SYT13在癌癥中的研究進展

張一丹 鐘銳 孫振軒 王騰 綜述 劉金濤 審校

根據2020年國際癌癥機構統計顯示[1],2020年約有1 930萬癌癥新發病例,1 000萬癌癥死亡病例,嚴重危害患者身體健康。雖然目前對癌癥已有多種治療方法,例如手術、放療、化療、中醫藥治療、生物治療和靶向治療等,但存在不良反應大、手術以及放化療對正常細胞損傷較大、耐藥、治療效果不顯著等問題。因此尋找新的治療策略來提高臨床患者的生存率刻不容緩。突觸結合蛋白(Synaptotagmins,SYTs)目前已鑒定出有17種亞型,已有研究證實SYT13在多種癌癥中異常表達,有望成為癌癥治療的新靶點。因此,本文就近年來SYT13在腫瘤中的表達及功能進行綜述,以期為SYT13的臨床轉化研究奠定理論基礎。

1 SYTs概述

SYTs是膜相關突觸囊泡運輸蛋白家族,是囊泡膜融合的鈣離子感受器蛋白,由N端在囊泡內腔的糖基化區、具有多個蛋白激酶磷酸化位點的連接區段、C2結構域和保守的C端組成[2]。SYTs能夠與蛋白核心復合體和突觸結合蛋白形成的復合體SNARE相互作用,在囊泡運輸和胞外排泄中作為鈣離子傳感器,在神經元、內分泌細胞以及其他細胞的分泌活動中起關鍵調控作用[3-4]。SYTs除了調控囊泡和其他分泌顆粒的膜融合外,還參與調控囊泡激活以及細胞胞吞活動、基因敲除和點突變等,影響囊泡激活反應的速度[5]。

2 SYT13功能

SYT13位于人染色體11p11.2區域,編碼分子量為47 kDa的跨膜蛋白,在心臟、肺、睪丸、腦、腎、脾和胰腺等器官中均有表達,其中在腦組織中表達含量最高。SYT13是一種非典型的突觸結合蛋白,以不依賴于鈣離子的方式與細胞膜結合,具有運輸生物分子的功能[6]。Nizzardo等[7]運用SYT13基因治療以保護運動神經元和延緩肌肉失神經,使肌萎縮側索硬化癥小鼠的壽命延長14%,脊髓性肌萎縮小鼠的壽命延長50%,該結果提示SYT13對運動神經元疾病具有保護作用。此外有研究提示[8],人胰島轉錄因子PDX1的表達與SYT13呈正相關,下調SYT13可減少葡萄糖和K+誘導的胰島素分泌,上述結果提示SYT13參與胰島素的調節。Han等[9]發現成年小鼠在經歷例如電擊實驗等情景恐懼實驗后,腦組織中SYT13 mRNA顯著上升,該結果提示SYT13可能參與恐懼記憶的過程。

3 SYT13在癌癥中的研究

3.1 SYT13與胃癌

國際癌癥研究機構發布的數據顯示,2020年胃癌新發病例為108.9萬,死亡病例為76.8萬[1],其中,胃癌腹膜轉移(Gastric cancer peritoneal dissemination,GCPD)是胃癌最常見的轉移形式,也是導致患者死亡的主要原因之一。Nakanishi等[10]對187例胃癌患者和30例非惡性疾病患者在開腹手術中獲得的腹膜灌洗液樣品進行檢測分析,發現SYT13在胃癌患者的腹膜灌洗液中高表達,結合臨床病理資料結果,SYT13高表達與腫瘤大小、臨床分期、淋巴轉移、腹腔灌洗陽性和血清CA199水平升高相關。SYT13高表達患者的5年總生存率和3年腹膜無復發生存率均明顯低于低表達患者(58.3%vs.82.8%,P=0.001;69.5%vs.95.5%,P<0.05),說明SYT13可能是預測胃癌腹膜復發及影響預后的獨立危險因素。Kanda等[11]進一步證實了上述觀點,采用PCR法檢測不同的胃癌細胞及非致瘤細胞(FHs74細胞)的mRNA水平,結果提示在未分化胃癌細胞系(MKN45細胞)中SYT13的表達含量最高。敲除SYT13的MKN45細胞的遷移及侵襲能力顯著降低。將MKN45細胞植入小鼠的腹腔,構建小鼠異種移植模型,在腹腔注射SYT13特異性小干擾RNA可顯著抑制腹膜結節的生長和延緩小鼠的生存期。此外在Ⅱ～Ⅲ期胃癌患者中,有腹膜復發患者的SYT13 mRNA表達顯著高于無腹膜復發的患者。多因素分析顯示胃癌組織中SYT13 mRNA高表達是Ⅱ～Ⅲ期胃癌患者腹膜無復發生存期的獨立預后因素(HR=3.09,95%CI:1.09～9.53,P=0.034)。張雨生等[12]發現SYT13是miR-138的靶基因,在胃癌細胞系SGC7901中過表達miR-138,可使SYT13 mRNA及蛋白水平降低,而給予miR-138抑制劑,則SYT13表達升高,表明miR-138對SYT13的表達呈負調控作用,通過體外實驗發現SYT13過表達可逆轉miR-138對胃癌細胞遷移和侵襲的抑制作用。在機制方面,有研究提示敲除SYT13的胃癌細胞p-FAK、p-Akt,p-CDK2的蛋白表達水平明顯降低,因此推測SYT13可能通過抑制CDK2的磷酸化使癌細胞阻滯于G2期從而抑制胃癌細胞增殖,SYT13在胃癌中的作用機制可能與FAK/Akt信號通路有關[13]。

