Gremlin 與腫瘤關系的研究進展△

張鴻雁，王建堯，王斌#

1中國醫科大學研究生院，沈陽 110122

2深圳市兒童醫院普外二科，廣東 深圳 518026

Gremlin是一種能夠編碼184個氨基酸、富含半胱氨酸的新基因，在健康大鼠的成纖維細胞中呈高表達，但在腫瘤基因轉化的細胞中，其表達卻受到抑制，因此，將其命名為“DRM”，即down-regulated in v-mos-transformed cells。DRM蛋白與大鼠和人類DAN基因產物具有顯著的序列同源性，這些序列具有抑制腫瘤生長的活性，并且DRM的表達具有組織特異性，在大鼠的大腦、脾臟、腎臟和睪丸中的表達水平高，在心臟、肝臟和骨骼肌中的表達水平低或不表達。1998年，Hsu等首次從非洲爪蟾的神經嵴中分離出Gremlin基因，發現小雞、大鼠和人類的Gremlin基因同源，與非洲爪蟾的Gremlin基因共享80%的氨基酸序列。與Cerberus和DAN類似，Gremlin通過拮抗轉化生長因子-β（transforming growth factor-beta，TGF-β）亞家族配體的活性從而調節生長發育過程。研究發現，Gremlin基因即IHG-2定位于人類染色體的15q13～q15；高糖環境下，Gremlin于系膜細胞呈高表達；與大鼠DRM基因的表達部位略有不同，在神經元、星形膠質細胞、成纖維細胞以及大腦、卵巢、小腸和結腸等組織中能夠檢測到人Gremlin基因的存在。Gremlin編碼的蛋白有3種形式，分別為 Gremlin1（GREM1）、Gremlin2（GREM2）和Gremlin3。Gremlin主要以分泌型和細胞相關型兩種形式存在于內質網、高爾基體和細胞外表面，其C端包含一個高度保守富含半胱氨酸的重復區域，稱為半胱氨酸結，被TGF-β超家族、血小板源生長因子、神經生長因子和一些其他分泌蛋白所共享；N端包含多個潛在的糖基化和磷酸化修飾位點。Gremlin是骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）的內源性拮抗劑，而BMP是TGF-β超家族中的一類多功能細胞因子，是哺乳動物體內最大的TGF-β亞家族，在不同類型細胞中參與細胞的增殖、分化和遷移等過程。Gremlin可以通過非共價鍵連接于細胞表面或游離于細胞外間質，與BMP-2、BMP-4和BMP-7特異性結合，形成異源二聚體，從而抑制BMP與其受體結合，阻斷下游信號通路，產生拮抗作用，參與肢體生長發育、軟骨形成、器官纖維化、血管生成等過程。

1 Gremlin 與惡性腫瘤的發生、發展

1.1 Gremlin與乳腺癌

乳腺癌是女性高發惡性腫瘤之一，盡管手術、化療和激素治療是大部分乳腺癌的主要治療方法，但考慮到術后復發、轉移和藥物不良反應以及三陰性乳腺癌和其他類型乳腺癌的預后不良等因素，仍有必要尋找乳腺癌的有效治療靶點。研究發現，人類15號染色體q14區域含有一個可能與轉移性乳腺癌相關的抑癌基因，而Gremlin基因定位于人類染色體的15q13～q15，提示Gremlin可能與乳腺癌有關。有研究對Gremlin與乳腺癌的關系進行了研究，結果顯示，GREM1和BMP之間潛在的、復雜的相互作用與乳腺癌表型（如ER陰性和HER2陽性）有關，這可能會影響乳腺癌細胞的生長、侵襲和遷移，進而影響預后。Neckmann等通過對小鼠模型及數據庫中人乳腺癌組織中GREM1基因與乳腺癌相關基因的表達及預后情況分析發現，GREM1高表達與ER陰性乳腺癌患者的無復發生存率降低有關。Mohamad等研究發現，三陰性乳腺癌中GREM1的過表達與預后不良有關，而其表達水平的降低則與腫瘤的延遲進展有關。研究顯示，GREM1高表達與乳腺癌（尤其是ER陰性乳腺癌）患者的預后不良有關，敲除GREM1可抑制乳腺癌細胞的增殖，而GREM1的高表達則會增強乳腺癌細胞的活力，促進其生長與侵襲。

