接智慧，許 文，高 翔，吳建磊，張雪英，周 巖

(1.山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，山東 泰安 271000；2.赤峰學(xué)院附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

線粒體融合蛋白2(mitofusin 2，Mnf2)基因是由我國學(xué)者陳光慧教授采用差異顯示技術(shù)從自發(fā)性高血壓大鼠血管平滑肌細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)的新基因，命名為細(xì)胞增殖抑制基因[1]。2001年，SANTEL等[2]在人類肺組織中也克隆出這一基因，并證明其與線粒體形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能有密切關(guān)系，命名為Mfn2基因。研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因廣泛分布于不同種屬生物體內(nèi)，且該基因在進(jìn)化中具有高度保守性，例如果蠅線粒體中該基因的同系物Fzo基因產(chǎn)物和Mfn2基因產(chǎn)物有52%的同源性，并且在不同物種中Mfn2基因均具備調(diào)節(jié)線粒體融合的功能，因此2003 年基因庫將其定名為Mfn2基因[3]。目前研究認(rèn)為，Mfn2基因在生理狀態(tài)下通過精細(xì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與調(diào)控線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞代謝、增殖、凋亡等生物學(xué)行為[4]；而遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因的異常表達(dá)或功能缺失可能是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素[5]。但目前關(guān)于Mfn2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的具體作用尚存在爭議，甚至有相互矛盾的認(rèn)識。本文主要就Mfn2基因與腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡及自噬的關(guān)系及Mfn2基因在腫瘤中的表達(dá)和作用、目前針對Mfn2基因靶向治療的臨床轉(zhuǎn)化研究相關(guān)進(jìn)展加以綜述，以期加深對 Mfn2基因參與腫瘤生物學(xué)行為機(jī)制的認(rèn)識，為腫瘤病因和發(fā)生機(jī)制的研究提供新思路。

1 Mfn2基因的基本信息

人類 Mfn2基因定位于人chr 1p 36.22，其編碼的Mnf2蛋白由757個氨基酸殘基組成，含有1個跨膜區(qū)域,形成1個U形膜，錨定在線粒體外膜,終止于細(xì)胞質(zhì)，N端是三磷鳥苷(guanosine triphosphate,GTP)酶結(jié)構(gòu)域，并具有1個脯氨酸富集區(qū)域，C端具有跨膜區(qū)，跨膜區(qū)兩側(cè)各有1個疏水區(qū)，類似于卷曲螺旋，這些共同組成了Mnf2蛋白的基本結(jié)構(gòu)(圖1),細(xì)胞熒光定位發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)定位于線粒體外膜，主要分布在細(xì)胞核周圍[6]。

圖1 Mnf2蛋白結(jié)構(gòu)示意圖

2 Mfn2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

有研究證實(shí)，Mfn2基因的異常表達(dá)可通過影響線粒體過度分裂而引起細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞自噬生物學(xué)行為紊亂，并可導(dǎo)致線粒體凋亡通路抑制或者激活，引起腫瘤細(xì)胞的異常凋亡[7]。因此，目前認(rèn)為Mfn2基因在調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡和細(xì)胞自噬中起重要作用。

2.1 調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖細(xì)胞周期調(diào)控異常引起的腫瘤細(xì)胞失控性增殖是惡性腫瘤最基本的生物學(xué)特征，因此，認(rèn)為腫瘤是一種細(xì)胞周期調(diào)控紊亂性疾病[8]。目前，越來越多的證據(jù)表明，Mfn2基因影響腫瘤細(xì)胞的增殖和生長，但其發(fā)生機(jī)制仍不清楚，例如，研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因可通過調(diào)控細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)信號通路而控制細(xì)胞增殖[9]。另有研究顯示，隨著Hela細(xì)胞和人平滑肌細(xì)胞系中Mfn2基因的下調(diào)，細(xì)胞能量代謝率下降，細(xì)胞增殖也受到抑制，但在Mfn2基因過表達(dá)的情況下卻對細(xì)胞周期進(jìn)展及細(xì)胞增殖無明顯影響[10]。XU等[11]應(yīng)用基因編輯技術(shù)敲除乳腺癌細(xì)胞中Mfn2基因的表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路活化，乳腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力顯著增強(qiáng)，進(jìn)一步的研究認(rèn)為Mnf2蛋白可以抑制mTOR激酶活性，進(jìn)而抑制下游絲氨酸蘇氨酸激酶(serine threonine kinase,Akt)的活化，調(diào)控mTOR/Akt信號通路，從而實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞增殖的調(diào)控?？傊?，以上研究顯示，Mfn2基因作為調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖的重要中介因子參與了多個與腫瘤細(xì)胞增殖有關(guān)的信號通路,Mfn2基因可作為調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖的重要靶點(diǎn)。

