nm23基因及其相关蛋白的生物学功用

肿瘤的发生、发展和转移过程受多种基因的调控，其中转移抑制相关基因的失活在肿 瘤的发生、发展中起到了重要的作用。转移抑制相关基因的失活可诱发肿瘤转移表型的产 生，进而导致肿瘤转移。从 1988 年 Steeg 等发现 nm23 基因开始，人们对于肿瘤抑制基因 nm23 及其相关蛋白的研究在很大程度上是立足于该基因在抑制肿瘤转移方面的作用，并通 过大量的研究证实，该基因在肿瘤的转移过程中起着负性调控作用。由于肿瘤细胞的浸润 转移与正常的细胞分化以及胚胎的发育具有一定的相似性，近年来的研究也证实该基因的 相关蛋白在促进正常细胞的分化，发育方面同样存在着调节作用。 1 nm23 基因的结构与功能 1988 年美国国立癌症研究所的 Steeg 等应用差示杂交（differential hybridization）等技 术从小鼠黑色素瘤 K-1735 细胞株中分离出 cDNA 基因，并证实其与肿瘤转移抑制有关， 命名为 nm23 基因 1 。近年来的研究发现人类的 nm23 基因主要有 8 型，而其中研 究较多的是 nm23-H1 和 nm23-H2，这两个亚型均定位在人类的第 17 号染色体上，该位点 非常靠近 p53 基因位点，被认为是许多肿瘤形成的基因定位，并且是容易发生等位基因杂 合性缺失的热点区域。有研究发现，nm23 基因的相关蛋白与两类蛋白质有高度同源性。一 类是果蝇的 awd 蛋白，人的 nm23 基因的相关蛋白与 awd 蛋白的氨基酸序列有 77%88% 是相同的，而 awd 蛋白在果蝇胚胎的发育过程中起着重要的调节作用。如果 awd 基因突变 或表达降低，将导致果蝇的许多组织器官出现畸形分化和翅盘细胞的坏死，因此一些学者 推测 nm23 蛋白的失活或表达量的减少将会导致组织器官的畸形分化和肿瘤转移的紊乱状 态。另一类是二磷酸核苷酶（NDPK） ，人的 nm23 蛋白的氨基酸序列与大鼠、粘菌等的 NDPK 的氨基酸序列高度同源，nm23-H1 编码的 NDPK 氨基酸序列与大鼠 NDPK 的同源性 为 89%，而 nm23-H2 编码的序列与大鼠 NDPK 的同源性为 97% 2，3 。人类红细胞的 NDPK 是由 A、 B 两种亚基组成的多聚体，其中 A 链与 nm23-H1 编码的氨基酸序列一致， B 链与 nm23-H2 编码的氨基酸序列一致，从而证实人类 nm23 基因的相关蛋白产物就是 NDPK 4 。 nm23 基因的相关蛋白可能通过以下几种途径来发挥作用: （1）其表达产物 NDPK 在体 内参与高能磷酸键的转移，调节体内 NDP 池的大小，促进细胞分裂，并参与 G 蛋白介导 的信号传递，改变 NDPK 活性，其结果一方面引起由微管聚合而成的纺锤体的异常，导致 细胞在分裂过程中形成非整倍体，进而促进肿瘤的发展;另一方面通过影响细胞骨架及其对 细胞素等信号反应性的改变，引起细胞运动，从而参与肿瘤的浸润和转移过程 5 。 （2）发挥类似其同源物 awd 蛋白的作用，参与 GTP 激活蛋白（ GAP）的反应。 （3）以 分泌蛋白的方式作用于细胞，来调节细胞的分化。 （4）nm23 蛋白通过亮氨酸重复顺序形成 亮氨酸拉链，调节蛋白之间二聚体的形式，进而影响转录过程 6 。 2 nm23 基因在生殖系统肿瘤中的作用 从 nm23 基因相关蛋白的作用途径可以看出， NDPK 活性的改变可以使组织细胞的能 量代谢发生变化，进而影响肿瘤的发生和发展。