上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）被認為是乳腺癌發生轉移的一個重要因素，基于Gremlin在纖維化疾病發生EMT的過程中發揮著重要作用。Sung等驗證了Gremlin作為EMT誘導劑在人乳腺癌細胞中的作用，即通過EMT促進乳腺癌細胞的遷移。在器官纖維化疾病中，多項研究發現，Gremlin通過拮抗BMP從而參與器官纖維化過程；不同于纖維化疾病中Gremlin與BMP之間的相互拮抗作用，在乳腺癌組織中可以同時檢測出GREM1和BMP-4高表達，提示二者可能存在協同作用，這可能與BMP對腫瘤的雙重作用相關，也可能提示Gremlin通過BMP非依賴性途徑參與腫瘤進展，但具體機制仍需進一步研究闡明。另外，目前，GREM1的來源尚未完全明確，在乳腺癌患者的活檢組織中僅有6%的乳腺癌組織中GREM1的表達水平升高。Ren等研究發現，GREM1表達于腫瘤相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblast，CAF），并且其通過與腫瘤細胞相互作用促進腫瘤細胞的侵襲。此外，Neckmann等的研究認為GREM1可能來自腫瘤細胞本身，也可能來自浸潤腫瘤的細胞。

1.2 Gremlin與肺癌

Gremlin在胚胎正常氣道和肺循環的發育中起著重要作用，在健康人的肺上皮細胞中可以被檢測到，可能起到維持上皮完整性的作用。研究表明，Gremlin參與肺部纖維化疾病的發生與發展，如肺動脈高壓、特發性肺纖維化。近年來，Gremlin在肺癌的發生、發展中發揮重要作用。在肺腺癌中，Gremlin的過表達能夠促進腫瘤細胞的增殖。Yin等在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）組織以及晚期NSCLC患者的血漿中檢測到了表達上調的Gremlin，并且發現高表達的Gremlin可能能夠阻斷BMP信號通路；敲除PC-9/GR細胞中的Gremlin可以抑制細胞增殖，促進BMP-7蛋白的表達；另外，Gremlin的表達與NSCLC細胞對吉非替尼的耐藥有關，沉默Gremlin基因可以促進吉非替尼介導的細胞凋亡。因此，盡管有少量文獻報道Gremlin的高表達與肺癌的發生、發展有關，但Gremlin在不同類型肺癌中的表達情況及相關通路是否存在差異仍需進一步研究。

1.3 Gremlin與食管癌

食管癌是中國居民高發的消化道惡性腫瘤之一，其治療方法包括手術治療、放療、化療和靶向治療等。靶向治療藥物具有選擇性高、不良反應小等優點，因此，靶向基因治療對于腫瘤的治療具有重大意義。Zhang等在研究放療誘導食管癌細胞發生EMT的過程中發現，隨著化療劑量的增加，食管癌細胞中TGF-β、Chordin和Gremlin的表達上調，BMP-4的表達下調，提示劑量依賴性放療會誘導食管癌細胞發生EMT，其機制可能與TGF-β信號的激活和BMP通路的阻斷有關。研究顯示，has-miRNA-203在食管癌中的表達下調，靶基因GREM1在食管癌中的表達上調。Hong等發現Gremlin1在人食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）組織中呈高表達，間充質基質細胞分泌的Gremlin1促進ESCC發生EMT，抑制BMP-4表達，促進TGF-β表達；在CAF中，Gremlin蛋白可能通過腫瘤微環境調節腫瘤細胞的生長和轉移。提示Gremlin可能通過BMP信號通路參與食管癌的EMT過程，并有望成為食管癌診斷及治療的生物標志物。