2.2 調(diào)控腫瘤細(xì)凋亡細(xì)胞凋亡主要由線粒體通路、死亡受體活化通路和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路等3條通路調(diào)控，其中線粒體通路是最普遍的凋亡調(diào)控機(jī)制[12]。Mfn2基因作為線粒體膜蛋白組分，通過介導(dǎo)多個信號通路蛋白參與線粒體通路，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)[13]。FANG等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Mnf2蛋白在胃癌腫瘤組織中的表達(dá)低于正常胃黏膜組織，可以作為預(yù)測胃癌預(yù)后的標(biāo)志物，而且體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)Mfn2基因誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與磷酸化 Akt的減少密切相關(guān)。相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)，Akt蛋白的磷酸化可抑制下游線粒體通路中多個與凋亡相關(guān)分子的活化，從而抑制細(xì)胞凋亡；與此相反，Akt磷酸化水平降低可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡[15]。由此可以認(rèn)為，Mfn2基因可通過影響Akt的磷酸化程度來調(diào)控腫瘤細(xì)胞的凋亡[16]。此外，在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)Mfn2基因可通過其他機(jī)制調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡。WANG等[17]發(fā)現(xiàn),Mfn2基因低表達(dá)時可使細(xì)胞色素C的釋放增加，進(jìn)而活化凋亡蛋白酶，從而誘發(fā)凋亡。ZHOU等[18]研究證實(shí)，miR-761可通過靶向Mnf2蛋白介導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡。PAN等[19]研究發(fā)現(xiàn),在乏氧條件下，胰腺癌細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子1/miR-125/Mfn2通路活化后，腫瘤細(xì)胞中線粒體分裂和腫瘤細(xì)胞能量代謝受到影響，進(jìn)而可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡和遷移。以上研究提示，Mfn2基因通過參與多個信號通路而影響線粒體分裂和功能，調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡，將Mfn2基因作為腫瘤治療的新的靶點(diǎn)可以為腫瘤治療開辟新途徑。

2.3 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞自噬細(xì)胞自噬是細(xì)胞通過自噬泡選擇性包裹受損線粒體并被溶酶體降解的過程[20]。線粒體自噬可以清除受損線粒體，以保證細(xì)胞內(nèi)線粒體的質(zhì)量，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，從而適應(yīng)細(xì)胞生存環(huán)境[21]。最近有報道稱，線粒體可為自噬體的發(fā)生過程提供自噬體生物膜，Mnf2蛋白在這一過程中起著至關(guān)重要的作用[22]。另一項(xiàng)研究表明，Mnf2蛋白通過泛素化降解，使得細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的膜體結(jié)構(gòu)包圍在發(fā)生去極化損傷的線粒體表面，形成線粒體自噬體，線粒體自噬體與溶酶體融合后，自噬體內(nèi)的微管相關(guān)蛋白1輕鏈3可被溶酶體中的水解酶降解，這一機(jī)制被認(rèn)為介導(dǎo)了受損線粒體的自噬清除[23]。此外，Mfn2基因還通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinases,PI3K)/蛋白質(zhì)AKT信號通路、抗病毒信號通路等多種分子途徑調(diào)控細(xì)胞自噬過程[24]。XUE等[25]研究發(fā)現(xiàn)，Mnf2蛋白通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞自噬，證明Mfn2基因除了通過對線粒體功能的影響直接調(diào)控細(xì)胞自噬外，還可通過參與其他信號通路對細(xì)胞自噬產(chǎn)生影響。