Nakayama 等人 7 的研究证实， nm23 基因的相关蛋白 NDPK 的活性在肿瘤发生初期增高，当肿瘤出现转移时活性降低， 提示 nm23 基因表达的改变是早发事件，随着肿瘤的发展，nm23 基因表达下调到一定水平， 该基因的结构和功能发生改变，直接影响了细胞的构形、运动、粘附及有丝分裂过程中纺 锤体的形成，使得 nm23 基因抑制瘤细胞转移的能力明显减弱，那些丧失 nm23 基因表达 的癌细胞的转移抑制调控机制失灵，结果导致侵袭转移的发生。但是不同的肿瘤类型对于 nm23 基因调控的敏感性不同，使它们具有不同的转移潜能。因此，nm23 基因及其相关蛋 白在不同组织类型的肿瘤中的作用也有所不同。经过大量的筛选研究发现，在 nm23 基因 的各个亚型中，nm23-H1 基因是抑制肿瘤转移的最佳候选基因。关于 nm23-H1 在各种肿瘤 组织中的作用的研究很多，本文着重介绍 nm23-H1 基因在生殖系统肿瘤中的作用。 2.1 在卵巢肿瘤中的作用 通过对不同卵巢组织中 nm23 基因表达量的研究发现，正常 卵巢组织和卵巢良、恶性肿瘤组织中均有 nm23-H1 基因的表达，但卵巢癌中 nm23-H1 基 因的表达率明显高于正常卵巢组织、良性和交界性肿瘤。胡桂英等人 8 通过对上皮 性卵巢癌中 nm23 基因产物的表达与其组织学分化程度之间的关系研究发现，高分化癌细 胞恶性行为较低，低分化癌细胞恶性行为较高，预后较差。说明 nm23 蛋白的正常表达对 维持细胞的正常分化有显著的作用。同时还发现 nm23-H1 蛋白表达在不同病理类型组织之 间存在差异，提示 nm23-H1 基因的表达与卵巢癌的发生有关，而且在不同类型卵巢癌的发 生过程中所起的作用可能也有所不同。Mandai 9 等人对卵巢肿瘤转移的研究发现， 期卵巢癌组织中的 nm23 基因的表达水平低于其它期别的癌，而在期卵巢癌中，有淋 巴结转移的癌组织中，nm23-H1mRNA 的水平显著低于非转移癌。Kapitanovic 等人 10 也证实 nm23 基因与卵巢癌淋巴结转移密切相关，无淋巴结转移者的 nm23 蛋白 表达水平明显高于有淋巴结转移者，这些研究结果说明 nm23-H1 基因的表达与卵巢组织恶 变有关，是卵巢组织恶变的重要基础之一。而且在卵巢癌的发生过程中 nm23-H1 基因的高 表达是早发事件，随着卵巢癌的发展，nm23-H1 基因的蛋白表达下降，其结构与功能发生 改变，使 nm23-H1 蛋白抑制卵巢癌转移的能力明显减弱甚至丧失，表现为肿瘤的浸润与转 移。 2.2 在子宫肿瘤发生过程中的作用 子宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一，但是病因 及发病机制至今尚未完全明了。而 nm23 基因作为抑癌基因在宫颈癌的发生发展中所起的 作用也日益受到关注。路平等人 11 应用免疫组织化学技术对 90 例不同宫颈组织中 nm23-H1 表达进行了比较性研究，结果显示正常宫颈上皮组织、低度不典型增生 （CIN，CIN） ，组织中 nm23-H1 的表达率明显高于宫颈癌，而在高度不典型增生和宫 颈癌中 nm23-H1 的表达率明显减少，此结果提示 nm23-H1 基因的低表达在宫颈鳞癌的发 生发展过程中可能起着重要的作用。目前关于子宫内膜癌与 nm23-H1 基因之间相互关系的 研究还较少，且得出的结论也存在较大的差异，有报道 nm23-H1 基因的表达与子宫内膜癌 的临床分期存在负相关，即分期越高，nm23 基因的表达率就越低，nm23 基因的突变或低 表达，具有促进子宫内膜癌发生、发展、浸润和转移的作用 12 ，但是也有报道认为 nm23 基因的低表达与子宫内膜癌的淋巴转移无关 13 。