SEPT9基因在腫瘤中的研究進展

張苗苗，余 輝，陳 慶，代艷梅，陳 洪 綜述，李世寶，馬 萍，李朋朋△ 審校

(1.徐州醫科大學醫學技術學院;2.徐州醫科大學附屬醫院檢驗科,江蘇徐州 221000)

1971年，HARTWELL等[1]首次報道了SEPT基因家族。迄今為止，這個基因家族發現了Septin 1至Septin 14共14個家族成員，廣泛分布于除植物外所有真核生物中，且與細胞分裂有關[2]。SEPT基因家族的大多數成員有著相同的組成結構：可變的N端結構域與C端結構域以及高度保守的p-loop狀三磷酸鳥苷(GTP)酶結構域。最新的研究表明，SEPT基因家族的某些成員與腫瘤的發生發展密切相關，其在腫瘤中的作用逐漸成為研究熱點。SEPT9作為該家族中的一員，因其特殊的結構和在腫瘤中的異常表達引起科學家的關注。本文主要就SEPT9基因的結構特點、SEPT9蛋白作用機制及其在腫瘤中發生發展中的作用作簡要概述。

1 SEPT9基因的結構特點

SEPT9基因位于人類染色體17q25.3，含有17個外顯子，長約240×103bp，編碼15種多肽。轉錄本1存在于除胸腺及腦組織之外的全部組織中，轉錄本2、3和4在胎兒組織中表達水平較低[3]。SEPT9有多個亞型且彼此之間存在一定的核苷酸序列相似性和一定的氨基酸一致性。SEPT9-v1、SEPT9-v2和SEPT9-v3三種亞型的區別在于其N端氨基酸個數分別相差25、18、7；SEPT9-v5和SEPT9-v4的N端是SEPT9-v1、2和3 N端的截短形式且SEPT9-v5的N端形式更為截短[4]。SEPT9基因轉錄產物有多個變異剪接和翻譯起始位點[5]，SEPT9基因3′端和5′端分別可產生3種、6種不同的mRNA變異剪接體。因此，SEPT9基因共有18種變異剪接體。

該基因的18種變異剪接體之間有一個共同特點--在大多數情況下編碼的蛋白質相同，相對分子質量在30×103～65×103之間[6]。SEPT9基因在結構有另一特點--有較長的脯氨酸區域的N端和無卷曲結構域的C端。SEPT9有將其他蛋白募集至細胞質的定位功能[7]，該功能是通過SEPT9中央區域鳥核苷酸序列與諸多細胞骨架成分之間相互作用和不斷互相銜接而實現。SEPT9 GTP結構域若發生突變，會引起細胞形態改變而失去正常細胞的極性；若過度表達將影響其復合物形成，致使細胞基因組不穩定而向腫瘤細胞轉化[8]。此外，SEPT9表達的八聚體蛋白質在細胞分裂終末階段也發揮重要作用[9]。

2 SEPT9蛋白的作用機制

2.1Rho信號通路 Rho蛋白是具有GTP酶活性的小分子蛋白，它可以調控下游效應分子的表達，從而影響細胞骨架的形成、介導細胞與細胞或基質間的黏附，進而作用于腫瘤細胞的轉移及侵襲[10]。Rhotekin蛋白是Rho的作用分子，可以阻礙SEPT9基因纖維結構的形成，從而影響細胞分裂等正常生理活動[11]。YEH等[12]研究結果顯示低硬度水凝膠上的內皮細胞的SEPT9表達水平較高，抑制RhoA通路，證明SEPT9是一種RhoA抑制劑。另外，當SEPT9-siRNA轉染的內皮細胞接種在低硬度水凝膠上時，內皮細胞增殖明顯，首次確立了SEPT9作為響應底物剛性的調節劑發揮新作用。抑制SEPT9表達可導致低硬度水凝膠上內皮細胞中RhoA上游效應物Src/Vav2磷酸化的增加，同時還發現SEPT9可以通過與p114GEF相關聯或通過抑制Src /Vav2途徑來減慢細胞周期進展，從而抑制LSG上的RhoA活性。此研究證明LSG通過對整聯蛋白的失活導致SEPT9表達增加，從而減弱Src/Vav2/RhoA通路活化來抑制內皮細胞增殖。

