崔逸峰 宋瑞鵬 郭 曉 綜述 陸朝陽 審校

CST1基因在腫瘤中的研究進展

崔逸峰 宋瑞鵬 郭 曉 綜述 陸朝陽 審校

半胱氨酸蛋白酶抑制劑(Cystatin，CST)是對半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用的一類蛋白質，廣泛分布于人體體液和分泌液中。目前研究表明CST超家族與腫瘤之間具有密切聯系，其中，半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN(Cystatin SN)為CST1基因所表達的產物，在多種腫瘤中表達異常。但其對腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及侵襲轉移等作用的具體機制目前尚不明確。本文通過對近年來國內外相關文獻進行回顧性分析，對CST1基因在腫瘤中的研究進展做一綜述。

半胱氨酸蛋白酶抑制劑；半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN；腫瘤

半胱氨酸蛋白酶抑制劑(Cystatin，CST)最初是由Anastasi[1]等利用親和層析法首次在雞蛋清中得到的一類蛋白質。該蛋白質對半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用，因此被命名為半胱氨酸蛋白酶抑制劑。后期的研究發(fā)現，半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族，根據其分子結構的不同，可將其分成三大類[2]：(1)Stefins家族：主要為細胞內蛋白，由約100個氨基酸構成，分子量約為11～12 kD，不含二硫鍵和糖基，這類分子包括人stefinA、B等；(2)Cystatins家族：為分泌性蛋白質，由約120個氨基酸構成，分子量約13～14 kD，部分成員含有糖基，C末端含有兩個特征性的鏈內二硫鍵，N末端帶有19～28個氨基酸的信號肽[3]，這類分子包括人CystatinC、D、S、SA、SN；(3)Kininogens家族：也稱激肽原，分布于血管內、血漿、關節(jié)液及羊水中，分子量約為60～120 kD，分為H-kininogen、L-kininogen及T-kininogen。近來國內外大量研究結果顯示CST1基因與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯系，現對CST1基因在腫瘤增殖、侵襲轉移的研究做一綜述。

1 CST1基因的特點

半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN(Cystatin SN)是由CST1基因所編碼的分泌肽，其相對分子量約為14 kD。于1986年由研究者通過離子交換層析分離獲得[4]。CST1基因所轉錄出的mRNA含有3個外顯子和2個內含子，翻譯出含有121個氨基酸殘基的分泌性蛋白質。屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族中的2型亞家族，該亞家族系列變異多，包含多種類型的CST蛋白，而且分布極為廣泛，該類蛋白質包括7個基因，均定位于常染色體20p11.2 300 kb的區(qū)域內，能夠編碼一種分泌肽前導序列并且具有70%以上的核苷酸相似度[5-6]。該家族包括大量同源性蛋白酶抑制劑，而且每個成員都擁有至少一個Cystatins結構域，該結構域為Cystatin的活性區(qū)域，典型的Cystatins結構域是由約100個氨基酸殘基所構成一個楔形結構，該結構能夠與半胱氨酸蛋白酶的活性部位相結合，從而抑制半胱氨酸蛋白酶的水解酶活性。CST蛋白廣泛分布于人體體液和分泌液中，如唾液、淚液、尿液和精液中。但是在其他正常組織中表達極低甚至不表達，而CST1蛋白僅分布于頜下腺、膽囊以及子宮[7]。

2 CST1基因與腫瘤

惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展與基因的突變、基因表達的異常有著密不可分的關系，隨著對腫瘤與基因之間關系的研究不斷深入，現已初步獲悉部分惡性腫瘤的發(fā)生機制，但惡性腫瘤的周圍浸潤及遠處轉移仍是當代醫(yī)學治療惡性腫瘤的一大棘手難題。而最近大量研究表明[8-10]，CST1基因的過度表達在惡性腫瘤的增殖、浸潤及轉移方面起到關鍵的作用。

2.1 CST1基因與腫瘤的診斷

Yoneda等[8]在結腸癌的研究中發(fā)現，CST1蛋白可以作為早期診斷結腸癌的一項分子生物學指標，并且該指標可以在結腸癌患者的尿液中檢測出來。其研究的數據顯示CST1蛋白檢測結腸癌的敏感性和特異性分別為27.7%和95.0%。聯合CEA和CA19-9其診斷敏感性可達62.9%，特異性為90.0%，對早期結腸癌的診斷有著突破性的意義。

