Pannexin與腫瘤相關性的研究進展*

牟妍希， 汪令偉， 王 林

(大連大學附屬新華醫院胸外科， 遼寧 大連 116021)

Pannexin與腫瘤相關性的研究進展*

牟妍希， 汪令偉， 王 林△

(大連大學附屬新華醫院胸外科， 遼寧 大連 116021)

泛連接蛋白； 腫瘤； 縫隙連接

縫隙連接(gap junction，GJ)是細胞間相互連接溝通的常見通道之一，每個縫隙連接跨越2個相鄰細胞的胞膜，從而直接連接2個細胞的胞質。GJ由2個半通道(hemichannels)或稱縫隙連接子對接而成。縫隙連接通道的亞單位——縫隙連接半通道在脊椎動物中是由縫隙連接蛋白(connexin， Conx)或泛連接蛋白(pannexin， Panx)構成的跨膜六聚體在相鄰細胞中相互對接形成的中管道，介導小分子的溝通，從而實現細胞間物質和信息的快速交流[1]。Phelan等[2]2000年在節肢動物、線蟲、雞、老鼠和人類等多種物種中克隆出與無脊椎動物中innexin通道蛋白基因同源的基因序列，這個蛋白序列在動物界廣泛分布，Phelan等建議將其命名為pannexin (pan意為所有的、遍及各處的; nexus意為聯系、結合)。Panx蛋白主要包括3種亞型：Panx1、Panx2和Panx3。Panx1可以形成同聚體通道或與Panx2形成異聚體通道，Panx2和Panx3均不能獨立形成同聚體通道[3]。

1Panx的分布和表達

到目前為止，Panx蛋白的3個亞型在人與小鼠中的基因中都已得到克隆。Panx1基因位于人類染色體11q4.3，是CRSP6 和MRE11之間的一個700 bp的片段；Panx2基因位于22q13.31～q13.33；Panx3基因位于11q24.2，長度為150 bp[1]。已有報道Panx1蛋白在大多數哺乳動物組織中廣泛表達; Panx2主要表達于中樞神經系統的神經元中，與神經元的調節相關聯，使神經祖細胞與成熟的神經元差異性表達; Panx3主要表達于角質形成細胞、軟骨細胞和成骨細胞，調節細胞的增殖和分化[4]。

2Panx通道的作用機制及可能與腫瘤的關系

Panx1通道可通過膜變形、細胞內鈣離子和細胞外鉀離子濃度增加、受體介導的信號轉導通路、蛋白水解C端遠端等機制而被激活。一旦Panx1通道被激活，該通道將產生電壓依賴性電流并允許大分子通過[4]。Panx1的完全活性構象呈現一個外向整流電導即電壓依賴性Panx1電流，由Panx1的六聚體形成的跨膜通道pannexon在逐級去除每個亞基的C末端后逐級激活通道形成特殊的開放構象，調控門控通道，調節離子和大分子的通過，改變細胞滲透性從而調控細胞功能和信號[4]。在生理條件下，Panx1通道的開放頻繁且短暫，是為了防止重要的細胞結構發生透析[5-6]。胞外大量長時程、高劑量的ATP可與P2X7受體作用后通過調節Panx1通道開放，大量胞質透出而引起細胞死亡[7]。

有研究證實腫瘤的發生發展與縫隙連接通道的功能障礙有關，Conx對腫瘤發生發展的抑制作用已被證實[4]，但Panx與腫瘤的相關性仍不完全清楚，以下我們將主要集中近年來所發表的Panx與腫瘤相關的研究，探討Panx與各種腫瘤發生發展的潛在關系及其在腫瘤干預治療中的潛在應用。

3Panx在不同腫瘤中的差異性表達及其臨床意義

目前對于Panx與腫瘤關系的研究并不完善，在Panx1、Panx2和Panx3這3種通道中，Panx1在人體的分布最為廣泛，與腫瘤的關系也較為密切，它在大多數腫瘤中的表達量升高，在少數腫瘤中表達量降低；研究發現Panx2在腫瘤中多是作為抑癌基因存在，多數腫瘤組織Panx2的表達含量減少；Panx3主要與炎癥反應有關，如對牙髓炎的抑制作用[8]，與腫瘤關系的研究尚未見報道。

