膜聯蛋白A11在腫瘤中的研究進展

徐 寧 綜述,李 勇 審校

(重慶醫科大學附屬口腔醫院/口腔疾病與生物學重慶市重點實驗室/重慶市高校市級口腔生物醫學工程重點實驗,重慶 401147)

膜聯蛋白(ANX)是以鈣離子(Ca2+)濃度依賴性方式結合膜磷脂的細胞內蛋白質家族[1]。ANX包括A、B、C、D、E 5個家族,A家族主要存在于人類和哺乳動物細胞中,B家族存在于無脊椎動物細胞中,C家族存在真菌和一些單細胞真核生物,D家族存在植物,E家族存在原生生物[2]。ANXA家族共有12個成員(ANXA1～11和A13)。ANXA家族成員與人類細胞的一系列生理功能存在密切關系,如囊泡運輸、細胞增殖、細胞分裂、細胞凋亡、信號傳導、抗炎、新血管生成、抗凝血等[3]。 近年來,有研究表明,ANXA家族成員表達水平異常同樣與多種腫瘤的形成及發展密切相關,可作為腫瘤預后因子及生物治療的有效靶點[4]。現將ANXA家族成員——ANXA11的生物學功能、在各種腫瘤中的研究進展綜述如下。

1 ANXA11的分子結構

ANXA分子是一個由一個凸面和一個凹面構成的弧形結構[5],位于凸面的C-末端為保守區域,含4個結構高度相似的同源重復結構域,此結構域由大約70個氨基酸殘基組成,每一個重復序列均由5個α-螺旋構成,此結構所構成的結構域具有與鈣和膜磷脂的結合位點,ANX只有在Ca2+存在情況下才能與磷脂膜結合,且這種結合是可逆的,去除Ca2+后ANX就與磷脂分開[6];位于凹面的N-末端為可變區域,由20～200個氨基酸殘基組成,可調節ANX與蛋白配體間相互作用和ANX與膜的相關性,不同ANX在N端結構域的長度、氨基酸序列和疏水性方面差異很大,是區分不同亞家族的主要依據。有學者分析了500例肌萎縮側索硬化患者的外顯子組序列發現,ANXA11 的低復雜性結構域內的氨基末端變體p.G38R和p.D40G增強了聚集傾向,而羧基末端 ANXA11 結構域變體p.H390P和p.R456H改變了Ca2+反應[7]。

ANXA11定位在人染色體10q22～q23,包含了15個外顯子和14個內含子。Anxa11由504個氨基酸編碼,相對分子質量為56×103。其N-末端結構域和C-末端結構域分別由外顯子2～5和6～15編碼[7]。ANXA11的N末端結構域由219個富含甘氨酸、酪氨酸和脯氨酸的氨基酸殘基組成,這些氨基酸的濃度對其核定位及降解均具有重要作用[9]。ANXA11的C末端結構域含有同源的四聯蛋白重復核和Ca2+結合位點,是膜結合、熱穩定性和ANXA11三級結構的必要條件,Ca2+的存在影響ANXA11與腦磷脂、磷脂酰絲氨酸和磷脂酸的結合[4],能被絲氨酸/蘇氨酸激酶和酪氨酸激酶磷酸化[2]。ANXA11通過與凋亡相關基因-2(ALG-2)協調穩定內質網,從而維持內質網的結構和功能特征,在ANXA11敲低的細胞中同步的內質網到高爾基體的跨膜轉運加快[9]。近期研究發現了一種RNA轉運機制,ANXA11可作為RNA顆粒和溶酶體之間的分子拴繩,RNA顆粒通過“搭便車”在移動的溶酶體上[10]。ANXA11具有N-末端低復雜性結構域,促進其相分離成無膜RNA顆粒,以及C-末端膜結合結構域,使其能與溶酶體相互作用。RNA顆粒轉運需要ANXA11,并且ANXA11通過相關突變破壞其與溶酶體的相互作用而損害RNA顆粒轉運。因此,ANXA11通過將RNA顆粒束縛到活躍轉運的溶酶體介導RNA轉運,從而執行關鍵細胞功能[10]。