2.2c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路 c-Jun氨基末端激酶作為絲裂原活化蛋白激酶的信號轉導蛋白，可以被細胞內激活物和細胞外的多種理化刺激因素激活；c-Jun氨基末端激酶信號通路不僅促進凋亡分子的釋放而誘發細胞凋亡，與細胞形態變化、細胞周期調控以及腫瘤發生進展等密切相關，還與多種人類疾病的發生、發展有關。以上過程中該信號通路受多種因素的精確調節(如磷酸化調節等)[13]。GONZALEZ等[14]研究發現，Septin蛋白可以激活c-Jun氨基末端激酶信號通路，從而參與細胞增殖。SEPT9-v1阻止JNK降解，使JNK1、2激酶穩定表達，顯著增加JNK/C-Jun的轉錄活性，提高cyclinc D1蛋白的表達水平，抑制細胞凋亡，促進細胞增殖。SEPT9-v3也可以與JNK1、2相互作用，類似于SEPT9-v1，但JNK轉錄活性增加不如SEPT9-v1。

2.3缺氧誘導因子(HIF-1)信號通路 HIF-1作用于腫瘤細胞的低氧反應通路[15]，可以改變腫瘤在低氧微環境下的生長和轉移，并增加腫瘤細胞的侵襲轉移性。RANKIN等[16]發現，HIF-1由HIF-1α亞基和HIF-1β亞基組成，是低氧環境下的轉錄因子。低氧環境下HIF-1α亞基與HIF-1β亞基形成異二聚體，然后結合到靶基因DNA啟動子序列的低氧反應元件上，激活促紅細胞生成素、血管內皮生長因子等轉錄基因，介導氧運輸、生長因子信號通路、葡萄糖攝取和糖酵解等，使腫瘤細胞繼續生存和增殖[17]。有關研究證實SEPT9-v1是結合并穩定HIF-1α的關鍵因子，它可以增加HIF-1的轉錄，活化SEPT9_v1-HIF-1，從而生成血管和促進腫瘤的生長[18]。AMIR等[19]發現，HIF-1α蛋白與SEPT9蛋白同源物MSF-A之間相互影響。細胞中高表達的SEPT9蛋白可抑制HIF-1α的泛素化和降解，增加血管內皮生長因子和HIF-1α的表達，從而促進生成新的腫瘤血管[11]。另外，SEPT9蛋白還會使HIF-1下游基因的表達上調，形成新生腫瘤血管，但是新生血管存在缺陷，從而使缺氧形成惡性循環。

2.4細胞分裂受損而產生多倍性或非整倍性 SEPT9蛋白在細胞分裂間期聚合形成的纖維絲在有絲分裂前期呈現胞質彌散型，有絲分裂后期在卵裂溝處聚集[6]。若分裂活躍細胞的SEPT9基因表達下調或缺失，細胞分裂受損而無法完成分裂，紡錘體不能很好地接觸，使細胞出現多倍性和非整倍性[13]。PETERSON等[20-21]證實，SEPT9高表達促進了遺傳不穩定性，會引起有絲分裂紡錘體缺陷，阻礙胞質分裂，從而引起染色體分離紊亂。

