成的N端結構域形成3個不一樣的結構域；富含Tyr、Gly、Pro依戀串聯重復序列類膠原結構,基質金屬蛋白酶作用的底物；分子結構C端的糖識別結構域（包含Bcl-2家族同源序列BH1中保守基序結構端NWGR)[1]。Galectin-3它分為3個獨特的功能結構區:①一個C端的糖識別結構域；②一個由12個氨基酸殘基組成的N端結構區,分子Ser6磷酸化位點調節控制細胞作用靶向；③富含Tyr、Gly、Pro串聯重復序列的類膠原分子結構。

1.2Galectin-3功能和機制

Galectin-3發揮細胞表面的糖蛋白,細胞表面分子和細胞外基質蛋白結構的功能,在基因剪切的前提下,調節細胞的增殖,黏附,侵襲和凋亡,大量的體外實驗發現其與細胞生長及分化關聯,從而導致腫瘤的發生和轉移,且參與前體RNA剪接、血管生成和抑制細胞凋亡等作用[2-4]。Galectin-3導致腫瘤發生發展的作用機制可能包括以下方面:①在腫瘤免疫監視和腫瘤破壞進程中,參與腫瘤細胞的免疫耐受T細胞。其原理可能是腫瘤細胞通過抗原刺激和免疫調節因子的分子介導調節免疫細胞而改變免疫反應。腫瘤細胞分泌galectin-3蛋白促進了T細胞的凋亡,導致腫瘤組織逃逸免疫調節,進而促進腫瘤增殖。②在黏附和細胞轉移中,介導腫瘤細胞黏附和轉移,發生細胞之間、細胞與細胞外基質,促進腫瘤細胞的轉移和聚集。Galectin-3參與配體結合發揮生物學效應影響各種腫瘤的進展,調節糖類分子參與特異性識別等進程。③參與腫瘤細胞抗凋亡,凋亡可由化療藥物及放射誘發,然而腫瘤細胞能通過某些機制抑制凋亡,對化療藥物及放射治療產生耐受。Oka等[5]實驗結構提示,腫瘤細胞內galectin-3蛋白可有效降低多種物質誘導細胞凋亡,是由分布于細胞外的galectin-3分子結構介導了細胞與細胞外基質黏附。Peng等[6]發現,galectin-3的高表達狀態在體外和體內均可以促進腫瘤的生長, galectin-3可能以免疫調節因子的形式發揮作用,從而使T細胞免疫應答及腫瘤刺激因素受到抑制。

1.3Galectin-3與結腸腺癌的關系

研究表明,組織細胞類型的不同中galectin-3的表達水平也不盡相同,在肝癌、胃癌等消化道惡性腫瘤組織中,galectin-3的表達明顯降低[7-8]。然而更多文獻提示,在結腸腺癌中,galectin-3強陽性促進惡性腫瘤的浸潤及轉移。結腸腺癌中,galectin-3蛋白與癌細胞分泌的結腸癌Mac2結合蛋白和黏蛋白相互影響用,促進了癌組織的浸潤及轉移。同時galetin-3表達強度與癌組織分化程度密切相關,隨著腫瘤的進一步發展,其表達強度亦隨之增強,有淋巴結轉移的組織比無淋巴結轉移的組織表現出更強的表達強度,其表達水平與遠處轉移、淋巴結轉移以及臨床分期有顯著相關性,galectin-3的高表達與結腸腺癌組織的發生發展、高侵襲趨勢、低分化進展等存在明顯的相關性,可獨立當作一個潛在的結腸腺癌發病與預后推測的重要指標[9-11]。

2　MGMT分子結構與功能及其在結腸腺癌中的研究現狀

2.1MGMT結構

DNA修復酶O6-甲基鳥嘌吟-DNA甲基轉移酶（O6-methygua-nine-DNA methytransferase,MGMT)穩定地存在于人體各種組織內,在不同個體、組織及細胞之間含量不一致,以肝細胞最高,肺及腦組織相對含量低。人體細胞內MGMT為單肽結構,基因結構點定位10q26,長度170 kb,有5個外顯子,4個內含子,氨基酸殘基207個,相對分子量23000,包含13個保守氨基酸序列。分子結構上的啟動子富含GC堿基,順式作用元件（GRE)包含2個糖皮質激素反應元件、AP-1元件、CpG島中的6個Spl位點[12]。其eDNA長度769 bp,各種蛋白質由207個氨基酸組成編碼。MGMT序列具有相對穩定性,從細菌等低等生物到哺乳動物等高等生物均含有結構一致的“-異亮氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-組氨酸-精氨酸-纈氨酸-”（IPCHRV)活性基因序列,145位半胱氨酸殘基為其主要活性位點[13]。

