紡錘體檢測點蛋白在惡性腫瘤中的研究進展

李勃含綜述 師婕審校

長期以來,惡性腫瘤是我國面臨巨大的公共衛生問題之一[1]。根據2022年最新統計報告顯示,2016年僅癌癥我國約有406.4萬新發病例和241.35萬死亡病例[2]。惡性腫瘤的發生無疑給無數的家庭帶來沉重的負擔[3],所以研究惡性腫瘤的發病機制以及尋找有潛力的生物學標志物和治療靶點迫在眉睫。有絲分裂是真核生物常見的生物學過程[4],紡錘體檢測點蛋白(budding uninhibited by benzimidazoles 1 homolog beta,BUB1B)是紡錘體裝配檢驗點(SAC)的核心部件,能夠保證有絲分裂的精準進行。研究發現,BUB1B的表達水平異常可能導致有絲分裂過程中染色體的不穩定從而導致惡性腫瘤的發生[5-6]。文章對BUB1B在惡性腫瘤發生發展中的作用以及潛在的意義進行綜述。

1 紡錘體檢測點蛋白概述

紡錘體檢測點蛋白是由位于15q15染色體上的BUB1B基因編碼,由1 050個氨基酸組成的蛋白質[7],內含高度保守的N端、C端、激酶結構域。在哺乳動物中,BUB1B與在酵母菌中發現的MAD3屬于同系物,是SAC的核心部件之一[8]。SAC的存在意義重大,負責細胞在退出有絲分裂前的最后一個檢查,以確保有絲分裂后的2個子代細胞保持遺傳物質分布上的相同[9]。根據SAC在有絲分裂中的作用,SAC被認為是抗癌檢查點,任何影響SAC功能的因素都可能導致腫瘤的發生。除此之外,BUB1B還是第一個被證明具有SAC功能以外的經典SAC蛋白質。因為BUB1B是引導絲粒有效附著到紡錘體微管所必須的物質[8,10]。根據研究表明,BUB1B在多種腫瘤中存在高表達,并與乳腺癌、肝癌、結直腸癌、卵巢癌等癌癥中的高細胞增殖和不良臨床結果密切相關[11- 14],具有潛在的臨床價值。

2 BUB1B與惡性腫瘤關系

2.1 BUB1B與乳腺癌 乳腺癌(breast cancer,BRCA)是女性最常見的惡性腫瘤,也是全球范圍內女性癌癥死亡的主要原因之一[15]。據流行病學調查結果統計,乳腺癌的發病率呈逐年上升的趨勢[16]。2020年,世界范圍內罹患乳腺癌女性總人數約為226萬人,并且以11.8%的發病率超過肺癌位于世界癌癥發病率榜首[17]。同時由于乳腺癌的治療過程中仍然存在耐藥性和預后不良等一系列問題,所以探索乳腺癌的關鍵發病分子機制、尋找提示乳腺癌預后及治療的相關靶向因子顯得尤為重要。Chen等[18]運用生物信息學的方法對乳腺癌中的差異表達基因進行篩選并構建預后模型,發現BUB1B為乳腺癌發生發展中的中樞基因,且BUB1B的高表達往往會伴隨著患者較差的預后。同時Koyuncu等[19]發現,敲減BUB1B水平可以導致乳腺癌細胞顯著的大量死亡和生長的減弱;而正常細胞能夠在這種操作下得以存活。由于這一機制BUB1B有很大希望代替現階段單純影響細胞有絲分裂的化療常用藥如紫杉醇等,從而作為新的治療藥物進行乳腺癌的治療。

