生長抑制因子5在腫瘤中的研究進展

林香桃，談 順

生長抑制因子5在腫瘤中的研究進展

林香桃，談 順

生長抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族屬于候選抑癌基因家族，包括ING1～5。ING5是ING家族的新成員，自首次報道以來已發現其有多種功能，如參與細胞周期調控、細胞凋亡和染色質重塑等。研究發現，ING5與腫瘤的發生、發展關系密切，其可能是抗腫瘤治療的潛在靶點。該文就ING5的生物學特性、腫瘤中的表達、與腫瘤惡性生物學行為的關系以及在腫瘤中的作用機制方面作一綜述。

腫瘤；生長抑制因子5；研究進展；文獻綜述

生長抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族屬于候選抑癌基因家族，目前共發現ING1～5五個成員[1]。研究表明，ING家族成員參與細胞周期調控、細胞凋亡和染色質重塑等多種細胞功能[2]。ING5是美國Harris實驗室于2003年發現的ING家族新成員，研究者發現ING5過表達明顯抑制結腸癌細胞的克隆形成能力[3]。后來研究證實，ING5與多種腫瘤的發生、發展有關，現將ING5在腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 ING5的結構和生物學特性

ING家族的5個成員分別位于不同的染色體。ING5基因定位于人染色體2q37.3區帶，含有8個外顯子和7個內含子，編碼的cDNA長5 233 bp，其1 068個核苷酸翻譯為由240個氨基酸組成的蛋白質，蛋白質的相對分子質量為2.8×104[4]。從氨基末端到羧基末端，ING5蛋白含有亮氨酸拉鏈樣(leucine zipper-like, LZL)結構域、新保守區(novelconserved region, NCR)、核定位信號(nuclear localization signal,NLS)和植物同源結構域(plant homeodomain, PHD)。不同的結構域行使不同的功能。LZL已被證明能促進DNA修復、細胞凋亡和染色質重塑；NCR參與重塑染色質；NLS指導核易位[5]。ING蛋白通過其PHD基序與甲基化核心組蛋白結合，特別是當組蛋白H3的第4位賴氨酸2次或3次甲基化(H3K4me2/3)后，ING5可以識別組蛋白H3[6]。另外，ING5通過PHD鋅指基序參與兩種組蛋白乙酰轉移酶(histone acetyltransferase, HAT)復合體的形成，包括H4-HBO1-JADE-ING5和H3-MOZ-MORF-BRPF-ING5[7]。兩種HAT復合物在人類細胞S期的DNA復制中發揮重要作用。H4-HBO1-JADE-ING5可協同微小染色體維持(minichromosome maintenance, MCM)復合物增強DNA的復制，因為ING5敲低使DNA不能合成，而HBO1敲低使S期細胞增多[3,8]。研究發現，ING5有5種不同的剪接變異體[9]。ING5作為連接組蛋白和HAT的橋梁分子，參與組蛋白修飾和染色質重構，提示ING5可能通過調控基因的表達而發揮抑癌作用。

2 ING5與腫瘤

2.1 ING5在腫瘤中的表達和細胞定位 ING5在不同腫瘤、不同亞細胞中表達不同。61.3%的原發性口腔鱗狀細胞癌組織(19/31)中ING5 mRNA水平降低[9]；在肝癌和食管鱗狀細胞癌中ING5 mRNA表達量均下降[10-11]；ING5在乳腺癌組織和細胞系中的表達亦均下調[12]。而在頭頸部鱗狀細胞癌中，胞核ING5表達下降而胞質ING5表達升高，這可能是由于ING5從胞核移位至胞質導致，該變化與腫瘤形成和腫瘤細胞的分化有關[13]。研究發現，18例冷凍結直腸癌標本中有14例ING5的表達較癌旁正常黏膜組織升高，光密度分析進一步證實ING5蛋白在結直腸癌中高表達。胞核ING5在結直腸非腫瘤黏膜、腺瘤和腺癌中陽性率分別為85.1%、65.2%和64.1%，而結直腸癌胞質中ING5的陽性率為84.6%，胞核和胞質ING5共同陽性者占54.2%，ING5的異常表達和核質轉移可能在結直腸上皮惡性轉化中起重要作用[14]。Xing等[15]在研究胃癌中發現，與胃非腫瘤黏膜相比，ING5 mRNA在胃癌中的表達較高，胞核ING5蛋白在胃癌和不典型增生中的表達較低。胞質ING5蛋白在胃非腫瘤黏膜和轉移性癌中的表達高于胃癌和不典型增生，胞核ING5在腸型胃癌中的表達較彌漫型胃癌高。Gou等[5]的研究亦表明，ING5在胃癌中的表達高于正常黏膜。在肺癌中，ING5蛋白和ING5 mRNA在正常組織中的表達明顯高于肺癌組織，且胞核ING5的表達水平與Ki-67和胞質ING5的表達呈正相關。在不同的肺癌組織學類型中，ING5的表達水平不同：小細胞癌<大細胞癌<腺癌<鱗狀細胞癌[16]。由此推測，ING5的表達及核質移位與腫瘤的發生、發展密切相關，與某些腫瘤的組織學類型也有一定關系。