3.1Panx1表達上調的腫瘤 多數實驗報告中顯示，在大部分腫瘤中Panx1的表達是上調的。最近有研究顯示，在大多數的胸部腫瘤、結腸癌、肺癌、尿路上皮癌、胃癌及70%左右的人黑色素瘤中表現為Panx1的表達升高[9]，在人類白血病的淋巴細胞中Panx1的表達也要高于正常人體的T淋巴細胞[10]。并且許多實驗結果顯示，部分腫瘤中Panx1表達的上調與腫瘤的浸潤、轉移及臨床預后有關，Penuela等[11]研究發現在正常小鼠黑色素細胞中Panx1呈現低表達，但在小鼠黑色素瘤B16-BL6細胞系中Panx1的表達增多且該腫瘤的侵襲性與Panx1水平直接相關，未在該細胞系中檢測到Panx2或Panx3表達；在敲除黑色素瘤B16-BL6細胞系Panx1基因后，該癌細胞的細胞形態可以恢復到正常表型，同時黑色素的合成增多，腫瘤組織的遷移和增殖減少，并影響波形蛋白等惡性標志物的表達。在Panx1高表達的乳腺癌中，乳腺癌患者的總體生存率(overall survival，OS)、無復發轉移率(relapse-free survival，RFS)和無遠處轉移率(distant metastasis-free survival，DMFS)較差，提示Panx1可能是乳腺腫瘤的推動者[12]。Furlow等[12]也證實Panx1通道的活動是促進乳腺癌肺轉移的關鍵，可以增加轉移性腫瘤細胞在外滲中的存活。Panx1在乳腺內的高表達與乳腺癌病人較差的臨床預后有重要關系[11]。高表達的Panx1也與肝癌細胞系、侵襲性多發性骨髓瘤細胞株的轉移擴散有關[13-14]。

3.2Panx1表達下調的腫瘤 正常的膽囊組織和膽囊腺癌免疫組化檢測Panx1，染色結果顯示與正常人的膽囊相比，膽囊腺癌中的Panx1呈現低表達狀態[15]。另外，Panx1表達下調是在非黑色素皮膚癌的標本中。Panx1和Panx3在正常人的皮膚中都有表達，但在基底或鱗狀細胞癌的免疫組化染色中未檢測出Panx1和Panx3的表達，這種在上皮細胞腫瘤中Panx1和Panx3的明顯下調可能的作用是對抗角化細胞的轉化而起到保護作用[16]，也有可能在最初表達Panx蛋白的腫瘤中會以更高的速率通過角質細胞的生命周期增殖、分化和進行程序性細胞死亡，因此不能檢測到晚期皮膚癌活檢[17]。

3.3Panx2與腫瘤的關系 已有研究指出Panx2在抑制腦腫瘤和肝細胞癌的生長中起著重要的作用，基因芯片分析表明Panx2在神經膠質瘤中的表達減少，最直接的研究是以Panx2的表達量判斷神經膠質瘤患者在診斷腫瘤后的生存率，在這項研究中探討了Panx2和神經膠質瘤可能存在的反向相關關系, 并且在星形細胞瘤、惰性星形膠質母細胞瘤和少突膠質細胞瘤中Panx2表達均有下調[18]。在人類腫瘤樣本中Panx2基因表達差異Kaplan-Meier生存曲線中顯示Panx2的表達高低與患者的生存率呈正相關[18]。在轉錄水平上，C6膠質瘤細胞系和膠質母細胞瘤系與正常星形膠質細胞和人腦相比，Panx2的mRNA在C6膠質細胞瘤中的表達下調，人膠質母細胞瘤中Panx2的表達減少或缺如[19]。有研究表明，Panx2在神經膠質瘤中減少，因此可以幫助預測膠質瘤患者的預后，并且恢復Panx2可以降低腫瘤的致瘤性[20]。

