異黏蛋白基因與乳腺癌的相關研究進展

溫馨，張喜平

1內蒙古醫科大學第一臨床醫學院，呼和浩特 010050

2內蒙古醫科大學附屬醫院甲乳外科，呼和浩特 010050

異黏蛋白（metadherin，MTDH）基因，也稱星形膠質細胞上調基因-1（astrocyte elevated gene-1，AEG-1）、LYRIC或3D3，是新發現的原癌基因，高表達于惡性腫瘤如乳腺癌，骨肉瘤，以及消化、泌尿、生殖和神經系統腫瘤中，參與并調節腫瘤的多種生物學過程。因此，MTDH基因可能作為抗腫瘤治療潛在的靶點，對腫瘤的治療具有重要價值。本文主要綜述了MTDH基因的最新研究動態，以及在乳腺癌靶向治療方面的進展。

1 MTDH基因概述

1.1 生物學特性

MTDH基因于2002年在使用人類免疫缺陷病毒-1（human immunodeficiency virus-1，HIV-1）或腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）治療原發性胎兒星形膠質細胞時被首次發現。Brown和Ruoslahti發現，MTDH基因可以識別與肺血管結合的蛋白質，介導乳腺癌的肺轉移過程。MTDH基因編碼的是分子量約64 kD的Ⅰb型單次跨膜蛋白，等電點為9.33，呈高堿性，包含582個氨基酸，其中賴氨酸含量最豐富。基因組細胞學研究顯示，MTDH基因互補DNA（complementary DNA，cDNA）包括12個外顯子和11個內含子，全長3611個堿基，其中第220位至第1968位堿基組成了一段高度保守的序列，被稱為開放閱讀框。MTDH基因位于8號染色體的8q22區，與腫瘤的增殖、突變、耐藥、轉移及不良預后相關。MTDH基因主要表達于細胞膜、細胞質、細胞核及特定區域的核膜、核仁、核質，但主要定位于細胞質。Hu等應用熒光原位雜交和基因組DNA定量聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）技術探測MTDH基因在乳腺癌中的擴增情況；Yoo等采用基因芯片和單核苷酸多態性技術探測發現，肝癌中MTDH基因座兩側250 kD區域的拷貝數明顯增高。Thirkettle等研究表明，MTDH基因翻譯后被泛素化，主要集中在富含賴氨酸的核定位信號區域，作為核仁定位信號和目標蛋白進入核仁。核定位信號（nuclear localization signal，NLS）-1調節 MTDH 基因定位于核仁，NLS-2調節并誘導在胞質中的泛素化修飾，NLS-3決定其在胞核的定位。

1.2 作用途徑

MTDH基因作用于核因子-κB（nuclear factorκB，NF-κB）、磷脂酰肌醇3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）、WNT/β-catenin、促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）等一系列信號通路，參與腫瘤的增殖、血管生成、轉移、上皮細胞-間充質轉化（epithelialmesenchymal transition，EMT）和化療耐藥等過程。

1.2.1 NF-κB 通路 NF-κB轉錄因子可在多種腫瘤細胞中表達，被p50和p65亞基組成的異二聚體激活，調節多種基因的表達并介導細胞增殖、凋亡、炎性反應及免疫反應過程。研究發現，MTDH基因與NF-κB轉錄因子的p65亞基結合后上調細胞黏附分子Toll樣受體及基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）等的表達，在腫瘤的侵襲和轉移過程中發揮作用。MTDH基因呈高表達的三陰性乳腺癌中，通過作用于NF-κB通路激活沉默信息調節因子3（sirtuinl 3，SIRT3）轉錄因子，使乳腺癌細胞發生EMT，增強腫瘤細胞侵襲力，而在激素受體陽性的乳腺癌中，敲低MTDH基因的表達可阻斷NF-κB通路，增強乳腺癌細胞對他莫昔芬的敏感性。利用ⅠB抑制蛋白對NF-κB通路的抑制作用，阻斷脂多糖誘導的細胞遷移和侵襲，抑制白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）和MMP9的產生，明顯逆轉MTDH基因誘導的增殖和侵襲過程。因此，MTDH基因可作為侵襲性乳腺癌和炎性相關抗腫瘤治療的靶點。

