關(guān)于COL10A1基因的研究進(jìn)展

胡琦，姜洪偉

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特；2.內(nèi)蒙古人民醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特)

0 引言

盡管當(dāng)前世界的醫(yī)療水平對(duì)癌癥這類疾病，還束手無(wú)策，但隨著人們對(duì)一些疾病的基因研究的重視及一些新的發(fā)病基因的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)疾病的發(fā)病及轉(zhuǎn)移機(jī)制也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。雖然目前對(duì)于COL10A1基因的研究還甚少，但有學(xué)者[1]通過(guò)生物信息學(xué)方法證明了COL10A1是乳腺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、胃癌、食管癌、肺癌、膀胱癌等多種腫瘤的生物標(biāo)志物，并且和腫瘤新生血管的形成有關(guān)。

1 COL10A1基因概述

膠原屬于蛋白質(zhì)的一種，是3條同或異型α鏈構(gòu)成的螺旋蛋白。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)其與組織形成、細(xì)胞增生、分化、運(yùn)動(dòng)及血管形成有關(guān)。目前已知的人類膠原蛋白家族達(dá)29種(Ⅰ～ⅩⅧ)，分為基底膜型和間質(zhì)型兩大類，在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起雙向調(diào)節(jié)的作用[2]。COL10A1基因編碼X型膠原的alpha鏈，而X型膠原是軟骨內(nèi)成骨過(guò)程中由肥大的軟骨細(xì)胞所表達(dá)的短鏈膠原[3]。有學(xué)者通過(guò)研究[4-5]發(fā)現(xiàn)，腫瘤的微環(huán)境與其侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)，微環(huán)境的變化對(duì)腫瘤細(xì)胞的最終結(jié)局有重大的意義。而膠原是腫瘤微環(huán)境和細(xì)胞外基質(zhì)的重要組分，在促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)、腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

2 COL10A1基因與疾病

2.1 COL10A1基因與結(jié)腸癌的發(fā)生及發(fā)展

目前較為公認(rèn)的結(jié)腸癌基因包括p53、DCC、Ras等，COL10A1基因?qū)Y(jié)腸癌的影響尚不是很明確。蔣炳林[6]等人檢測(cè)了早中晚期結(jié)直腸癌患者、結(jié)腸良性病變患者以及正?；颊哐逯蠧OL10A1的表達(dá)量，并且用ROC曲線下面積分析COL10A1及其他一些基因?qū)υ缙诮Y(jié)直腸癌的診斷價(jià)值。發(fā)現(xiàn)COL10A1在早期結(jié)直腸癌患者血清中的表達(dá)明顯高于結(jié)直腸良性疾病患者和健康體檢者(P＜0.05),但是均低于中晚期結(jié)直腸癌患者。由此認(rèn)為COL10A1可以作為結(jié)直腸癌早期診斷的潛在標(biāo)志物。也有一些學(xué)者[7]通過(guò)采用免疫組化(IHC)、實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)(real-time quantitative ase chain reaction, QPCR)、蛋白免疫印跡(Western blot)等實(shí)驗(yàn)，測(cè)定COL10A1與CRC表達(dá)水平的臨床相關(guān)性。研究表明COL10A1可能與結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和腫瘤發(fā)生過(guò)程有關(guān)。但COL10A1是否對(duì)CRC細(xì)胞有直接的促進(jìn)作用，還是通過(guò)調(diào)節(jié)其他因素發(fā)揮作用還有待確定。Solé X[8]等采用基因表達(dá)譜芯片篩選出了結(jié)腸癌差異表達(dá)基因505個(gè)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的23個(gè)基因均被實(shí)時(shí)定量PCR證實(shí)，其中，COL10A1在血液中也呈顯著高表達(dá)，并且可作為結(jié)腸癌早期診斷的指標(biāo)。

