夏欣欣,陳麗娟,王嚇勇
(暨南大學醫(yī)學院附屬惠州口腔醫(yī)院,廣東 惠州 516001)
口腔鱗狀細胞癌作為頭頸部鱗狀細胞癌中的一種惡性腫瘤,具有較高的發(fā)病率和較高的死亡率,目前的研究表明,口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生發(fā)展是一個多基因、多步驟的演變過程,涉及一系列表觀遺傳學的改變。SET(I2PP2A)作為一種核原癌蛋白,已經明確其在白血病中發(fā)揮著重要致病作用,隨后的研究發(fā)現(xiàn)其在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)表達異常,本文主要對口腔鱗狀細胞癌的流行病學、發(fā)病機制和SET蛋白在口腔鱗狀細胞癌的致病機制研究進展作一綜述。
1.1 口腔鱗狀細胞癌的流行病學 頭頸部鱗狀細胞癌是威脅全球健康問題的主要因素,位居全身常見惡性腫瘤的第6位,是最常見惡性腫瘤之一,其中,口腔癌在所有頭頸部鱗狀細胞癌中發(fā)病率最高,口腔鱗狀細胞癌是口腔腫瘤中最常見的類型,占口腔惡性腫瘤的90%以上,占頭頸部腫瘤的38%。口腔鱗狀細胞癌的發(fā)病年齡一般在50歲-70歲,主要集中于51歲-55歲之間,在少數幾個國家,發(fā)病年齡較高,集中于64歲以上??谇击[狀細胞癌目前的治療方法主要有手術,放射治療和化療。盡管具有相應的診斷和臨床治療策略來預防和治療口腔鱗狀細胞癌(OSCC),但是由于其具有較強的侵襲能力,較高的轉移率和較高的復發(fā)率,OSCC患者的存活率尚未明顯改善,5年生存率于仍低于50%[1-3]。
1.2 關于口腔鱗狀細胞癌的分子研究 口腔癌是影響口腔結構或組織的惡性腫瘤。它們可起源于口腔的原發(fā)性病變,也可來自遠處的轉移,或鄰近部位的延伸。除了人乳頭瘤狀病毒感染,吸煙和酒精是口腔鱗狀細胞癌發(fā)生的危險因子,環(huán)境因素和遺傳因素在口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。分子流行病學研究表明口腔鱗狀細胞癌是一個多基因多步驟參與的惡性腫瘤,其涉及原癌基因的激活和抑癌基因的失活,目前研究結果表明有數百基因參與到口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生發(fā)展中,并且不斷有新的基因被研究。如microRNA、P53、RARB2、hnRNPK等。
1.2.1 microRNAs microRNAs是一類類似的的非編碼小RNA,一般包含有20個核苷酸,通常通過它的3'-UTR區(qū)與基因結合來調節(jié)基因的表達,許多研究表明,miRNA與癌癥的發(fā)生和發(fā)展相關,并且它們可能在診斷各種癌癥的生物標志物中有潛在作用。miRNA能夠作為致癌基因和腫瘤抑制因子,通過降解mRNA或抑制癌基因或腫瘤抑制基因的翻譯來調節(jié)腫瘤細胞增殖,細胞分化,細胞凋亡和其他生物學過程,參與癌癥和各種疾病的發(fā)展最終導致包括癌癥等各種疾病的發(fā)生。
1.2.2 RAR-β2RAR-β2基因位于人染色體3p24.2,是RARβ的同分異構體,編碼視黃酸受體β,該受體屬于核轉錄調節(jié)因子甲狀腺激素受體超家族成員,其主要定位于細胞質。它可以結合視黃酸,維生素A的生物活性形式,介導胚胎形態(tài)發(fā)生,細胞生長和分化中的細胞信號傳導。有研究認為,該蛋白通過調節(jié)基因表達來限制許多細胞類型的生長。該基因首先在肝細胞癌中鑒定,它可以結合于乙型肝炎病毒整合位點。替代啟動子使用和差異剪接導致多個轉錄本變體。另有研究表明RAR-β2可以作為致癌基因的有效抑制劑,類似于腫瘤抑制基因p53,在包括乳腺癌,口腔癌在內的多種惡性腫瘤中,RAR-β2的mRNA表達水平下調。