IER3在腫瘤中的意義

周日忠，鐘曉剛

(1.右江民族醫學院，廣西 百色 533000；2.廣西壯族自治區人民醫院，廣西 南寧 530000)

0 引言

IER3屬于一種應激誘導基因，也稱為IEX-1，它歸屬為即刻早期反應基因家族。通過讀取了許多國內外關于腫瘤分子生物學的文獻，得知IER3基因與很多腫瘤的發生于發展密不可分，不過該基因在腫瘤中的作用機制尚未得以完全明確。隨著許多研究的展開人們逐漸意識到IER3在癌癥中所扮演的重要角色，更加進一步的對該基因進行研究還是很有必要的。將從以下內容再對IER3進行更深入的介紹。

1 IER3的結構

IER3屬于一種應激誘導基因，也稱為IEX-1，它歸屬為即刻早期反應基因家族。人的IER3基因位于6號染色體(6p21.3)的短臂上，它含有2個外顯子，可以編碼156個氨基酸。它存在著多種翻譯后修飾，如糖基化等[1,2]。轉錄因子占了這個基因家族的大部分，它們進行轉錄激活的時間相對來說十分之短，僅需數分鐘就可以完成。這主要還是得益于它們可以利用其它的蛋白質進行合成這一特性，節省了從頭開始合成蛋白質這一步驟的時間[3]。可以對它們進行調控的因素種類十分的豐富，包括轉錄因子、炎性細胞因子、病毒、致癌物等等。受到這些因子的刺激后，它們會迅速地做出應對，并且可以在十幾分鐘之內就達到轉錄的波峰。但是，我們要注意到因為IER3并沒有任何一個區域可以跟DNA進行結合，所以它不能算真正意義上的轉錄因子。它有時也可以起到協同激活或協同抑制的作用。顧名思義，IER3既然作為一個應激誘導基因，在受到各種因素的刺激后它最主要的一個功能就是進行協調激活或者抑制[4]。

2 IER3與細胞之間的關系

如果我們要明確IER3對臨床工作有何指導意義，就不得不研究它在細胞層面具有怎樣的作用，但這絕非易事，在細胞周期、分化等方面IER3的作用機制是十分復雜的，有時還存在互相矛盾的情況。IER3的表達對不同的細胞有不同的作用，有時IER3表達后表現為有利于細胞的生長，對另外一些細胞來說則是促進了細胞的死亡或者阻礙了細胞分化。IER3對細胞具有增值作用主要表現為當細胞受到各種理化因素的刺激后膜電位將發生改變，從而導致了細胞膜發生了去極化。IER3立即從靜止狀態轉變為激活狀態，誘導細胞從G0期開始進行細胞分裂活動，從而起到促進細胞增殖的作用。IER3可以增強細胞的存活能力與在受到損害后的自我修復能力。比如，物理因素對血管平滑肌的破壞，腸道炎癥性疾病中腸道細胞的修復過程以及經過放射性離子照射后的癌細胞。IER3均呈現出一個高表達的狀態[5,6]。在不同的環境下IER3展現出對細胞不同的作用。當細胞所處的環境有利于生長時，IER3可通過高表達促進細胞的生長。當細胞所處的環境不利于生長時，IER3可通過死亡受體發揮它促進細胞死亡的作用。細胞的種類和刺激的強弱決定了調控的結果。有研究通過細胞轉染實驗發現[7,8]，原本IER3低表達或者無表達的永生化角化細胞和HeLa細胞通過轉染IER3基因后比對照組細胞的S期、G2M期比例增加。與對照組相比表現出更短的一個細胞周期以及更快的增值速度。這就表明了IER3能夠對細胞的生長有一個促進的作用。當使用化療藥物對細胞進行處理后，高表達狀態IER3的細胞比對照組的調亡率要更加高。在許多種類型細胞的生長繁殖進程中都有IER3的表達。有研究表明，在人腦膠質瘤細胞U87-MG中[9]，星形膠質細胞的增值分化過程可由IER3來介導。使用全反式維甲酸作為誘導劑[7,10]，對角化細胞和白血病細胞進行處理，在這些細胞向終末細胞轉變的進程中都可以檢測到IER3是一個低表達的狀態。以上的這些研究都表明了IER3對細胞的增值分化都起到了一定的作用。IER3具有磷酸化的作用，它具有3個可以和細胞外信號調節激酶(ERK)相結合并產生磷酸化的作用點。同時它也含有一個由86到101個氨基酸殘基組成的跨膜結構域(TM)。IER3存在于多種細胞器中，細胞核、內質網、高爾基體中都已被證實有它的存在[11]。

