轉(zhuǎn)移相關(guān)基因1 在肺癌中的研究進展△

薛洪省，孫海迪，杜婉鈺，顧春東

1大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院胸外科，遼寧 大連 116000

2大連大學附屬中山醫(yī)院胸外科，遼寧 大連 116600

3大連大學醫(yī)學院，遼寧 大連 1166000

肺癌發(fā)病率及病死率目前仍居惡性腫瘤之首，不同病理類型和分子亞型的肺癌生物學特征存在明顯差異。隨著對肺癌發(fā)病機制的深入了解，越來越多針對其關(guān)鍵靶點的抗腫瘤藥物應用于臨床，使得肺癌患者有了長期生存的希望。轉(zhuǎn)移相關(guān)基因1（metastasis associated 1，MTA1）在多數(shù)惡性腫瘤中表達異常，是能夠促進腫瘤發(fā)生和發(fā)展，導致不良預后的一種與腫瘤惡性表型密切相關(guān)的基因。本文對MTA1 在肺癌中的表達及定位、發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控機制及應用價值、存在的問題進行綜述，為肺癌診治提供新的方向和思路。

1 熱點基因在腫瘤治療中的價值

肺癌作為人類最常見的惡性腫瘤之一，根據(jù)組織病理學和免疫組化標記特征，可分為小細胞肺癌和非小細胞肺癌。另外，由于煙草使用的限制和肺癌篩查方法的改進，肺癌的分子病理特征和分類改變很大[1-2]，肺癌的發(fā)病率和病死率在近10年內(nèi)都呈下降趨勢，但仍保持在較高水平。但肺癌患者的5年生存率仍低于20%，更為嚴重的是，確診時已轉(zhuǎn)移的患者占57%，5 年生存率低于5%。因此，轉(zhuǎn)移仍然是肺癌患者死亡的最直接原因[3-4]。

腫瘤轉(zhuǎn)移是腫瘤細胞從原發(fā)灶擴散到癌巢以外的組織器官的過程，是腫瘤細胞發(fā)生癌變的過程。盡管肺癌的靶向治療和免疫治療已經(jīng)取得了很大進展，如表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、Kirsten 鼠肉瘤病毒癌基因同源物（Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog，KRAS）和程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）抑制劑已在臨床中應用[5-6]，但目前臨床對于肺癌的轉(zhuǎn)移仍缺乏深層次的機制認識和足夠的治療靶點。因此，迫切需要揭示肺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生機制，指導臨床制訂突破性的治療策略和方案，以改變目前針對肺癌轉(zhuǎn)移的治療困境。

腫瘤轉(zhuǎn)移是涉及多種細胞機制的復雜網(wǎng)絡(luò)，全面、系統(tǒng)地了解腫瘤轉(zhuǎn)移是治療的必要條件，但這非常困難。為了解決這一問題，需要對腫瘤轉(zhuǎn)移的復雜過程進行研究，找到轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵節(jié)點進行系統(tǒng)分析。這里強調(diào)了某些“關(guān)鍵節(jié)點”的基因及其蛋白產(chǎn)物在腫瘤發(fā)生過程中的作用。MTA1是一種位于染色體14q32，編碼6 個蛋白質(zhì)和2 個多肽，具有BAH 同源結(jié)構(gòu)域、ELM2 同源結(jié)構(gòu)域、SANT 結(jié)構(gòu)域、GATA 鋅指結(jié)構(gòu)域的與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移能力密切相關(guān)的基因，包含MTA1s（N 端缺失）和MTA1-ZG29P（C 端缺失）兩個異構(gòu)體，編碼蛋白分子量約80 kD，該基因及其蛋白產(chǎn)物對肺癌的轉(zhuǎn)移具有重要作用[7-9]。因此，系統(tǒng)地了解MTA1對于進一步揭示肺癌的轉(zhuǎn)移和據(jù)此設(shè)計靶向治療靶點具有重要的理論和臨床意義。