3.2 SYT13與結直腸癌

結直腸癌是最常見的胃腸道惡性腫瘤之一。有研究應用微陣列技術篩選左右側結腸癌差異表達基因,結果提示與右側結腸癌相比,SYT13在左側結腸癌中表達下調。SYT13可能參與結直腸癌的發生發展[14]。Li等[15]首先利用免疫組織化學染色法檢測在結直腸癌組織及癌旁組織中SYT13的表達量。結果顯示,結直腸癌組織中SYT13表達量明顯高于癌旁組織中表達量,SYT13高表達的百分比在結直腸癌組織中為80%,在癌旁組織中為48%(P<0.001)。運用qPCR及Western blot發現SYT13在結腸癌細胞(RKO和HcT116)中高表達,沉默SYT13基因表達可抑制癌細胞的增殖,阻滯癌細胞于G2期,細胞凋亡相關蛋白Bad、p53表達上調,Bcl-2、Survivin表達下調,表明沉默SYT13促進細胞凋亡。同時N-cadherin,vimentin和Snail蛋白表達下調,提示沉默SYT13可能通過抑制上皮-間充質轉化(EMT)使癌細胞侵襲及遷移能力下降。SYT13的敲低也顯著抑制了小鼠的異種移植腫瘤的生長。上述結果表明SYT13在結直腸癌的發生發展中發揮了重要作用,但是否可以成為結直腸癌預后生物標志物及治療靶點還需要進一步研究。

3.3 SYT13與乳腺癌

2020年國際癌癥研究機構公布的數據顯示,乳腺癌新發病例數約為226萬例,成為女性最常見的癌癥。Zhang等[16]通過TCGA、GTEx和GEO數據庫分析,發現SYT13在乳腺癌四種亞型(BRCA-LumA/LumB/HER2/Basal)中均高表達,且Kaplan-Meier生存分析顯示SYT13表達量與乳腺癌患者預后呈負相關。運用qRT-PCR和Western blot分別檢測乳腺癌組織、癌旁組織、乳腺癌細胞系及正常乳腺細胞系中SYT13的表達量。結果顯示SYT13在乳腺癌組織及乳腺癌細胞系中高表達,該結果與生物信息學分析結果一致。細胞體外實驗表明沉默SYT13可抑制腫瘤細胞的增殖、侵襲及遷移,促進細胞凋亡。過表達SYT13則得到相反的實驗結果。正反兩方面驗證了SYT13的促癌作用。進一步研究發現沉默SYT13可以顯著抑制FAK、Akt磷酸化水平,相反過表達SYT13可以促進FAK、Akt磷酸化,此外在過表達SYT13的細胞中加入FAK及Akt抑制劑可逆轉SYT13上調誘導的促進乳腺癌細胞增殖、侵襲及遷移作用。上述結果提示SYT13可能通過FAK/Akt信號通路影響乳腺癌細胞生物學行為。Ichikawa等[17]也檢測了乳腺癌細胞系及正常乳腺細胞系SYT13 mRNA及蛋白表達量,得到了一致的實驗結果,證明SYT13在乳腺癌中高表達。在評估臨床乳腺癌標本中SYT13表達水平與患者臨床病理因素的相關性中發現,與激素受體陰性的乳腺癌組織相比,SYT13在激素受體陽性的乳腺癌組織中表達水平較高(P=0.009)。利用TCGA的數據分析也驗證了上述結果。研究者進一步探究SYT13與癌癥相關基因表達水平之間的相關性,發現MDM2、Akt1、Bcl2、ESR1和CDK4與SYT13表達呈正相關,上述基因有利于揭示SYT13在乳腺癌中的作用機制的全貌。

