細胞凋亡易感蛋白在惡性腫瘤中作用及機制的研究進展

郭浩然，張 涵，王 鑫，關坤萍

細胞凋亡易感蛋白(cellular apoptosis susceptibility，CAS)又稱為染色體分離1-樣蛋白(chromosome segregation 1-like，CSE1L)，最早是在乳腺癌細胞中發現，編碼這個蛋白的基因稱為CAS，位于染色體20q13，含有25個外顯子，這是一個與腫瘤進展相關的染色體區域。CAS蛋白是971個氨基酸組成的多功能蛋白質，分子量約為100 kDa，通常分布在細胞質和細胞核中，也是存在于癌癥病人血清中的一種分泌性蛋白[1-2]。CAS被認為調節多種細胞機制以及增殖和凋亡。作為一種核運輸因子，CAS還參與有絲分裂、核質轉運、微泡形成、腫瘤轉移和早期胚胎發育等[2-6]。已有多項報道指出CAS在腫瘤組織與正常組織中的表達有差異，并與腫瘤的分期、分級及轉移等相關，有望成為一種新的腫瘤生物學標志物，為惡性腫瘤的診斷及治療提供新策略。

1 CAS在腫瘤疾病中的表達

1.1 神經系統腫瘤 與非腫瘤腦組織相比，CAS在神經膠質瘤中表達強度更高，參與了腫瘤細胞的生長和遷移，但其免疫染色與臨床參數無關[7]。在神經母細胞瘤中，未經化療的患兒腫瘤組織中CAS陽性率明顯高于化療后的患兒，并且CAS可能參與了化療藥物誘導的DNA損傷修復過程[8]。

1.2 消化系統腫瘤 CAS在多種消化系統腫瘤中被檢測到高表達。免疫組化顯示從Barrett食管到低度不典型增生和從高度不典型增生到腺癌發展過程中，CAS蛋白的表達逐步上調，且分布由核定位逐漸轉移到細胞質中。根據GEO公共數據庫中的3組數據集分析CAS基因表達，發現與正常組織相比，食管腺癌CAS表達增高[9]。Li等[10]發現胃癌細胞系CAS mRNA和蛋白的表達明顯高于正常胃黏膜上皮細胞系，CAS在低分化胃癌細胞系中的表達高于高分化胃癌細胞系，未分化細胞CAS的表達進一步高于其他胃癌細胞。有研究觀察到在結直腸腫瘤中，從正常黏膜到腺瘤的轉變過程中，CAS在mRNA和蛋白水平上的表達都顯著增加。這與CAS蛋白表達可能在結直腸腫瘤發生的早期階段起作用的觀點是一致的，并且還觀察到從腺瘤到結直腸癌過渡過程中CAS染色強度和細胞定位有所變化，這反映了CAS作為轉運因子的功能[11]。

1.3 生殖系統腫瘤 CAS在不同生殖系統腫瘤中表達有差異。CAS在睪丸生殖細胞腫瘤(testicular germ cell tumor，TGCT)中的表達水平明顯低于人睪丸組織和癌旁正常睪丸組織，提示CAS的降低參與了TGCT的發展。但精原細胞瘤中胞漿CAS的表達明顯高于正常和其他類型的TGCT，而在正常睪丸組織和癌旁正常睪丸組織中的定位主要局限于細胞核，提示CAS由胞核向胞漿移位可能參與了精原細胞瘤的發生發展，與之前的研究觀察到的CAS異常分布促進癌癥進展的結論[12]一致。另一項研究結果顯示，與高危子宮內膜癌樣本相比，低危樣本中CAS的突變頻率較高，提示其與子宮內膜癌病人的免疫微環境密切相關[13]。

1.4 其他腫瘤 研究顯示乳腺癌各期和所有亞型病人CAS的表達明顯高于健康者，且與預后相關[14]。采用免疫組織化學方法檢測CAS在人黑色素瘤中的表達發現CAS在人黑色素瘤中高表達，在痣中僅微弱表達，提示CAS在黑色素瘤的發生發展中起一定作用[15]。CAS在骨肉瘤組織中的表達高于非腫瘤組織，且與復發率高、生存期短有關。臨床晚期骨肉瘤CAS表達水平高于早期[16]。與正常細胞相比，口腔癌細胞中CAS mRNA和蛋白表達水平均上調[17]。CAS的mRNA表達水平在肝細胞癌病理分級4級中最高，肝癌病人中CAS基因的高表達水平與其無病生存時間短相關，提示CAS可能是預測肝細胞癌病人生存情況的良好預后生物標志物[18]。

