基因工程论文
肿瘤是严重危害人类健康的恶性疾病,国际癌症研究机构(IARC)最新调查结果显示在 2012年全球癌症新发病例达 1410万,癌症死亡率更是高达 51.85%。其中乳腺癌新发病例为 170万,占癌症总数的 11.9%。乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,同时也是女性癌症死亡的最主要原因,在 2012年乳腺癌死亡率高达 30.7%。据统计,我国每年女性乳腺癌发病 16.9万,是女性第二位最常见恶性肿瘤;26.63%的高死亡率也使得乳腺癌成为我国女性常见恶性肿瘤主要的死亡原因并且发病率和死亡率呈上升趋势。在现行的诊疗方法中对乳腺的诊断及预后的评估主要集中在临床方面(解剖、形态和病理学),尽管建立了完善的评估标准及诊疗技术的改进,由于乳腺癌存在广泛的遗传异质性,患者的预后仍然不容乐观,因此,寻找特异性的靶点将成为乳腺癌诊断及治疗的最佳选择。近期研究表明,乳腺癌患者的死亡主要是由于乳腺癌细胞对身体其他器官的侵袭。
分化型胚胎软骨发育基因 1作为转录调节因子参与多种通路,能够多种途径的影响癌症进程,与乳腺癌的发生发展关系密切。
1、 分化型胚胎软骨发育基因 1
分化型胚胎软骨发育基因1(differentiatedembryo-ehondrocyteexpressedgene1,DEC1),定位于人类染色体 3p25.3-26,含有碱性螺旋 -环 -螺旋(bHLH)基元,是 bHLH蛋白家族新亚群的成员之一,于 1997年在人类软骨细胞中分离得到,能够通过 cAMP通路参与软骨的形成,近期研究表明与肿瘤发生发展也关系密切。DEC1基因含有 412个氨基酸,在大部分胚胎和成人中表达,并能够与 DNA绑定而发挥其转录抑制活性,还能与核糖核苷酸Ⅱ部分亚基相互作用,提示了 DEC1能够通过调节基础转录机器和组蛋白脱乙酰化酶实现转录抑制。DEC1基因的表达受到多种因素的影响,如电离辐射、缺氧、激素、生长因子和细胞因子等。
作为转录调节因子,DEC1与生物周期节律、分化、凋亡及缺氧反应性等紧密相关,同样,DEC1在肿瘤细胞的增殖、分化及凋亡方面也发挥着重要的作用,并且与肿瘤的低氧状态密切相关,它在肿瘤中的表达可能是肿瘤缺氧的一个直接标志,其活性对维持肿瘤细胞的能量代谢、促进血管生成及细胞凋亡起着重要的作用。DEC1在乳腺癌等多种肿瘤存在高表达,有研究认为 DEC1可作为预测对放疗和化疗后肿瘤预后反应性的标志。而其在乳腺癌的进程及相关研究中的潜在应用价值正在引起广泛关注。
2、 分化型胚胎软骨发育基因 1过表达与乳腺癌进程密切相关
ChakrabartiJ等应用免疫组织化学技术对 253例正常组织、原位癌及侵袭性乳腺癌组织芯片进行表达与病理相关性分析研究发现:分化型胚胎软骨发育基因1(DEC1)的过表达与肿瘤细胞的侵袭性和恶性潜能关系密切,在乳腺癌中表现为:随着肿瘤的进展,DEC1的表达水平从正常组织到原位癌再到侵袭性乳腺癌逐渐增高,即 DEC1的表达水平随着乳腺癌浸润性的增强而逐渐增加,因此,DEC1基因的表达可能参与加速乳腺组织发展为侵袭性乳腺癌的进程,并且,其表达强度与乳腺癌分级同样成明显的相关性。
2.1 分化型胚胎软骨发育基因 1过表达参与乳腺癌的缺氧抵抗
