N-myc下游調控基因1的研究進展及惡性腫瘤誘導分化

陳玲

【摘要】目的 綜合評述N-myc下游調控基因1（NDRG1）的研究進展及惡性腫瘤的誘導分化治療。方法 收集近年來有關NDRG1基因研究及腫瘤誘導分化治療的文獻并作綜述。結果 NDRG1基因在機體各方面發揮重要作用，腫瘤細胞可被誘導分化。結論 NDRG1基因在腫瘤誘導分化治療中發揮重要作用，有望成為腫瘤的一個預后標志。

【關鍵詞】NDRG1;惡性腫瘤;誘導分化治療;誘導分化劑

【中圖分類號】R246.5?【文獻標識碼】A?【文章編號】2026-5328（2021）03-001-04

惡性腫瘤是一種細胞分化障礙性疾病，其核心問題是正常細胞的分化異常。誘導分化（induction of differentiation）是指惡性腫瘤在體內外分化誘導劑存在下，重新分化向正常方向逆轉的現象，誘導分化治療打破了“腫瘤細胞一旦生成就永遠是腫瘤細胞[1]”的說法。誘導分化劑是指可使不成熟的惡性細胞或去分化的腫瘤細胞被誘導而重新向正常細胞分化，甚至轉變成正常細胞的化學物質。N-myc下游調控基因1（N-myc downstream regulated gene 1，NDRG1）作為近年來發現的與細胞分化相關的新基因，其基因產物在多數組織中表達。分子功能涵蓋了廣泛的生物學過程，研究表明，NDRG1與細胞的生長及凋亡、腫瘤細胞增殖[2]、缺氧應激反應[3]、腫瘤細胞的藥物反應和耐藥性、腫瘤侵襲和轉移[4]等相關。NDRG1在各種腫瘤細胞中表達不同，這種表達方式不同使得NDRG1可以作為一個重要的腫瘤標志物。

一、NDRG1基因的研究進展

1 基因的發現、結構及其產物

分化相關基因NDRG1（N-myc downstream regulated gene 1）屬于N-myc下游調節基因（NDRG）家族。該家族包括4個成員，即NDRG1、NDRG2、NDRG3和NDRG4。NDRG1是1977年荷蘭學者van Balzen等[5]在結腸癌細胞株HT27-D4體外誘導分化過程中克隆到的一個新的cDNA。該基因定位于人染色體8q24.3，長約60kb，包含16個外顯子和15個內含子。NDRG1基因轉錄從第123位核苷酸開始，其mRNA全長約3kb，后者包含一個1182bp的編碼區域，編碼蛋白產物為43KDa，含有394個氨基酸。主要位于細胞質，但與細胞核、細胞膜和黏著連接也有關聯。

研究表明，NDRG1蛋白在腦、心、腎、分泌期乳腺、肺、胎盤外膜、前列腺、小腸、大腸、卵巢、肝臟、皮膚等組織高表達，在睪丸、胎盤、外周血白細胞、淋巴結、腦細胞、肌肉等組織低表達或無表達。其功能主要有細胞生長和分化、增殖和生長抑制、腫瘤形成、腫瘤進展和轉移、低氧反應、NDA損害反應等。NDRG1在不同組織中表達不同使其具有不同的生物學功能，同時調控其表達的方式也是不同的，這在許多體外試驗中已被證實。該基因被其他多個學者相繼獨立發現和分離，因此它又名為cap43 （calcium activated protein，鈣激活蛋白） 、rit42（reduced in tumor，42KDa）、PROXY-1 （Protein Regulated by OXYen-1，氧調節蛋白）。

2基因的生物學功能

2.1 與細胞生長及凋亡有關

van Belzen等[5]發現NDRG1在結腸癌上皮分化的過程中上調表達，而在結腸癌細胞株中表達降低，提示該基因的表達可能與細胞分化有關。有研究表明，NDRG1的表達隨著細胞周期的變化而呈雙相性的改變：在G1和G2/M期表達最高，在S期表達最低。有學者認為該基因是維持紡錘體穩定所必需的，而且與細胞的微管結構有關。Agarwala等通過Western blot方法發現在內質網發生應激反應時，人臍靜脈內皮細胞株中的NDRG1表達增加，而且發現NDRG1蛋白在7個或者更多的位點上發生可逆的磷酸化反應，當細胞內cAMP增加時，磷酸化反應增多;同時觀察到在早期的對數增長期，磷酸化形式很多見，隨著細胞生長密度的增加而逐漸下降。提示NDRG1蛋白可能是磷酸化的內質網應激反應蛋白，它的磷酸化可能與細胞的增殖有關。研究[6]得出干擾DRG1表達可以抑制PI3K/AKT信號通路轉導，進而抑制皮膚鱗狀細胞癌細胞生長，促進皮膚鱗狀細胞癌細胞凋亡。張生彬等得出NDRG1基因過表達可顯著促進膽囊癌細胞增殖、遷移、侵襲并抑制其凋亡，其分子機制可能是上調的NDRG1基因能有效調節與細胞凋亡相關基因的表達，從而發揮其介導作用。