2 CAS在不同腫瘤發生發展過程中發揮的作用

2.1 神經系統腫瘤 miR-137在神經膠質瘤中可抑制腫瘤細胞的生長、增殖、遷移及侵襲能力，而CAS作為miR-137的靶基因，被miR-137負向調控。敲減CAS可導致神經膠質瘤細胞的活力下降、增殖減少，并抑制細胞的侵襲能力。通過抑制CAS表達從而抑制膠質瘤細胞的生長和遷移[7]。而在神經母細胞瘤中，敲減CAS會使與DNA損傷后修復有關的蛋白表達下降，進而使DNA損傷后修復出現錯誤，這將導致DNA結構及功能的不穩定，從而增加對腫瘤藥物的耐藥[8]。

2.2 消化系統腫瘤 研究發現，敲除CAS基因抑制了結直腸癌細胞的增殖、DNA損傷的修復并且誘導了凋亡[11]。CAS作為miR-4736下游靶點，在結直腸癌中表達上調，并介導了對結直腸癌轉移的抑制[19]，抑制CAS會增加結腸癌的細胞侵襲[20]。敲除CAS還可促進胃癌細胞凋亡，抑制胃癌細胞增殖和侵襲[10]，證明了CAS蛋白表達可能參與結直腸癌及胃癌的發生發展，并且作用有所不同。

2.3 生殖系統腫瘤 CAS蛋白在不同生殖系統腫瘤中也發揮不同作用。Lorenzato等[21]發現CAS的缺失削弱了卵巢癌細胞的侵襲和轉移，并在體內外選擇性致死卵巢癌細胞，沉默CAS可以在所有卵巢癌細胞系中誘導RASSF1C的表達，從而增加細胞對順鉑的敏感性。沉默睪丸腫瘤NT-2細胞系中CAS表達可使信號通路中分子下調，從而抑制腫瘤細胞增殖，但對睪丸生殖腫瘤細胞的遷移與侵襲能力并無影響[22]。

2.4 其他腫瘤 Yuksel等[23]發現胞漿CAS過表達與乳腺癌腋窩淋巴結轉移有關，但未發現胞核CAS與腋窩淋巴結轉移有任何關系。也有研究發現，干擾CAS的表達會損害MCF-7細胞的集落形成，但不會損害細胞的遷移和侵襲[14]。CAS基因的敲除可以阻滯MCF-7細胞的G0/G1期細胞周期，這與以往從骨肉瘤細胞系中發現的結果一樣[14，16]，表明其在細胞周期控制中起關鍵作用。CAS的敲除在體外和體內都能顯著抑制骨肉瘤細胞的生長，在體外觀察到敲除CAS通過抑制G1期轉變而延緩細胞周期的進展，抑制骨肉瘤細胞的生長并且促進了細胞凋亡，然而并不影響骨肉瘤的遷移或侵襲[16]。

Tunccan等[5]發現CAS與喉癌頸淋巴結轉移相關，而與腫瘤大小、分級、頸淋巴結清掃范圍無關。此外，CAS基因敲除還可減弱口腔癌的增殖和遷移能力，因此，CAS可以促進口腔癌細胞的增殖和遷移[17]。由此看來，CAS在目前研究的大多數惡性腫瘤中發揮著促進增殖、侵襲、轉移和抗凋亡的作用，還與細胞周期的進展相關，但不同惡性腫瘤中CAS的功能不盡相同，提示CAS在惡性腫瘤中作用的異質性。

3 CAS參與腫瘤發生發展的作用機制

3.1 通過其他凋亡相關分子發揮作用 研究發現經CAS siRNA處理后，人結腸癌HCT116和SW480細胞中關鍵的凋亡分子p53 mRNA、p73 mRNA水平顯著降低，BAK水平升高[24]。p73屬于p53家族，通過p53不依賴的途徑誘導細胞凋亡。同樣，BAK是Bcl-2家族成員之一，主要在p53不依賴的凋亡通路中發揮作用。因此CAS可能參與p53依賴性凋亡和p53非依賴性凋亡。另一項研究報道CAS參與腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體(TRAIL)誘導的細胞凋亡[25]。還有研究表明CAS通過轉錄抑制促凋亡基因RASSF來保護卵巢癌細胞免于死亡，并提示CAS的定位決定了其功能[21]。近期有研究發現在乳腺癌MCF-7細胞中，CAS可通過上調與癌癥細胞增殖、凋亡相關的CYP24A1表達，下調細胞周期信號蛋白CyclinD1的表達，從而在細胞周期控制中發揮關鍵作用[14]。