近年来研究发现,肿瘤内低含氧量可以促进血管生成素蛋白的产生并加速肿瘤的进程,同时,缺氧能够强烈诱导DEC1的表达上调,表明低氧环境下 DEC1的表达水平与肿瘤的分化和凋亡潜能有关联。肿瘤细胞,尤其是恶性肿瘤能够抵抗肿瘤细胞的凋亡而在低氧和营养缺乏的环境中生存,其中,分化型胚胎软骨发育基因 1起到了关键作用,DEC1过表达在普通条件下会引起细胞周期阻滞,但是在低氧和缺乏营养的情况下,DEC1可能激活一个独特的抗压通路,通过诱导抗凋亡蛋白的上调来抑制细胞的凋亡,在乳腺癌中 DEC1高表达可促进侵袭性表型的发生,提示,乳腺癌在缺氧的条件可能需要增加表型的恶性程度以维持肿瘤细胞的生存。TurleyH等进行的正常组织和肿瘤组织中缺氧与 DEC1表达关系研究的结果发现,DEC1在乳腺癌坏死区附近高表达而在坏死区连接处表达降低,提示,DEC1的表达由于肿瘤缺氧而发生上调,这种表达上调可能是肿瘤缺氧的一个直接标志,但当发生极度缺氧时,其可能参与细胞的死亡。与此同时,研究人员还发现,作为低氧诱导因子 1(HIF-1α)的靶基因,DEC1在乳腺癌非坏死区存在过表达,提示肿瘤非坏死区同样存在缺氧的情况,提示,乳腺癌细胞的增殖分化本身就会导致肿瘤内的缺氧,这就驱使了乳腺癌通过激活低氧诱导因子而维持肿瘤自身进展,从而导致DEC1在乳腺癌的非坏死区表达上调。进一步猜测 DEC1可能参与血管内皮生长因子 D(VEGF-D)对乳腺癌生理和病理方面的影响,在血管和淋巴重构及肿瘤的进程方面发挥着重要作用。因此,DEC1能够调节肿瘤相关蛋白,在不同环境之下发挥不同的功能,并且在肿瘤组织中与细胞的激活压力密切相关,当其在乳腺癌细胞中大量表达时,可能通过诱导抗凋亡蛋白上调而对抗肿瘤细胞的凋亡。可见,缺氧环境下乳腺癌中低氧诱导因子1靶基因之一 DEC1的转录激活可能在乳腺癌的进程中发挥关键作用。
2.2 分化型胚胎软骨发育基因 1通过参与通路影响乳腺癌的发生发展
LiuY等应用免疫组化技术对 147例乳腺导管癌样本进行 DEC1与紧密连接蛋白(claudin-1)关系的研究,发现乳腺浸润性导管癌中 DEC1表达增加,并且与乳腺癌分级紧密相关。同时,基底膜侵袭实验也证明了 DEC1参与乳腺癌的侵袭。研究者认为,既然在肿瘤侵袭中细胞间的相互作用减弱和连接蛋白的表达降低起到了关键作用,那么,DEC1的表达上调可能会抑制连接蛋白的表达。在体外研究同样发现,DEC1的表达降低会促进 claudin-1的升高,使乳腺癌细胞系 MCF-7和 MDA-MB-231侵袭性下降。因此 DEC1可能通过 claudin-1表达下调而提升乳腺癌侵袭的能力。
同时,DEC1作为转化生长因子(TGF-β)通路的下游靶点,能够被 TGF-β诱导进而表达上调,过表达的 DEC1诱导生成靶向抗凋亡的生存蛋白以增强乳腺癌细胞的生存能力从而抵抗血清缺乏导致的细胞凋亡,研究还发现,DEC1的表达水平会随着 TGF-β的增强和抑制而发生变化。因此,在特定条件下激活细胞内源性的 TGF-β通路,对维持细胞的生存和转移至关重要,而 TGF-β调节生存信号是通过其下游靶基因 DEC1完成的,提示,抑制 DEC1的功能,可能会对阻止乳腺癌的转移提供帮助。可见 DEC1抑制凋亡的功能与乳腺癌发展关系密切,DEC1可通过 TGF-β的调节而提升乳腺癌细胞的生存能力。另外,UjiK等进行 TP53突变与雌激素受体(ER)阳性乳腺癌的相关研究发现,TP53发生突变与 ER阳性乳腺癌的肿瘤体积及分级密切相关,且 TP53突变提示预后不良,而 DEC1是 TP53的相关靶基因,因此,DEC1似乎参与了雌激素受体通路与乳腺的预后关系密切。