3.4 SYT13與肺腺癌

肺腺癌是主要起源于支氣管黏膜或肺泡上皮的肺原發性上皮性腫瘤。近年來,肺腺癌的發病率不斷增高,已成為世界范圍內常見的肺癌類型[18]。Niu等[19]發現SYT13高表達的患者預后較差,且SYT13表達與肺腺癌中程序性死亡受體-1(PD-1)呈負相關,這些結果表明SYT13是肺腺癌的預后指標和具備潛力的免疫調節因子。Zhang等[20]通過TCGA數據庫下載了484例肺腺癌組織樣本的三級RNA-seq數據,分析得出一致的結果,SYT13的表達量與肺腺癌患者的總生存期(OS)呈負相關,SYT13低表達患者的預后明顯優于SYT13高表達患者(P=0.034);細胞體外實驗表明,敲除SYT13基因的肺腺癌細胞(A549和H1299)增殖能力減弱,細胞周期阻滯于G2期,侵襲和轉移能力降低,凋亡增強。這些結果表明SYT13在肺腺癌的發生發展中起促癌作用,但SYT13在肺腺癌中的作用機制仍然未知,需進一步探索。

3.5 SYT13與肝癌

肝癌是世界范圍內公認死亡率較高的腫瘤之一,其中肝細胞癌約占原發性肝癌的90%[21]。Jahn等[22]通過分析大鼠肝腫瘤細胞的微細胞雜交模型,確定人11號染色體上具有一個肝腫瘤抑制基因,而SYT13是最可能的候選者。將SYT13導入GN6TF大鼠肝腫瘤細胞系,以探究SYT13在肝癌中的作用。結果顯示具有SYT13基因的大鼠致瘤性顯著降低。此外,在正常肝上皮細胞中觀察到的接觸抑制、上皮樣形態的恢復伴隨著SYT13蛋白二聚體的異位表達,提示SYT13可能介導與腫瘤抑制相協調的上皮分化。相應地,在SYT13-二聚體陽性細胞系中,E-鈣粘蛋白(CDH1)mRNA的表達增加了100倍,CDH1轉錄抑制因子Snail的表達比親代腫瘤細胞減少了3倍。Wt1 mRNA的含量與SYT13的表達量呈正相關,這些研究表明SYT13可能通過調節Wt1參與EMT發揮抑癌作用。另有研究也得出相同結論,即SYT13通過抑制Wt1從而抑制肝腫瘤細胞的致瘤性[23]。SYT13在多數癌癥中發揮促癌作用,而在肝癌中則為抑癌基因,這一現象值得深入研究。

3.6 SYT13與宮頸癌

基于TCGA數據庫的分析顯示SYT13在宮頸癌細胞中高表達,宮頸癌中SYT13表達量與患者OS呈負相關;通過體外實驗在mRNA水平上驗證了SYT13在宮頸癌組織及細胞中高表達。該研究還發現SYT13與內皮細胞特異性分子1(EMS1)呈正相關(r=0.288,P<0.001),SYT13可能是EMS1的靶基因。過表達EMS1的宮頸癌細胞中PI3K、Akt、N-cadheirn,vimentin和Slug在mRNA水平顯著上升,p-Akt、p-S6、p-4EBP1、N-cadheirn和vimentin在蛋白質水平顯著上升,E-cadheirn在mRNA及蛋白質水平均顯著下降,沉默EMS1的癌細胞結果則相反。上述結果提示EMS1對宮頸癌細胞中PI3K-Akt-mTOR的激活和EMT起重要作用,而沉默SYT13可有效抑制EMS1通過上述通路促進宮頸癌細胞的侵襲及遷移[24]。

4 小結與展望

SYT13是一種非典型的SYTs,以不依賴于鈣離子的方式與細胞膜結合,在神經元和內分泌調控過程中發揮重要作用。許多文獻指出SYT13與癌癥的預后密切相關,其表達水平可作為影響預后的因素。雖然對SYT13在癌癥中的表達和功能已有很多研究,但是關于其調控癌癥發生發展的分子機制方面的研究較少。因此,在未來的工作中應該重點關注對SYT13分子調控網絡方面的研究,這不僅有助于更加深刻地了解SYT13的作用機制,而且對于SYT13的臨床轉化和新型抗癌藥物的開發具有重要意義。