線粒體融合蛋白2在婦科腫瘤中的研究進(jìn)展

黎金婷，張頤

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院婦科，沈陽(yáng)110001)

在婦科學(xué)領(lǐng)域，卵巢癌、宮頸癌和子宮內(nèi)膜癌是3種常見的女性生殖系統(tǒng)惡性腫瘤，嚴(yán)重危害女性的生命健康，近年來(lái)其患病人數(shù)在世界范圍內(nèi)不斷增加，且有年輕化的趨勢(shì)。但各種婦科腫瘤發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制仍不明確，具有研究?jī)r(jià)值。線粒體是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器，除作為能量工廠為細(xì)胞提供能量外，線粒體在細(xì)胞代謝、凋亡、氧化還原穩(wěn)態(tài)和鈣信號(hào)等方面也具有不可忽視的調(diào)節(jié)作用。線粒體蛋白與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系是近年的研究熱點(diǎn)。線粒體融合蛋白2(mitofusin 2，MFN2)是一種在生物學(xué)中具有高度相似分子序列的跨線粒體膜鳥苷三磷酸酶，在線粒體外膜或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)均存在。MFN2基因最初是由研究者通過(guò)差異顯示篩選技術(shù)，在自發(fā)性高血壓大鼠血管平滑肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)[1]。由于MFN2基因在線粒體融合中的重要作用，所以將其命名為MFN2基因。MFN2不僅參與介導(dǎo)線粒體的融合，還通過(guò)調(diào)控細(xì)胞的增殖、凋亡和自噬等一系列過(guò)程影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。MFN2與肝癌、胃癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、腎癌、宮頸癌等多種腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切。MFN2基因的異常表達(dá)和缺失可能是腫瘤產(chǎn)生和進(jìn)展的關(guān)鍵因素，其有望成為腫瘤的潛在治療靶點(diǎn)。現(xiàn)就MFN2與婦科腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 MFN2概述

人類MFN2的組成成分包括757個(gè)氨基酸殘基；其N端有一個(gè)p21ras共有模體(aa 77-92)和一個(gè)鳥苷三磷酸酶結(jié)構(gòu)域(aa 98-117)，鳥苷三磷酸酶結(jié)構(gòu)域能介導(dǎo)線粒體的融合；C端含有MFN2疏水的跨膜區(qū)(aa 599-644)，該跨膜區(qū)幫助MFN2定位于線粒體且兩次跨過(guò)線粒體外膜；在跨膜區(qū)的上游和下游分別有一段卷曲的螺旋式7肽重復(fù)序列(HR1/2)，HR1/2與線粒體膜的融合、MFN2在線粒體膜上的定位以及線粒體的核周聚集均密切相關(guān)；此外，氨基酸鏈上還含有磷酸化位點(diǎn)絲氨酸/蘇氨酸殘基(蛋白激酶A/蛋白激酶G)[1-2]。

MFN2的表達(dá)受多種因子的調(diào)控，血小板生長(zhǎng)因子、內(nèi)皮素1和血管緊張素Ⅱ等對(duì)MFN2的表達(dá)起抑制作用，心鈉素、腎上腺髓質(zhì)素和降鈣素基因相關(guān)肽等促進(jìn)MFN2的表達(dá)；研究發(fā)現(xiàn)，除血管外，MFN2基因也廣泛存在于人體多個(gè)部位[3]。研究證實(shí)，MFN2不僅調(diào)控線粒體融合，還影響細(xì)胞增殖、凋亡和線粒體自噬等多個(gè)方面[4-5]，其作用的分子機(jī)制具有重要的研究?jī)r(jià)值。

2 MFN2在細(xì)胞形態(tài)中的作用

2.1細(xì)胞增殖 MFN2通過(guò)幾種不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞增殖的調(diào)控。首先，MFN2通過(guò)與Ras結(jié)合起作用，阻礙Ras活化，使胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)的激活被抑制，細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期[6]。其次，MFN2能促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21、p27的表達(dá)，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑的下調(diào)或降解對(duì)ERK1/2的持續(xù)活化起作用，MFN2上調(diào)p21、p27后，ERK1/2的活化被抑制，細(xì)胞生長(zhǎng)活力下降，影響細(xì)胞增殖。此外，MFN2能降低抑癌蛋白R(shí)b磷酸化水平，Rb能調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物細(xì)胞由G1期向S期的轉(zhuǎn)化，未磷酸化的Rb與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合并抑制其活性，使細(xì)胞周期阻滯于G0/G1期，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖[7]。Chen等[8]研究了內(nèi)源性MFN2在細(xì)胞增殖中的作用及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)線粒體定位和細(xì)胞增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性MFN2可通過(guò)抑制Ras-Raf-ERK1/2信號(hào)通路及Ras/Raf-1的作用控制細(xì)胞生長(zhǎng)，MFN2的N端(aa 1-264)與Raf-1作用，C端(aa 265-757)與Ras作用，MFN2作為Ras的分子效應(yīng)器抑制細(xì)胞增殖。

