NM23基因的研究进展

在我国，近几年肿瘤的发病率和死亡率都呈增加趋势，恶性肿瘤对人类健康已造成严重的威胁。侵袭和转移是恶性肿瘤的重要生物学特性，也是导致肿瘤患者治疗失败及死亡的主要原因。国内外许多学者一直致力于肿瘤浸润转移早期诊断的研究，以最大限度的改善患者的预后，提高生存率。nm23基因具有肿瘤转移抑制作用，其mrna或其基因产物的低表达与肿瘤转移具有很高的相关性，因此，作为肿瘤转移抑制基因，nm23基因一直是个研究热点，本文就nm23的基础研究情况及临床研究意义作一综述。?1nm23基因的发现与结构?nm23基因是1988年美国国立癌症研究所的steeg[1]等，首先从7株转移潜能不同的小鼠黑色素瘤k-1735细胞系中，用差示杂交(differentialhybridization)等技术筛选鉴定的一种与肿瘤转移能力相关的基因，他们发现2个低转移细胞株比5个高转移细胞株的杂交信号高10倍，并且，这7个癌细胞克隆对巨噬细胞和自然杀伤细胞的敏感性无显著差别，提示这些癌细胞克隆在转移能力上的差别与鼠体免疫功能无关，他们将此基因命名为nm23(non-metastatic,第23株被检测的基因克隆)。该基因广泛存在于包括细菌、酵母、植物、果蝇、鼠和人类在内的多种生物物种中，是一个具有高度同源性的保守基因家族。?迄今为止，nm23基因家族已经发现了9个成员，分别是nm23-h1到nm23-h9,它们编码11个蛋白[2]。根据发生系统和线性序列，该基因家族又可以分为两组[3]。第一组包括nm23-h1~nm23-h4，第二组包括nm23-h5~nm23-h9。其中，第一组具有类似的基因组结构和由4~6个单聚体折叠而成的三维结构，其ndp激酶区域都具有催化活性。第二组的基因序列存在较大的差异，编码蛋白的活性区域也不是严格的保守位点。因此，除nm23-h6外，第二组只具有ndp结构区域而缺乏ndp激酶活性，此外，nm23-h5、h7、h8、h9都表现出组织特异性，主要分布于睾丸与精母细胞中。?1989年，rosengard等发现了nm23-h1基因，该基因定位于人类17号染色体(17q21．3~22)，长度为18kb，含有5个外显子及4个内含子。编码蛋白的分子量分别为18．5kd和17kd，主要位于细胞浆和细胞核，也可见于细胞膜[1]。该基因的全部编码区由533个核苷酸组成，编码的蛋白质含有152个氨基酸。国内外许多实验研究证明，在人类的许多恶性肿瘤中nm23-h1等位基因的缺失与肿瘤转移潜能呈明显负相关。nm23基因的肿瘤转移抑制作用主要由nm23-h1发挥的。?1991年，stahl等[4]用鼠pnm23筛选人类成纤维细胞cdna文库时发现了nm-h2基因。nm23-h2基因定位于17号染色体(17q21．3~22)，与nm23-h1基因相隔4kb。所编码的蛋白产物其氨基酸序列与nm23-h1基因产物有88%的同源性，其蛋白高保守区有98%同源性，而两基因在3’、5’端非翻译区核苷酸序列同源性不到50%。nm23-h1和nm-h2基因编码蛋白与核苷二磷酸激酶(ndpk)的a、b亚基分别相对应，编码蛋白的氨基酸序列与ndpk亚基的同源性分别为89%和97%,其分子量分别为17143da和1729da。nm23-h2基因被认为具有上调c-myc的转录因子的作用，可能在细胞增殖方面发挥作用。postel[5]等研究证明nm23-h2蛋白就是c-myc基因转录因子(purinebindingtranscriptionfactor,puf)。?1995年，ventureth等从人慢性粒细胞白血病危象中分离出nm23-h3(dr-nm23)基因。dr-nm23定位于染色体16q13，基因全长1．5kb，有6个外显子和5个内含子。该基因与nm23-h1、nm23-h2基因高度同源，只是在氨基末端多了17个氨基酸，这些氨基酸组成疏水基团，位于表面使ndpkc具有膜链接活性[6]。dr-nm23过度表达可以抑制由粒细胞集落刺激因子刺激的骨髓干细胞的粒细胞分化并诱导凋亡。1997年robert等报告，dr-nm23不仅局限于造血细胞，在一系列实体肿瘤细胞系中，包括乳腺、结肠、前列腺及恶性胶质瘤，发现了dr-nm23的存在。?1997年，nilon[7]在筛选人胃cdna文库时发现了nm23-h4.nm23-h4基因定位于染色体16q13．3，基因产物为含有18个氨基酸的蛋白质，该基因蛋白质产物具有和ndpk相同的功能区域，含有与核苷酸结合、催化相关的全部关键性氨基酸残基，具有ndpk活性。另外，nm23-h4蛋白还含有其他的氨基末端区，该区域富含带正电荷的残基，可能与线粒体间的能量传递有关。?1998年，munier等[8]在睾丸胚胎细胞癌中发现了nm23-h5基因。该基因定位于染色体5q23-31。其基因编码蛋白含有212个氨基酸，与nm23基因家族其他成员所编码的ndpk有27%~31%的一致性。nm23-h5基因转录出1．1kb的产物，分别在睾丸、精子、精母细胞中特异表达。munier等人运用原位杂交证实nm23-h5的mrna在精子发生的早期就已经存在，又鉴于nm23-h5mrna不存在与成熟卵巢中，且在第一次减数分裂中也缺乏，可以推测nm23-h5蛋白在精子细胞发生的早期发挥着重要的作用。?nm23-h6基因定位于染色体3q21．