2.2 CST1基因與Wnt信號通路

腫瘤是一類細胞增殖周期調控紊亂性疾病，信號通路在腫瘤的增殖、侵襲、轉移等作用以及治療中起到關鍵的調節(jié)點。Wnt信號通路與細胞的生長、發(fā)育和增殖有著緊密的聯系，該信號通路的變異、異常激活與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關。Wnt信號通路中有兩個重要信號分子，分別為β-鏈蛋白(β-Catenin)和T細胞因子(TCF)。β-Catenin作為具有多種功能的蛋白質，其主要作用一方面同上皮鈣黏素(E-cadherin)結合構成細胞之間的連接；另一方面與TCF形成復合物，能夠轉移活化增殖基因、激活Wnt信號通路下游靶基因轉錄[9]。有研究表明，在卵巢子宮內膜樣腺癌中，CST1是Wnt信號通路的下游調控位點[10]。研究中，當含有熒光素酶報告基因的CST1在卵巢癌細胞系——293細胞中穩(wěn)定表達時，具有活性的突變體β-Catenin能夠高強度地刺激該基因；而在CST1啟動子中4個可能與TCF結合的部位發(fā)生突變，則會徹底失去其對β-Catenin的激活反應，與比較完整的CST1啟動子片段相比，其他結構突變和缺失的啟動子片段都表現出含有熒光素酶報告基因的活性降低。因此，CST1受到Wnt信號的激活調控，參與Wnt通路的下游信號，并進一步調控腫瘤細胞增殖。

2.3 CST1基因與腫瘤增殖

Choi等[11]研究表明，在胃癌中CST1基因的表達異常增高，通過小干擾RNA(siRNA)轉染方法，沉默表達后的細胞數量低于對照組的細胞數量，表明CST1對胃癌細胞的增殖起到促進的作用。過表達的CST1可能參與TCF因子信號靶點促進胃癌細胞的增殖。在胰腺癌的研究中，沉默CST1基因后，促進腫瘤細胞增殖的基因，如增殖細胞核抗原(PNCA)以及磷酸化Akt(p-Akt)的表達也均有所降低。同時，與細胞惡性程度相關的蛋白，如細胞周期蛋白D1(cyclin D1)、細胞周期蛋白A2(cyclin A2)和細胞周期蛋白E(cyclin E)的表達水平也明顯降低。在裸鼠皮下轉移瘤模型中，將沉默CST1的PANC-1細胞做為實驗組，種植皮下瘤一周后測量腫瘤大小，實驗組腫瘤體積明顯小于對照組腫瘤體積，說明CST1與胰腺癌的增殖密切相關[12]。

2.4 CST1基因與腫瘤轉移

肖建如教授[13]通過體外篩選及培養(yǎng)，最終獲得肺癌脊柱轉移性最強的細胞系A549L6，并用RNA序列分析研究其如何被誘導侵襲轉移。分析發(fā)現許多與癌癥相關的基因都有所改變，其中CA12-5、CST1以及VEGFC的高表達，對腫瘤短期復發(fā)有著促進和誘導的作用，說明CST1基因的表達與惡性腫瘤的遠處轉移有著密切關系。當今醫(yī)療技術手段中，手術是治療惡性腫瘤，改善患者生活質量，提高患者生存率有效且可行的辦法。但是對于一些惡性腫瘤晚期的患者，因為腫瘤已有周圍浸潤或遠處轉移，喪失了手術根治的最佳時期，只能行姑息性切除。所以惡性腫瘤的周圍浸潤及遠處轉移仍然是當代醫(yī)學治療惡性腫瘤的一大棘手難題，同時也是導致手術失敗、患者生存率低以及死亡的主要原因。因此，CST1對腫瘤侵襲轉移的機制研究透徹后，將有望通過分子免疫、靶向藥物等手段提高患者的治愈率以及遠期生存率。但目前國內外研究中，尚無相關機制的研究。

3 CST1基因與腫瘤患者預后

3.1 CST1基因與肺癌預后的關系

中山大學的專家們做了一項關于174名非小細胞肺癌(NSCLC)患者的回顧性研究。研究中[14]，繪制患者復發(fā)及轉移危險比曲線，Cystatin SN高表達組與低表達組相比，有明顯增高的復發(fā)率，尤其術后第三年高表達組復發(fā)比率最高，在所有非小細胞肺癌患者中兩組復發(fā)率差異具有統計學意義(P<0.001)，單獨分析肺腺癌患者中，同樣具有顯著差異(P<0.004)，然而在肺鱗狀細胞癌患者中卻沒有統計學意義(P=0.093)。繪制患者生存曲線，同樣發(fā)現無瘤生存期與總體生存期在高表達組與低表達組之間有顯著差異(P<0.001)，肺腺癌中也同樣如此(P=0.004)。并CST1可以作為獨立的預后評估因素。而且最后推測CST1的表達不僅受CST1基因擴增的調控，同時還受到其他分子機制的調控，如轉錄調節(jié)。