2.2細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡主要由3條不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控，即線粒體通路、死亡受體活化通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路。MFN2通過(guò)與線粒體通路中多個(gè)控制位點(diǎn)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[6]。線粒體在細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用，其融合和分裂的狀態(tài)影響細(xì)胞凋亡。細(xì)胞中線粒體的分裂與融合在正常狀態(tài)下處于動(dòng)態(tài)平衡，MFN2組成中的鳥苷三磷酸酶活性影響MFN2的融合，沉默MFN2的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致線粒體因分裂加劇融合不足而片段化，對(duì)于各種凋亡刺激，細(xì)胞表現(xiàn)更為敏感；在多種腫瘤細(xì)胞系中介導(dǎo)MFN2過(guò)表達(dá)，可發(fā)現(xiàn)線粒體在核周聚集成簇，并造成腫瘤細(xì)胞的死亡[9-10]。線粒體外膜通透化是導(dǎo)致線粒體跨膜壓下降和促凋亡分子(細(xì)胞色素C等)從線粒體滲漏進(jìn)入細(xì)胞液的主要因素[11]。

在MFN2調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的過(guò)程中，Bcl-2家族蛋白尤其是抗凋亡成員Bcl-2與促凋亡成員Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)發(fā)揮了重要作用。Bcl-2能維持線粒體外膜的完整性，抑制細(xì)胞色素C的釋放，而Bax與Bcl-2作用相反，其能破壞線粒體膜的完整性，促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放，釋放的細(xì)胞色素C通過(guò)順次酶聯(lián)反應(yīng)與凋亡蛋白酶活化因子1及胱天蛋白酶(caspase)-9酶原形成凋亡復(fù)合體，活化caspase-3，誘發(fā)細(xì)胞凋亡[11]。MFN2的表達(dá)與Bcl-2呈正相關(guān)，與Bax呈負(fù)相關(guān)[12]。研究發(fā)現(xiàn)，伴隨MFN2表達(dá)減少，Bax的表達(dá)水平升高，Bax易位導(dǎo)致細(xì)胞色素C由線粒體向細(xì)胞質(zhì)滲漏，引發(fā)細(xì)胞凋亡[13]。Ras-磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號(hào)通路也與細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡的調(diào)控關(guān)系密切，通過(guò)磷酸化下游Bcl-2家族蛋白、caspase-3和caspase-9等多個(gè)與凋亡相關(guān)的分子，Akt可抑制細(xì)胞凋亡，而高表達(dá)的MFN2可抑制Ras-磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt通路，降低Akt磷酸化水平，對(duì)細(xì)胞凋亡有促進(jìn)作用；此外，線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)也受MFN2的影響，線粒體能順利攝取內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放的Ca2+，依賴于線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的距離及連接的緊密程度，當(dāng)線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的距離變化時(shí)，影響線粒體對(duì)Ca2+攝取的能力、線粒體的代謝和對(duì)Ca2+介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的敏感性，但Ca2+信號(hào)是否參與其中，并誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡以及MFN2在線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)偶聯(lián)中的確切作用及其機(jī)制，還有待進(jìn)一步研究[11]。

2.3自噬 自噬對(duì)保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，細(xì)胞通過(guò)自噬泡包裹受損線粒體并降解的過(guò)程稱為線粒體自噬，線粒體自噬清除受損線粒體，保證了細(xì)胞內(nèi)線粒體的質(zhì)量[14]。MFN2調(diào)節(jié)線粒體自噬表現(xiàn)在自噬體形成的初始和自噬體成熟兩個(gè)階段[15]，主要機(jī)制分為3個(gè)方面：①通過(guò)影響線粒體形態(tài)，MFN2間接調(diào)控線粒體自噬，線粒體自噬發(fā)生時(shí)，MFN1/2首先被人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源基因誘導(dǎo)激酶1(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten induced kinase 1，PINK1)磷酸化，磷酸化的MFN2由PINK1選擇性磷酸化并招募至線粒體上的Parkin(E3泛素連接酶)泛素化修飾，最后被蛋白酶體降解，故受損線粒體的融合被抑制，線粒體形態(tài)發(fā)生變化，促進(jìn)線粒體自噬[16]；②MFN2通過(guò)影響線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)和核周聚集調(diào)控線粒體自噬，MFN1/2直接與微管系統(tǒng)結(jié)合，進(jìn)而影響線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)，當(dāng)線粒體自噬發(fā)生時(shí)，下調(diào)的MFN2使線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)受阻，更易發(fā)生線粒體自噬[17]；③MFN2直接參與調(diào)節(jié)線粒體自噬，其是Parkin在線粒體膜上的受體，被PINK1磷酸化的MFN2能與Parkin結(jié)合，使其定位于線粒體外膜，Parkin泛素化修飾 MFN1/2，抑制線粒體的融合，調(diào)控線粒體自噬[18]。