2.2 COL10A1基因與胃癌的關(guān)系

Li T,Huang H等人[9]使用UCSC基因組網(wǎng)站和JASPAR數(shù)據(jù)庫(kù)分析了COL10A1啟動(dòng)子，發(fā)現(xiàn)了潛在的SOX9結(jié)合位點(diǎn)。證明了SOX9和COL10A1都在胃癌中上調(diào)。通過(guò)電泳遷移轉(zhuǎn)移(EMSA)、染色質(zhì)免疫沉淀(ChIP)等方法他們還發(fā)現(xiàn)SOX9可以直接與COL10A1基因啟動(dòng)子結(jié)合并激活其轉(zhuǎn)錄。這些結(jié)果表明，SOX9對(duì)col10a1介導(dǎo)的EMT、細(xì)胞遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要，對(duì)胃癌患者的總體生存率有很強(qiáng)的預(yù)測(cè)作用。但目前關(guān)于COL10A1與胃癌之間的關(guān)系研究較少，其發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用和機(jī)制還是很不明確。

2.3 COL10A1基因與軟骨疾病的關(guān)系

COL10A1基因與干骺端軟骨發(fā)育不良有關(guān)已經(jīng)被證實(shí)，干骺端軟骨發(fā)育不良存在多種類型。Al Kaissi A , Ghachem[10]等通過(guò)分子病理學(xué)得到證實(shí)，確認(rèn)了患者位于染色體6q21-q22.3上的COL10A1基因突變。COL10A1基因編碼軟骨內(nèi)成骨過(guò)程中的軟骨細(xì)胞膠原也已經(jīng)被證實(shí)，國(guó)外學(xué)者Hasegawa K等人[11]通過(guò)生物信息學(xué)方法分析日本Smid型骺軟骨發(fā)育不良患者的COL10A1基因，證實(shí)了COL10A1基因突變可導(dǎo)致Smid型骺軟骨發(fā)育不良，可能與COL10A1 cDNA (c)中，腺嘌呤1663位點(diǎn)的取代導(dǎo)致氨基酸變化有關(guān)。Park H[12]等對(duì)mcd患者進(jìn)行COL10A1基因突變分析，發(fā)現(xiàn)了可能具有致病性的突變位點(diǎn)。Gu J[13]等用電泳遷移轉(zhuǎn)移試驗(yàn)和染色質(zhì)免疫沉淀試驗(yàn)證實(shí)了Cox-2與Col10a1順式增強(qiáng)子的相互作用，支持了其作為Col10a1候選調(diào)控子的作用。Zhang C等學(xué)者[14]對(duì)巴基斯坦一個(gè)血親部落的7代侏儒家族的6個(gè)成員進(jìn)行了全基因組測(cè)序(＞30)，證實(shí)了COL10A1基因變異是最可能導(dǎo)致侏儒癥的原因。Brophy RH[15]等學(xué)者利用RNA微陣列識(shí)別12例骨關(guān)節(jié)炎(OA)和12例非OA患者半月板的差異表達(dá)(DE)轉(zhuǎn)錄，并對(duì)選定的轉(zhuǎn)錄的mrna進(jìn)行實(shí)時(shí)PCR測(cè)定，在OA和非OA樣本之間鑒定出168個(gè)顯著差異的轉(zhuǎn)錄本。其中COL10A1是OA半月板中升高最顯著的轉(zhuǎn)錄之一。Zhong L[16]等用免疫組化法和qPCR法檢測(cè)OA患者軟骨標(biāo)本中的蛋白和基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在OA進(jìn)展過(guò)程中，COL10A1增加，這表明COL10A1可以作為OA的標(biāo)記物。Xu R[17]等學(xué)者通過(guò)基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死(FHN)患者COL10A1表達(dá)顯著上調(diào)，組織學(xué)染色顯示，F(xiàn)HN的軟骨細(xì)胞數(shù)目減少，排列不規(guī)則。這為FHN的發(fā)病機(jī)制及治療方案提供了新的臨床思路。