大量實驗表明，ING5在腫瘤中很少發生突變。在口腔鱗狀細胞癌中，通過RT-PCR和DNA直接測序發現31例中有3例存在ING5基因錯義突變，分別為2號外顯子中第33個密碼子和3號外顯子中第68、74個密碼子。2號外顯子上的突變位于LZL結構域，該突變可能使ING5蛋白與凋亡和修復有關的功能喪失，進而導致癌癥形成。3號外顯子上的2個突變均位于NCR結構域，其可能影響ING5蛋白的三維結構和ING5蛋白通過染色體重塑在下游基因中的作用[9]。

2.2 ING5與腫瘤的生物學行為和預后的關系 腫瘤的惡性生物學行為包括其增殖活性、遷移和侵襲能力，與腫瘤的生長和轉移關系密切。ING5的表達與腫瘤的生物學行為和預后有關。研究發現，胞核ING5的表達與結直腸癌腫瘤大小、浸潤深度、分化程度和國際抗癌聯盟分期呈負相關，而胞質ING5則呈正相關，ING5可能作為評估結直腸癌侵襲性的有效標志物，但是Kaplan-Meier單因素分析顯示，患者累計生存率與ING5的亞細胞定位(胞核或胞質)無關[14]。在乳腺癌中，ING5過表達顯著抑制乳腺癌的細胞遷移、侵襲及上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)[12]。劉兆紅等[17]發現ING5蛋白表達與乳腺癌的腫瘤大小、淋巴結轉移及p53、ER、PR水平有關，其可能為乳腺癌臨床治療和評估預后提供一定參考。ING5過表達抑制肺癌A549細胞的增殖和侵襲，而在肺癌H1299細胞中ING5敲低促進了腫瘤細胞的惡性進展。在異種移植瘤模型小鼠體內，ING5過表達也抑制肺癌細胞的生長和侵襲能力。ING5轉染使肺癌細胞對化療藥物MG132、紫杉醇和SAHA不敏感，這與細胞凋亡的改變一致。胞核ING5表達與肺癌的臨床分期和淋巴結轉移呈負相關，而且胞核ING5高表達提示預后較好[2,16]。ING5基因表達抑制胃癌SGC-7901細胞株增殖和凋亡，誘導G1期阻滯，并抑制其遷移與侵襲，有效調控增殖、細胞周期、黏附相關基因與蛋白的表達，從而抑制胃癌的進展[18]。Gou等[5]亦發現ING5過表達抑制胃癌細胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲和片狀偽足的形成，并且誘導胃癌細胞的自噬和分化。ING5轉染組顯示出對化療藥物曲西立濱、紫杉醇、SAHA、MG132和小白菊內酯的耐藥性，這與細胞凋亡的誘導和耐藥相關基因的過表達呈正相關，ING5可能通過激活β-catenin、NF-κB和Akt通路誘導胃癌細胞凋亡和化療抗性。另外，胃癌患者的累積生存率與胞核ING5的表達呈負相關，與胞質ING5表達無關[15]。亦有研究表明，ING5的高表達能夠提高卵巢癌細胞系A2780對順鉑的敏感性，這可能為臨床評估卵巢癌患者預后提供新的分子標志物[19]。

3 ING5在腫瘤中的作用機制

3.1 促進p53的轉錄激活 免疫共沉淀實驗提示p28ING5與p53存在相互作用，其可增強p53第382位賴氨酸殘基(K382)的乙酰化，促進p53的轉錄激活作用，從而促進細胞周期阻滯和細胞凋亡[3]。p53是迄今為止研究最為廣泛的抑癌基因，其生物學功能包括誘導細胞凋亡、誘導衰老、參與DNA損傷修復和調控細胞周期阻滯，p53蛋白能使細胞周期阻滯在G1晚期。p53作為一種轉錄因子，主要通過轉錄調節下游靶基因發揮腫瘤抑制作用。p28ING5過表達可以通過調節p53激活p21/waf1啟動子活性，使p21/waf1蛋白表達增加，引起克隆形成率下降和S期細胞減少[3]。p21/waf1是細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，也是p53的下游靶基因。p53表達上升，促進p21轉錄，其與p53共同構成G1期檢查點，抑制G1期向S期轉換，減少受損DNA的復制和積累，從而發揮腫瘤抑制作用。

p53蛋白的翻譯后修飾是調控其靶基因表達的關鍵。當細胞DNA損傷時，ING5可以輔助乙酰轉移酶Tip60(KAT5)而非hMOF(KAT8)使p53第120位賴氨酸殘基(K120)乙酰化，隨后與p53的凋亡相關靶基因BAX和GADD45結合，并促進它們的表達，進而誘導凋亡[20]。