3 Mfn2基因在腫瘤中的表達(dá)及作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因在多種惡性腫瘤中存在差異表達(dá)，且與腫瘤患者的不良預(yù)后有關(guān)[26]，但研究結(jié)果并不一致，有的甚至得出了矛盾的結(jié)果。目前，Mfn2基因在惡性腫瘤中的表達(dá)及其與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系逐漸成為腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，對Mfn2基因表達(dá)模式及其在腫瘤微環(huán)境中作用的闡明有助于加深對腫瘤的認(rèn)識及腫瘤治療新靶點(diǎn)的選擇。

3.1 Mfn2基因在腫瘤中呈低表達(dá)，具有抑癌基因作用LI等[27]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞中Mfn2基因呈低表達(dá)，發(fā)揮抑癌基因作用，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因的低表達(dá)可能與啟動子區(qū)DNA高甲基化有關(guān)。KANNAN等[28]研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因在人乳腺癌MCF-7細(xì)胞系中呈低表達(dá)，而將其過表達(dá)后則可顯著抑制MCF-7細(xì)胞的增殖，與LI等[27]的結(jié)果一致，說明Mfn2基因可抑制乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展。SOARES等[29]應(yīng)用免疫組織化學(xué)法檢測發(fā)現(xiàn)，頭頸部黏膜黑色素瘤組織中Mnf2蛋白呈低表達(dá)，且表達(dá)水平與患者腫瘤分期相關(guān)，在大多數(shù)IV期病例中Mnf2蛋白的表達(dá)較早期病例更低。徐斌武等[30]研究發(fā)現(xiàn)，Mfn2基因在骨肉瘤干細(xì)胞中的表達(dá)水平低于普通骨肉瘤MG63細(xì)胞，而在骨肉瘤干細(xì)胞中過表達(dá)Mfn2基因后，其增殖、侵襲和自我更新能力均顯著下降，據(jù)此認(rèn)為靶向提高骨肉瘤干細(xì)胞Mfn2基因的表達(dá)水平，可以降低骨肉瘤干細(xì)胞的“干性”特征，進(jìn)而減少手術(shù)及放射治療、化學(xué)治療后骨肉瘤的復(fù)發(fā)，這可能成為治療骨肉瘤的新靶點(diǎn)。白雙寧等[31]采用原位雜交和免疫組織化學(xué)方法檢測Mfn2 mRNA及其蛋白在正常宮頸、宮頸上皮內(nèi)瘤變(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)和宮頸癌組織中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在宮頸癌組織中Mfn2基因的表達(dá)低于正常宮頸和CIN組織，而且其表達(dá)水平隨著腫瘤臨床分期的發(fā)展而降低，這說明Mfn2基因在宮頸鱗癌的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮抑癌基因作用，其低表達(dá)降低了對宮頸鱗癌發(fā)生、進(jìn)展的抑制作用。WANG等[32]用腺病毒轉(zhuǎn)染的方法構(gòu)建過表達(dá)Mfn2基因的宮頸癌Hela細(xì)胞系，注射到小鼠體內(nèi)，形成過表達(dá)Mfn2基因的Hela細(xì)胞移植瘤模型，與親本Hela細(xì)胞移植瘤模型比較，Mnf2蛋白過表達(dá)可誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，這一結(jié)果說明Mfn2基因在宮頸癌Hela細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮抑癌效應(yīng)，與白雙寧的研究結(jié)果是一致的。以上結(jié)果提示，Mfn2基因在腫瘤組織中呈低表達(dá)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮抑癌基因的作用。