1.2.2 PI3K/AKT 通路 研究發現，MTDH基因作用于PI3K/AKT信號通路能夠促進乳腺癌侵襲性表型的產生和血管再生。MTDH基因與原癌基因Ha-ras在功能上相互作用，原癌基因Ha-ras通過激活PI3K/AKT通路，使MTDH基因與啟動子的兩個E-BOX元件結合，實現對MTDH基因的調控，上調MTDH基因的表達。MTDH基因過表達能夠磷酸化AKT蛋白及其下游底物，從而激活PI3K/AKT通路，保護血清饑餓誘導的細胞凋亡，上調乳腺癌細胞叉頭框蛋白O1（forkhead box O1，FOXO1）的活性，誘導乳腺癌細胞凋亡，因此，MTDH基因與PI3K/AKT通路密切相關。

1.2.3 WNT/β-catenin通路 WNT/β-catenin通路通常參與生物體的發育、進化等重要過程，若關鍵基因發生突變、異常信號活化，可能促進腫瘤的形成。乳腺癌細胞中，MTDH基因可通過激活WNT/β-catenin通路，調節腫瘤凋亡基因的表達，誘導乳腺癌細胞凋亡。研究表明，抑制小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）的表達可明顯下調MTDH、LEF1基因的表達，抑制肝癌細胞的侵襲。胃癌中，敲除MTDH基因可下調連環蛋白的表達，下調LEF1、cyclin D1基因的表達，促進細胞凋亡。MTDH基因作用于WNT/β-catenin通路能夠促進大腸癌的侵襲和轉移，介導彌漫性大B細胞淋巴瘤的發生發展。

1.2.4 MAPK通路 MTDH基因能夠激活MAPK通路從而調節腫瘤的進展。Yoo等研究表明，MTDH基因過表達可以增強ERK和p38 MAPK的磷酸化，誘導腫瘤細胞的侵襲和非依賴性生長。激活細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路后，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）磷酸化水平升高，使β-catenin進入細胞核并激活WNT/βcatenin通路。通過p38 MAPK通路，MTDH基因能參與EMT過程，與轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）共同作用，介導腎小管上皮細胞向間充質轉化。乳腺癌細胞中，敲除MTDH基因可增加FOXO3A蛋白的活性，提高了乳腺癌細胞對新型ATP非競爭性抑制劑AZD6244的敏感性。

2 MTDH 基因與乳腺癌

2.1 MTDH 基因在乳腺癌中的表達及意義

Li等的研究表明，MTDH基因過表達在乳腺癌中的臨床意義。MTDH基因在原發性乳腺癌和轉移性乳腺癌中均呈高表達，而在正常乳腺組織和癌旁正常組織中表達不明顯。研究者對攜帶乳腺癌細胞系MDA-MB-231小鼠細胞的研究表明，穩定表達MTDH基因的小鼠細胞腫瘤生長速度更快且更容易轉移擴散至其他器官如肝、腦、骨和腎。此外，MTDH基因過表達于三陰性乳腺癌（56.8%）和人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）陽性乳腺癌（51.0%），表明其過表達與乳腺癌侵襲性表型有關。日本學者采用免疫組化法對195例乳腺癌患者進行了分析，結果發現，MTDH基因主要表達于細胞質，轉移灶的細胞核染色率較高，且在乳腺癌肝轉移瘤中的表達水平明顯高于乳腺癌原發灶；通過分析MTDH基因在正常乳腺組織、不同增生程度的乳腺導管組織中的表達情況可知，隨著導管病變程度的不斷增加，MTDH基因的表達頻率和強度逐漸增高，且與增殖標志物Ki-67的表達水平明顯相關。MTDH基因表達水平與年齡、雌激素受體（estrogen receptor，ER）/孕激素受體（progesterone receptor，PR）、HER2表達水平無相關性，而與腫瘤大小、淋巴結轉移情況、臨床分期及Ki-67表達水平等臨床特征相關，表明MTDH基因參與了乳腺癌的增殖、侵襲與轉移過程，其表達水平越高，預后越差，且MTDH基因在細胞表面的過表達可促進乳腺癌的遠處轉移。因此，MTDH基因過表達的淋巴結陰性乳腺癌具有遠處轉移的潛能。MTDH基因是影響乳腺癌總生存期及無進展生存期的獨立預后因素。