2.3 分化型胚胎软骨发育基因 1的 SUMO化参与了乳腺癌的恶性进程
DEC1的 SUMO化修饰与乳腺癌的发生发展以及周期节律调节关系密切。DEC1作为时钟分子其自身的表达具有一定的周期节律性,并参与对多种时钟基因的表达调控,其表达异常与肿瘤的发生发展密切相关。HongY等在乳腺癌细胞系 MCF-7饥饿处理后发现 DEC1的表达水平和 SUMO化程度均上调,并且与饥饿处理的时间呈正相关,表明来自饥饿处理的压力可能通过 SUMO化来影响 DEC1的活性,推测,DCE1的表达和蛋白转录后的修饰可能导致肿瘤细胞复制的增强。同时,SUMO化能够增强 DEC1的稳定性,并通过降低其对泛素化的敏感性来延长 DEC1的半衰期,并能够加强其对 CLOCK/BMAL1调节转录活性的抑制,增加其在细胞核中发挥转录调控作用的时间,从而对 DEC1调控的靶基因的表达产生影响。还发现了 DEC1基因 SUMO化形式的翻译后修饰与乳腺癌细胞生理节律的调节关系密切。探索正常组织与恶性肿瘤中间生理节律的不同,不仅对于探索癌症发生发展的机制有帮助,而且,正常和肿瘤细胞中生理节律的不一致对促进抗癌药物效果最大化也起到至关重要的帮助。因此,乳腺癌中 DEC1的 SUMO化不仅对其节律性产生影响,加速乳腺癌恶化进程,对乳腺癌的治疗也提供了一定的思路。
3、 分化型胚胎软骨发育基因 1在某些情况下参与乳腺癌细胞的凋亡
WuY等研究则发现,DEC1在经过紫杉醇诱导的乳腺癌细胞系 MCF-7中高表达,并且这种高表达主要集中在细胞核,似乎提示了,DEC1经过诱导后在乳腺癌细胞系 MCF-7中行使着某些功能。而抑制 DEC1的表达可减少多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶降解产物的数量,发现了 DEC1可能起到促进紫杉醇诱导细胞凋亡的作用,猜测,紫杉醇可能是 DEC1上游的作用分子,并且与能够起到抗凋亡作用的 DEC2维持着乳腺癌细胞系 MCF-7中的生存平衡。由于肿瘤抑制基因 p53对肿瘤细胞的衰老起着重要作用,并有研究表明DEC1是 p53家族的一个重要靶基因,介导了 p53依赖的衰老,因此,经过紫杉醇诱导后 DEC1可能影响了 p53的表达,导致了线粒体损伤通路的激活,DEC1以 p53依赖的方式促细胞衰老。此外,在活体内研究还发现 DEC1的显性负性突变体(dnDEC1)可以阻止乳腺癌细胞的肺和肝转移。
可见 DEC1在乳腺癌的进程中似乎发挥着双重的作用。
4、 展望
总之,鉴于分化型胚胎软骨发育基因1(DEC1)在正常乳腺及癌组织中均表达,并且其表达增强与乳腺癌的侵袭能力紧密相关,所以在乳腺癌的进程中 DEC1基因的表达水平高低起到了关键作用。因此,检测乳腺癌中 DEC1基因的表达程度有助于对乳腺癌的分级及恶性程度的判断,便于乳腺癌患者早期发现及个体化治疗策略的制定,为患者提供最佳的治疗方案。此外,由于肿瘤细胞对低氧的耐受与 DEC1紧密相关,DEC1的靶向敲除可能诱导肿瘤细胞向坏死转化,为乳腺癌的靶向治疗提供新思路。