GADD45A在腫瘤中的研究進展

周志堅，王一然，趙明星，王雅杰，孫繼勇

1綏化市第一醫院外科，黑龍江 綏化 152000

2第二軍醫大學長海醫院腫瘤科，上海 200433

腫瘤的發生與多種因素相關，是一個涉及多基因和多階段的生物學過程，最常見的表現為信號轉導通路發生變化[1]，細胞分裂異常以及生長不受控制，其中DNA損傷修復障礙和增殖異常起著重要的作用[2]。GADD45A基因可以通過阻滯細胞周期、修復DNA損傷和促進細胞凋亡等途徑減少細胞癌變的可能[3]，所以GADD45A基因突變和腫瘤的發生有密切的關系，如肺癌[4]、食管癌[5]、卵巢癌[6]和前列腺癌[7]等。

1 GADD45A的結構和功能

GADD45A屬于GADD45基因家族，是DNA損傷修復的重要相關基因，還包括GADD45B和GADD45G等[8]。GADD45A基因位于1號染色體，全長4138 bp，含4個外顯子，轉錄的mRNA全長為1355 bp，翻譯的蛋白主要表達在細胞核內。GADD45A基因是細胞生長阻滯和DNA損傷修復基因，是重要的抑癌基因，是p53和BRCA基因調控的下游基因。GADD45A基因的第3個內含子區段，存在一個保守的p53結合位點，與p53結合后，PML/RARα和p53對GADD45A有共調控關系，可以促進GADD45A基因的轉錄表達[9-10]。GADD45A還可以通過不依賴p53的其他途徑發揮作用，由BRCA1對GADD45A進行調節，再通過NEK2維持基因的穩定[11]。

2 GADD45A基因突變與腫瘤預后相關

GADD45A在56.5%（35/62）的食道癌中表達陽性，同時GADD45A表達與病理分期相關，其陽性表達的患者生存期更長，預后較好，而陰性表達者預后較差[5]。GADD45A多態性與卵巢癌的發病率及預后相關，GADD45A攜帶T等位基因（TT+TC）患者的無復發生存期（recurrence free survival，RFS）和總生存期（overall survival，OS）更長，提示可以用其基因類型預測卵巢癌患者的預后[6]。Reis等[7]的研究發現，前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）的特異度不高，但是如果聯合檢測血液中的GADD45A甲基化DNA水平，敏感度和特異度分別達到94.1%和87.5%，ROC曲線下面積為0.937。Li等[12]在一項非小細胞肺癌的研究中發現，P53可以激活miRNA-138，激活的miRNA-138結合AGO2后，miRNA-130b表達降低，GADD45A表達升高，導致細胞G2/M期阻滯，抑制非小細胞肺癌細胞的增殖，說明GADD45A與非小細胞肺癌的惡性程度相關。在結腸癌化療效果與GADD45A關系的研究中發現，觀察組腫瘤組織GADD45A陽性表達率低于對照組，GADD45A與結直腸癌組織分化程度相關，化療有效組GADD45A的陽性表達率高于無效組，差異均有統計學意義（P﹤0.05）；GADD45A表達與卡培他濱＋奧沙利鉑（XELOX）化療效果存在一定的聯系，推測可以通過檢測GADD45A的表達水平預測XELOX化療的效果[13]。GADD45A與激素受體的表達相關，正常乳腺組織中GADD45A表達較低（16.3%），Luminal A型和B型的表達較高（65.3%和80.7%），三陰性乳腺癌的表達介于二者之間（32.0%），說明GADD45A可以作為乳腺癌預后的判斷指標，同時是潛在的治療靶點[14]。

3 GADD45A對腫瘤基因組穩定性的影響

中心體的復制與基因組穩定有密切的關系，GADD45A通過對中心體的調節影響基因組的穩定[15]。GADD45A缺失可以導致細胞S期監測點功能喪失，而中心體的復制處于S期，中心體復制異常，直接導致基因組不穩定。DNA去甲基化與基因的穩定性有密切的關系。有研究表明，GADD45A在10-11易位蛋白1（ten-eleven translocation，TET1）去甲基化中發揮協同作用，5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5-hmC）表達上調，而5-甲酰胞嘧啶（5-formylcytosine，5-fC）和5-羧基胞嘧啶（5-carboxylcytosine，5-caC）表達下調，去甲基化正常進行[16]。此外，胸腺嘧啶DNA糖苷酶（thymine DNA glycosylase，TDG）也參與了報道基因（reporter gene）的去甲基化，敲除GADD45A后，TDG的目的基因的甲基化增加，去甲基化減少[17]。在惡性膠質瘤中，輕鏈鐵蛋白可以促進腫瘤細胞的增殖，同時伴隨著GADD45A表達抑制，如果轉染GADD45A，使其高表達，可以抑制腫瘤細胞的增殖能力，減弱基因組穩定性[15]。