3 MFN2與婦科腫瘤

腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖的速度遠(yuǎn)超過(guò)普通細(xì)胞，是一個(gè)大量耗能的過(guò)程，其通過(guò)多種特殊機(jī)制調(diào)控以滿足自身對(duì)能量的需求。MFN2與婦科腫瘤中卵巢癌和宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展聯(lián)系緊密，但與子宮內(nèi)膜癌的相關(guān)研究較少。

3.1MFN2與卵巢癌 MFN2基因所在的第1號(hào)染色體短臂36.22位點(diǎn)是多種腫瘤的基因突變高發(fā)區(qū)[19]。胱硫醚β-合成酶(cystathionine β-synthase，CBS)、MFN2高表達(dá)提示卵巢癌的總生存率較低，Chakraborty等[20]研究發(fā)現(xiàn)，同一數(shù)據(jù)集的個(gè)體患者中CBS和MFN2的表達(dá)存在顯著相關(guān)性，CBS和MFN2可能協(xié)同調(diào)控卵巢癌細(xì)胞線粒體形態(tài)發(fā)生，促進(jìn)線粒體融合，高效產(chǎn)能，導(dǎo)致卵巢癌的預(yù)后不良，干擾小RNA沉默CBS或小分子抑制劑抑制CBS催化活性，產(chǎn)生激活c-Jun氨基端激酶的氧化應(yīng)激，活化的c-Jun氨基端激酶磷酸化MFN2，招募至E6-AP C端含有泛素E3連接酶域同源的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解，補(bǔ)充硫化氫或谷胱甘肽(CBS酶活性的催化產(chǎn)物)抗氧化劑或c-Jun氨基端激酶抑制劑可恢復(fù)MFN2的表達(dá)，在CBS沉默的原位異種移植瘤組織中，MFN2選擇性下調(diào)；CBS通過(guò)選擇性調(diào)控MFN2的穩(wěn)定性，維持線粒體健康，促進(jìn)線粒體融合，高效產(chǎn)生ATP，促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，CBS沉默引起MFN2表達(dá)的干擾導(dǎo)致線粒體分裂，從而抑制卵巢癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。白云等[21]通過(guò)免疫組織化學(xué)法比較了MFN2在30例卵巢癌組織、30例良性腫瘤組織和30例正常卵巢組織中表達(dá)的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MFN2在惡性癌組織中的表達(dá)較良性腫瘤和正常組織高，且MFN2的表達(dá)與卵巢癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床病理分期關(guān)系密切；在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽(yáng)性的卵巢癌中，MFN2具有較高的表達(dá)，且MFN2在 Ⅰ+Ⅱ 期卵巢癌中的表達(dá)率較Ⅲ期卵巢癌上調(diào)。洪慧等[22]采用順鉑濃度梯度遞增誘導(dǎo)法建立人卵巢癌OVCAR-3細(xì)胞株的順鉑耐藥細(xì)胞株OVCAR-3/順鉑，與OVCAR-3細(xì)胞相比，OVCAR-3/順鉑細(xì)胞中MFN2信使RNA水平顯著上升，提示卵巢癌細(xì)胞株OVCAR-3對(duì)順鉑耐藥與MFN2基因轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)之間可能存在關(guān)聯(lián)。另一方面，郭桃英等[23]通過(guò)病毒轉(zhuǎn)染的方法上調(diào)MFN2基因在SKOV3卵巢癌細(xì)胞中的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，卵巢癌細(xì)胞增殖指數(shù)降低，MFN2基因上調(diào)對(duì)SKOV3細(xì)胞有增殖抑制作用。

3.2MFN2與宮頸癌 宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，與MFN2基因的表達(dá)與調(diào)控密切相關(guān)。Ahn等[24]采用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)7例正常宮頸組織、64例宮頸上皮內(nèi)瘤變和120例宮頸鱗癌組織中MFN2的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MFN2水平從正常宮頸至宮頸上皮內(nèi)瘤變、宮頸鱗癌有逐漸升高的趨勢(shì)，且MFN2的表達(dá)與較高的分期水平和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)，而敲除MFN2基因后，細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力顯著下降，提示MFN2可能作為一種致癌基因參與宮頸癌的發(fā)病機(jī)制，并可能作為宮頸鱗癌的生物標(biāo)志物。郝曉明[25]研究發(fā)現(xiàn)，在宮頸癌中，MFN2的表達(dá)水平顯著升高，且MFN2的高表達(dá)與宮頸癌分級(jí)有關(guān)，與年齡和病理分期無(wú)關(guān)，高表達(dá)的MFN2參與了促進(jìn)宮頸癌的臨床早期轉(zhuǎn)移，沉默MFN2后，宮頸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力下降，從而抑制宮頸癌的轉(zhuǎn)移和宮頸癌細(xì)胞的成瘤能力。