2 MTA1 在惡性腫瘤中的價值

MTA1 普遍表達于各種組織器官[10-11]，但在絕大部分惡性腫瘤中呈高表達狀態(tài)，包括乳腺癌、胃癌、食管癌、子宮內(nèi)膜癌、胰腺癌、胸腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌以及宮頸癌，可促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，導致預后不良[12]。

已有研究表明，MTA1 在腫瘤轉(zhuǎn)移和耐藥過程中起著至關(guān)重要的作用。Gururaj 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，雌激素受體（estrogen receptor，ER）陽性乳腺癌細胞中過表達MTA1，而MTA1 可進一步促進乳腺癌擴增序列3 的轉(zhuǎn)錄活化，通過乙?；淖?，導致乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移和耐藥的發(fā)生。Marzook 等[14]研究同樣發(fā)現(xiàn)在頭頸部及口腔鱗狀細胞癌中MTA1 呈過表達狀態(tài)，并通過組蛋白去乙酰化酶（NuRD）復合體依賴的方式促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移及耐藥的發(fā)生，而且MTA1 是獨立的不良預后指標[15]。Butt 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，通過二苯乙烯下調(diào)前列腺癌細胞中MTA1表達后可以抑制腫瘤新生血管生成并提高抗腫瘤藥物的敏感性，有效減緩前列腺癌的進展。研究發(fā)現(xiàn)，在腸癌、卵巢癌等細胞中，MTA1 通過靶向調(diào)控SRY 盒轉(zhuǎn)錄因子4（SRY-box transcription factor 4，SOX4），進一步激活上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）過程，從而促進腫瘤細胞的遷移和耐藥[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，干細胞標志物如OCT4、Nanog 等在MTA1 過表達的惡性腫瘤細胞中表達普遍增加，更多的干細胞球在腫瘤細胞中被富集，并在小鼠模型中產(chǎn)生更多的瘤灶，侵襲和轉(zhuǎn)移能力更強，提示MTA1 具有腫瘤干性的調(diào)控能力[18]。此外，MTA1還涉及多種腫瘤的mRNA 加工[18]、細胞增殖、新生血管生成[19]、EMT 以及DNA 損傷修復[17]等多個過程。因此，MTA1 在腫瘤中是一個惡性表型調(diào)控因子，具有顯著促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的能力。

3 MTA1 在肺癌中的表達與定位

通過對95 個人類個體的27 個不同組織樣本采用mRNA 測序（mRNA sequencing，RNA-seq）技術(shù)測定所有編碼基因的組織特異性發(fā)現(xiàn)，MTA1 在腎上腺、闌尾、骨髓、腦、結(jié)腸、十二指腸、子宮內(nèi)膜、食管、脂肪、膽囊、心臟、腎、肺、肝臟、淋巴結(jié)、卵巢、胰腺、胎盤、前列腺、唾液腺、皮膚、小腸、脾臟、胃、睪丸、甲狀腺、膀胱等組織中均有一定程度的表達，其中表達最高的是睪丸組織，表達最低的是胰臟[20]。以上結(jié)果顯示，MTA1 在大部分正常組織中都有表達，但在不同的器官組織中存在一定的差異。同理，MTA1 在腫瘤組織中的表達存在組織與器官之間的差異。通過癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）泛癌數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同癌種以及相同癌種的不同病理亞型之間MTA1 表達存在明顯差異，其中肺癌中MTA1 表達較癌旁組織顯著增高。

3.1 MTA1 在肺癌中的表達

肺癌是一種具有高度侵襲和轉(zhuǎn)移特征的惡性腫瘤，通過TCGA 數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，肺癌組織中MTA1mRNA 水平較正常組織顯著增高。有研究通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）對晚期肺癌中的MTA1mRNA 水平進行分析，結(jié)果表明，隨著TNM 分期的增加、腫瘤大小的增加以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的發(fā)生，MTA1mRNA 在腫瘤組織中的表達水平增高[21]。同樣有研究對118 例早期肺癌組織與12例正常肺組織進行MTA1 免疫組化染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，55.1%（65/118）的肺癌組織表達MTA1，而僅16.7%（2/12）的正常肺組織表達MTA1，表明MTA1不僅在晚期肺癌中過表達，在早期肺癌中也很常見[22]。MTA1 在不同肺癌亞型中的表達有所不同。有研究發(fā)現(xiàn)，在102 例早期手術(shù)切除的Ⅰ期非小細胞肺癌患者中，41 例患者MTA1 陽性表達，陽性表達率為40.2%[23]。后續(xù)的多項研究表明，與正常肺組織相比，非小細胞肺癌組織中MTA1 表達顯著升高[24-26]。