2.2 MTDH 基因與乳腺癌的惡性生物學行為

2.2.1 腫瘤新生血管生成 血管生成是由血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）等多種生長因子與MMP、血管生成抑制素和內皮抑制素等相互作用的過程。MTDH基因能夠通過上調缺氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）和MMP1蛋白的表達而使血管內皮細胞存活，促進乳腺癌的血管生成。MTDH基因可作為癌基因直接作用于NF-κB、PI3K/AKT通路誘導腫瘤新生血管生成。三陰性乳腺癌中，通過對VEGF和CD34做免疫組化染色分析結果顯示，MTDH基因的表達與微血管密度（microvessel of density，MVD）密切相關，高MVD患者的MTDH基因呈高表達，低MVD患者的MTDH基因呈低表達。肝癌細胞中，MTDH基因可使多種血管生成因子表達上調，促進腫瘤新生血管生成。

2.2.2 侵襲與轉移 MTDH基因能夠參與并調節乳腺癌的侵襲和轉移過程。細胞侵襲實驗中，可通過上調MTDH基因的表達，乳腺癌細胞、惡性膠質瘤細胞可顯示出明顯的侵襲能力，骨肉瘤和非小細胞肺癌中MMP2的表達增加，內臟轉移進程加快，生存時間明顯縮短。MTDH基因能夠介導并促進乳腺癌細胞的肺轉移，EMT在此過程中發揮了重要作用。EMT過程中，上皮細胞會被細胞骨架蛋白、波形蛋白和連環蛋白等間充質標志物包圍，逐漸丟失E-cadherin等上皮表型標志物，導致在間充質細胞轉化的過程中失去了極性，使轉移潛能增加。敲低MTDH基因的表達，可使間質細胞向上皮細胞轉化，降低了腫瘤轉移的可能。因此，MTDH基因在乳腺癌的侵襲與轉移中發揮了重要作用。

2.2.3 耐藥 Hu等通過對NCI-60的藥物基因組分析結果表明，MTDH基因能夠介導化療耐藥，所涉及的藥物包括他莫昔芬、曲妥珠單抗、5-氟尿嘧啶、順鉑、多柔比星和紫杉醇等，結果顯示，MTDH基因DNA拷貝數與化療藥物敏感性呈負相關，敲低MTDH基因可明顯增加腫瘤細胞對多柔比星的敏感性。抗腫瘤治療過程中，對多柔比星耐藥的原因可能是因為多耐藥基因1（multidrug resistance gene 1，MDR1）的表達上調。MDR1蛋白表達上調后會促使化療藥物排出體外，從而導致耐藥。有學者采用PI3K抑制劑阻斷了MTDH基因介導的MDR1蛋白向多聚體加載的過程，表明PI3K/AKT通路在乳腺癌的耐藥機制中也發揮了作用。Ward等建立的他莫昔芬耐藥的乳腺癌體外模型表明，他莫昔芬耐藥與miRNA的表達改變有關，該模型上調miRNA-375的表達可增強乳腺癌細胞對他莫西芬的敏感性并降低其侵襲力。此外，敲除MTDH基因能夠部分逆轉乳腺癌細胞對他莫西芬的耐藥。miRNA-375是該研究中能夠明顯下調MTDH miRNA水平，在肺癌、結腸癌和膠質瘤中也發現了miRNA-375的異常表達。自噬可保護乳腺癌細胞免受抗腫瘤藥物順鉑和紫杉醇引起的代謝應激。在未死亡的人類胎兒星形膠質細胞中，MTDH基因通過降低ATP與AMP的比值誘導細胞自噬過程，激活AMP激酶和非典型自噬途徑。在多種腫瘤細胞系中，沉默MTDH基因，能夠減少自噬相關蛋白LC3-Ⅱ的積累而恢復化療敏感性。因此，MTDH基因介導的保護性自噬與乳腺癌細胞的耐藥性密切相關。

