結直腸癌中MCL-1基因的研究進展

羅靈芝，張雨濤

髓樣細胞白血病-1(myeloid cell leukemia-1, MCL-1)是BCL-2家族中的重要抗凋亡基因，在調節細胞分化和凋亡中起重要作用。在腫瘤性疾病及其癌前病變中有MCL-1基因重排現象[1]。研究表明，MCL-1在腫瘤細胞生存和耐藥方面具有重要作用[2]。結直腸癌(colorectal cancer, CRC)是消化道常見的惡性腫瘤，其發病率和病死率均較高。MCL-1在CRC組織中較正常腸黏膜和腺瘤組織高表達，提示其在CRC的發生、發展中可能起一定的作用，其表達可能與治療、預后密切相關。本文現就MCL-1在CRC中的研究現狀及進展進行綜述。

1 MCL-1的結構及功能

MCL-1基因定位于人染色體1q21，全長6 502 bp，含有3個外顯子和2個內含子，具有結構特異性，并廣泛分布于線粒體和細胞質中。MCL-1含有三段BCL-2基因同源區域(BCL-2 homology regions, BHR)BH1、BH2、BH3和C末端跨膜結構域(transmembrane domain, TMD)，可使MCL-1與細胞內膜結合；以及一段潛在的PEST(富含脯氨酸P、谷氨酸E、絲氨酸S、蘇氨酸T)序列，可介導蛋白質快速降解[3]。MCL-1基因在轉錄過程中存在短拼接變異，可轉錄生成2種mRNA，并翻譯為2種不同的蛋白。(1)MCL-1L蛋白：由3個外顯子翻譯而來，含有350個氨基酸殘基，該蛋白含有BHR和TMD，主要功能為抑制細胞凋亡；(2)MCL-1S蛋白：丟失外顯子2，僅由外顯子l和外顯子3翻譯而來，含有271個氨基酸殘基，與MCL-1L相比，缺失BH1、BH2結構域和TMD，功能與BH3-only蛋白相似，作為死亡配體，促進細胞凋亡[4]。

MCL-1主要通過兩種方式調控細胞凋亡：(1)MCL-1通過線粒體介導的內源性凋亡通路調控凋亡，與促凋亡蛋白Bak結合并維持其在線粒體膜表面的活性，保持對Bak活化的抑制作用，阻止Bak與Bax形成二聚體，進而抑制細胞色素C釋放，抑制細胞凋亡。(2)MCL-1通過與具有激活作用的BH3-only蛋白(Bid、Bim和Puma)結合發揮抗凋亡作用，且MCL-1在肺、前列腺、乳腺、卵巢、腎臟和膠質瘤等癌細胞系中具有較高的mRNA水平[5]，提示MCL-1可能通過抑制凋亡促進腫瘤的發生、發展，具體機制有待進一步分析。

MCL-1廣泛表達于人類正常組織，在上皮組織(如乳腺、胃、前列腺、小腸、結腸及呼吸道等)、淋巴結生發中心B細胞區域和神經內分泌細胞(如腎上腺皮質、交感神經元、部分胰島細胞及睪丸生精細胞等)均有表達，在調節細胞存活和凋亡中起關鍵作用[2,6]。MCL-1蛋白定位于細胞內膜系統，主要存在于線粒體外膜，但MCL-1在細胞核內也有表達[7]。MCL-1的主要功能是維持線粒體膜穩定，抑制細胞色素C釋放，從而阻止凋亡發生，促進細胞生存。因此，即使在各種誘導細胞凋亡的刺激條件下，MCL-1也能延長造血細胞的生存能力，同時亦是腫瘤細胞生存的關鍵因子。另外，MCL-1的裂解產物也可以促進細胞凋亡，其裂解產生的細胞死亡促進蛋白可參與形成正反饋回路，誘導更多的Caspase活化。MCL-1除具有抗凋亡功能外，也可直接調控細胞分化和細胞周期[8]。MCL-1可以與PCNA、CDK-1、CHK-1相互作用，引起細胞周期阻滯[9-10]。MCL-1在一些惡性腫瘤中過表達，提示其與腫瘤的發生、發展有關，并且可以誘導腫瘤細胞對化療藥物產生抵抗作用；而下調MCL-1蛋白表達可促進腫瘤細胞凋亡，提示MCL-1是腫瘤治療的潛在靶點[11]。