因此，关于 nm23 基因与子 宫内膜癌之间的关系尚需进一步的研究。 2.3 nm23-H1 基因的表达与滋养细胞疾病的关系 葡萄胎、侵蚀性葡萄胎和绒毛膜癌是 发生在育龄期妇女中较常见的滋养细胞疾病，几乎所有的侵蚀性葡萄胎和 50%的绒癌都是 由葡萄胎的恶性变发展而来，而且葡萄胎的恶变率可高达 20% 14 。目前，葡萄胎 转变为恶性滋养细胞肿瘤的机制尚不明确，但有研究表明，nm23 基因表达量的高低与葡萄 胎的恶性变有一定的关系。胡红波等人 15 的研究证实，葡萄胎恶变组的 nm23-H1 缺失的发生率明显高于未恶变组。李志英等人 16 应用免疫组织化学的方法对正常早 孕绒毛，葡萄胎，侵蚀性葡萄胎，绒毛膜癌组织中的 nm23-H1 基因的表达量的对比研究中 也发现，nm23-H1 基因在正常早孕胎盘及未恶变的葡萄胎组织中含量丰富，在发生恶性变 的葡萄胎及恶性滋养细胞肿瘤中的表达量明显减少，Alex 17等的研究也发现 nm23-H1 的表达与葡萄胎组织向子宫肌层的侵袭过程呈现负相关。综合以上的研究结果可以推测， 在葡萄胎恶变早期就有 nm23-H1 基因分子结构或调控的变化，nm23-H1 的缺失或低表达不 仅与葡萄胎恶性变有关，而且与恶性滋养细胞肿瘤的发生发展存在一定的相关关系，其表 达量减少会导致滋养细胞肿瘤的细胞增殖向恶性转化。 3 nm23 基因及其相关蛋白在胚胎分化和发育中的作用 正常早孕绒毛滋养层细胞具有类似于恶性肿瘤细胞的特点，而 nm23 基因虽然是一个 肿瘤转移抑制基因，但是其相关蛋白 NDPK 却是一种广泛存在于胞浆和细胞膜的多功能酶， 具有复杂生物学功能。它通过催化 GDP 转化为 GTP 而参与细胞内的微管聚合，从而影响 细胞分裂过程中的纺锤体形成，并可调节细胞的运动功能 18 。由此推断，nm23 基 因可能在妊娠过程中也发挥着重要的生理调节作用，并且参与了胎盘的形成和发育。在近 年的研究中发现，nm23 基因及其相关蛋白在小鼠的胚胎发育过程中具有时空的差异性。妊 娠早期，nm23 基因及其相关蛋白在子宫、蜕膜、胎盘和胚胎组织中都有较高的表达，而妊 娠中期的子宫，蜕膜和胎盘中的表达量就显著减少，到妊娠晚期，在子宫、蜕膜中几乎找 不到 nm23 相关蛋白的表达。但是，在妊娠中晚期的胚胎中 nm23 相关蛋白的表达水平却 与早期相似，并没有随之减少。由此可以看出，nm23 基因及其相关蛋白在胚胎发育的不同 时期、不同组织中所发挥的作用也有所不同 19 。 在对早孕期和围植入期的子宫组织进行研究的过程中发现，nm23/NDPK mRNA 水平 在绒毛合体滋养层细胞、细胞滋养层细胞及围植入期内膜基质细胞的胞质中呈高表达，在 绒毛基质细胞及内膜腔上皮细胞和腺上皮细胞的胞质中呈低表达或不表达。由此可以推断， nm23/NDPK 在滋养层细胞侵入子宫内膜的过程中同样具有重要作用20 。 从胚胎发生学的角度看，胚胎细胞和肿瘤细胞在细胞的增殖、生长和分化等方面有许 多共同特点，尤其是它们都具有惊人的分裂和受原癌基因调控的能力，而从肿瘤的转移方 式来看，肿瘤的转移与正常细胞分化、迁徙的过程也存在相似之处。