2.2 與組織缺氧有關

缺氧是實體瘤共有的特征，研究[7]發現缺氧可以誘導NDRG1的表達。NDRG1在缺氧環境下的表達調控可能主要通過HIF-1途徑，但研究顯示AP-1、Egr-1、Sp-1、NF-kB等也參與缺氧誘導NDRG1的表達過程。因此，缺氧誘導NDRG1的表達可以是HIF-1依賴的也可以是HIF-1非依賴的。研究顯示，缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible transcription factor-1，HIF-1）能夠靶向結合NDRG1啟動子，調控NDRG1的轉錄，而HIF-1是缺氧應激反應中的中樞調控因子，故缺氧可誘導NDRG1的表達。缺氧也可以誘導早期生長反應因子Egr-1表達（Egr-1具有調控機體急性炎癥反應因子的作用） ，Egr-1在缺氧環境下與NDRG1啟動子區結合，與HIF-1共同調控NDRG1表達，Egr-1調控NDRG1的表達為HIF-1依賴和HIF-1非依賴。AP-1和Sp-1均為轉錄因子，與NDRG1啟動子區結合，調控NDRG1的表達。

2.3 與腫瘤抑制基因有關

p53和PTEN是目前公認的腫瘤抑制基因，有研究發現，兩者可以調控NDRG1的表達。Stein等證實p53促進NDRG1的表達可以抑制細胞增殖，但是在轉移性肺癌細胞中沒有誘導細胞凋亡的作用，這暗示NDRG1在轉移性腫瘤細胞中與細胞生長抑制有關。NDRG1與PTEN的正相關性也被很多實驗證實，而子宮內膜癌中NDRG1于PTEN成負相關。而p53和PTEN還可以調控轉移相關蛋白基質金屬蛋白酶1、2、9、13以及血管內皮生長因子（VEGF），從而通過該通路參與腫瘤的轉移抑制。抑癌基因VHL通過抑制Sp-1的活動來抑制NDRG1的表達，因此Masuda等證實抑癌基因VHL通過下調NDRG1的表達從而發揮其抑制腫瘤的作用。

2.4 與激素作用有關

在乳腺癌中，NDRG1的陽性表達率在ER、PR表達陽性者明顯高于ER/PR表達陰性者，應用雌二醇可使NDRG1表達水平降低，這種降低可能是通過ER-α依賴的途徑介導，NDRG1可能作為一種分子標記來判斷抗雌激素的抗乳腺癌物質的治療效果。Tu等通過對前列腺癌細胞中的蛋白組學分析時發現，NDRG1是雄激素作用的靶點，在雄激素誘導細胞分化和抑制前列腺癌轉移方面都有重要作用。

2.5 與神經系統有關

Okuda等建立了一個敲除NDRG1基因的小鼠模型，組織學分析發現神經鞘細胞功能喪失，外周神經脫髓鞘，NDRG1基因是最早被證實的一個與脫髓鞘性神經性疾病相關的基因，該基因148X突變可以導致HMSNL，這是一種屬于CMTD的常染色體隱性遺傳病。NDRG1蛋白在周圍神經系統中高度表達，在感覺、運動神經元和軸突中表達低。

二、惡性腫瘤的誘導分化

腫瘤誘導分化是指應用某些化學物質可使不成熟的惡性細胞逆轉，向正常細胞分化，去分化的腫瘤細胞也可被誘導而重新向正常細胞分化，甚至轉變成正常細胞。誘導分化治療在于可不殺傷腫瘤細胞，而是誘導腫瘤細胞分化為正常或接近于正常的細胞。這些化學物質稱為分化誘導就。近年來，隨著實體瘤體外瘤細胞系的不斷建立和檢測手段的改進，實體瘤的誘導分化研究及新的誘導分化劑的探索也逐步增多。惡性細胞誘導分化的確切機制尚無定論，腫瘤細胞誘導分化與細胞外環境、細胞內信號傳遞系統、癌基因、抑癌基因等多方面因素密切相關。目前常用的腫瘤誘導分化劑包括維甲酸（RA）類、砷劑、組蛋白去乙酰化酶抑制劑、甲基化抑制劑、PPAR激動劑、羥甲基戊二酰輔酶A還原酶抑制劑等。