2 MCL-1在CRC中的研究進展

2.1 CRC的流行病學特征2019年1月，國家癌癥中心發布了最新全國癌癥統計數據。由于全國腫瘤登記中心的統計數據一般滯后發布時間3年，故本次公布的數據系2015年全國惡性腫瘤的發病和死亡情況。該數據顯示CRC總發病率位居中國惡性腫瘤的第4位，病死率位居第5位；在男性患者中發病率位居第4位，病死率位居第5位；而在女性患者中發病率位居第3位，病死率位居第4位；在西部、中部和東部地區中，CRC的發病率均位居前5位。由此可見，CRC是危害中國人群健康的危險腫瘤[12]，如何提高CRC治療效果，降低病死率等問題急需解決。

2.2 MCL-1與CRC抗癌作用機制CRC的進展是由一系列明確的遺傳基因改變所驅動的，包括APC、BRAF、KRAS、PIK3CA、p53、FBW7等基因突變[13-14]。MCL-1可通過抑制腫瘤細胞凋亡和增強CRC的血管生成導致腫瘤進展，進一步證明MCL-1在CRC的發生、發展中起重要作用，可以作為潛在的抗癌治療靶點[13]。

目前，外科手術仍然是CRC的首選治療方式，尤其是對處于疾病早期的患者。但大量臨床實踐表明僅靠手術切除并不能完全杜絕腫瘤復發和遠處轉移。因此，手術聯合放、化療成為提高患者預后和生存率的關鍵。天然和人工合成藥物通過多種途徑下調MCL-1在CRC中的表達，發揮抗癌作用，如多種小分子MCL-1抑制劑。體外實驗也證明，可通過多個信號通路途徑下調MCL-1的表達，抑制CRC腫瘤細胞生長[15]。大量研究結果表明，許多藥物可以通過調節CRC中STAT/MCL-1軸的表達，從而達到抗癌效果，如利用Magnolin可以阻斷LIF/STAT3/MCL-1軸，促進腫瘤細胞自噬和細胞周期停滯[16]。Furowanin A也有類似作用，可通過抑制STAT3/MCL-1軸以促進腫瘤細胞自噬，進而促進腫瘤細胞凋亡和細胞周期停滯[17]。Ruxolitinib則是通過下調JAK1/2-STAT1-MCL-1軸，促進腫瘤細胞凋亡[18]。此外，熱休克蛋白90(heat shock protein 90, HSP 90)抑制劑也可以抑制JAK2-STAT3-MCL-1軸，促進腫瘤壞死因子相關凋亡，誘導配體的腫瘤細胞凋亡[19]。Lu等[20]通過評估依維替尼抗癌特性的潛在機制，表明該藥物也是通過抑制CRC中抗凋亡分子MCL-1的表達，誘導細胞凋亡和細胞周期停滯。抗癌活性肽(anticancer bioactive peptides, ACBP)系通過調節PARP-p53-MCL-1信號通路，抑制人CRC腫瘤細胞生長和誘導癌細胞凋亡[21]。此外，一些新的激酶抑制劑通過靶向作用于CDK9和GSK-3β信號通路，也可以降低CRC中MCL-1的表達[22]。與其他多數腫瘤一樣，CRC的腫瘤微環境存在多種免疫細胞浸潤，通過FBW7-MCL-1軸可以抑制M1和M2巨噬細胞在結腸癌的腫瘤微環境中生長[23]，而針對MCL-1的免疫治療可能是未來的發展方向。除常規抗腫瘤藥物以外，新近發現常用降血糖藥物二甲雙胍，也可以通過Mule降解CRC癌細胞中的MCL-1，提高腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體的表達從而導致凋亡[24]。總之，通過多種途徑降低CRC中MCL-1的表達均可起抗癌作用，未來的藥物研發方向不一定僅僅局限于特定的抗腫瘤藥，其他專科用藥或許也有抗癌療效。