機體的生長繁殖和維持內環境的平衡都離不開細胞增值與凋亡之間的均衡。一旦增值與凋亡之間的平衡被打破就有可能會引起機體內環境的改變。很多疾病都是在凋亡機制發生改變的基礎上進一步發生的，比如惡性腫瘤的發生發展、自身免疫性疾病的產生以及中樞神經系統發生退變。有研究顯示，IER3在許多種類型的腫瘤細胞中表現出錯綜復雜的調控凋亡機制。MCL-1具有抗調亡作用[12]，它被PI3K/AKT活化后可發揮出更強的活性，IER3可以干擾這個過程，通過這種方式介導TNF-α發揮導致肝細胞凋亡的作用。IER3的表達增加與離子射線具有協同作用，可以使得U87-MG細胞的生長受到更大的抑制。更深的研究顯示IER3跟P53共同作用使得U87-MG細胞發生凋亡[13]。同樣，IER3可以作用于鈣離子，使得鈣離子內流增加從而加速細胞的凋亡。由此可見，IER3誘導凋亡的過程是多種多樣的，有著繁雜的機理。另一方面，IER3也可以表現出抗凋亡能力。有人通過體內和體外實驗表明，IER3抗凋亡能力主要是因為它能夠調控細胞中線粒體活性氧(ROS)的產生。主要機制為IER3的過表達降低了IF1蛋白的表達水平，增加了ATP酶的活性，并維持了線粒體內膜Δψm的磷酸化狀態，從而減少了ROS的產生，并保護細胞免受線粒體依賴性凋亡的影響[14]。IER3調控的ROS的產生主要局限于線粒體，IER3的缺失幾乎沒有引起氧化應激。在免疫調節中IER3也可發揮作用[15]，它可以激活T細胞中的ERK通路起到保護細胞凋亡的作用，使得免疫反應效應期時間持續的更久以及產生類狼瘡綜合征。IER3通過介導信號之間的傳遞發揮它抗凋亡的能力。這種能力可能與介導ERK[16]、ROS[17]、PI3K/AKT[12]的活化過程有關。在不同類型的細胞中IER3表現出不同的作用。