3.2 抑制EMT 研究顯示，ING5過表達通過抑制EMT而抑制肺癌細胞的侵襲和轉移能力。EMT的抑制表現為E-cadherin的表達升高以及N-cadherin、Snail和Slug的表達降低[2]。通過EMT，上皮細胞來源的腫瘤細胞獲得間質細胞的特征，從而變得更有活動性和侵襲性，促進腫瘤的惡性演進。E-cadherin是鈣黏蛋白分子家族中跨膜蛋白亞型的一種，主要分布于各種上皮組織，對于維持上皮細胞間黏附力和正常上皮組織結構完整性和極性十分重要。E-cadherin表達下降或缺失可導致腫瘤細胞間黏附性減弱，易發生脫落和轉移。N-cadherin與E-cadherin同屬于鈣黏蛋白分子家族，但其在腫瘤轉移中的作用相反。轉錄因子Snail是一種含有鋅指結構的DNA結合蛋白，可識別并與E-cadherin啟動子結合，抑制E-cadherin基因的表達從而誘發EMT。Slug是Snail轉錄因子超家族成員之一，也可以抑制E-cadherin的表達，促進EMT的過程。

Zhao等[12]研究發現在乳腺癌中ING5通過抑制PI3K/Akt信號轉導通路抑制EMT的進展。PI3K/Akt信號通路是細胞內重要信號轉導通路之一，通過調節多種下游分子，在細胞內發揮抑制凋亡、促進增殖、血管生成和細胞侵襲和轉移等作用。

3.3 ING5與其他蛋白的相互作用 p28ING5可以與HAT復合物的組成成分p300相互作用，進而誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡[3]。ING5在急性髓細胞白血病中的生長抑制作用取決于其與細胞周期蛋白A1抑制因子(inhibitor of Cyclin A1, INCA1)。ING5通過與INCA1結合，抑制細胞克隆形成和細胞增殖，增加Fas抗體誘導的細胞凋亡，從而發揮腫瘤抑制作用；反之，無INCA1，ING5出現致癌作用。ING5有不同生物學行為的機制可能包括在不同的細胞背景下發生的選擇性剪接、翻譯后蛋白修飾和蛋白-蛋白相互作用[21]。

3.4 ING5作為抑癌基因的兩面性 前面已闡述ING5在不同腫瘤中的表達差異以及INCA1對ING5的影響。此外，以胃癌SGC-7901細胞為研究對象，發現ING5過表達可以上調PI3K的表達，從而調控Akt1/2/3轉化為磷酸化激活狀態，然而ING5過表達可以活化NF-κB的表達，上調BCL-2、XIAP進而抑制細胞凋亡；Western blot結果顯示轉染pEGFP-N1-ING5后c-myc mRNA及蛋白表達均升高，其可能是ING5過表達調控細胞周期阻滯的機制；ING5通過上調β-catenin和下調MMP-9的表達從而抑制胃癌細胞遷移與侵襲；細胞實驗和體外動物實驗顯示ING5表達抑制胃癌細胞的增殖和凋亡。以上說明ING5作為抑癌基因具有兩面性[18]。

4 結語

ING5蛋白參與細胞周期調控、細胞凋亡、DNA損傷修復和染色質重塑等多種生物學過程，ING5蛋白功能失調可導致腫瘤的發生。研究表明，ING5與腫瘤的增殖、凋亡、侵襲、轉移、治療和預后有關，但是腫瘤的發生是一個多步驟、多階段的復雜過程，ING5的表達與惡性腫瘤發生之間的因果關系還不是很清楚，其在特定細胞中的確切作用和分子機制還有待進一步闡明。深入研究ING5與腫瘤的關系，將為探索新的腫瘤治療靶點提供新思路和方向。

[1] Tallen G, Riabowol K. Keep-ING balance: tumor suppression by epigenetic regulation[J]. FEBS Lett, 2014,588(16):2728-2742.

