TGM3在食管鱗狀細胞癌發生、發展中的研究進展

儲 瑋，肖黎明，郭 勇，李増山

·綜 述·

TGM3在食管鱗狀細胞癌發生、發展中的研究進展

儲 瑋，肖黎明，郭 勇，李増山

食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)是具有鱗狀細胞分化的惡性上皮性腫瘤，鏡下特征性表現為角質細胞樣細胞存在細胞間橋和(或)角化。谷氨酰胺轉氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)是由TGM3基因編碼的蛋白酶，屬于催化蛋白谷氨酸殘基與賴氨酸殘基共價交聯的谷氨酰胺轉氨酶家族。TGM3主要表達于基層上部的復層鱗狀上皮，是角質形成細胞末端分化的關鍵因子。近年有研究發現TGM3分子在ESCC中從食管正常鱗狀上皮到癌變的病理過程中出現表達降低的變化，因此，有學者認為其可以作為ESCC預后的分子學標志物。提示TGM3分子與ESCC的發生、發展有十分密切的關系。現就近年對TGM3分子的結構特點、生物學功能及其在ESCC中的作用做一綜述。

食管腫瘤；鱗狀細胞癌；食管鱗狀上皮內病變；TGM3；CK13；文獻綜述

食管癌是最常見的六大惡性腫瘤之一，在中國90%以上的食管癌患者為食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)，且大多數患者在確診時已為中晚期，5年生存率為15%～25%[1-2]。因此，對早期ESCC及癌前病變的篩查顯得尤為重要。ESCC的發生、發展是由多因素導致、多分子參與的多步驟過程。目前，多集中在TP53基因突變、Cyclin D1擴增、CDKN2A基因純合子缺失或重新甲基化、相關miRNA作用、EGFR過表達、APC基因啟動子沉默等分子研究[3-5]。

近年有研究表明，谷氨酰胺轉氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)分子在食管正常鱗狀上皮和癌組織中表達明顯降低[6]，TGM3主要表達于基層上部的復層鱗狀上皮，是角質形成細胞末端分化的關鍵因子，分析TGM3在ESCC發生、發展中的變化與機制，有望成為ESCC早期檢測的分子標志物。本文現就近年TGM3在ESCC發生、發展中的研究進展作一綜述。

1 TGM3的生物學功能、結構特點

TGM3是腫瘤抑制基因，位于20q11.2染色體上，cDNA全長2.61 Kb，編碼692個氨基酸，編碼Protein-glutamine gamma-glutamyltransferase E是一種鈣依賴性作用酶，屬于催化蛋白谷氨酸殘基與賴氨酸殘基共價交聯的谷氨酰胺轉氨酶家族。TGM3廣泛表達于小腸、腦、皮膚和黏膜[7]，主要表達于基層上部的復層鱗狀上皮，是角質形成細胞末端分化的關鍵因子，是表皮末端分化的必須作用酶，通過催化谷氨酰胺與賴氨酸殘基之間鈣依賴性異構肽結合鏈的形成，在基底層形成蛋白質與蛋白質之間的交聯；催化小脯氨酸蛋白質(SPRR1和SPRR2)與Loricrin形成小跨鏈聚合物，再由TGM1進一步交聯，形成角質化細胞套膜骨架。Eckhart等[8]認為如果TGM3的活動受到牽連，可能會擾亂角質形成細胞的正常分化并誘導其發生程序性死亡。該死亡可能會阻止細胞內溶物溢出或壞死，導致危險關聯分子模式發生，引發上皮炎癥反應，進而導致表皮增生并為腫瘤的生長創造有利環境[9]。角質化細胞套膜的形成缺陷會危害表皮屏障功能，表皮增生是一種損害后的自我平衡，在小鼠實驗上表皮完整、炎癥反應、增生是致癌的一條重要路徑[10]。由此，Stacey等[11]推測TGM3的改變可以對角質細胞的分化起溫和但持久的擾亂作用，從而導致皮層屏障功能缺陷，增加癌癥的易患性。TGM3在體內還參與鈣通路、糖代謝、自身免疫性疾病[12]。分子機制方面啟動子的CpG島甲基化是頭頸部癌中TGM3基因沉默的機制[13]。He等[14]報道TGM3旁基因的雜合性缺失可能會導致TGM3的表達下調。