2.3 MCL-1與CRC化療耐藥性的關系耐藥是腫瘤化療失敗的主要原因之一。在CRC耐藥患者中MCL-1出現過表達，提示耐藥性可能通過MCL-1的抗凋亡作用所導致的。有文獻報道，GST-π和P-gp可通過不同的機制參與腫瘤耐藥[25]。CRC患者中MCL-1的表達與GST-π無相關性，而與P-gp的表達相關[26-27]，提示MCL-1基因可能與腫瘤耐藥相關，但具體作用仍需進一步研究。因此，可以假設通過抑制MCL-1的表達或者阻斷MCL-1相關信號通路，降低CRC患者對化療藥物的耐藥性。MCL-1的降解是受到多種激酶抑制劑誘導，其中主要依賴于GSK3β磷酸化和依賴FBW7的泛素化降解[28]。在CRC中有一種新的激酶抑制劑可通過GSK3β通路下調MCL-1，促進腫瘤細胞凋亡[22]；而其他一些藥物也可以通過調節FBW7-MCL-1軸達到或加強抗腫瘤作用[29-30]。FBW7突變引起的MCL-1降解阻斷，可調節結腸癌對靶向治療藥物的抵抗力[31]。上述研究結果進一步證明多種抗腫瘤藥物可下調MCL-1的表達，解除耐藥并促進腫瘤細胞凋亡。在BRAF V600E基因突變的CRC患者中，其介導的MEK/ERK信號通路激活可通過磷酸化穩定作用上調MCL-1，從而賦予其凋亡抗性。MCL-1拮抗劑和Cobimetinib可逆轉該凋亡抗性，提示其為新的針對性治療途徑[32]。這也與He等[33]的研究結果相似，即PI3K/MEK/ERK介導的MCL-1上調，導致BRAF V600E陽性腫瘤細胞對依維莫司耐藥，但可以通過藥理學措施進行逆轉。證實了MCL-1表達上調和BRAF V600E突變是mTOR抑制劑在CRC癌細胞中耐藥的關鍵機制，提示MCL-1與CRC耐藥有相關性。在CRC中，MCL-1抑制劑可以通過恢復凋亡路徑來克服Regorafenib的先天性和獲得性耐藥[34]，提示通過抑制MCL-1的表達，可以恢復抗腫瘤藥物的療效而拮抗耐藥，為耐藥患者的治療提供了新方向，即抗腫瘤藥物與MCL-1抑制劑聯用，可提高抗腫瘤藥物的療效并降低耐藥性。

2.4 MCL-1與CRC的預后國內文獻報道MCL-1在CRC中的陽性率為76%～79.76%，明顯高于癌旁正常腸黏膜和結直腸腺瘤。MCL-1的表達亦與CRC分化程度、TNM分期、淋巴結轉移及5年生存期相關(P<0.05)，提示其可能在CRC的發生、發展中起重要作用，可作為CRC治療和預后的判斷指標[26,35-36]。這與Henderson-Jackson等[37]的報道相吻合，即CRC中MCL-1的表達與腫瘤分級、分期及遠處轉移相關。本組僅有9例CRC轉移，轉移病例數較少。盡管大部分文獻報道MCL-1在CRC中的過表達與不良預后有關，但Xin等[38]分析31例伴BRAF突變和錯配修復蛋白缺陷的CRC，發現MCL-1的表達與低分級、淋巴管浸潤和淋巴結轉移及AJCC分期低相關，認為MCL-1表達的CRC患者有良好的預后，與文獻報道不符。由此可見，還需積累更多樣本和長期隨訪進一步分析。

遠處轉移是CRC患者預后不良及生存率低的重要原因。脯氨酰羥化酶3減弱MCL-1介導的ATP產生，可抑制CRC細胞的轉移潛力[39]。Lee等[13]的研究結果亦認為過表達MCL-1可能與CRC發生遠處轉移有關，但具體作用機制尚不清楚。

3 結語

正常情況下，人體通過調節細胞凋亡與抗凋亡平衡，維持其正常生長發育過程，該平衡一旦被破壞，易導致疾病的發生。MCL-1具有抗凋亡作用，其高表達可能與腫瘤的發生、發展有關。在CRC患者腫瘤組織中MCL-1的表達明顯高于癌旁正常腸黏膜和結直腸腺瘤，提示MCL-1的過表達與CRC的發生、發展有關。

綜上所述，MCL-1在CRC中過表達與組織學分級、分期、分化程度、淋巴結和遠處轉移、化療耐藥及預后等有相關性。化療藥物通過下調MCL-1表達或阻斷MCL-1信號通路，可促進CRC腫瘤細胞凋亡，提示MCL-1是治療CRC的潛在靶點，而抑制MCL-1過表達也是抗腫瘤藥和解除化療藥耐藥性的重要研發方向。因此，了解MCL-1在CRC中的表達，對治療方案的選擇和患者預后評估具有指導作用。