3.2 通過上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)影響腫瘤侵襲 EMT是上皮癌細胞將其表型轉化為間充質細胞表型的過程[26]。EMT的異常激活被認為是上皮性腫瘤侵襲的重要機制[27-28]，EMT使胃癌細胞失去細胞間黏附，獲得侵襲性和運動性。而抑制CAS與EMT關鍵蛋白E-鈣黏素(E-cadherin)和波形蛋白(vimentin)相關。有研究檢測了胃癌細胞系中的EMT相關蛋白，結果發現，在HGC-27和AGS細胞中E-cadherin上調和vimentin下調。而CAS沉默通過逆轉EMT從而減少HGC-27和AGS細胞侵襲[10]。經CAS siRNA處理后，結直腸癌細胞系HCT116和SW480細胞中E-cadherin和細胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達顯著降低，因此CAS敲除與結直腸癌細胞黏附性降低有關，從而增加了結直腸癌細胞的遷移、侵襲能力[24]。此外，在口腔癌HN6細胞中敲減CAS后發現E-cadherin表達增加，證實了CAS可通過E-cadherin發揮促進口腔腫瘤轉移的作用[17]。

3.3 通過Ras誘導的信號通路參與腫瘤進展 研究發現CAS可以調節Ras誘導的黑色素瘤細胞的Ras/Raf/絲裂原激活蛋白激酶(MEK)/細胞外信號調節激酶(ERK)和環磷酸腺苷(cAMP)/環磷酸腺苷依賴性蛋白激酶A(PKA)信號通路，其磷酸化受Ras/ERK1/2信號通路的調控，CAS基因敲除使Ras誘導的B16F10黑色素合成減少了90%。此外，CAS是一個環磷腺苷效應元件結合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)調節因子，可以調節Ras誘導的ERK1/2磷酸化，調節cAMP/PKA和Ras/ERK通路誘導的CREB激活和Ras誘導的小眼畸形相關轉錄因子(microphthalmia-associated transcription factor，MITF)的表達、磷酸化和翻譯后修飾以及酪氨酸酶的表達，而MITF磷酸化可誘導與黑素生成和黑色素瘤進展相關的基因表達。表明Ras-CAS和cAMP-CAS信號通路參與了黑色素瘤的進展[15，29]。另一項研究發現RAS與CAS在大腸癌發生發展過程中的作用可能是相關的。Ras家族主要功能基因之一的v-H-RAS的表達促進了CAS的分泌，降低CAS的表達可減弱v-H-RAS誘導的B16F10癌細胞的侵襲和轉移[30]。值得注意的是，CAS可調節RAS誘導的腫瘤細胞微泡的產生[30-31]。腫瘤來源的微泡富含轉移相關的蛋白酶，腫瘤轉移時在腫瘤細胞與腫瘤微環境的相互作用中發揮作用[32]。這些結果表明CAS通過介導Ras觸發的侵襲和轉移參與腫瘤進展。

3.4 CAS-MutS同系物6(MutS homolog 6，MSH6)軸的作用 CAS-MSH6軸在骨肉瘤的進展中起著重要作用。MSH6與DNA修復相關。研究發現CAS與MSH6相互作用并通過蛋白酶體途徑影響MSH6蛋白在骨肉瘤細胞中的表達和穩定性。CAS基因敲除導致的骨肉瘤細胞生長抑制可被MSH6過表達逆轉，從體內外證實了敲除CAS基因可通過MSH6抑制骨肉瘤細胞增殖[16]。MSH6還與黑色素瘤病人死亡率的增加顯著相關[33]，提示CAS-MSH6軸也可能在其他惡性腫瘤中發揮作用。

4 CAS的臨床應用前景

癌癥病人血清中分泌型CAS在結直腸癌等多種癌癥中可檢測到[3，31，34]，可能成為一種用于癌癥篩查的血清標志物[1]。此外，CAS與Ras/ERK和cAMP/PKA信號通路相連，并調節黑色素瘤細胞中的CREB和MITF[15]。Ras/Raf/ERK信號通路與包括黑色素瘤在內的多種癌癥的進展有關[30-31，35]。因此，CAS是治療含有RAS突變或針對Ras/Raf/MEK/ERK靶向藥物耐藥的腫瘤的潛在靶點。也有研究建立了CAS和其他5種基因組成的六基因標記來預測肝細胞癌的總體生存，有助于臨床對個體化治療的決策[36]。研究顯示，抗磷酸化CAS抗體能夠檢測到維莫拉非尼和索拉非尼處理的腫瘤細胞中CAS磷酸化狀態的變化或CAS水平的降低[35]，有助于及時檢測靶向藥物的治療反應，以便及時做出治療決策。

5 結 語

近年來，關于CAS與惡性腫瘤發生發展關系的研究越來越多，包括神經膠質瘤、結直腸癌、乳腺癌、卵巢癌等。各種實體瘤中，CAS發揮的作用及機制不盡相同，提示CAS具有腫瘤異質性的特性。其在不同腫瘤進展及治療中的功能表明CAS可能是一種潛在的臨床指標，深入研究或將為腫瘤疾病的診治策略提供線索。