此外，還有一些研究者從TGM3的分子結構闡明它的生物功能與可能的作用機制。有文獻報道TGM3的三維分子結構與作用構象研究[15-16]，并推測細胞內Ga2+的變化會促使TGM3構象發生變化被激活[17]。Ahvazi等[16]認為TGM3的催化是依賴于2個二價金屬離子。TGM3在不同的結合位點對二價金屬陽離子的親和力有很大的不同。真核細胞在生理狀態下靜止時，Mg2+濃度為1～2 mmol/L，而Ca2+的濃度最高只有100 nmol/L，所以摩爾比率約104個。因此，他們做出如下推測：TGM3以未激活的酶原形式存在于細胞中，酶原上含有單個Ca2+。TGM3的462～471殘基可變環易斷裂，導致它被激活。這時酶會獲得3個Mg2+，但酶原仍然未被激活。這是一種保護機制，保護TGM3酶避免由于異常轉氨基作用導致的水解。只有在微環境中Ca2+濃度到達一定界限時，TGM3酶可以獲得1個Ca2+，在結合位點Mg2+被Ca2+取代，這時2個結合位點均被Ca2+占據，Asn和Asp殘基會協調發揮作用，導致Asp-Ser環構象發生改變，通道被打開，酶原被激活。但是基底細胞在通道被打開后，發生何種作用尚需進一步實驗分析。

2 TGM3在ESCC中的研究現狀

TGM3在食管正常鱗狀上皮至ESCC發生過程中有較高的特異性表達。Wu等[13]認為TGM3是候選的腫瘤抑制基因，在外源性表達細胞系中研究認為TGM3抑制增殖，加強體外癌細胞的凋亡，在體內抑制腫瘤的生長，與頭頸部癌的預后有相關性。TGM3蛋白質含量與頭頸部癌組織的病理分化密切相關(P=0.003 7)。生存分析顯示TGM3低表達預示患者生存期較差(P=0.000 2)。

Nair等[18-19]利用RT-PCR技術以及Northern雜交技術，檢測ESCC組織中TGM3基因在miRNA、cDNA、蛋白質等的特異性表達。Chen等[20]認為，TGM3可以導致角質化細胞套膜形成能力下降，雖然在ESCC形成中TGM3的作用機制尚不十分明確，但其與食管上皮細胞的角化、分化存在相關性。

Liu等[21]利用免疫組化技術檢測TGM3在9例新鮮ESCC組織和相應正常黏膜中表達，結果顯示TGM3在ESCC組織中與對應正常組織相比其陽性率下降了81.8%(81/99)，TGM3在ESCC中的表達水平顯著低于正常食管黏膜。TGM3表達主要與食管癌分期相關，在ESCC的高、中、低分化也明顯存在表達差異，呈逐次降低趨勢。TGM3表達與食管鱗狀細胞、組織學分級呈負相關；與文獻報道的TGM3在喉癌、頭頸部鱗癌、口腔黏膜白斑導致的口腔鱗癌中表現一致，他們認為在食管癌組織中TGM3表達下調，增加腫瘤的侵襲性，使淋巴結轉移率增高。

Uemura等[6]利用激光顯微切割技術獲得76例新鮮ESCC腫瘤細胞和對應正常鱗狀上皮細胞，分別提取蛋白質做2D-DIGE實驗，實驗結果顯示TGM3是一個獨立的預后因子，其預后意義要高于淋巴結轉移、內部轉移和脈管侵犯。作者認為TGM3穩定角質層細胞的這一過程先于角質形成細胞“凋亡”為角質細胞。因此，TGM3下調可能阻斷“凋亡”的關鍵起始反應，從而有利于腫瘤的生存。