3 IER3在不同腫瘤中的意義

在不同的腫瘤中IER3的表達程度并不相同，也表現出不同的作用。有研究通過免疫組化法對上皮性卵巢癌和良性腫瘤進行檢測發現，IER3的表達與FIGO分期和病理分級存在負相關，在卵巢上皮性組織惡變的過程中，IER3的表達逐漸較少[18]。同時，用TUNEL法對細胞凋亡進行檢測發現細胞的凋亡也隨之減少。發現卵巢癌中IER3高表達組中凋亡指數相對較高。這表明了IER3的表達與凋亡指數有正相關，提示IER3使得細胞凋亡活性增強從而對卵巢癌的腫瘤產生抑制作用。IER3表達陽性組的中位生存期顯著長于陰性表達組。同樣，在對胰腺癌的研究中也發現IER3陽性表達組的生存時間比陰性表達組的生存時間顯著延長。IER3表達降低與胰腺腫瘤對鄰近動脈和漿膜的局部侵襲相關[19]。IER3可能促進胰腺癌細胞的凋亡，IER3的缺失可能導致癌細胞的生長和侵襲。Steensma等人[20]研究顯示在超過60%的MDS患者中IER3的表達被解除。在MDS的早期階段，IER3表達減弱與骨髓細胞高凋亡率同時存在。當疾病進展到AML時，IER3在高水平上調，同時骨髓細胞凋亡率降低，這與IER3在疾病中的抗凋亡作用是符合的[21]。有研究表明，浸潤性乳腺癌中IER3的表達是浸潤前腫瘤或健康組織的三到四倍[22]。浸潤性導管癌中IF1的表達也增加，也許IF1和IER3之間的平衡參與了浸潤性乳腺癌有氧糖酵解和氧化磷酸化比例的調節。增加IF1的表達可以導致更多的ROS形成，從而增強NF-κB的激活[23,24]。NF-κB的激活進而激活了IER3的表達，進而促進If1的降解，從而將If1的表達控制在一定的閾值。確實，癌細胞同時使用氧化磷酸化和有氧糖酵解，與正常細胞相比后者的比例更高[25]。了解癌細胞中氧化磷酸化和有氧糖酵解是如何改變的，對于癌癥的治療和預后具有重要意義。幾個人乳腺細胞系也被研究，以闡明IER3促進乳腺腫瘤發生的機制。同源盒A1(Homeobox A1，HOXA1)是一種轉錄因子，在哺乳動物組織的正常生長和分化過程中發揮重要作用。在正常組織中很難檢測到它的表達，但在人類乳腺腫瘤中卻清晰可見[26]。IER3在永生化人乳腺上皮細胞系MCF-10A中的過表達導致體內腺泡形態發生異常和致癌轉化[27]。基因芯片分析顯示，轉染HOXA1的MCF-7乳腺癌細胞株中IER3的表達顯著增加，IER3可抵抗細胞凋亡，并直接參與乳腺腫瘤的發生。直腸癌的發生發展過程可分為幾個階段，包括癌前異常隱窩形成(ACF)、浸潤前癌和惡性腫瘤。ACF進一步分為增生型(低危)和異型(高危)兩類，但常規免疫組化很難區分這兩類病變。有研究證實IER3的高水平表達與結直腸癌的低風險之間存在關聯。與鄰近的正常結腸隱窩相比，腫瘤隱窩的IER3免疫組織學染色明顯減弱[28]。Segditsas等人在IER3敲除小鼠上的研究結果顯示IER3表達增加與結腸腺癌相關。APC或大腸腺瘤性息肉病是一種腫瘤抑制基因，它的突變與人類和小鼠的結直腸癌有關。基因芯片分析和qRT-PCR結果顯示，IER在人或鼠結腸腺瘤中的表達分別增加了2倍或10倍以上[29]。研究表明，IER3在結直腸癌的不同亞型或不同階段可能扮演著完全不同的角色。

4 總結與展望

IER3不僅在腫瘤和正常細胞中表達不同，而且在不同疾病階段的同一腫瘤中的表達也不同。它的陽性表達可能預示著乳腺癌、骨髓瘤的病變向轉移型轉化，反之，IER3的表達缺失可能是卵巢癌的不良指標。在分析的癌癥中，IER3在監測卵巢癌從良性到惡性階段的進展方面顯示出希望。我們對這些癌癥還沒有很好的答案。從這些癌癥中收集的有爭議的數據可能與IER3既是促凋亡加速器又是抗凋亡加速器有關。IER3可以被各種環境線索快速而短暫地誘導，使我們能夠評估不同個體在不同時間的動態癌癥反應，這在監測癌癥進展方面可能非常有用。IER3對腫瘤細胞的細胞效應可能與周圍正常細胞截然不同。IER3的這些獨特屬性使其成為一個潛在有用的生物標記物，無論是單獨使用還是與其他基因聯合使用，都能預測癌癥預后。IER3在癌細胞和周圍正常組織中的差異表達及其獨特的功能為腫瘤表達IER3的患者提供了一條新的抗癌策略的重要途徑。例如，大多數卵巢癌患者在確診時，由于晚期疾病局部侵犯附近器官和/或遠處轉移，無法接受根治性腫瘤手術。放療和化療是治療晚期卵巢癌的重要選擇。不幸的是，腫瘤細胞通常對放射或化療有抵抗力。IER3在HeLa細胞中的過表達增強了其對化療藥物誘導的凋亡的敏感性[8]，IER3的過表達也使人膠質瘤細胞系對輻射誘導的凋亡敏感[30]。因此，IER3基因可能是提高放化療療效的候選基因。

IER3是一個重要但真正未被研究的基因。它在癌細胞中的去調節作用，再加上它在細胞凋亡、存活和生長中的關鍵作用，強調了它在癌癥發病機制中的作用。然而，使用IER3作為癌癥預后的生物標志物仍然是一個巨大的挑戰，因為IER3的確切分子作用仍然是難以捉摸的；目前還沒有一個標準化的檢測方法用于臨床篩查IER3的表達，而且我們對其復雜的細胞功能的潛在機制了解太少。希望在以后的科研工作中能夠對IER3進行更多的研究，IER3有望成為一個有意義的生物標記物。