4Panx與腫瘤的治療

由于Panx與眾多腫瘤的侵襲、轉移及預后相關，因此可以作為潛在的腫瘤標志物和腫瘤的治療靶點。近年有大量文獻報道一些化療藥物在誘導腫瘤細胞凋亡過程中，Panx1通道介導ATP的釋放，進而ATP與胞膜表面的P2Y受體結合并激活三磷酸肌醇(inositol triphosphate， IP3)通路，IP3通路是細胞凋亡調節的第二信使，通過誘導Ca2+的釋放引起細胞凋亡[21]。研究證實應用Panx1通道抑制劑胃酮(carbenoxolone，CBX)后可以明顯降低化療藥物順鉑誘導睪丸癌I-10細胞凋亡的作用，這可能是由于CBX抑制了Panx-1通道釋放ATP，使IP3含量減少進而影響細胞的凋亡[22]。而另一種Panx1通道抑制劑丙磺舒(probenecid，PBN)已作為一種有效的輔助治療應用于敏感的乳腺癌細胞和增強二磷酸鹽抗腫瘤的效果[23]。Panx能否應用于腫瘤的治療仍然需要大量的研究，相信這是一個值得我們去探索的領域。

5小結和展望

腫瘤的發生發展是一個復雜的進程，關系到許多病理生理過程，腫瘤與Panx通道的關系也是一個復雜的過程。自從Panx在脊椎動物中發現以來，Panx蛋白得到了廣泛的關注，但Panx發現的時間尚短且其功能較復雜，仍有諸多問題需要深入的研究，例如：在各種條件下Panx通道對于腫瘤的調控機制并不十分明確，需要進一步深入的研究；Panx通道在腫瘤中的作用，目前研究的也較少，且主要的研究對象在于Panx1通道，對Panx2和Panx3的研究相對較少。相信隨著對Panx蛋白的深入研究，更多的與腫瘤相關的調控機制會被發現，并可能會成為許多腫瘤治療的干預靶點，對臨床的診療及腫瘤預后的評估等具有重要的意義。

[1] Zhao HB. Expression and function of pannexins in the inner ear and hearing[J]. BMC Cell Biol, 2016, 17(Suppl 1):16.

[2] Phelan P, Bacon JP, Davies JA, et al. Innexins: a family of invertebrate gap-junction proteins[J]. Trends Genet, 1998, 14(9):348-349.

[3] Baranova A, Ivanov D, Petrash N, et al. The mammalian pannexin family is homologous to the invertebrate innexin gap junction proteins[J]. Genomics, 2004, 83(4):706-716.

[4] Jiang JX, Penuela S. Connexin and pannexin channels in cancer[J]. BMC Cell Biol, 2016, 17(Suppl 1):12.

[5] Esseltine JL, Laird DW. Next-generation connexin and pannexin cell biology[J]. Trends Cell Biol, 2016, 26(12):944-955.

[6] Scemes E, Spray DC, Meda P. Connexins, pannexins, innexins: novel roles of "hemi-channels"[J]. Pflugers Arch, 2009, 457(6):1207-1226.

[7] 沈 慧, 尹雅玲, 李超堃， 等. 外源性ATP誘導PC12細胞的膜孔形成[J]. 中國病理生理雜志, 2014, 30(9):1603-1609.

[8] Song F, Sun H, Wang Y, et al. Pannexin3 inhibits TNF-α-induced inflammatory response by suppressing NF-κB signalling pathway in human dental pulp cells[J]. J Cell Mol Med, 2017, 21(3):444-455.

[9] Uhlén M, Fagerberg L, Hallstr?m BM, et al. Proteomics. Tissue-based map of the human proteome[J]. Science, 2015, 347(6220):1260419.

[10]Boyd-Tressler A, Penuela S, Laird DW, et al. Chemotherapeutic drugs induce ATP release via caspase-gated pannexin-1 channels and a caspase/pannexin-1-independent mechanism[J]. J Biol Chem, 2014, 289(39):27246-27263.