2.5SEPT9基因表達及其表觀遺傳學調控 通過對腫瘤學和表觀遺傳學的深入研究發現，在腫瘤發生進展中抑癌基因可通過啟動子甲基化表達沉默促進腫瘤進展[22]。SEPT9是抑癌基因家族成員之一[23]，在多種腫瘤中發生DNA 甲基化。DNA甲基化是真核生物中研究最為深入的表觀遺傳學標志，會影響基因的表達,主要包括全基因組的低甲基化以及某些修復基因和抑癌基因的高甲基化[24-25]。在脊椎動物中，約有半數基因的啟動子上有CpG島，該區域常發生異常高甲基化[26],SEPT9基因異常甲基化會引起自身基因表達異常，降低基因的轉錄活性，導致生理功能異常，最終誘導癌癥的發生。例如，AHMED等[27]發現轉錄本SEPT-v2啟動子gammal區域的異常高甲基化與結直腸癌的發生密切相關；ANDREAS等[28]對頭頸部鱗癌患者的腫瘤組織和血漿樣本研究發現，頭頸部鱗癌組織和血漿中SEPT9基因啟動子區甲基化水平顯著高于癌旁組織與健康體檢者的血漿。上述研究表明SEPT9基因啟動子甲基化在腫瘤進展中發揮重要作用。

3 SEPT9與腫瘤的關系

3.1SEPT9與結直腸癌 結直腸癌的發生與發展經歷多階段演變，有多種基因參與，并受多種因素影響。目前“腺瘤→癌變”學說[27]是較為公認的機制，包括染色體不穩定(CIN)、微衛星不穩定(MSI)和CpG島甲基化(CIMP)等，這三種機制可以單獨致病，也可以綜合作用。在腺瘤進展為癌的過程中，甲基化基因的mRNA和蛋白表達水平逐漸降低，而在去甲基化治療之后，兩者的表達水平升高，該結果說明結直腸癌變可能與基因甲基化有關[29]。人類約有一半的基因啟動子位于CpG島中，其胞嘧啶主要通過DNA甲基轉移酶進行甲基化，因此CpG島也是發生甲基化異常的關鍵部位[30]。癌基因或抑癌基因的高甲基化或低甲基化都會導致相應基因的異常表達，從而不能發揮正常的生理功能，進而導致結直腸癌的發生。在結直腸癌細胞中，SEPT9基因v2轉錄的啟動子區域特定位點胞嘧啶會發生異常甲基化，但健康結直腸細胞卻不發生，從而為結直腸癌篩查提供了一種理想的甲基化分子標志物[31]。檢測結直腸癌患者外周血中異常甲基化的SEPT9基因的DNA的方法具有較高的敏感性和特異性，該方法檢出率與患者性別、年齡和腫瘤部位無關[31-35]。 2005年，CHEN等[36]檢測結直腸癌患者糞便中SEPT9基因的甲基化，發現其有較高的陽性率，并且晚期患者的陽性率明顯升高。2008年，LOFTON等[37]發現在結直腸癌組織和外周血中SEPT9-v2啟動子區甲基化水平較高，檢測的敏感性和特異性分別為69%和86%。GRUTZMANN等[38]通過雙盲法病例對照研究測得結直腸癌患者血漿中甲基化的SEPT9基因陽性率(48%，120/252)明顯高于對照組(7%，7/102)。該研究中，研究對象包括其他惡性腫瘤患者和非惡性疾病患者，更能體現SEPT9與結直腸癌之間的關系。研究測得3組(結直腸癌組、其他惡性腫瘤組和非惡性疾病組)甲基化SEPT9基因的陽性率分別為58%(73/126)、11.46%(11/96)和13.02%(41/315)。該結果說明相比于患其他疾病患者和正常人群，結直腸癌患者SEPT9基因的甲基化水平明顯升高。DEVOS等[32]檢測結直腸癌患者血漿甲基化的SEPT9基因的敏感性為89%～93%，特異性為68%～72%。XUE等[39]進行meta分析檢測早期CRC患者外周血和糞便中SEPT9基因，發現其甲基化水平均增高。因此，SEPT9的DNA甲基化是早期診斷結直腸癌的有價值的標志物。