1.維甲酸

維甲酸（vitamin A acid，RA）又稱視黃酸，是維生素A的衍生物，維生素在體內代謝轉變為全反式維甲酸（all-trans-retinoic acid，atRA）、13-順維甲酸（13-cis-retinoic acid，13cRA）和9-順維甲酸（9-cis-retinoic acid，9cRA）等幾種異構體。維甲酸最早作為誘導分化劑用于血液系統腫瘤的治療，目前用維甲酸治療急性早幼粒細胞白血病已成為誘導分化治療的典范。由于全反式維甲酸對血液系統腫瘤細胞顯著的誘導分化作用，促使人們考慮全反式維甲酸應用于其他實體瘤的治療是否依然有效。近年來，諸多學者已從細胞學、動物實驗以及臨床試驗的角度相繼對胃癌、食管癌、肝癌、肺癌、乳腺癌、甲狀腺癌、膀胱癌、卵巢癌、淋巴瘤、宮頸癌等惡性腫瘤用全反式維甲酸進行誘導、分化的治療。結果發現，ATRA對惡性腫瘤細胞具有誘導分化、抑制增殖、誘導凋亡等作用。Taibi等報道ATRA可上調甲狀腺癌細胞的NIS表達，使細胞內NIS增多，從而誘導腫瘤細胞再分化。研究顯示ATRA作用于癌細胞PC-3，阻斷細胞于G1/G0期，抑制細胞增殖，Survivin mRNA表達量降低。有結果推斷在胰腺癌細胞核骨肉瘤細胞中，低濃度的ATRA與BTZ聯合應用可以逆轉ATRA的促生長效應，高濃度的ATRA與BTZ聯合應用可以顯著增強ATRA抑制細胞生長的能力。

2.砷劑

砷劑用于腫瘤的治療早在《本草綱目》中即有記載，但因其長期被列為劇毒劑而影響其使用。近年來，對砷劑的研究又有了新的發展。目前認為砷劑（As2O3和As3O4等）有促進細胞凋亡、誘導細胞分化和抑制細胞增殖的作用。臨床上使用砷劑治療早幼粒細胞白血病已取得了巨大成功。由于它還能誘導RA敏感性和RA抵抗的APL患者完全緩解而被認為是ATRA的替代治療藥物。目前通過CD11b和CD14表達增加及CD33表達降低可證實As2O3通過粒細胞途徑誘導APL細胞部分分化。低濃度As2O3引起的PML-RARα降解雖然進展緩慢，但仍可幫助解除分化阻滯。另外，最近研究取得了很多砷在其他細胞通路中的作用機制的資料，如蛋白激酶途徑、NF-κB途徑等，為研究砷劑誘導分化作用的機制提供了新的思路。許多研究證明As2O3對多種消化系腫瘤，多發性骨髓癌，宮頸癌，激素非依賴性前列腺癌，子宮內膜癌，腎癌細胞的生長具有抑制作用。其抗腫瘤的機制主要有促進細胞凋亡、抑制Hh信號通路、逆轉腫瘤耐藥性、抑制血管生成等。

3.HDAC抑制劑

組蛋白氨基末端富含賴氨酸殘基，通過對賴氨酸殘基的乙酰化或去乙酰化可改變核小體內DNA的構象，調控基因的表達。其乙酰化狀態受兩種酶的調控：組蛋白乙酰化轉移酶（HAT）和組蛋白去乙酰化酶（HDAC）。組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACi）對ATRA耐藥的APL患者提供了腫瘤誘導分化治療的新思路。多種HDAC抑制劑在臨床上得到應用，最常見的是丁酸鈉。丁酸鈉（Sodium butyrate，NaB）是食物纖維成分在大腸菌群作用下產生的一種無毒的四碳短鏈脂肪酸，是一種新的組蛋白去乙酰化酶抑制劑，實驗證實能夠明顯增強組蛋白乙酰化。它參與多種基因的表達，并可抑制多種腫瘤細胞生長，誘導細胞成熟分化，誘導癌細胞發生凋亡，達到治療腫瘤的目的。研究證實丁酸鈉對前列腺癌、卵巢癌、甲狀腺癌、胃癌、結腸癌等細胞的生長具有抑制作用。其誘導分化的確切機制有待進一步研究。

小結

惡性腫瘤的治療，目前在臨床上主要有手術、化療、放療及生物治療，但各種治療方法的療效及相應的副反應限制其在臨床上的應用，因此應努力尋找療效更好、副反應小的新型藥物。綜上所述，加強誘導分化機制的研究及積極尋找高效實用的分化誘導劑，為腫瘤防治做出貢獻。NDRG1作為一種與誘導分化相關的基因，對其作用機制的研究，及各種分化誘導劑如維甲酸，砷劑，丁酸鈉等對其誘導表達的研究，這為腫瘤的分化誘導治療帶來了新的希望，同時為各種分化誘導劑在臨床上單獨應用或與傳統的抗腫瘤藥物聯合應用提供理論依據。

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