蛋白質和脂質的相變可以共同調節,在核糖核蛋白(RNP)顆粒-ANXA11-溶酶體中ANXA11連接RNP顆粒凝聚到溶酶體膜使其能夠共轉運。在低復雜度的ANXA11端N驅動下該系統中蛋白質的相態發生了變化,從而誘導了底層膜脂質的耦合相態變化。最新的研究鑒定了ANXA11相互作用蛋白——ALG-2和降鈣素基因相關肽基因作為基于ANXA11的相位耦合的有效調節因子,并證明其對ANXA11-溶酶體集合的納米力學性能及其與RNP顆粒結合的能力的影響[11]。利用這種特性,ANXA11作為一種分子栓,動態地將無膜小干擾RNA納米凝膠與溶酶體偶聯,通過溶酶體主動運輸到癌細胞中,并通過酯鍵的降解控制釋放,從而達到治療腫瘤的目的[12]。

2 ANXA11與腫瘤的關系

2.1ANXA11與腦膠質母細胞瘤 有研究發現,重組人真核翻譯延長因子3J反義RNA(EIF3J-AS1)在膠質瘤細胞系中過度表達且EIF3J-AS1基因的敲除可阻礙膠質瘤的惡性表型[13]。微小RNA-1343-3p(miR-1343-3p)可與EIF3J-AS1結合,靶向作用于ANXA11,通過EIF3J-AS1/miR-1343-3p/ANXA11軸共同影響膠質母細胞瘤的生物學行為,并且應用MiR-1343-3p抑制劑或過表達ANXA11可抵消EIF3J-AS1沉默對膠質母細胞瘤發展的抑制作用。在腫瘤預后方面,ANXA11也與腦膠質母細胞瘤的預后相關,膠腦膜轉移的預后最差。基于拷貝數變化的基因表達整合分析顯示,ANXA11是與腦膜轉移發生相關的腫瘤分子表型,與非轉移組比較,ANXA11隨著拷貝數的增加而高表達,使膠質母細胞瘤更易發生轉移[14]。

2.2ANXA11與乳腺癌 HUDELIST等[15]通過高通量測序發現,ANXA11相對于癌旁正常組織在腫瘤組織內過度表達,被絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化后使下游因子——絲裂原活化蛋白激酶(MKK3)和MKK7在乳腺癌中過度表達,并通過MKK3/p38和MKK7/c-Jun氨基末端激酶通路調節乳腺癌中的p53轉錄活性進一步促進乳腺癌的進展[16]。LIANG等[16]發現,RHPN1反義RNA 1由組蛋白去甲基化酶5B誘導,并通過RHPN1反義RNA 1/miR-6884-5p/ANXA11通路促進乳腺癌的進展。FERNANDEZ-MADRID等[17]發現,ANXA11及p53在乳腺癌組織中的表達較正常組織明顯增高,猜測ANXA11影響乳腺癌進展的原因可能與p53有關。

2.3ANXA11和卵巢癌 SONG等[18]通過免疫組織化學分析發現,在復發性卵巢癌組織中ANXA11表達水平遠高于原發癌組織,其表達水平與腫瘤復發和順鉑耐藥呈負相關,ANXA11在順鉑耐藥細胞系表達可下調,當敲低敏感細胞系ANXA11表達后發現,其對順鉑的耐藥性增加。卵巢癌化療耐藥的機制包括很多,其中耐藥相關基因的表達異常是一個重要因素。有研究通過對卵巢癌細胞中順鉑反應進程基因測序發現,與ANXA11參與了細胞凋亡、細胞增殖、轉錄調控和信號傳導[19]。在機制方面,ANXA11可作為干擾 S100 鈣結合蛋白A6(S100A6)和p53相互作用的抑制劑。ANXA11的下調可能會增加 S100A6與p53 的結合能力,從而導致增強p53轉錄活性并導致卵巢癌的耐藥性增加[20]。