3.2SEPT9與乳腺癌 SEPT9基因在乳腺癌中可能發揮癌基因功能。研究顯示，SEPT9在人乳腺癌組織和乳腺腫瘤細胞系中呈高表達，可下調細胞凋亡相關蛋白Thsp1和Bax表達，且這種效應可被SEPT9沉默逆轉[40]，提示SEPT9可能通過調節腫瘤細胞凋亡來影響乳腺癌進展。在乳腺癌的組織和人乳腺癌細胞株MCF-7、MCF10A中，SEPT9的mRNA和蛋白的表達水平較高；SEPT9過表達會使細胞增殖速度、癌組織的侵襲性和染色體異倍體數目增多[41]。但在不同瘤種中SEPT9不同isoforms的表達不同，如乳腺癌細胞中的SEPT9-v1限制c-Jun氨基末端激酶的降解并增加該酶的轉錄活性，導致與細胞癌變密切相關的人類細胞周期蛋白D1的表達增加。SEPT9-v1過度表達會使乳腺上皮細胞表型向間質細胞轉變，進而促進乳腺癌的發展。CONNOLLY等[42]發現在高分級乳腺癌中，SEPT9-v1,3,6,7亞型表達最高，SEPT9-v2,5次之，SEPT9-v4幾乎檢測不到。上述證據提示SEPT9不同isoforms在乳腺癌進展中作用迥異。

3.3SEPT9與卵巢癌 研究表明，卵巢癌與SEPT9異常表達密切相關。例如，SCOTT等[43]分析良性、惡性和交界性的漿液性和黏液性卵巢腫瘤組織的差異基因時發現，SEPT9-v1和SEPT9-v4mRNA在卵巢交界性腫瘤組織中特異性高表達，而在良性和惡性卵巢腫瘤組織中SEPT9基因的表達未發生改變。另外，SEPT9-v1轉錄產物高表達的同時，SEPT9-v4的轉錄產物也高表達，且兩者的比率對腫瘤表型為惡性還是交界性有一定的影響。該結果說明SEPT9基因中SEPT9-v1和SEPT9-v4的mRNA表達的改變會影響卵巢交界性腫瘤的發生。呂訥男等[44]發現，交界性和惡性卵巢腫瘤組織SEPT9蛋白的陽性率比良性卵巢腫瘤組織的陽性率高，且惡性腫瘤組織高于交界性，提示在卵巢癌的進展中SEPT9蛋白可能發揮作用。還有研究發現SEPT9蛋白在卵巢癌患者外周血中表達顯著高于盆腔良性疾病患者和健康體檢者[45]，且與腫瘤轉移正相關，提示SEPT9蛋白具有卵巢癌的腫瘤標志物的潛能。

3.4SEPT9與白血病 研究發現，基因融合在白血病患者中很常見，其中在混合型白血病(MLL)中基因重排最為常見[46]。SEPT9與MLL基因的N端堿基序列發生框內融合產生嵌合蛋白[47-48]。SEPT家族基因中SEPT 2,5,6,11也可以與MLL基因發生融合[47-50]。SEPT9和MLL基因發生融合所引起的疾病包括骨髓增生異常綜合征和急性淋巴細胞白血病等，但相關機制還未明確。KUROSU等[51]在一例急性單核細胞白血病患者中發現，其發生t (11;17)(q23;q25)并發生SEPT9與MLL的基因融合。SANTOS等[52]發現，在急性髓系白血病患者中，SEPT9 5′端外顯子2和3與MLL 3′端外顯子8發生融合。KREUZIGER等[53]發現一例骨髓增生異常綜合征患者中SEPT9基因與MLL基因發生融合。除此以外，還發現白血病患者中也存在17q25缺失和AML1基因擴增[54-56]。曾亮等[57]研究發現在大B細胞淋巴瘤組織中，SEPT9蛋白水平越低，其化療敏感性越高，提示檢測淋巴瘤化療敏感性時，SEPT9蛋白可能作為候選標志物。