2.2 BUB1B與結直腸癌 結直腸癌(colorectal cancer,CRC)是醫學界目前主要的公共衛生問題之一[20]。結直腸癌的發生發展取決于不同的因素,這些因素可以大體上分為環境因素和行為因素兩大方面。與其他癌癥類似,結直腸癌的發生、發展和轉移被認為是一種包括基因突變、細胞環境改變等多種因素作用下的共同結果[21]。目前越來越多的證據表明,結直腸癌的發生和發展與多種基因和細胞途徑的參與相關,BUB1B便是諸多基因中的重要一環。Gianmaria等[22]在對結直腸癌細胞系研究中發現,受體相互作用蛋白激酶1(RIPK1)和Caspase8在有絲分裂中起到關鍵性作用,在此之前兩者被認為是炎性反應、細胞死亡和組織穩態的關鍵參與者,并根據細胞環境對這些過程做出相應的正向或負向調節[23]。RIPK1和Caspase8細胞生物學過程往往通過形成核小體復合物而完成,兩者調控有絲分裂的過程也是相同的[24]。當細胞進入有絲分裂時,核小體復合物開始逐漸形成,并且在有絲分裂中期達到峰值,之后隨著有絲分裂的結束而分解。核小體復合物的形成會伴隨PLK1的募集,而PLK1需要下游效應器BUB1B等磷酸化激活從而保證了核小體組裝的精細與平衡[22],BUB1B作為下游效應器發揮了至關重要的作用。在結直腸癌的治療方面,雖然結直腸癌的早期診斷和治療方面取得了一定進展,但是能夠降低結直腸癌治療不良反應和增加患者生存時間的治療方法仍需要不斷完善[25]。姜黃素屬于姜黃衍生物的一種,它可以通過作用于NF-κB、MAPK、PTEN、P53和Wnt等信號通路對癌細胞發揮細胞毒性作用從而顯著的抗癌[26-27]。Azeez等[28]研制出的姜黃素納米膠囊(Gemini-cur)很容易進入癌細胞,對于結直腸癌細胞有強烈的殺傷作用。為了探索姜黃素在結直腸癌細胞中發揮殺傷作用的具體機制, Azeez通過實驗證實相較于未處理組,使用Gemini-cur處理過的結直腸癌細胞的BUB1B水平明顯下調。根據相關研究表明,BUB1B在結直腸癌中屬于表達升高的基因[29],這一實驗恰恰證明了這一說法的準確性,因此BUB1B具有作為新的結直腸癌治療靶點的潛力從而進行新的探索。

2.3 BUB1B與卵巢癌 卵巢癌(ovarian cancer,OC)屬女性生殖系統惡性腫瘤,在世界女性常見癌癥中發病率位于第7位[30]。由于女性卵巢的特殊解剖學位置,所以卵巢癌常確診于疾病晚期,這導致了卵巢癌的病死率高且預后差,嚴重威脅女性的健康[31-32]。但是有關于卵巢癌發生發展機制相關的基因及信號通路尚未明確,所以近年來有關于卵巢癌發病的分子機制和治療手段的探索從未停止。多項研究表明,BUB1B的變異會導致卵巢功能不全以及更年期的提前發生,并且BUB1B表達水平的升高與卵巢癌的不良預后及卵巢癌細胞的增殖密切相關[33-34]。Liu等[35]通過生物信息學方法篩選發現,BUB1B在卵巢癌中高表達且富集在細胞周期信號通路中,之后通過機器學習算法LASSO和SVM將BUB1B等9個基因確立為卵巢癌候選的關鍵基因并進行了免疫細胞浸潤相關分析,結果提示在多種免疫細胞如T淋巴細胞、B淋巴細胞、中性粒細胞等免疫細胞中存在不同程度上的浸潤差異,其中CD8+T細胞中差異最為明顯。Zhang等[36]在對漿液性卵巢癌發生發展中的核心基因及相關影響因子進行分析時發現,BUB1B表達水平的升高與患者較差的預后存在正相關,可以確定為漿液性卵巢癌中發生失控的核心基因;上皮間質轉化(EMT)相關因子ELF3、TFAP2A可以參與協調BUB1B在EMT中發揮相關作用以調節漿液性卵巢癌的發展。無論免疫細胞的浸潤程度還是EMT相關過程都被認為有可能與腫瘤的復發和轉移等預后因素密切相關[37-38],所以上述研究均為卵巢癌的治療提供了可能的新治療思路。

2.4 BUB1B與膀胱癌 膀胱癌(bladder cancer,BC)是泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一,調查顯示男性膀胱癌發病率高于女性,并且在男性泌尿系統惡性腫瘤中發病率居于首位[39]。膀胱癌診斷的金標準是膀胱鏡檢及可疑組織部位的活檢,但由于檢查操作屬于侵入性檢查而不被部分患者所接受[40-41]。尿液脫落細胞學檢查雖然具有特異性高的優點,但對于早期膀胱癌敏感性低,不利于患者的早期治療。尋找減少侵入性檢查必要和敏感性可靠的膀胱癌早期診斷標志物尤為重要。根據Yan等[42]研究,BUB1B的高表達與膀胱癌的惡性程度及疾病進展相關,并且膀胱癌組織中的對應mRNA表達量高于正常組織;COX回歸分析提示,BUB1B的表達水平與膀胱癌患者的總生存時間(OS)和腫瘤特異生存期(CSS)密切相關;預后分析提示,BUB1B的高表達往往伴隨患者較差的預后。放化療(CRT)是腫瘤的治療方式之一,越來越多的證據表明CRT在腫瘤的治療中具有益處[43],但原發性腫瘤的CRT復發克隆機制仍未明確。Komura等[44]發現,BUB1B除發揮在細胞周期檢查點的常規作用外,還通過ATM依賴方式在膀胱癌致突變NHEJ中發揮冗余作用,這為克服CRT抗性提供了新的治療線索。

