Piwil2 異常表達促進腫瘤發生、發展及預后不良的研究進展

曾廣平

在人類ARGONAUTE 蛋白家族中，迄今已發現兩個亞族：一類為類似動物果蠅屬的PIWI 亞家族，包含Piwil1（別名Hiwi）、Piwil2（別名Hili）、Piwil3 和Piwil4（別名Hiwi2）；另一類為類似植物擬南芥屬的AGO 亞家族，包含AGO1、AGO2、AGO3、AGO4[1]。與AGO 蛋白在大多數真核生物中廣泛表達不同，PIWI蛋白主要在有性生殖生物的生殖系富集，決定配子形成，在干細胞自我更新、RNAi、轉座子沉默及轉錄調控、基因重組、表觀遺傳調節中也起著重要作用[2]。Piwil2 作為人類PIWI 家族重要成員，是生殖干細胞自我更新關鍵調節基因，通過調節轉座子活化來調控精子發生，維持生殖系的完整性，主要在生殖干細胞和精原細胞表達，在正常體細胞和成體干細胞中不表達[3-4]。與Piwil2 相應的Mili，在小鼠早期胚胎及出生后的PGC、精原細胞、精母細胞以及圓形精子細胞等生殖細胞中均有表達，在體細胞中亦未檢測到表達[5-6]。在相當長一段時間，作為共識，Piwil2 蛋白被認為僅在生殖細胞中表達。直至2006 年左右，由Lee等[7]首次報道Piwil2 蛋白在人類腫瘤組織中廣泛表達后，Piwil2 在腫瘤領域研究開始迅速進展。

1 Piwil2 啟動腫瘤發生，是pCSC 的關鍵標志物

惡性腫瘤是嚴重威脅人類健康和社會經濟發展的重大公共健康問題，其轉移、復發和放化療抵抗嚴重影響病人的遠期生存率，是腫瘤治療中亟待解決的難題。腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）是腫瘤組織中極少量具有無限增殖潛能的干細胞特征亞群，與腫瘤的發生、發展、浸潤、復發、轉移及治療耐受密切相關[8]。隨著對CSC 研究的深入，研究發現部分CSC 可能起源于遷移迷路至性腺外殘留胚胎生殖細胞，生殖干細胞自我更新、增殖調控機制參與CSC發生[9]。

Piwil2 蛋白在人類腫瘤組織中表達，由Lee 等[7]于2006 年首次報道，該研究指出Piwil2 作為致癌基因，通過激活Stat3/Bcl-XL 通路抑制細胞凋亡并促進細胞增殖，在前列腺癌、乳腺癌、胃腸道腫瘤、卵巢癌和子宮內膜癌等多種腫瘤中廣泛表達。2010 年先后有文獻報道，Piwil2 在宮頸癌不同階段的癌前病變（非典型腺上皮細胞、輕度和重度鱗狀上皮內病變）和惡性病變組織均有表達，是一個與P16 互補的潛在標志物[10]；Piwil2 通過抑制信號轉導和轉錄激活因子3（STAT3），調節Bcl-X（L）和cyclin D1 以促進乳腺癌干細胞增殖，在90%的浸潤性癌和81%的乳腺癌中表達異常升高[11]。

大量研究顯示，腫瘤是一類復雜的基因疾病。腫瘤來源于組織器官的非正常生長，其形成過程包含一個漫長的、可逆的癌前期才能發展為成熟的腫瘤[12]。癌前組織中存在著CSC 前體細胞，即前腫瘤干細胞（pre-cancerous stem cell，pCSC），具有異質性，即受腫瘤微環境影響及Piwil2 調控，具有同時分化為良性或惡性腫瘤潛能或者分化成不同類型腫瘤[13]。pCSC 的鑒別研究發現，pCSC 中穩定高表達Piwil2，而在CSC 中Piwil2 表達水平降低，二者差異有統計意義[14]。這提示pCSC 與CSC 間分子信號不同，Piwil2在pCSC 穩定高表達，是pCSC 的可靠分子標志物[13-14]。還有研究指出，經單個轉錄因子Piwil2 重編程人成纖維細胞可獲得CSC 樣細胞，染色體核型分析為超二倍體且具有高致瘤性[15]，其成瘤組織的分子病理研究經驗證為胚胎性未分化癌[16]，提示Piwil2 具有啟動腫瘤發生潛能。

Piwil2 在癌前組織中穩定高表達，是pCSC 的關鍵標志物，具有啟動腫瘤發生的潛能，可作為各類型腫瘤早期診斷的重要研究方法。

2 Piwil2 表達部位的轉變，可能是促進腫瘤發展的重要原因

Piwil2 是生殖干細胞自我更新的關鍵調節基因，在人、鼠等哺乳動物的生殖細胞中表達，定位表達顯示為胞漿，未觀察到胞核表達或胞核、胞漿均有表達，在體細胞和成體干細胞中不表達[5-6]。然而，Piwil2在腫瘤細胞中定位表達部位發生改變。多篇文獻報道顯示，Piwil2 在肝細胞癌、膀胱癌、乳腺癌等腫瘤細胞中定位表達顯示為胞核，或胞核、胞漿均有表達，胞核部位的表達促進腫瘤向更差的預后表型進展，或提示預后不良[17-19]。