为了验证这一说法， M.Lakso 等 21 对正常小鼠胚胎发育过程中 nm23 基因的表达特点进行了实验研究， 他们利用 Northern blot 方法分析 nm23 基因的转录，并利用免疫组织化学的方法对 nm23 基 因的表达蛋白在小鼠不同组织器官的分化和发育过程中的表达量进行了比较，结果发现 nm23 蛋白在发育的各个阶段都存在广泛的表达，而且不同的组织有着各自不同的表达特点。 在器官发生的早期 nm23 蛋白少量表达，当胚胎发育到第 10.5 天即神经系统和心脏开始分 化、发育的时候，nm23 蛋白的表达量开始显著增加，之后 nm23 蛋白表达量的增加主要表 现在上皮组织的发育和分化过程中。有研究证实，nm23 蛋白在胚胎组织中的积聚是随着胚 胎发育期间各种上皮组织的分化成熟和器官形成而增加，当胚胎组织发育到一定阶段，具 有一定器官结构时就会出现较稳定的 nm23 蛋白的积聚。当胚胎各组织器官发育成熟后， 除粘液腺细胞、软骨及骨基质、胶原外，几乎所有的组织细胞均有 nm23 蛋白的积聚 21 。此外， nm23 蛋白在乳腺、卵巢等组织中的表达特点也与这些组织的分化和发育 过程密切相关。在胚胎分化过程中以及新生儿期，乳腺组织细胞的分化和发育均不明显， 而与之相对应的 nm23 蛋白也处于低表达，但是在妊娠中期，乳腺组织细胞开始发育的时 候，nm23 蛋白的表达量就逐渐增加，但是在泌乳期，乳腺组织增殖最旺盛而乳腺上皮细胞 分化趋于稳定的阶段，nm23 基因的蛋白表达缺乏，在卵巢组织中也 出现了相同的情况， nm23 蛋白在卵泡中有高表达，但是在卵母细胞中则缺乏 22 。由此说明，nm23 基因在 促进上皮组织的正常分化以及维持细胞分化的稳定性上扮演着重要的角色。 4 展望 肿瘤转移涉及到许多生物学过程，如细胞间的解离、细胞外基质的粘连、细胞的移动 和浸润等，这些生物学过程与胚胎的分化发育以及组织器官形成中的细胞移动过程极为相 似。这些特异性的生物学过程在发育成熟的机体中，当组织结构和功能发生改变时也会继 续出现（如损伤修复） ，但是在组织修复到一定程度时就会自动停止。与之相比较，肿瘤细 胞的浸润转移一经启动，就会不断的发展下去，无法终止。如果说前者是胚胎发生的正常 重演，那么后者是胚胎发育的异常重演。虽然我们对于 nm23 基因及其相关蛋白产物 NDPK 在肿瘤发生、发展以及细胞的分化和发育中所起的作用已经有了一定的认识。但是， nm23 基因的表达与胚胎发育以及细胞分化过程的关系仍然不是十分清楚。随着对 nm23 基 因及其相关蛋白促进正常细胞的分化、发育方面作用机制的深入研究，并将其与胚胎的分 化和发育研究联系在一起，将有助于我们更深入的了解该基因及其相关蛋白的生物学功能， 同时对胚胎的分化和发育机制有更深入的认识，并最终解读其奥秘。 【参考文献】 1 陈春林, 张随学 . 在体女性盆腔动脉血管网数字化三维模型构建方法及意义J. 中 国实用妇科与产科杂志. /yxyy/main/index.php.2011(04) 2 徐玉静,欧阳振波,刘萍,陈春林. 磁共振成像在子宫肌瘤动脉栓塞术中的应用价值 J. 中国实用妇科与产科杂志. 2011(04) 3 方驰华,苏仲和. 数字医学技术在胰腺肿瘤诊断和可切除性评估中的研究J. 实用 医学杂志. /xyfm/class/. 2010(10) 4 欧阳振波, 刘萍,余艳红. 女性骨盆研究进展及意义 J. 中国实用妇科与产科杂志. /chuanmei/class/.2010(02) 5 刘萍,余艳红,陈春林,欧阳振波,宋小磊,王宏琢,昌仁民,王建平. 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