[2] Zhang F, Zhang X, Meng J,etal. ING5 inhibits cancer aggressiveness via preventing EMT and is a potential prognostic biomarker for lung cancer[J]. Oncotarget, 2015,6(18):16239-16252.

[3] Shiseki M, Nagashima M, Pedeux R M,etal. p29ING4 and p28ING5 bind to p53 and p300, and enhance p53 activity[J]. Cancer Res, 2003,63(10):2373-2378.

[4] Gunduz M, Gunduz E, Rivera R S,etal. The inhibitor of growth (ING) gene family: potential role in cancer therapy[J]. Curr Cancer Drug Targets, 2008,8(4):275-284.

[5] Gou W F, Shen D F, Yang X F,etal. ING5 suppresses proliferation, apoptosis, migration and invasion, and induces autophagy and differentiation of gastric cancer cells: a good marker for carcinogenesis and subsequent progression[J]. Oncotarget, 2015,6(23):19552-19579.

[6] Linzen U, Lilischkis R, Pandithage R,etal. ING5 is phosphorylated by CDK2 and controls cell proliferation independently of p53[J]. PLoS One, 2015,10(4):e123736.

[7] Unoki M, Kumamoto K, Takenoshita S,etal. Reviewing the current classification of inhibitor of growth family proteins[J]. Cancer Sci, 2009,100(7):1173-1179.

[8] Doyon Y, Cayrou C, Ullah M,etal. ING tumor suppressor proteins are critical regulators of chromatin acetylation required for genome expression and perpetuation[J]. Mol Cell, 2006,21(1):51-64.

[9] Cengiz B, Gunduz E, Gunduz M,etal. Tumor-specific mutation and downregulation of ING5 detected in oral squamous cell carcinoma[J]. Int J Cancer, 2010,127(9):2088-2094.

[10] 路美玲, 陳 斐, 王勤婉, 等. ING5在肝癌中表達的研究[J]. 胃腸病學, 2010,15(2):86-89.

[11] 趙春陽, 徐廣全. ING5在食管鱗癌中的表達及意義[J]. 高師理科學刊, 2013,33(3):71-72.

[12] Zhao Q Y, Ju F, Wang Z H,etal. ING5 inhibits epithelial-mesenchymal transition in breast cancer by suppressing PI3K/Akt pathway[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(9):15498-15505.

[13] Li X, Nishida T, Noguchi A,etal. Decreased nuclear expression and increased cytoplasmic expression of ING5 may be linked to tumorigenesis and progression in human head and neck squamous cell carcinoma[J]. J Cancer Res Clin Oncol, 2010,136(10):1573-1583.

[14] Zheng H, Xia P, Xu X,etal. The nuclear to cytoplasmic shift of ING5 protein during colorectal carcinogenesis with their distinct links to pathologic behaviors of carcinomas[J]. Hum Pathol, 2011,42(3):424-433.

[15] Xing Y, Yang X, Xu X,etal. The altered expression of ING5 protein is involved in gastric carcinogenesis and subsequent progression[J]. Hum Pathol, 2011,42(1):25-35.

[16] Zhao S, Yang X F, Shen D F,etal. The down-regulated ING5 expression in lung cancer: a potential target of gene therapy[J]. Oncotarget, 2016,7(34):54596-54615.

[17] 劉兆紅, 齊鳳杰. ING5在乳腺癌中的表達及意義[J]. 醫學與哲學, 2015,36(18):67-69, 96.

[18] 楊雪峰, 勾文峰, 趙 爽, 等. ING5基因表達對胃癌細胞生長抑制作用的研究[J]. 中國醫科大學學報, 2016,45(7):577-582.

[19] 孫正偉, 馬 蓉, 萬 安, 等. ING5在對順鉑不同敏感性的卵巢癌細胞中的表達及其影響[J]. 安徽醫科大學學報, 2016,52(1):56-59.

[20] Liu N, Wang J, Wang J,etal. ING5 is a Tip60 cofactor that acetylates p53 in response to DNA damage[J]. Cancer Res, 2013,73(12):3749-3760.

[21] Zhang F, Baumer N, Rode M,etal. The inhibitor of growth protein 5 (ING5) depends on INCA1 as a co-factor for its antiproliferative effects[J]. PLoS One, 2011,6(7):e21505.

中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院病理科，海口 570208

林香桃，女，碩士研究生。E-mail: linxiangtaozi@163.com 談 順，男，碩士，主任醫師，通訊作者。E-mail: lsbyfzhxt@126.com

時間：2017-8-20 15:27 網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170820.1527.016.html

R 730

A

1001-7399(2017)08-0904-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.08.016

接受日期：2017-04-20