國內劉偉[22]采用高通量組織芯片以及免疫組化技術，分析99例ESCC組織中TGM3的表達，結果顯示TGM3基因在ESCC中的表達比正常鱗狀上皮顯著下調，差異具有顯著性(P<0.05)；其與ESCC病理分級有關(P<0.05)。采用免疫組化檢測TGM3分子在ESCC組織中表達，結果顯示TGM3在正常食管鱗狀上皮中呈強陽性，在ESCC中呈陰性，差異化明顯。

3 TGM3與其他蛋白分子之間的關系

目前，TGM3基因信號通路尚不清楚。復習文獻發現TGM3與其他分子之間的關系主要通過共純化、共結晶、酵母雙雜交、基因相互作用等分析手段確立。實驗測定與TGM3有關聯的蛋白質有USP53、USP32、CALML5、WWOX。文獻報道TGM3與CALML5、CystatinM/E存在分子之間的聯系。Abdulmajeed等[23]通過對CALML5(又稱CLSP蛋白)氨基酸的順序分析結果表明其與TGM3高度同源；Zeeuwen等[24]認為Cystatin M/E可抑制天冬酰胺內肽酶(LGMN)的不受控水解，但另一方面Cystatin M/E可激活TGM3。

4 總結與展望

目前，臨床檢測早期ESCC的方法有balloon細胞學篩選、Lugol染色內鏡檢查、內鏡窄帶成像術，這些方法均各有利弊[25-26]，其中組織學檢查主要依靠活檢病理診斷標準。食管鱗狀上皮內病變是正常鱗狀上皮發展為ESCC的早期組織學變化。上皮內病變具有組織結構異型性和細胞學異型性。組織結構異型性包括細胞排列紊亂、極向消失及上皮向下生長[27]。細胞學異常包括核增大、深染，細胞核與細胞質比例增大，核分裂象增多。在低級別上皮內病變(low-grade intraepithelial neoplasia, LGIEN)中，細胞異型性局限于上皮的下1/2處；而高級別上皮內病變(high-grade inraepithelial neoplasia, HGIEN)則累及上皮的上1/2處，且細胞學異型較LGIEN更明顯。但這項診斷因存在主觀性，受到質疑。一些分類系統，如維也納分類系統把上皮內病變分為一類，歸于不確定的發育不良組織，這很難確定增生組織是瘤性的還是非瘤性的[28]。與ESCC對鱗狀上皮損傷分類沒有標志物不同，子宮頸和口腔組織已有可用于臨床確定分級的診斷標志物[29-30]。近年隨著ESCC分子標志物篩選工作的開展，已有新的分子標志物涌現[31-32]，這其中TGM3分子備受關注，因其表達于基層上部的復層鱗狀上皮，是角質形成細胞末端分化的關鍵因子；且TGM3在正常鱗狀上皮和癌組織出現非常明顯的差異化表達，但TGM3的分子機制與通路分析十分欠缺。目前，關于TGM3在癌組織中與正常鱗狀上皮中表達急劇下降的原因仍未闡明。另外，TGM3在LGIEN和HGIEN中是否出現表達的變化也尚不清楚。因此，對TGM3分子機制與通路的進一步深入分析是十分必要的。

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國家重點實驗室開放課題基金(CBSLK201313)

第四軍醫大學西京醫院病理科，西安 710032

儲 瑋，女，助理研究員。E-mail: chuwei2010@163.com 李增山，男，教授，通訊作者。E-mail: lizsh72@fmmu.edu.cn

時間：2017-5-17 23:53 網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170517.2352.017.html

R 363.1+4

A

1001-7399(2017)05-0547-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.05.017

接受日期：2017-03-03