[11]Penuela S, Gyenis L, Ablack A, et al. Loss of pannexin 1 attenuates melanoma progression by reversion to a melanocytic phenotype[J]. J Biol Chem, 2012, 287(34):29184-29193.

[12]Furlow PW, Zhang S, Soong TD, et al. Mechanosensitive pannexin-1 channels mediate microvascular metastatic cell survival[J]. Nat Cell Biol, 2015, 17(7):943-952.

[13]Song B, Tang JW, Wang B, et al. Identify lymphatic metastasis-associated genes in mouse hepatocarcinoma cell lines using gene chip[J]. World J Gastroenterol, 2005, 11(10):1463-1472.

[14]Largo C, Alvarez S, Saez B, et al. Identification of overexpressed genes in frequently gained/amplified chromosome regions in multiple myeloma[J]. Haematologica, 2006, 91(2):184-191.

[15]Schalper KA, Carvajal-Hausdorf D, Oyarzo MP. Possible role of hemichannels in cancer[J]. Front Physiol, 2014, 5:237.

[16]Chiu YH, Jin X, Medina CB, et al. A quantized mechanism for activation of pannexin channels[J]. Nat Commun, 2017, 8:14324.

[17]Cowan KN, Langlois S, Penuela S, et al. Pannexin 1 and Pannexin 3 exhibit distinct localization patterns in human skin appendages and are regulaed during keratinocyte differentiation and carcinogenesis[J]. Cell Commun Adhes, 2012, 19(3-4):45-53.

[18]Litvin O, Tiunova A, Connell-Alberts Y, et al. What is hidden in the pannexin treasure trove: the sneak peek and the guesswork[J]. J Cell Mol Med, 2006,10(3):613-634.

[19]Lai CP, Bechberger JF, Naus CC. Pannexin2 as a novel growth regulator in C6 glioma cells[J]. Oncogene, 2009, 28(49):4402-4408.

[20]Xie CR, Sun H, Wang FQ, et al. Integrated analysis of gene expression and DNA methylation changes induced by hepatocyte growth factor in human hepatocytes[J]. Mol Med Rep, 2015, 12(3):4250-4258.

[21]Boyd-Tressler AM, Lane GS, Dubyak GR. Up-regulated ectonucleotidases in fas-associated death domain protein- and receptor-interacting protein kinase 1-deficient jurkat leukemia cells counteract extracellular ATP/AMP accumulation via pannexin-1 channels during chemotherapeutic drug-induced apoptosis[J]. Mol Pharmacol, 2017, 92(1):30-47.

[22]巫劍峰, 董淑英, 武丹丹, 等. Pannexin1通道在順鉑誘導睪丸癌I-10細胞凋亡中的作用[J]. 南方醫科大學學報, 2016， 36(11):1456-1460.

[23]Ebert R, Meissner-Weigl J, Zeck S, et al. Probenecid as a sensitizer of bisphosphonate-mediated effects in breast cancer cells[J]. Mol Cancer, 2014, 13:265.

(責任編輯： 陳妙玲， 羅 森)

Progress in relationship between pannexin and tumors

MU Yan-xi, WANG Ling-wei, WANG Lin

(DepartmentofThoracicSurgery,XinhuaHospital,DalianUniversity,Dalian116021,China.E-mail:wanglinbox@sina.com)

Pannexin is a new member of gap junction families which was discovered in 2000 and was widely distributed in humans. Pannexin forms hemichannels and participates in transmission of small molecules and many other pathophysiological processes. Recent studies have found that the abnormal expression of pannexin is related to occurrence and development of tumors. This article reviews the relationship between pannexin and tumors, and aims to provide new ideas for treatment of tumors.

Pannexin; Tumors; Gap junctions

1000- 4718(2017)11- 2110- 03

2017- 05- 12

2017- 07- 26

△通訊作者 Tel: 0411- 84369623； E-mail: wanglinbox@sina.com

R73-3； R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.11.031