由于TCGA 缺少MTA1 在小細胞肺癌中相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，故分析基因表達綜合（Gene Expression Omnibus，GEO）數(shù)據(jù)庫GSE149507 數(shù)據(jù)集中18 對配對的小細胞肺癌和癌旁組織中MTA1 的表達情況，同樣發(fā)現(xiàn)小細胞肺癌組織中MTA1 表達顯著增高。有研究通過免疫組化法分析人小細胞肺癌組織芯片（40 例小細胞肺癌組織/10 例正常肺組織）發(fā)現(xiàn)，與正常肺組織相比，小細胞肺癌組織中MTA1 表達顯著增加[27]。另一項研究結(jié)果表明，小細胞肺癌組織中MTA1 高表達率為71.2%，癌旁組織中MTA1 均為低表達[28]。上述結(jié)果表明，MTA1在小細胞肺癌組織中同樣存在異常表達。

結(jié)合前期研究結(jié)果和TCGA 數(shù)據(jù)分析提示，MTA1 在肺癌中普遍表達增高，其中小細胞肺癌組織最為突出，提示了MTA1 在肺癌組織中表達存在亞型特異性。

3.2 MTA1 在肺癌中的定位

功能性蛋白在細胞中的精確定位對于明確其功能及作用機制意義重大。因此，系統(tǒng)全面地了解MTA1 的定位是基礎(chǔ)。

早期有研究利用小鼠進行MTA1 定位研究，發(fā)現(xiàn)MTA1 在神經(jīng)、心血管、呼吸、消化、免疫、內(nèi)分泌、泌尿、生殖等系統(tǒng)的多種組織/細胞上均存在表達，定位于細胞質(zhì)和細胞核中，并在細胞核中積聚，表明MTA1 在細胞核及細胞質(zhì)中均有表達[29]。進一步對腫瘤組織中MTA1 蛋白的氨基酸序列進行分析發(fā)現(xiàn)，MTA1 含多核定位序列以及DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域，表明MTA1 為細胞核定位[30]。進一步研究通過追蹤內(nèi)源性和外源性的MTA1，發(fā)現(xiàn)MTA1在核仁中呈顆粒狀分布，進一步證實MTA1 為細胞核定位[30-31]。在后續(xù)的研究中發(fā)現(xiàn)，在多種腫瘤組織中MTA1 不僅表達于細胞核，在細胞質(zhì)中也存在表達[31-32]。

在肺癌中針對MTA1 的定位主要借助于免疫組化法、綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）標簽追蹤、蛋白質(zhì)印跡法（Western blot）、免疫沉淀（immuno-preciptation，IP）等技術(shù)對細胞內(nèi)源性及外源性MTA1 的定位進行研究，并且顯示多種定位模式，與細胞周期有一定關(guān)系[32]。檢測肺癌細胞周期中MTA1 亞細胞定位發(fā)現(xiàn)，MTA1 在間期主要位于細胞核，前期逐漸轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)，當進入末期時又逐漸轉(zhuǎn)移回細胞核，提示MTA1 在肺癌細胞中是一種隨細胞周期發(fā)展而變化的核質(zhì)穿梭蛋白[33]。關(guān)于小細胞肺癌的研究發(fā)現(xiàn)，無論內(nèi)源性還是外源性MTA1，均表現(xiàn)出明顯的核仁亞細胞定位，進一步豐富了MTA1 在肺癌中的定位[31]。也有研究通過免疫組化法證實MTA1 在非小細胞肺癌細胞核和細胞質(zhì)中均存在顯著陽性表達，也進一步表明了MTA1 在肺癌中的定位[26]。