3.5SEPT9與頭頸部鱗癌(HNSCC) DNA甲基化會使染色質壓縮進而抑制基因轉錄或使基因表達下調，識別甲基化標志物能早期檢測HNSCC。BENNETT等[58]檢測出HNSCC的5個高度甲基化基因，SEPT9是其中之一，說明SEPT9與HNSCC發生密切相關。隨后，SCHRCK等[59]的研究表明，血漿甲基化的SEPT9是HNSCC的一種有價值的早期診斷指標。在HNSCC中，HIF與TGF-β信號途徑相互協同從而影響HNSCC的進展和預后。SEPT9可以阻礙HIF-1α的泛素化和降解，反饋激活TGF-β信號途徑，但表觀遺傳學改變會破壞反饋激活機制，從而使HNSCC增殖失控和凋亡抑制。矛盾的是，STANBERY等[60]卻發現，與正常組織相比，SEPT9-v1在HNSCC組織中表達升高，且與HNSCC的分期正相關，提示SEPT9在HNSCC進展中可能發揮促癌作用。以上研究表明，在頭頸部鱗癌進展中SEPT9基因到底發揮何種作用還需進一步研究。

3.6SEPT9與肺癌 肺癌高危人群的篩查常用策略為CT檢查，但其嚴重依賴于檢查者的經驗,且患者依從性差，不適合作為早期篩查手段。研究發現肺癌患者SEPT9蛋白表達減少[61]，且SEPT9基因啟動區存在甲基化，提示SEPT9基因啟動區甲基化有診斷肺癌的潛能。隨后，POWROZEK等[62]對100例健康人群和70例肺癌患者進行研究發現，肺癌組(44.3%，31/70例)患者外周血SEPT9基因甲基化陽性率顯著高于健康體檢者(4%，4/100例)，提示外周血SEPT9基因甲基化水平的檢測可能有助于肺癌的早期診斷。

3.7SEPT9與其他腫瘤 研究證實，SEPT9還與諸多腫瘤有關。有關前列腺癌的研究表明，SEPT9基因在前列腺癌組織中高表達，SEPT9-v1a的轉錄活性相對正常組織增加；SEPT9-v1表達沉默會抑制腫瘤的生長，HIF-1α與該過程關系密切[63]，提示SEPT9基因家族在前列腺癌的發生進展中發揮重要作用。另外，有關胃癌的小樣本研究發現，SEPT9基因在胃癌組織中也存在甲基化，提示SEPT9基因甲基化也是一種胃癌的生物標志物[64-65]。此外，還有研究發現腎細胞癌、子宮內膜癌、胰腺癌等腫瘤中高表達SEPT9。

4 結 論

SEPT9基因與多種腫瘤發生進展密切相關，在不同腫瘤中SEPT9基因的表達和作用不盡相同。在結直腸癌中SEPT9甲基化陽性率較高，mRNA和蛋白表達水平降低，可通過檢測SEPT9基因甲基化程度進行結直腸癌的早期篩查和輔助診斷；在乳腺癌中SEPT9高表達，mRNA和蛋白表達水平升高；在卵巢腫瘤中SEPT9-v1和SEPT9-v4高表達，并通過兩者比率對腫瘤進行表型分型。常規檢測腫瘤的方法有X線檢查、病理活檢、細胞穿刺等，前者存在輻射，后兩個為有創檢查。相比于常規方法，用SEPT9甲基化進行腫瘤篩查和早期診斷可以做到早期發現、早期治療，且無創、容易普及、可以定量和動態監測；但當其含量較少時檢測不到會造成漏檢。目前SEPT9尚未進行大規模實驗，無法確定各期腫瘤中其濃度大小，尚無法進行腫瘤分期。綜上所訴，仍需進一步探究SEPT9基因與疾病的聯系及其在疾病中的作用機制和臨床價值，隨著研究的進展，有望擁有一個新的、有效的治療靶點和篩查腫瘤的早期標志物，在腫瘤的發生發展和早期診斷、篩查中發揮巨大的作用。