2.5 BUB1B與肝癌 肝癌是我國最常見的惡性腫瘤之一,在癌癥相關死亡率中位居第2位[45-46]。肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是原發性肝癌最常見的病理類型,約占原發性肝癌的85%[47]。由于相當一部分肝癌不能通過手術完全切除,所以肝癌的復發率高、預后極差,嚴重威脅人們的生命健康[48]。現階段研究發現,肝癌的預后不良與肝癌發生中潛在的基因異常表達相關,探索有關于肝癌異常表達的基因與肝癌發生的機制、疾病進展是否存在內在的聯系,以挖掘肝癌的生物學標志物來提高肝癌患者的總體生存率至關重要[49]。Yang等[50]通過研究發現,BUB1B在HCC患者中存在表達升高,并在后續的q-PCR檢測中驗證了這一點,通過q-PCR檢測可以發現,相較于正常組織,HCC組織中的BUB1B基因的mRNA水平存在著顯著的上調。在有關于BUB1B的表達水平與HCC患者的臨床因素的分析中可以發現,BUB1B與HCC患者的總生存期、病理分期和病理T分期存在顯著相關;與種族存在顯著相關,BUB1B在亞裔、黑人、非裔美國人和白人中明顯高于美洲印第安人或阿拉斯加本土人。除此之外BUB1B與發病年齡之間存在明顯相關性。Qiu等[51]通過研究發現,BUB1B可以通過刺激mTORC1信號通路從而影響HCC的進展,這是BUB1B參與腫瘤進展的全新機制。mTORC1信號通路在HCC中作用于BUB1B的下游,在使用mTORC1抑制劑處理BUB1B過表達的肝癌細胞時,BUB1B的致癌作用受到了明顯的抑制。因此mTORC1信號通路作為HCC新的治療策略具有很大的發展前景和可塑性。

2.6 BUB1B與胰腺癌 胰腺導管腺癌(pancreatic cancer,PDAC)起源于胰腺外分泌腺,在所有胰腺癌類型中占95%。胰腺導管癌具有高度侵襲性,患者預后差,5年生存率不足8%[52-53]。由于胰腺導管腺癌的生物學行為等因素使得胰腺導管腺癌的治療存在諸多阻礙,因此尋找PDAC的診斷生物學標志物和新的治療靶點對于改善胰腺導管腺癌患者的預后有著重大意義。Dong等[53]基于GEO 數據庫,選取基因集GSE46234、GSE71989、GSE107610進行分析,結果顯示BUB1B在胰腺導管腺癌中高表達,此外BUB1B在PDAC死亡組中表達程度高于復發組,并且在組織學分級越高的PDAC中BUB1B的表達水平越高。BUB1B的高表達與患者的OS和無病生存期(DFS)相關。總之,BUB1B的高表達提示PDAC患者的預后不良以及腫瘤的分級和進展,BUB1B可能是PDAC的診斷和治療的潛在靶點,作為PDAC新的生物學預后標志物。

2.7 BUB1B與其他腫瘤 在其他惡性腫瘤中,墨青青等[54]發現在胃癌組織中BUB1B的表達水平相較于癌旁組織升高約8倍,并且BUB1B的表達水平和胃癌患者的TNM分期存在密切關系。丁彤彤等[55]發現在肺腺癌中BUB1B基因表達水平升高,蛋白水平檢測及免疫組化實驗中發現,BUB1B的表達與原發腫瘤大小、臨床分期等方面存在差異。吳少波等[56]研究發現,在腎透明細胞癌中BUB1B可以作為獨立危險因素來預測腎透明細胞癌患者的預后,并且BUB1B的表達水平與腫瘤中免疫細胞的浸潤呈正相關,由于腎透明細胞癌相關免疫治療的研究已經初步成型,這為進一步研究BUB1B在腎透明細胞癌中的預后價值以及免疫相關的作用機制提供了新線索。

3 小結與展望

綜上所述,BUB1B作為SAC的重要組成部分之一,負責在有絲分裂過程中兩子代細胞遺傳物質的均等分配,對于維持有絲分裂的穩定性起到至關重要的作用。越來越多證據表明BUB1B過表達存在于多種惡性腫瘤之中,并且BUB1B 的過表達與腫瘤的分期、分級、患者的生存時間相關,這說明BUB1B有成為腫瘤診斷及預后標志物的潛力。在有關于BUB1B在惡性腫瘤治療中的研究也同樣提示了其成為諸多腫瘤新的治療靶點的可能。雖然BUB1B在惡性腫瘤發揮作用具體的機制以及通路還有待進一步的完善和發掘,不過相信隨著相關研究的完善,BUB1B會為惡性腫瘤的治療及預后提供幫助。