2.4ANXA11與胃癌 最近的一項關于胃癌的研究選取了63例配對的胃癌組織和癌旁黏膜組織,檢測ANXA11的表達水平及其與臨床特征的相關性,其分別使用免疫組化法、定量逆轉錄聚合酶鏈反應及蛋白質印跡法檢測了ANXA11在胃癌及癌旁正常組織中的表達水平,結果顯示,與癌旁正常組織比較,ANXA11 mRNA及蛋白水平在胃癌組織中明顯升高,且ANXA11的高表達與腫瘤大小、腫瘤浸潤、局部淋巴結轉移、TNM分期和血管侵犯顯著相關。通過使用AGS細胞系進行了生物學功能和潛在的機制研究,小干擾RNA沉默ANXA11后ANXA11通過蛋白激酶B/糖原合酶激酶-3β(Akt/GSK-3β)通路抑制細胞增殖、集落形成、遷移和侵襲,有望成為胃癌患者的預后因素和治療靶點[21]。在預后方面,有學者在胃癌患者與輕度或晚期胃病變患者中發現了43種差異表達的尿蛋白ANXA11水平進一步與胃病變進展風險呈正相關,在預測胃癌進展和胃癌發生風險方面表現出卓越的性能[22]。在耐藥機制方面,抑制ANXA11表達能提高人胃癌細胞株對5-氟尿嘧啶(5-Fu)及順鉑的敏感性,可能與抑制腫瘤細胞相關生長因子胸苷酸合酶、B淋巴細胞瘤-2(bcl-2)、上調BCL-2相關X蛋白(bax)的表達有關[23-25]。

2.5ANXA11與結直腸癌 ANXA11 在結直腸癌的發展和轉移中均具有重要作用,與正常組織比較,ANXA11在結直腸癌患者的腫瘤組織中過度表達,且在有淋巴結轉移的結直腸癌腫瘤組織中ANXA11表達更低[26-27]。通過與熱休克轉錄因子1協同作用可促進ANXA11轉錄,競爭性結合miR-122-5p,調控結直腸癌生物學行為,靶向熱休克轉錄因子1/LINC00857/ANXA11軸可能提供一種有價值的治療結直腸癌的策略[28]。同時,ANXA11的突變與結直腸癌的耐藥性有關,ANXA11可能通過MAPK途徑、S100A6或ALG-2影響結直腸癌的藥物敏感性。轉染敲低ANXA11的腫瘤細胞在使用5-氟尿嘧啶(5-FU)、亞葉酸、伊立替尼和貝伐單抗的聯合方案治療后顯示出基質金屬蛋白酶9(MMP-9)表達降低[29-30]。

2.6ANXA11與肝癌 YE等[31]采用定量逆轉錄聚合酶鏈反應定量分析超氧化物歧化酶2(circSOD2)和ANXA11發現,circSOD2在肝細胞癌組織和細胞中表達上調,敲低circSOD2導致肝癌細胞生長抑制、凋亡促進、細胞周期阻滯和轉移抑制。在機制方面,circSOD2通過充當miR-497-5p海綿促進肝癌的發展,miR-497-5p通過靶向ANXA11在肝細胞癌細胞中發揮腫瘤抑制作用。circSOD2通過與miR-497-5p相互作用誘導ANXA11表達上調,circSOD2對免疫逃避和抗程序性死亡受體1耐藥的促進作用與miR-497-5p/ANXA11軸相關。LIU等[32]采用聚合酶鏈反應和蛋白質印跡檢測結果顯示,ANXA11-shrna轉染Hca-F細胞后ANXA11表達明顯下調,在Hca-F細胞中敲低ANXA11可抑制其體外增殖和細胞凋亡能力。在Hca-F細胞中ANXA11敲低后Bax/Bcl-2表達水平比值、Akt2和FoxO1(pSer319)表達水平,以及MMP-9 mRNA和活性MMP-9蛋白水平均顯著升高。總之,ANX A11通過Akt2/FoxO1和(或)MMP-9通路抑制Hca-F細胞的體外增殖和凋亡。ANXA11作為miRNA的下游基因常作為腫瘤治療的靶點,如miR-124可能直接靶向ANXA11調控肝癌的發生和進展,過表達miR-124能抑制ANXA11的表達,從而抑制腫瘤細胞的體外增殖、侵襲和遷移能力[33];ANXA11可介導miR-16-5p和AGAP2反義RNA 1在肝癌中的功能效應,導致Akt信號活化[34];miR-497-5p可誘導ANXA11表達上調,通過靶向miR-497-5p/ANXA11軸在肝癌細胞中發揮腫瘤抑制作用,進一步促進免疫逃避[31]。在耐藥性方面,ANXA11主要通過原癌基因蛋白(c-Jun)通路調節肝癌的淋巴結轉移和耐藥性[35],敲降ANXA11可增強細胞黏附能力,增強腫瘤細胞對順鉑的耐藥性,促進細胞絲狀肌動蛋白的形成,抑制細胞外調節蛋白激酶及連接蛋白-活化的蛋白激酶C1受體通路,促進MMP-2、MMP-9、細胞分裂周期蛋白42的表達水平,對淋巴結的原位黏附能力顯著增強[36]。下調ANXA11表達可增強Hca-P細胞對5-FU的耐藥性。與scramble-Hca-P細胞比較,shRNA-ANXA11-Hca-P細胞中c-Jun的表達水平在0.1、1.0 mg/L 5-FU作用下均上調。ANXA11敲低聯合5-FU處理后Hca-P細胞中c-Jun的表達變化趨勢更為明顯。ANXA11通過c-Jun通路調節Hca-P細胞的淋巴結轉移和5-FU耐藥。其可能在肝細胞癌中發揮重要作用,并可能成為治療肝癌的靶點[37]。