Piwil2 在生殖細胞中表現為僅胞漿表達，而在腫瘤細胞中卻出現胞核表達，這表明Piwil2 蛋白在胞漿、胞核中承擔著不同的生物學功能。在生殖細胞中，Piwil2 呈現胞漿表達，與分子伴侶Piwil4 協同調節轉座子的活化，起著調控精子發生的作用[4，20]。P53為抑癌基因，在細胞凋亡調控中發揮重要作用；Stat3為癌基因，可以抵抗抗腫瘤治療依賴的凋亡機制，并促進腫瘤細胞的生長。當Piwil2 在腫瘤細胞表現為胞核表達時，激活Stat3/Bcl-XL 通路，Stat3 被c-Src磷酸化后轉移到細胞核，與P53 啟動子結合后抑制其轉錄，從而抑制P53 介導的細胞凋亡，促進腫瘤細胞增殖[7，21]。

Piwil2 從胞漿轉移到胞核表達，可能是促進腫瘤發展的重要原因。干擾Piwil2 蛋白轉移到胞核，可作為表達Piwil2 蛋白的相關惡性腫瘤靶向治療的重要研究方向。

3 Piwil2 與腫瘤預后不良相關，可能是各類型腫瘤預后判斷的通用標志物

外科手術根治性切除是目前治療惡性腫瘤的最主要方法，但術后存在轉移復發，嚴重影響患者長期生存。盡管已有大量應用于臨床的腫瘤生物學標志物，迄今尚無適用于各種類型腫瘤的通用標志物，尤其是腫瘤發展早期階段。例如，HER2、雌激素受體、孕激素受體或Ki-67 已經作為標志物用于乳腺癌診斷，但這些腫瘤生物學標志物對乳腺癌早期診斷均缺乏敏感性和特異性[22]。此外，這些標志物并不僅僅在惡性腫瘤表達，也在良性腫瘤甚至于正常組織中表達。

多項臨床研究顯示，Piwil2 在腫瘤細胞中異常表達提示預后不良。在肝細胞癌中，Piwil2 與Piwil4 在胞核部位共表達，其生存率、總生存期明顯低于無共表達者[17]。低中度分化膽管癌組織中Piwil2 表達水平高于分化良好型組織，膽管癌根治性切除術后患者中Piwil2 高表達者預后不良且為預后獨立指標[23]。Piwli2 在膠質瘤組織中表達水平與人膠質瘤的WHO分級及Ki-67 表達水平顯著相關，Kaplan-Meier 曲線提示PIWIL2 是膠質瘤患者生存的預后因素，其高表達與預后不良相關，可能成為膠質瘤潛在的診斷標志物和治療靶點[24]。PIWIL2 高表達具有較高的發生口腔鱗癌的風險，在口腔癌腫瘤樣干細胞具有重建腫瘤異質性的能力[25]。在胰腺癌患者中，Piwil2 在mRNA 和蛋白表達水平上與胰腺癌前體細胞分子亞型呈正相關，與無進展生存期、總生存期均有相關性，可能胰腺癌的一種潛在的預后標志物，并可能指導后續的輔助治療[26]。

Piwil2 在多種不同類型腫瘤中異常表達提示預后不良，可能適用于作為各類型腫瘤預后判斷的通用標志物。

4 結語

盡管越來越多研究報道Piwil2 在腫瘤中表達與腫瘤發生、發展、預后相關，但在臨床工作的實際應用尚不成熟。通過免疫熒光或組化檢測檢測Piwil2在組織中的定位表達情況，需要侵襲性檢查獲得組織標本，難以推廣應用。目前尚未見可用于檢測血液、尿液等體液中Piwil2 表達量的商用試劑抗體。近年來研究發現腫瘤來源的外泌體，廣泛分布于多種體液中，與腫瘤存在密切關系[27]。有研究報道，Piwil2蛋白可在外泌體中穩定表達[28]。因此，進一步探索Piwil2 在人體血液、尿液等體液外泌體中的表達情況，避免了侵襲性檢查，可能是Piwil2 作為腫瘤標志物在臨床應用研究的重要方向。

綜上，Piwil2 在pCSC、CSC 及多種不同類型腫瘤細胞中表達，有望作為各類型腫瘤早期診斷及預后判斷的通用標志物；Piwil2 胞核表達可能是促進腫瘤發展的重要原因，靶向干擾Piwil2 蛋白轉移到胞核可作為相關腫瘤治療的重要研究方向。