2.2MGMT功能和機制

MGMT作為一種DNA修復酶能夠修復DNA烷化劑中誘導的損傷。同時,MGMT在DNA修復酶的廣泛性在保護染色體的結構從烷化劑的致突變性和損傷的細胞毒性和致癌發揮作用,修復DNA結構至原有水平。MGMT在修復DNA損傷中有以下特點:這種蛋白質和酶不完全相同,半胱氨酸烷基受體可以被用來在鳥嘌吟O6相應區域的半胱氨酸殘基轉移。其受體蛋白分子構成S-烷基半胱氨酸,DNA分子烷基鳥嘌吟去烷基化完成復原。同時,酶的失活造成酶分子作用后不能再生,因此這種酶是一種自殺性蛋白。MGMT基因表達缺陷很少缺失的結果,引起突變和重排或基因的不穩定性,在環境烷化劑甲基胞嘧啶接受形成5-甲基胞嘧啶作用于MGMT基因啟動區CpG島。因此CpG島的結構甲基化則是引起該基因表達缺失的分子機制。基因啟動子異常甲基化與腫瘤轉化密切相關,一般狀態依賴的子甲基對維持在氨基酸甲基轉移酶轉化及其甲基轉移酶的協同作用,于DNA分子交聯形成前將烷化基團從O6-mG的O6位點轉化至自身半胱氨酸殘基,使DNA鏈上的鳥嘌吟因子損傷復原,同時MGMT結構在轉甲基后徹底失去活性。MGMT蛋白是唯一一種能去清除這種由甲基化損傷的DNA修復酶[14-15],其可以使O6鳥嘌吟化合物從DNA分子序列上清除,抑制惡性腫瘤的發生。MGMT在保護細胞的突變不僅起著決定性的作用,烷基化合物的毒性和致癌性保持了抑癌基因的作用。如果在DNA復制前O6-甲基鳥嘌吟不被復原,可能導致G: C→A:T方向的畸變,這些分子突變發生在原癌基因或腫瘤抑制基因的分子結構中將導致癌變[16]。

2.3MGMT與結腸腺癌的關系

Matsukura等[17]的研究結果表明,MGMT的表達水平在肝細胞性肝癌、胃癌、乳腺癌的總體生存率中扮演一個重要的預警指標。胃癌組織中MGMT蛋白表達強度與組織學分化程度,浸潤和淋巴結轉移顯著相關。在浸潤性乳腺癌患者中,所有患者術后局部復發的MGMT表達陰性。然而,MGMT表達與結腸腺癌的臨床病理特征之間的關系仍不清楚。目前大部分研究都集中于結腸腺癌的MGMT啟動子的甲基化狀態的激活因素。有研究報道[18-19],結直腸癌中MGMT啟動子區CpG島存在過度甲基化,導致MGMT表達的缺失不能修復基因損傷,因此引起腫瘤的發生,這是目前為止最廣為接受的結腸腺癌發生機制之一。許多學者研究發現,在結腸腺癌MGMT蛋白的陽性表達率顯著高于正常結腸細胞,這可能是由于結腸腺癌組織DNA中存在大量的甲基化損傷,從而增加以修復MGMT甲基化的損害代償,監測MGMT的表達有助于判斷其預后[20-21]。Koviljka等[22]研究結果表明,由結直腸癌K-ras基因突變是由于結合甲基化MGMT和p16基因甲基化損傷,所以應為結腸腺癌發生的重要原因。

3　結語和展望

MGMT和Galectin-3在結腸腺癌的發生、發展中起重要作用。因此,了解DNA修復酶MGMT和半乳糖凝集素Galectin-3在結腸腺癌中的重要特性,探討其規律,對尋找更為客觀可靠的指標、提高患者的生存率、延長生存周期、改善生活質量,用以檢測病變早期、進展及預后分析、篩選高位患者和指導臨床用藥有重要意義。

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Current progress of the abnormal regulation of MGMT and galectin-3 in colon adenocarcinoma

SU GengLiang Keqing▲
Department of Pathology,Guangxi National Hospital Affiliated to Medical UniversityNational Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region,the Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning530001,China

As DNA repair enzymes,MGMT can repair the damage of alkylating agent.Malignant tumor is closely associated with aberrant DNA methylation.Its expression is higher in normal colon tissue except for lower in colon adenocarcinoma.Galectin-3 is a lectin,distributed in cells and extracellular.Galectin-3 is involved in cellular regulation with Proliferation,adhesion,invasion and apoptosis.Its expression is lower in normal colon tissue except for higher in colon adenocarcinoma.The recent studies revealed the closely association between MGMT and Galectin-3 and colon adenocarcinoma occurrence,development,treatment and prognosis.The abnormal regulation of MGMT and galectin-3 in colon adenocarcinoma and the correlation has become the focuses in cancer epidemiology research.

MGMT;Galectin-3;Colon adenocarcinoma;Biomarkers

R735.3+5

A

1673-7210(2016)06(b)-0033-04

廣西衛計委科研課題（Z2015111)。

蘇賡（1980.1-),男,壯族,碩士,副主任醫師；研究方向:腫瘤病理。

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（2016-01-20本文編輯:趙魯楓)