DNA甲基化可導致RAR-β2轉錄水平的降低。此外,多篇乳腺癌研究顯示了RAR-β2促進劑的高甲基化。RAR-β2的異常甲基化啟動抑制了RAR-β2轉錄的表達和功能,導致細胞周期失調,從而促進包括口腔癌在內的多種惡性腫瘤的的發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)表明了RAR-β2可作為腫瘤發(fā)生發(fā)展的預測因子。在67%的頭頸部惡性腫瘤中發(fā)現(xiàn)有RAR-β2基因啟動子的甲基化,而在50%的癌前病變中發(fā)現(xiàn)RAR-β2基因啟動子的甲基化。
1.2.3 TP53(p53) TP53(p53)定位于人類染色體17p13.1,編碼393個氨基酸,編碼分子量為53 kDa的核內磷酸化蛋白,因此被稱為p53蛋白。p53基因是細胞生長周期中的負調節(jié)因子,該基因編碼腫瘤抑制蛋白,涉及許多基礎細胞過程,如與細胞周期的調控、DNA修復、細胞分化、細胞凋亡等重要的生物學功能有關。當發(fā)生內源性或外源性應激時,p53水平升高并阻斷細胞周期,修復受損DNA。p53功能的喪失會改變細胞對應激或損傷的反應能力,導致基因組不穩(wěn)定。p53在包括口腔癌的大多數惡性腫瘤癥(包括口服癌癥)中突變。
1.2.4 hnRNPK hnRNPK蛋白來源于hnRNP家族,由位于九號染色體上的HnRNPK基因編碼,hnRNPs是一種RNA結合蛋白,在細胞核中,可以和前體mRNA相結合并影響前體mRNA的加工和mRNA的代謝和轉運。其成員位于細胞核中,有些核質之間穿梭,hnRNP家族成員有不同的RNA結合特性,其中hnRNPK的結合特性不同于hnRNPs的其他成員,它可以和poly(C)鏈緊密結合,在人類HeLa細胞中,是主要的oligo(C)和poly(C)結合蛋白,Hnrnpk包含GlyArgGlyGly和GlyArgGlyGlyPhe兩個重復序列,這在其他已知成員中沒有發(fā)現(xiàn)。這兩個重復序列在RNA結合蛋白中經常出現(xiàn),因此,HnRNPK代表了一種新型的hnRNA結合蛋白。hnRNPK同時存在于多種亞細胞結構中,參與DNA的轉錄、RNA的加工、運輸以及參與細胞周期、細胞凋亡的調節(jié)等多種生物過程,從而進行基因表達調控,并在信號傳導中發(fā)揮作用。可以通過KH結構域結合富含CT的單鏈DNA和富含CU的單鏈RNA,KH結構域大概由70個氨基酸殘基組成,包含三個亞結構,其中兩個位于N末端,第三個位于C末端。hnRNPK是c-myc基因的轉錄因子,c-myc是一種原癌基因,在細胞生長和分化過程中發(fā)揮著重要作用,同時,hnRNPK是一個核質穿梭蛋白,p53引發(fā)的DNA損傷反應中發(fā)揮著重要作用,在修復
DNA損傷時作為p53的輔助因子。hnRNPK作為E3泛素連接酶MDM2的底物,當DNA損傷時,去泛素化。
除了與口腔癌相關的上述因子,由于口腔癌較高的發(fā)病率和死亡率,越來越多的分子被研究是否與口腔鱗狀細胞癌相關以及在口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著何種作用,其中,SET蛋白已被證實是一種定位于細胞核的原癌基因。并且多項研究證實,在包括口腔鱗狀細胞癌的多種惡性腫瘤中,SET蛋白表達異常。
2.1 SET蛋白的基本信息和生物學功能
2.1.1 SET蛋白的基本信息 1992年,VonLindern等在1例sE的急性未分化型白血病患者中發(fā)現(xiàn)9號染色體異位產生了SETCAN融合基因,鑒定出了SET基因,取名為SET基因(patients etranslocation,SET),經研究發(fā)現(xiàn)SET蛋白具有多種生物學功能,所以有多種名稱,如:HLA-DR相關蛋白II,模板活化因子-1、蛋白磷酸酶2A抑制劑-2(inhibitor of protein phosphatase 2A-2,12PP2A)、組織相容性白細胞抗原II相關蛋白(PHAPII)、粒酶A激活的DNA酶活化抑制劑(inhibitor of GzmA-activated DNase,IGAAD)等,通用名稱為SET。SET基因位于九號染色體,共12,742 bp、11個外顯子,編碼蛋白為SET蛋白。