2.7ANXA11與非小細胞肺癌 近期有文獻報道,ANXA11在非小細胞肺癌患者癌組織中的表達水平明顯高于相對應的癌旁正常組織,在臨床意義方面,ANXA11表達量與非小細胞肺癌患者的腫瘤組織分化程度、TNM分期、有無淋巴結轉移及Ki-67表達有關,可能誘發腫瘤細胞惡變、浸潤及轉移,成為診斷、治療和預后的新指標[38],但目前其具體發病機制尚不明確。

2.8ANXA11與前列腺癌 近期研究表明,前列腺癌患者血清中存在ANXA11的自身抗體反應,且ANXA11抗體的豐度在前列腺癌患者中相對升高。單抗體鑒別前列腺腫瘤和健康對照的靈敏度為70%～80%,而聯合ANXA11抗體可將診斷前列腺腫瘤的靈敏度提高至90%,將健康對照的靈敏度提高至100%[39]。提示ANXA11可作為前列腺癌發生的致癌基因,但其具體作用機制尚需進一步研究。

2.9ANXA11與膀胱癌 有學者通過對ANX家族成員在膀胱癌中的mRNA表達和預后的分析發現,與正常膀胱組織比較, ANXA11在膀胱癌中表達下調,利用COX回歸構建了一個與ANX相關的預后標簽發現,ANXA11高表達與患者總生存增加相關,有助于改善膀胱癌患者的臨床結局,為膀胱癌發生、發展的潛在分子機制提供了深入的認識,并為膀胱癌提供了潛在的治療靶點[40],但目前相應的機制尚不明確。

3 小 結

腫瘤的發生、發展是一個多因素、分階段過程。故從基因水平尋找影響腫瘤發生、發展及預后的指標并開展靶向治療具有重要意義。ANXA11作為一種鈣調節的磷脂結合蛋白在胞質分裂、凋亡、胞吐和癌癥中均具有重要作用。ANXA11的失調和突變與癌癥的發展、耐藥性和復發均有關[41-42]。在惡性腫瘤中ANXA11呈高表達,且與腫瘤的增殖、侵襲、轉移及耐藥密切相關。在乳腺癌、卵巢癌及結直腸癌中ANXA11通過MAPK/p53途徑參與腫瘤的轉移、侵襲和耐藥性;在胃癌中ANXA11 通過Akt/糖原合酶激酶-3β通路調節胃癌增殖、遷移和侵襲,通過bcl-2/bax途徑影響5-FU及順鉑的敏感性;在肝癌中ANXA11通過Akt2/FoxO1 和(或)MMP-9表達途徑抑制肝癌細胞的體外增殖和細胞凋亡,通過c-Jun抑制肝癌細胞的致瘤性、淋巴結轉移和5-FU耐藥性。

總之,ANXA11可作為腫瘤診斷、治療和預后的有力指標。但值得注意的是,在發病機制方面,ANXA11常作為miRNA的下游靶點;在耐藥性方面,ANXA11的耐藥機制常與c-Jun通路相關,因此,靶向ANXA11很有可能成為腫瘤治療的新方法。根據目前發現ANXA11的生物學功能均與腫瘤的發生、發展密切相關,有望成為腫瘤診斷、預后因子及生物治療的有效靶點。目前,關于ANXA11在腫瘤研究中的微小報道較少見,其介導腫瘤發生、發展的具體機制尚有待于進一步深入研究。此外,如何準確應用ANXA11在腫瘤治療方面發揮優勢仍是亟待解決的臨床問題。