肺癌組織中MTA1 可能存在3 種定位模式，包括細胞核、細胞質(zhì)和兩者均存在，至于MTA1 的分布調(diào)節(jié)模式以及是否存在組織類型特異性、MTA1是否為穿梭蛋白性質(zhì)目前仍未確定，有待進一步證實。

4 MTA1 在肺癌中的分子調(diào)控及潛在應用價值

雖然已有MTA1與腫瘤轉(zhuǎn)移和治療耐藥相關(guān)的報道，但其在肺癌中的調(diào)控機制仍未十分清楚，針對MTA1的抗腫瘤治療仍處于探索階段。既往研究表明，在腫瘤轉(zhuǎn)移和治療耐藥的過程中MTA1 發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但其接受何種調(diào)控機制？是否具有潛在治療靶點？這些問題有待回答。

目前研究最多的是MTA1 作為基本亞基參與核小體重構(gòu)和NuRD 復合物的組成，動態(tài)發(fā)揮染色質(zhì)重塑或組蛋白去乙酰化活性，調(diào)控染色質(zhì)狀態(tài)和腫瘤進展[34]。研究發(fā)現(xiàn)，MTA1 在肺癌中通過NuRD 復合物促進p53 的去乙酰化進而抑制p53 誘導的肺癌細胞凋亡，從而促進肺癌的惡性潛能[35]。研究發(fā)現(xiàn)，MTA1 與缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）表達呈明顯正相關(guān)，從而推斷MTA1 在肺癌中通過增強HIF-1α活性促進腫瘤侵襲[36]。通過敲低MTA1后對非小細胞肺癌的微小RNA（microRNA，miRNA）表達譜進行分析發(fā)現(xiàn)，許多miRNA 與腫瘤進展有關(guān)，例如miRNA-125a、miRNA-125b、miRNA-210、miRNA-103、miRNA-194、miRNA-30c、miRNA-183、miRNA-500、miRNA-543，大量證據(jù)顯示MTA1 可能通過改變miRNA 表達調(diào)節(jié)腫瘤細胞的侵襲性，因此，miRNA-MTA1 軸有望成為肺癌治療的靶點[37-41]。研究人員發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過阻斷MTA1 介導的WNT/β-catenin 通路減弱非小細胞肺癌的增殖和侵襲能力，因此，姜黃素有望成為臨床靶向MTA1 治療肺癌的藥物[42-43]。當然也有研究提出不同結(jié)果，認為在非小細胞肺癌中，MTA1 通過激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3 beta，GSK3B）/β-catenin促進EMT，但不激活WNT/GSK3B/β-catenin信號轉(zhuǎn)導[24]。

本團隊在2014 年首次應用40 例小細胞肺癌組織芯片證實MTA1 普遍高表達，前期研究已經(jīng)基本證實小細胞肺癌中MTA1高表達可上調(diào)關(guān)鍵干細胞行為調(diào)控因子SOX2 水平，推斷在小細胞肺癌中MTA1 可能參與了腫瘤干細胞的調(diào)控[27]。推測MTA1 可能通過某種內(nèi)在機制調(diào)控SOX2 表達，然而具體的調(diào)控機制目前尚未明確。后來利用RNASeq分析發(fā)現(xiàn)，肺癌細胞中MTA1沉默與上皮細胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EPCAM）具有一致性，并且證實MTA1-EPCAM 軸與小細胞肺癌的臨床分期、腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有顯著相關(guān)性，并預示不良預后[22]。隨后，以小細胞肺癌為研究對象進行了后續(xù)的研究，結(jié)果顯示，MTA1過表達可有效激活EMT，顯著增加腫瘤細胞系的遷移和侵襲特性，基因表達譜分析發(fā)現(xiàn)MTA1 通過轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）通路介導EMT，進而促進腫瘤轉(zhuǎn)移[17]。進一步利用多種分子研究技術(shù)發(fā)現(xiàn)，定位于核仁的MTA1 促進了前核糖體RNA（precursor ribosomal RNA，prerRNA）的轉(zhuǎn)錄激活，促進小細胞肺癌進展，這與目前所報道的有關(guān)NuRD 復合物的最新研究一致[31]。由于受限于小細胞肺癌組織獲取困難，進一步的研究相較非小細胞肺癌進度緩慢。