SET基因轉錄剪切產生4個亞型,分別為亞型1、2、3、4,其中亞型1、2就是人們常說的TAF-Iα和SET/TAF-Iβ。亞型1被稱之為標準序列,與其相比,亞型2、3、4在2-37位氨基酸殘基上與其有差異,分別為:APKRQSPLPPQKKKPRPPPALGPEETSASAGLPKKG→MSAPAAKVSKKELNSNHDGADETS;APKRQSPLPPQKKKPRPPPALGPEETSASAGLPKKG→MPRSHQPPPPPH;APKRQSPLPPQKKKPRPPPALGPEETSASAGLPKKG→MGCRDLLPSLKPTLL。亞型1和2彼此直接作用同時也作用于INHAT(乙酰基轉移酶)復合物中的ANP32A和組蛋白,其中SET/TAF-Iβ/INHAT組成1個耳套樣的的二聚體結構,此二聚體結構中的每個亞單位都包括1個N末端、1個骨干螺旋和1個耳套樣結構域,分別為氨基酸1-24、25-78和79-225并類似于蛋白NAP-1,通過比較這兩種蛋白的晶體結構,我們發(fā)現(xiàn)這兩種蛋白除了嵌入螺旋外具有相同的折疊結構,然而,他們的骨干螺旋形狀是不同的,并且這兩種蛋白的骨干螺旋和耳套樣結構域的相對位置為-40°。我們對于突變體的生化分析揭示了致力于組蛋白伴侶活性的區(qū)域為SET/TAF-Iβ/INHAT的耳套樣結構域的底面,因為其表面結合了核心組蛋白和雙鏈DNA?;钚员砻婧徒Y合面的重疊或親密關系表明了SET/TAFIβ/INHAT,核心組蛋白與雙鏈DNA是組蛋白分子伴侶活性所必需的。同時亞型2是SET復合物的組成部分,至少包括ANP32A、APEX1、HMGB2、NME1、SET和TREX1,但不包括NME2或TREX2,在SET復合物中,可以直接和ANP32A、NME1、HMGB2和TREX1相互作用,并且當其裂解后,與ANP32的作用增強,同時也能與APBB1、CHTOP、SETBP1、SGOL1相互作用。在N-末端有一個長的α-螺旋介導二聚化,耳罩域負責核心組蛋白與DNA的結合。C-末端的酸性結構域域介導組蛋白乙酰轉移酶的抑制,同時也是刺激DNA復制活性所必需的,是SET-CAN融合蛋白的重要組成部分,在SET活性中發(fā)揮著重要作用。
2.1.2 SET蛋白的生物學功能 具有多種生物學功能,已被證明可以選擇性的和組蛋白H3結合,具有組蛋白分子伴侶活性,與各種因子如DNA結合蛋白和蛋白酶相互作用,同時可以調節(jié)DNA轉錄、復制,核小體組裝和細胞凋亡。此外,SET/TAFIβ/INHAT抑制組蛋白乙酰轉移酶的活性表明了它具有的調節(jié)核活性來源于核心組蛋白的化學修飾。2亞型的抗凋亡活性是通過抑制GZMA激活的DNA酶NME1介導的。在細胞毒性T淋巴細胞(CTL)誘導的細胞凋亡過程中,GZMA切割SET,并破壞其與NME1的結合從而釋放NME1的抑制作用。SET可以抑制腫瘤抑制因子NM23-H1,NM23-H1可以抑制腫瘤轉移,與SET結合后無活性,當有CTL攻擊時,SET被降解,恢復NM23-H1活性。亞型1、2是蛋白磷酸酶2A的抑制劑。其抑制EP300/CREBBP和PCAF介導的對組蛋白和核小體的乙酰化,機制很可能是破壞組蛋白中的賴氨酸對乙?;D移酶的易接近性,主要的抑制目標是組蛋白H4,HAT的抑制作用導致了依靠HAT的轉錄活動的停止,也防止了DNA的去甲基化,兩種異構體刺激腺病毒基因組的病毒核心蛋白絡合的DNA復制;然而,2亞型特異活性較高。