1.4 Gremlin與胃癌

胃癌是發病率、病死率均較高的消化道惡性腫瘤。有研究發現，Gremlin參與胃癌的進展，并與其預后有關。Ran等發現，GREM2在胃癌中的表達上調；GREM2的沉默抑制了c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號通路的激活，進而抑制了裸鼠胃癌干細胞（gastric cancer stem cell，GCSC）在體內的成瘤能力和淋巴結轉移，以及體外GCSC的增殖、遷移和侵襲，加速GCSC細胞凋亡。

除了GREM2外，在胃癌組織及其鄰近正常胃組織中也可檢測到部分Gremlin1的表達，且Gremlin1的表達與一些臨床病理改變呈負相關。有研究通過免疫組化法檢測Gremlin1在胃癌組織中的表達情況，結果顯示，與Gremlin1陽性組相比，Gremlin1陰性組的腫瘤浸潤深度深，有淋巴結轉移，淋巴和靜脈侵犯明顯增加（P＜0.01）；Gremlin1陽性組的術后療效明顯優于Gremlin1陰性組（P＜0.01），提示Gremlin1陰性與胃癌患者的預后不良有關。另外，Honma等分析了159例胃腺癌患者的臨床資料，發現Gremlin1陰性胃腺癌患者的生存率低于Gremlin1陽性胃腺癌患者（P=0.002）；單因素和多因素分析結果顯示，Gremlin1表達是胃癌患者生存的獨立預測因子。

1.5 Gremlin與胰腺癌

胰腺癌是一種高度惡性的消化系統腫瘤，靶點治療能夠提高胰腺癌患者的生存率。多種腫瘤的血管生長因子與腫瘤的轉移、侵襲有關。Gremlin是主要促血管生成受體——血管內皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）的新型激動劑，結合以上背景，Chen等對GREM1在胰腺神經內分泌瘤（pancreatic neuroendocrine tumor，PNET）中的表達情況進行了檢測，結果發現，PNET中GREM1的表達情況與腫瘤相關血管生成有關。Gremlin以單體和共價連接的同型二聚體兩種形式存在。單體Gremlin作為VEGFR2的拮抗劑，可以抑制腫瘤生長和血管形成。GREM1在正常胰腺組織中的表達水平較低，主要表達于胰島細胞。有研究通過體外實驗發現，Gremlin1的過表達可以促進胰腺星狀細胞的增殖、遷移以及胰腺癌細胞的增殖、侵襲和EMT，并通過Shh信號通路誘導腫瘤的發生與發展。另外，Gremlin1在胰腺癌組織中的過表達與病理分級和淋巴結轉移分期有關。

1.6 Gremlin與肝癌

研究發現，Gremlin在肝細胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的進展、肝星狀細胞的激活過程中均發揮著重要作用，并參與肝纖維化進程。纖維母細胞分泌的Gremlin可以通過抑制BMP的表達參與HCC的發生、發展。Gremlin在HCC組織中的表達水平較高，與BMP-7的表達水平呈負相關，BMP-7/Smad通路可能參與HCC的發生與進展。經肝動脈化療栓塞術后表達上調的Gremlin2可能通過抑制BMP信號轉導促進腫瘤干細胞富集，從而促進HCC細胞生長。因此，Gremlin可能通過BMP信號通路參與HCC的發生與發展。

1.7 Gremlin與結直腸癌

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是全球范圍內常見的惡性腫瘤。近年來，Gremlin在結直腸癌中的作用被發現。Karagiannis等利用數學模型，結合體外細胞遷移實驗預測了Gremlin1在腫瘤微環境中的作用，提示Gremlin1能夠在體外誘導惡性腫瘤細胞遷移，并可能以BMP-7依賴的方式介導其促癌作用。深入研究發現Gremlin1是由CAF于腫瘤侵襲前緣產生，可能導致BMP信號被抑制和EMT的發生，從而參與腫瘤的形成和局部侵襲。正常結腸黏膜上皮細胞不表達或低表達Gremlin1，而Gremlin1在CRC間質細胞中呈高表達，并且其高表達與低腫瘤分期有關，提示Gremlin1是CRC患者預后良好的標志物。此外，沉默Gremlin1可能通過阻斷BMP/Smad通路和VEGF非依賴性途徑抑制CRC細胞的增殖、遷移、血管生成和EMT，參與CRC的發生、發展。Gremlin基因是結直腸癌的潛在靶點。