3.2 CST1基因與食管癌預后的關系

同樣出自于中山大學專家組的另一篇關于食管癌的研究中，卻有著相反的結果[15]，即CST1在癌旁組織中呈高表達，而食管癌細胞中呈低表達。同樣高表達組患者無瘤生存期與總生存期要比低表達組患者時間長(P<0.001)。為何CST1在食管癌中的作用會與在其他惡性腫瘤中的作用不同呢？該專家組認為最主要的可能是Cystatin SN在不同組織細胞內體現不同的特異性，同時樣本也存在一定的選擇偏倚。

3.3 CST1基因與其他腫瘤患者預后的關系

Choi等[11]的研究首次將CST1基因表達情況與患者pTNM分期結合起來，胃癌患者的臨床病理pTNM分期越晚，患者癌組織內的CST1表達越高。同時CST1的表達與淋巴結轉移高度相關，但是數據并沒有統計學意義(P=0.053)。

王亞東等[16]通過熒光定量PCR、免疫組化和癌組織切片染色的方法，結合膀胱患者臨床病例以及隨診資料，同樣得出癌組織中CST1的表達量高于癌旁組織的結果，CST1的表達水平與腫瘤直徑(P<0.001)、病理分期(P<0.001)、分級(P=0.016)和復發(fā)率(P<0.001)有關，而且分析還顯示CST1表達高低是影響患者復發(fā)的獨立因素，預示著CST1是一個可以預測膀胱癌復發(fā)的生物學標記物，并且有很高的臨床價值。

4 小結與展望

雖然目前國內外研究進展表明，CST1對惡性腫瘤的形成以及侵襲轉移有一定的作用，但其與腫瘤的形成以及通過何種途徑轉移之間的機制目前尚不明確。Feldman等[17]認為Cystatins家族成員有共同的結構域，生物體內存在著蛋白酶與CST的平衡調節(jié)，該平衡的失衡在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲以及轉移中起到重要作用。Cathepsin是木瓜蛋白酶家族中的一員，為體內重要的組織蛋白酶，其家族成員有B、H、L、V等。在腫瘤中，能對癌組織周圍的間質組織起到蛋白水解作用，干擾細胞外基質的重塑，從而使腫瘤細胞易于遷移、浸潤、轉移和血管生成。這是促使手術切除腫瘤后容易早期復發(fā)、造成癌癥患者不良預后的主要因素。CST與半胱氨酸蛋白酶形成復合物，令半胱氨酸蛋白酶失去對細胞外基質的水解作用，從而抑制癌細胞的侵襲與轉移[18]。Kim等[19]研究認為CST1和CST3有50%的同源性，可以與Cathepsin B競爭性結合CST3，而且CST1與CST3形成的復合體比CST3與組織蛋白酶B形成的復合體親和性要高，該作用可以抵消CST3對組織蛋白酶的抑制活性，從而使細胞中組織蛋白酶活性恢復，促進腫瘤的進展。然而其具體的功能及致癌機制，是否參與EMT等生物學行為還有待于進一步研究。

CST1與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及侵襲轉移有著密切的聯系并起到重要的作用，雖然作用各有差異，但在大多數惡性腫瘤中，CST1對腫瘤的惡性增生、侵襲、轉移等行為起到促進作用。而CST1在另一惡性程度較高的惡性腫瘤——肝癌中的表達情況、程度以及對肝癌的發(fā)生發(fā)展起到何種作用，目前尚無相關文獻記載。

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4 Isemura S，Saitoh E，Sanada K.Characterization of a new cysteine proteinase inhibitor of human saliva，cystatin SN，which is immunologically related to cystatin S[J].Febs Letters，1986，198(1)：145-149.

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6 Thiesse M，Millar SJ，Dickinson DP.The human type 2 cystatin gene family consists of eight to nine members，with at least seven genes clustered at a single locus on human chromosome 20.[J].DNA Cell Biol，1994，13(2)：97-116.

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(收稿：2017-03-15)

Research progress of CST1 gene in tumor

CUIYifeng，SONGRuipeng，GUOXiao，LUZhaoyang

Department of Hepatic Surgery，The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Key Laboratory of Hepatosplenic Surgery，Ministry of Education，Harbin 150001，China

Cystatin Cystatin(CST)is a class of proteins that inhibit cysteine proteases and are widely distributed in human body fluid and secretion.The present study shows that the CST superfamily is closely related to the tumor，in which the cysteine protease inhibitor SN is the product expressed by the CST1 gene and is abnormal expression in various tumors.However，its occurrence and development of tumor as well as effects of invasion and metastasis on the specific mechanism is not yet clear.In this paper，we retrospectively analyze the related studies in recent years and review the progress of CST1 gene in tumor.

CST；Cystatin SN；Tumor

國家自然科學基金(81602058)

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院肝臟外科，肝脾外科教育部重點實驗室(哈爾濱 150001)

崔逸峰，男，(1988-)，碩士研究生，從事肝臟疾病的診療研究。

陸朝陽，E-mail：lzy76772005@163.com

R73

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.04.013