2.2 SET蛋白在惡性腫瘤中的作用 近年來的研究表明SET在各種類型惡性腫瘤(包括腦、肺、卵巢、頭頸部的惡性腫瘤和前列腺癌、Wilms腫瘤、結腸直腸腺癌和白血?。┲羞^度表達。SET作為原癌基因可以調節(jié)多種信號通路:SET蛋白磷酸酶PP2A的特異性抑制劑,PP2A是一種絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶可以調節(jié)細胞增殖和分化。SET介導的PP2A抑制作用是通過各種蛋白的去磷酸化發(fā)生如細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)和蛋白激酶B(Akt),以上兩種蛋白的去磷酸化可以導致SET對PP2A抑制作用。此外,相關研究證明在頭頸部惡性腫瘤中,SET可以作為一種氧化應激的感受器,通過增加AKT的磷酸化作用和增強細胞的抗氧化防御能力促進細胞存活。此外SET可以抑制腫瘤抑制基因NM23-H1的DNA酶活性,增加AP-1活性,激活MAPK信號通路;同時可以通過上調促癌基因BCL-2,下調抗癌基因BAX和Caspase3調節(jié)內源性凋亡途徑;SET蛋白還可以與AKT作用,調節(jié)AKT/PI3K/mTOR信號通路。以上信號通路都參與細胞重要過程如DNA復制、染色質重塑、基因轉錄、分化和遷移,從而調節(jié)細胞生長、細胞周期、細胞凋亡和細胞增殖,最終導致惡性腫瘤的發(fā)生。
2.3 SET蛋白在口腔鱗狀細胞癌中的作用 據文獻報道,SET在頭頸部惡性腫瘤(HNSCC)的發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用:首先,SET作為一種致癌基因,在頭頸部惡性腫瘤中可以促進細胞增殖和細胞存活,并且通過順鉑抑制細胞凋亡;另外,在頭頸部惡性腫瘤中,SET作為一種腫瘤轉移抑制因子,可以調節(jié)細胞侵襲,細胞轉移和上皮細胞間質的轉化??谇击[狀細胞癌作為頭頸部惡性腫瘤中的一種,具有較高的發(fā)病率和死亡率,因此也廣泛受到關注。據文獻報道,在口腔鱗狀細胞癌細胞HSC3中,當SET基因被抑制時,HSC3的生物學特性包括細胞增殖和細胞凋亡都有顯著的改變:MTT實驗結果表明當SET基因被抑制時,HSC3細胞增值減少20.2%,而流式細胞術結果表明當SET基因被抑制時,細胞凋亡率為(17.97±2.77)%,與正常對照組的細胞凋亡率(7.85±0.62)%相比,細胞凋亡顯著增加;以上研究結果表明,SET基因在人口腔鱗狀中可能具有致癌作用,可能是通過促進口腔鱗狀細胞癌的細胞增殖和抑制口腔鱗狀細胞癌的細胞凋亡,最終導致口腔鱗狀癌的發(fā)生。多項研究結果表明,SET基因在多種惡性腫瘤中表達異常,因此可以說SET基因可能是包括口腔鱗狀細胞癌在內的多種惡性腫瘤的診斷標記和治療靶點然而,具體的致癌機制需要進一步研究。
癌癥的發(fā)生,是細胞增殖和凋亡失衡的結果。細胞增殖是癌癥發(fā)生和發(fā)展的重要組成部分,可能是通過改變細胞周期相關蛋白的表達或活性,從而導致多種信號轉導通路的激活,刺激細胞持續(xù)生長。細胞凋亡過程可以使細胞程序性的失活、破壞和死亡,這個過程可以被細胞內機制和細胞外機制激活,細胞內機制包括一系列基因,而細胞外機制包括內源性蛋白、細胞因子和激素以及細胞外環(huán)境??谇击[狀癌的發(fā)生發(fā)展是維持平衡狀態(tài)的細胞增殖和細胞凋亡失衡的結果,當細胞增殖大于細胞凋亡時,就會導致口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生。而SET在促進口腔鱗狀細胞癌細胞增殖和抑制細胞凋亡上具有重要作用,因此,SET可能是口腔鱗狀細胞癌發(fā)生發(fā)展的潛在致癌因子,但是具體的作用機制尚有待進一步研究。