2.3 MTDH 基因對乳腺癌靶向治療的指導

MTDH基因能廣泛作用于多種信號通路促進乳腺癌的侵襲和轉移，因此，抑制MTDH基因的功能可能是治療乳腺癌的新方法，如MTDH基因通過NF-κB通路降低了乳腺癌中抑癌基因磷酸酶張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因的表達，還能介導對HER2靶向治療的耐藥。因此，MTDH基因能夠作為新靶點用于治療曲妥珠單抗耐藥的HER2陽性乳腺癌患者。敲除MTDH基因可以明顯抑制乳腺癌的新生血管生成，因此，MTDH基因可能是乳腺癌抗血管生成的治療靶基因。乳腺癌的免疫治療一直是臨床研究的熱點，針對MTDH基因的自身抗體也已在乳腺癌患者體內檢測到，并證實了其免疫原性，說明MTDH基因能夠作為一個潛在的免疫治療靶點。研究發現，MTDH基因中的3個T細胞表位能夠支持其作為乳腺癌疫苗靶點的潛在價值。在小鼠乳腺癌異種移植模型中，一種由CD8介導的抗MTDH基因免疫應答的DNA疫苗，能夠抑制乳腺癌細胞的增殖和肺轉移，因此，MTDH基因能夠通過DNA疫苗來增強機體的免疫反應，抑制乳腺癌細胞的增殖、轉移，提高化療療效，延長患者的生存期。miRNA在細胞分化和增殖的過程中對基因表達的調控發揮著重要而微妙的作用。MTDH基因能調控miRNA的表達，同時也受miRNA的調控，下調MTDH基因能夠使miRNA-630抑制乳腺癌細胞的集落和遷移，而miRNA-30a通過下調MTDH基因的表達，有效抑制乳腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲過程。三陰性乳腺癌，一類不表達ER/PR、HER2的高侵襲性、惡性程度高的特殊類型的乳腺癌，miRNA-26a表達缺失會明顯上調MTDH基因在三陰性乳腺癌中的表達，從而增強乳腺癌的侵襲性，表明預后不良。上述研究表明了miRNA與MTDH基因間存在相互作用，同時也充分闡述了MTDH基因能夠作為乳腺癌治療新靶點的依據，并對三陰性乳腺癌的靶向治療發揮了重大的指導作用，為三陰性乳腺癌患者的治療帶來了新希望。

3 小結與展望

MTDH基因能夠通過上述NF-κB、PI3K/AKT、WNT/β-catenin、MAPK等信號通路參與乳腺癌的侵襲、轉移與耐藥等惡性生物學過程，而耐藥是多種治療措施失敗的關鍵環節。因此，對MTDH基因介導的耐藥、針對MTDH基因的DNA疫苗研究為乳腺癌的治療提供了新思路。鑒于MTDH基因在乳腺癌中過表達，針對MTDH基因靶向治療藥物的研發并應用于臨床，將會為乳腺癌的治療開辟了一個新的局面，尤其在缺乏治療手段的三陰性乳腺癌的治療方面，具有非常重要的意義和應用前景。