1.8 Gremlin與生殖系統腫瘤

除了乳腺癌、肺癌和消化系統腫瘤外，在胚胎卵巢、卵泡發育、不孕癥和婦科腫瘤等方面，亦有關于Gremlin1、Gremlin2表達情況的研究。2006年，Namkoong等發現Gremlin1在宮頸癌中過表達，過表達的Gremlin1通過與YWHAH蛋白相互作用參與宮頸癌的發生。Sato等研究發現，Gremlin1的高表達與腫瘤體積大（腫瘤直徑＞4 cm）有關；在宮頸癌中，其可能在臨床復發和維持腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）特性方面具有重要作用。有研究通過基因微陣列分析發現，Gremlin2在子宮內膜癌組織中的表達下調，并認為Gremlin2可能通過抑制腫瘤細胞的生長參與子宮內膜癌的發生與發展。此外，雖有學者發現Gremlin1在卵巢癌中呈高表達，但相關的機制研究尚未見報道，仍需要科研工作者進一步探索。

1.9 Gremlin與其他腫瘤

研究發現，Gremlin在惡性間皮瘤中過表達，惡性間皮瘤細胞產生高表達的Gremlin1，通過轉錄因子Slug的調控及與肌原纖維蛋白2結合作用于腫瘤微環境，調控間皮瘤細胞的存活狀態，并且通過誘導上皮細胞-間充質表型轉化和促進腫瘤血管形成從而驅動惡性間皮瘤細胞的侵襲和轉移。在垂體瘤中，Gremlin是腫瘤血管生成的重要因素。在膠質瘤中，敲除GREM1會降低細胞活力，抑制細胞的遷移、侵襲及EMT過程，阻斷TGF-β1介導的Smad通路，促進膠質瘤的發生、發展。在腎透明細胞癌中，GREM1啟動子Ⅲ區的甲基化與腫瘤的惡性程度及血管生成活性有關。此外，在分化差、有淋巴結轉移、存在周圍組織和器官侵犯或TNM分期為Ⅲ～Ⅳ期的膽管癌中，Gremlin1的陽性表達率明顯升高，提示Gremlin1的陽性表達與膽管癌患者的預后不良有關。Gremlin參與多種腫瘤的發生、發展，且與疾病預后有關，研究其在不同惡性腫瘤中的表達情況及作用機制將有助于對腫瘤的診斷、治療和預后預測。（表1）

表1 GREM在不同惡性腫瘤中的功能特征

2 小結與展望

Gremlin是一種高度保守的分泌型糖蛋白，可于血清中被檢測到，其異常表達與腫瘤的發生、發展及器官纖維化有關，對腫瘤的復發及預后具有一定的評估價值。但Gremlin對腫瘤細胞的作用一直存在爭議，大多數人認為Gremlin的表達具有組織特異性：Gremlin基因在肺、乳腺、胃等器官中的過表達可能會促進腫瘤的生長，相反，其在腎等器官中表達的下調可能會抑制腫瘤的生長。Gremlin的預后意義存在差異可能與腫瘤類型、腫瘤分期等因素有關。另外，Gremlin的來源尚不能確定，雖有大量文獻顯示腫瘤性疾病中的Gremlin由CAF或腫瘤細胞產生，但上皮細胞等其他類型細胞是否能分泌Gremlin仍需要進一步明確。Gremlin甲基化與多種惡性腫瘤的發展有關，可能通過影響細胞周期和BMP通路發揮致癌作用，但Gremlin基因在惡性組織中的作用很復雜，具體作用機制仍需進一步深入研究。