多項Meta 分析表明，MTA1 表達與非小細胞肺癌的臨床特征和預后具有顯著相關(guān)性，并提示MTA1 是非小細胞肺癌的一種生物標志物，具有診斷和預測預后的價值[44-45]。高表達MTA1 的非小細胞肺癌患者較低表達MTA1 者預后明顯不佳，并且非小細胞肺癌組織中MTA1 表達較癌旁組織顯著增高，進一步在腫瘤細胞中使用MTA1-siRNA 治療，隨著MTA1 表達下調(diào)，腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移能力明顯降低，因此推斷通過相應手段下調(diào)MTA1 表達后可使非小細胞肺癌患者獲得更好的臨床預后[46]。為了證實MTA1 對早期非小細胞肺癌的影響，有研究對60 例Ⅰ期非小細胞肺癌患者的肺癌組織及30例癌旁組織進行研究，發(fā)現(xiàn)肺癌組織中MTA1 高表達率為36.7%，且MTA1 表達與腫瘤分化程度和腫瘤直徑有關(guān)，高表達組患者5 年生存率顯著低于低表達組（40.9%vs84.1%，P＜0.01），提示MTA1是早期非小細胞肺癌的不良預后因子和潛在的治療靶點[25]。后續(xù)研究結(jié)果提示，MTA1 與非小細胞肺癌新生血管生成密切相關(guān)，且有望成為抗血管生成治療的新型靶點[23,47]。不僅如此，MTA1 高表達的肺癌患者更容易發(fā)生氣腔擴散（spread through air spaces，STAS），特別在腺癌中表現(xiàn)突出[48]。通過對MTA1 表達進行定量分析，可以對≤3 cm 的多灶性非小細胞肺癌患者的預后風險進行分層，指導術(shù)后輔助治療的獲益[49]。

肺癌的高轉(zhuǎn)移性和易耐藥性是造成疾病快速進展、預后不良的直接因素。抑制MTA1 的表達對于延長患者生存期、提高生活質(zhì)量、有效遏制其轉(zhuǎn)移和逆轉(zhuǎn)耐藥具有重要意義。然而，解決肺癌臨床治療難題的瓶頸在于其發(fā)生轉(zhuǎn)移和治療耐藥的機制不清、干預靶點不明。目前研究提示，無論非小細胞肺癌還是小細胞肺癌，MTA1 在判斷預后中均具有較高的臨床潛力，且有望成為治療靶點。MTA1 在肺癌中的調(diào)控機制尚未明晰，因此，亟需從更深層次和更多角度揭示其影響肺癌發(fā)生、發(fā)展的分子機制，從而為肺癌治療提供新的策略。

5 MTA1 在肺癌研究中存在的問題

作為人類發(fā)病率和病死率最高的惡性腫瘤之一，肺癌的研究在過去40 年中取得了長足進步，尤其是基于基因診斷的靶向治療手段的出現(xiàn)，使得肺癌的診治模式發(fā)生了顯著變化。在腫瘤中被廣泛認為是致癌基因的MTA1，在腫瘤肺轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要的作用[50-51]，目前已有大量研究報道MTA1 與肺癌的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，并且可能還涉及腫瘤微環(huán)境的調(diào)控[52]，但其在肺癌中的完整調(diào)控網(wǎng)絡(luò)目前仍未清楚。肺癌作為一種轉(zhuǎn)移和耐藥高發(fā)的腫瘤類型，如何有效控制轉(zhuǎn)移和耐藥仍是目前亟需解決的問題，MTA1 作為十分有代表性的標志物在肺癌中顯示出較高的潛在價值。當前針對MTA1 在肺癌轉(zhuǎn)移和耐藥中作用機制的研究偏少，結(jié)合本團隊前期的工作基礎(chǔ)，提示MTA1 在肺癌轉(zhuǎn)移和耐藥的發(fā)生過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，但其采取何種調(diào)控機制以及是否為治療的潛在靶點或用藥選擇的標志物，這些問題都值得進一步探索。