4 GADD45A與腫瘤細胞周期阻滯及凋亡的關系

研究發現，當細胞基因損傷導致GADD45A高表達時，細胞周期阻滯于G2/M期，而GADD45A的缺失導致細胞G2/M期數值減小，G2/M期阻滯需要以p21和p53依賴的方式進行[18]。食品添加劑奧喹多司可以導致肝腫瘤細胞S期阻滯，使GADD45A、cyclin A、CDK2、p21和p53蛋白表達上調。如果下調GADD45A表達，奧喹多司可以使S期阻滯更為明顯，細胞活力下降，DNA損傷增加。這說明GADD45A在奧喹多司導致的細胞周期阻滯中發揮重要的作用[19]。呋喃唑酮在肝腫瘤細胞中亦可發揮相同的作用[20]。SMAD4主要在細胞核中表達，是TGF-β1下游信號因子，可以抑制c-MYC，激活p21和p15，從而抑制細胞的增殖；而在腫瘤細胞中，SMAD4表達常下調，細胞逃避細胞周期阻滯和細胞凋亡，并且與GADD45A表達下調相關。如果GADD45A過表達，可以通過SCFβ-trcp1抑制SMAD4的泛素化降解，保持其穩定性，恢復細胞周期阻滯和細胞凋亡[21]。

5 GADD45A導致腫瘤細胞凋亡

GADD45A通過多種途徑導致細胞凋亡。GADD45A可能是通過上調p21和p53等DNA損傷修復基因與MTKI／MEKK4相互作用，活化p38和JNK通路，有效地促進細胞凋亡[22]。GADD45A可以引發細胞骨架穩定性降低，導致BIM從細胞骨架上解離、釋放，向線粒體轉移；在線粒體上積累的BIM蛋白與線粒體膜穩定蛋白Bcl-2發生相互作用，形成BAX寡聚體；BAX寡聚體最終促使線粒體外膜通透性增強，誘導細胞發生凋亡[23]。Su等[24]的研究發現，抗腫瘤生物活性肽（anticancer bioactive peptide，ACBP）是一種通過人胃癌細胞免疫山羊獲得并提純的肽類，可以抑制胃癌細胞的增殖，促進細胞凋亡，其中GADD45A的表達明顯上調；如果下調GADD45A的mRNA和蛋白表達，胃癌細胞對ACBP的敏感性下降，凋亡減少。Chen等[25]的研究發現，GADD45A在造血干細胞的分化中發揮重要的作用。經過輻射損傷后，GADD45A缺失的造血干細胞的DNA修復更慢，凋亡率更低。累積的DNA損傷最終導致B細胞白血病的進展。有進一步的研究表明，在GADD45A野生型細胞中，修復DNA損傷和p38絲裂原激活蛋白激酶（mitogen activation protein kinase，MAPK）通路有關，通過后者可以進一步阻止DNA突變細胞分化[26]。

6 GADD45A在腫瘤中的其他作用

GADD45A與細胞自噬相關，通過影響BECN1和PIK3C3復合體的形成，其可以使包括食管鱗癌在內的多種腫瘤細胞的LC3-Ⅱ和自噬體的表達下調。如果下調GADD45A表達，腫瘤細胞的自噬體增多[27]。目前的研究表明，在腫瘤早期，自噬體的減少可以促進腫瘤的進展；但是在腫瘤的晚期，尤其是接受放療和化療之后，自噬體的增多促進了腫瘤的進展[28]。GADD45A可能在腫瘤晚期起到抑制細胞自噬的作用，所以GADD45A可能成為腫瘤治療的靶點，尤其是針對放療和化療后的耐藥患者。GADD45A與炎性反應相關，Mathew等[29]的研究表明，肺損傷模型小鼠的GADD45A表達上調，維持損傷修復的大部分過程，作用時間可以達到6周；如果下調GADD45A表達，肺泡灌洗液中炎性因子增加，提示GADD45A是肺部炎性反應的重要調節因子。GADD45A通過阻斷mTOR/STAT3通路抑制腫瘤組織中血管形成。GADD45A缺失后，mTOR和STAT3通路介導VEGFa表達上調，可以明顯增加腫瘤內部血管的密度，促進腫瘤生長[30]。

7 問題與展望

GADD45A作為細胞生長阻滯和DNA損傷調節基因，在細胞損傷反應中通過不同的途徑發揮作用，維持基因組的穩定，抑制腫瘤細胞的增殖。在當前的研究中發現，不同的腫瘤組織，GADD45A的表達高低不同，腫瘤組織中的表達低于正常組織，細胞的凋亡率減少，細胞周期阻滯降低，增殖能力增強；GADD45A高表達的腫瘤組織預后較好，化療效果也較好，但是理論上，伴有細胞生長阻滯和DNA損傷調節基因突變的腫瘤，對DNA損傷的藥物治療有更好的效果[31]。理論和實驗結果的差異需要進一步探索，是實驗誤差還是其他特殊機制的作用，有待進一步研究。此外，GADD45A不僅對疾病的預后有重要的意義，還可能成為腫瘤治療的新靶點。

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