2.4 COL10A1與乳腺癌的關(guān)系

Zhang Mingdi[18]等分析了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并分析了COL10A1的表達(dá)水平與乳腺癌的臨床指標(biāo)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)COL10A1表達(dá)水平升高的患者某些預(yù)后指標(biāo)較差。由此推斷出COL10A1可能是乳腺癌預(yù)后的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物。Alexander S等學(xué)者[18]對(duì)乳腺癌患者的腫瘤樣本進(jìn)行基因表達(dá)譜分析，并采用預(yù)處理活檢的免疫組化染色檢測(cè)這些通路的蛋白水平，發(fā)現(xiàn)這些蛋白水平在單變量和多變量分析中均與病理反應(yīng)相關(guān)，間質(zhì)膠原(包括Col10A1)編碼基因表達(dá)增加。由此可以認(rèn)為COL10a1可以作為HER(+)乳腺癌新輔助化療的預(yù)測(cè)標(biāo)志物。

2.5 COL10A1與肺癌的關(guān)系

學(xué)者Guo Q等[19]用生物信息學(xué)方法調(diào)節(jié)COL10A1，探究miR-384在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞凋亡和自噬中的作用機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在miR-384上調(diào)或COL10A1沉默的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，細(xì)胞增殖和致瘤性受到抑制，細(xì)胞凋亡和自噬被誘導(dǎo)。Andriani F[20]等用生物信息學(xué)的方法，測(cè)量非小細(xì)胞肺癌患者血漿樣本和健康重度吸煙者的三種循環(huán)ECM相關(guān)蛋白(COL11A1、COL10A1和SPARC)水平，發(fā)現(xiàn)患者血漿中COL10A1的水平升高，血漿SPARC水平也高于對(duì)照組，患者和對(duì)照組的COL11A1水平無(wú)差異，但沒有發(fā)現(xiàn)血漿蛋白水平與臨床病理特征及存活率有顯著相關(guān)性，這可能是鑒別肺癌患者與健康重度吸煙者個(gè)體的一種有價(jià)值的補(bǔ)充診斷工具。

2.6 COL10A1基因與其它疾病的關(guān)系

Karagoz K[21]等、Tang J[22]等分別采用生物信息學(xué)方法，篩選出食管癌、甲狀腺癌患者的差異表達(dá)基因，其中包括COL10A1基因。Wu SX[23]等學(xué)者通過(guò)生物信息學(xué)方法鑒定出5個(gè)與膀胱癌(BCa)術(shù)前淋巴結(jié)(LN)有關(guān)的基因，其中包括COL10A1。Liu Q[24]等利用癌癥基因組圖譜(TCGA)數(shù)據(jù)集中的基因表達(dá)，構(gòu)建了Cox多變量回歸的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分分期系統(tǒng)來(lái)評(píng)估BLCA患者的預(yù)后。用RCOR1、ST3GAL5、COL10A1三個(gè)基因預(yù)測(cè)BLCA患者的生存。結(jié)果發(fā)現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分患者的生存率明顯高于高風(fēng)險(xiǎn)者。Ferrington DA[25]等對(duì)年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)患者的(RPE)黃斑細(xì)胞線粒體基因(mtDNA)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間pcr檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)攜帶amd危險(xiǎn)基因的患者存在更大的mtDNA損傷，而COL10A1為危險(xiǎn)基因之一。陳況[26]等人對(duì)胰腺癌組織和對(duì)應(yīng)胰腺癌旁組織用qPCR方法、Western-Blot法、以及免疫組織化學(xué)染色法檢測(cè)癌組織和對(duì)應(yīng)癌旁組織中COL10A1 mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)水平。并且對(duì)COL10A1的表達(dá)水平與胰腺癌患者臨床病理指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)COL10A1在胰腺癌組織中的表達(dá)水平高于相應(yīng)的應(yīng)癌旁組織，且COL10A1基因的高表達(dá)與胰腺癌的T分期和N分期相關(guān)，是影響胰腺癌患者預(yù)后的獨(dú)立相關(guān)因素。

3 結(jié)論

COL10A1基因作為編碼膠原的一類基因，主要參與軟骨細(xì)胞的發(fā)生，但也與多種腫瘤的微環(huán)境有關(guān)，從而影響腫瘤細(xì)胞的遷移和轉(zhuǎn)移，甚至可以作為一些腫瘤的生物標(biāo)記物。但目前對(duì)其的研究尚不夠全面，其發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的一些機(jī)制還不太明確，仍有待學(xué)者們進(jìn)一步的探索。