3。其基因产物高度表达于心脏、胎盘、骨骼肌以及某些癌细胞中。tsuiki等[9]用免疫学定位及细胞碎片研究发现nm23-h6蛋白存在于线粒体中，并且用cre-loxp基因活化体系(cre-loxpgeneactivationsystem)诱导saos2细胞nm23-h6蛋白过表达，可以导致这些细胞生长的抑制以及形成多核细胞。流式细胞分析也表明，诱导nm23-h6过表达后，除出现多核细胞外，细胞核中含有多于4ndna水平的细胞所占比例也在细胞生长方面及细胞周期过程中发挥作用。?nm23-h7在睾丸组织特异表达，其cdna编码蛋白含有376个氨基酸。nm23-h7的c端含有3个ndp激酶结构域，n端含有3个dm10结构域。nm23-h7可能与微管ndpk系统的调节有关，从而影响微管的滑动[10]。?nm23-h8蛋白是一种具有组织分布特异性的蛋白,主要存在于精子细胞中,所以也被称作sptrx-2蛋白。nm23-h8所编码的蛋白由588个氨基酸组成，具有两个结构域：n-端包含105个残基的硫氧还原蛋白结构域；c-端包含3个重复的ndp激酶的结构域。nm23-h8基因位于7号染色体(7p13-14)，跨越51kb包含17个外显子。nm23-h8mrna在睾丸组织内特异表达，主要存在于初级精母细胞[11]。antoniomiranda-vizuete等在对克隆小鼠的睾丸nm23-h8cdna表达量的动态观察中确认nm23-h8是精细胞纤维鞘的一部分。鉴于精液特异表达nm23-h8，结合其染色体的位置分布，christinem.sadek等[12]认为nm23-h8可能与微管异常和男性不育症的表现(如：原发性纤毛运动不良症)有关，同时认为nm23-h8可能是精子的一种有机组成部分。antoniomiranda-vizuete等[13]认为nm23-h8可能与一系列生殖功能和过程有关，包括：附睾内精子的成熟，精子的过动现象和获能过程，受精过程以及合子的发育。?nm23-h9是一种融合蛋白，其基因区域位于染色体的3q22-23，基因全长28kbp，有11个外显子和10个内显子组成。在人的睾丸和肺组织中含量最高，属于第二类的nm23蛋白家族，与微管的连接活动密切相关，在其n端具有硫氧还原蛋白的结构域紧接着的是ndp激酶区域。nm23-h9是人体中第二种同时包含ndp和硫氧还原结构单位的蛋白，因此又被成为硫氧还原样蛋白(txl-2)。nm23-h9与nm23-h8有着高度的同源性，所不同的是在nm23-h8的硫氧还原蛋白结构域后连接着三个ndp激酶结构域。在人类txl-2mrna的3-utr包含重复短片段元件的插入序列，经证实为alu家族跨越1156-1439这段碱基。有意思的是，在nm23-h6的mrna的3-utr也存在着有同样的重复序列，在靠近c-端的ndp激酶结构域附近出现类似结构提示它与nm23家族的ndp激酶活性有可能有关联[14]。?2nm23基因生物学特点?nm23基因是一个多功能基因，除了具有肿瘤转移抑制作用，对细胞的增殖、分化、个体发育也具有调控功能。这些功能可能是由nm23蛋白参与微管聚合与解聚、囊泡运输和信号转导等过程[19]介导的。nm23家族蛋白产物都具有ndpk活性，能通过一种乒乓机制将5’ntp的γ-磷酸基团转移到5’ndp上。因此推测nm23基因以ndpk介导的转磷酸作用为微管聚合和解聚提供必须的gtp,并对正常的纺锤体形成有维持作用，若nm23基因发生变化则容易导致癌细胞染色体非整倍体的形成，促进肿瘤的发生。在9个家族成员中，转移抑制功能主要由nm23-h1和nm23-h2体现。而dr-nm23与细胞分化关系较为密切；nm23-h4基因产物ndpk-d在细胞线粒体中表达，氨基酸序列与nm23-h1和nm23-h2基因产物ndpk-a、ndpk-b有58%~59%的同源性[20]；nm23-h5、nm23-h7、nm23-h8在睾丸，尤其是生殖细胞、精母细胞和精原细胞中特异表达，可能与精子的发生和发育有关；此外nm23-h8、nm23-h9都具有氧硫还原蛋白结构域，多在鞭毛和纤毛结构中表达，与细胞的分化与运动相关。?3nm23基因和肿瘤的关系?3．6nm23与胃癌最近一个对人类胃癌和结肠癌nm23家族中nm23-h4、nm23-h6和nm23-h7表达的研究利用定量rt-pcr和免疫组化检测技术发现，这3个成员在人类胃癌和结肠癌组织表达量比正常组织高，尤其是nm23-h4、nm23-h7，在胃癌组织的肠道肿块中大量表达，而在转移的肿瘤标本中表达量没有上升。因此推测，nm23-h4、nm23-h7可能与胃癌和结肠癌细胞分化相关，而与转移抑制无明显相关性。?3．7nm23与乳腺癌sirotkovic等应用免疫组化技术检测了良、恶性乳腺癌标本中nm23蛋白的表达，结果显示两组的阳性率无显著性差异，但在恶性组中nm23表达与乳腺癌的大小及转移率呈负相关。?3．8nm23与宫颈癌周正平等学者在宫颈鳞癌的研究中发现，nm23蛋白在宫颈鳞癌组织中的阳性表达与在正常宫颈鳞状上皮中的不表达差异有统计学急文，但与cin中的表达无显著性，与病理学分级、淋巴结转移呈负相关。这表明nm23-h1基因参与了宫