白雙寧等[26]通過(guò)檢測(cè)MFN2在72例宮頸癌、51例宮頸上皮內(nèi)瘤變和25例正常宮頸組織中的表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)MFN2在宮頸癌組織中的表達(dá)水平顯著低于宮頸上皮內(nèi)瘤變組織和正常宮頸組織，且MFN2的陽(yáng)性表達(dá)水平隨著臨床分期的發(fā)展而降低，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組MFN2信使RNA水平低于無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組，MFN2基因在宮頸癌中對(duì)腫瘤細(xì)胞有促凋亡和抑增殖的作用，在MFN2低表達(dá)的組織中，宮頸癌具有更高的惡性程度，侵襲能力更強(qiáng)，而MFN2能抑制腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移，發(fā)揮抗腫瘤的作用。李昌紅等[27]采用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)72例宮頸癌、51例宮頸上皮內(nèi)瘤變和25例正常宮頸組織中MFN2的表達(dá)，結(jié)果顯示，宮頸癌組織中MFN2的陽(yáng)性表達(dá)率低于宮頸上皮內(nèi)瘤變和正常宮頸組織，且MFN2的表達(dá)與宮頸癌的臨床分期和分化程度有關(guān)，與患者年齡、淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移及病理類型均無(wú)關(guān)。Wang等[28]利用腺病毒將MFN2傳遞到HeLa細(xì)胞和腫瘤組織中，發(fā)現(xiàn)MFN2可通過(guò)線粒體途徑誘導(dǎo)宮頸癌HeLa細(xì)胞凋亡，且呈劑量依賴性和時(shí)間依賴性，MFN2可顯著降低HeLa細(xì)胞的線粒體膜電位，隨著MFN2過(guò)表達(dá)，細(xì)胞色素C胞質(zhì)含量升高，激活線粒體凋亡通路中的促凋亡過(guò)程，誘導(dǎo)caspase-3和caspase-9的活化增加，且caspase-3和caspase-9的活性隨著MFN2的表達(dá)增加而增強(qiáng)，呈劑量依賴關(guān)系，Bax水平顯著上升，線粒體通路中的抗凋亡蛋白表達(dá)被抑制，Bcl-2水平下降，提示MFN2可能是宮頸癌的一個(gè)潛在治療靶點(diǎn)。

3.3MFN2與子宮內(nèi)膜癌 致病的線粒體DNA突變與呼吸鏈復(fù)合體 Ⅰ 的改變、線粒體增殖及抗氧化反應(yīng)的增加有關(guān)，在 Ⅰ 型子宮內(nèi)膜癌中已有報(bào)道[29]。Cormio等[30]為了研究存在致病性線粒體DNA突變時(shí)，其他線粒體適應(yīng)過(guò)程是否被癌細(xì)胞觸發(fā)，對(duì)存在致病性線粒體DNA突變和呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ缺陷的Ⅰ型子宮內(nèi)膜癌中涉及線粒體動(dòng)力學(xué)、線粒體吞噬、蛋白水解和凋亡的蛋白表達(dá)水平進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與匹配的非惡性組織相比，癌組織的抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)增加，MFN2的表達(dá)減少；此外，增生性(癌前形態(tài))樣品中不存在這些蛋白表達(dá)水平的改變，提示在腫瘤線粒體分裂過(guò)程中，抗凋亡反應(yīng)可能被激活，而線粒體蛋白的損傷放電作為線粒體功能障礙的適應(yīng)過(guò)程。

4 小 結(jié)

MFN2在細(xì)胞能量代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過(guò)程中起重要的調(diào)控作用。多種細(xì)胞的增殖、凋亡、分化均受MFN2的調(diào)節(jié)。MFN2在卵巢癌中高表達(dá)，但其在宮頸癌中的作用仍存在爭(zhēng)議，在致病性線粒體DNA突變和呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ缺陷的Ⅰ型子宮內(nèi)膜癌中MFN2呈低表達(dá)。故MFN2在不同婦科腫瘤中的作用需要更多的臨床數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)研究證實(shí)。不同的MFN2結(jié)構(gòu)域功能之間的差異和關(guān)聯(lián)尚不明確，且有關(guān)MFN2在其他婦科腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中作用機(jī)制的研究較少。因此，應(yīng)進(jìn)一步探索MFN2在生物學(xué)中的作用機(jī)制，以為婦科腫瘤的及時(shí)診斷、有效治療、預(yù)后判斷及腫瘤耐藥提供新方向。