3.2 Mfn2基因在腫瘤中呈高表達(dá)，具有促癌基因作用LOU等[33]檢測發(fā)現(xiàn)，與癌旁正常組織相比，肺腺癌組織中Mnf2蛋白的表達(dá)明顯增高，而敲低Mnf2蛋白表達(dá)可抑制細(xì)胞增殖和細(xì)胞侵襲與遷移，這一結(jié)果與大多數(shù)學(xué)者在其他腫瘤如膀胱癌、肝癌等中的研究結(jié)果是一致的[34-35]。韓國學(xué)者AHN等[36]研究發(fā)現(xiàn)，從正常宮頸組織到宮頸上皮內(nèi)瘤變、宮頸鱗癌組織，Mnf2蛋白的表達(dá)也呈逐漸增加的趨勢，而且與腫瘤的臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)，在體外實(shí)驗(yàn)中同樣證實(shí)敲低Mfn2基因的表達(dá)可以明顯降低宮頸癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力。國內(nèi)學(xué)者朱敏等[37]用環(huán)孢素A處理宮頸癌HeLa 細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)Mfn2基因過表達(dá)，進(jìn)而可抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖，這與AHN等[36]的研究結(jié)果一致。因此，可以認(rèn)為Mfn2基因異常高表達(dá)可能促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的增殖并抑制細(xì)胞凋亡，提示Mfn2基因有望成為宮頸癌治療的新靶點(diǎn)。白云等[38]利用免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測Mnf2蛋白在卵巢上皮性癌、卵巢良性腫瘤和正常卵巢組織中的表達(dá)情況，研究發(fā)現(xiàn),Mnf2蛋白在卵巢癌組織中的表達(dá)高于卵巢良性腫瘤組織和正常卵巢組織，提示Mnf2蛋白可能參與卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展過程。郭桃英等[39]研究也顯示，卵巢上皮性癌組織中Mfn2基因的表達(dá)水平高于卵巢良性腫瘤與正常卵巢組織，且與腫瘤患者臨床分期、分化程度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，兩者結(jié)果一致。以上研究說明，Mfn2基因在腫瘤組織中呈高表達(dá)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮促癌基因的作用。

綜上可知，Mfn2基因在腫瘤的表達(dá)是不同的，甚至有相互矛盾的研究結(jié)果。REHMAN等[40]應(yīng)用免疫組織化學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)Mnf2蛋白在肺腺癌組織中低表達(dá)，并在體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)Mfn2基因起抑癌作用，這與LOU等[33]的結(jié)果相互矛盾，但是LOU的研究樣本量更大，結(jié)果似乎更有說服力；而且在宮頸癌中關(guān)于Mfn2基因的表達(dá)及作用，多位學(xué)者的研究結(jié)果也是不一致的，因此，目前認(rèn)為Mfn2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用是復(fù)雜的，可能根據(jù)腫瘤微環(huán)境的不同而呈現(xiàn)不同的表達(dá)水平，并分別發(fā)揮“抑癌”或“促癌”效應(yīng)。關(guān)于這種不同表達(dá)結(jié)果的原因，現(xiàn)在尚無文獻(xiàn)報道，考慮到各種腫瘤的組織學(xué)發(fā)生及腫瘤類型不同，那么，Mfn2基因的不同表達(dá)是否與Mfn2基因所處的不同腫瘤微環(huán)境有關(guān)？是否存在其他潛在機(jī)制參與Mfn2基因表達(dá)的調(diào)控？如果將Mfn2基因作為一種腫瘤治療的靶基因是否會影響另一器官腫瘤的發(fā)生？以上問題均需要對Mfn2基因的功能及表達(dá)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)研究。

4 Mfn2基因作為腫瘤治療靶點(diǎn)的臨床轉(zhuǎn)化研究

以靶向治療為代表的腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用，提高了部分腫瘤患者的生存期，給腫瘤患者帶來了曙光[41]。Mnf2蛋白作為線粒體信號網(wǎng)絡(luò)的重要蛋白，可以調(diào)控線粒融合和功能[42]。而線粒體功能異常與腫瘤發(fā)生、發(fā)展有密切關(guān)系。因此，Mfn2基因作為線粒體相關(guān)基因可成為腫瘤靶向治療的潛在靶點(diǎn)[43]。目前已知的靶向Mnf2蛋白的藥物有小分子藥物M1和15-雙氧二萜螺內(nèi)酯[44]。M1能夠介導(dǎo)線粒體融合，導(dǎo)致線粒體的延長，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞中使用M1可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡[45]；15-雙氧二萜螺內(nèi)酯通過抑制去泛素化酶USP30影響 Mnf2蛋白泛素化修飾水平，增強(qiáng)Mnf2蛋白促進(jìn)線粒體融合的功能,進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡[46]，這也為Mfn2基因在其他腫瘤中的靶向治療提供了新的借鑒。

許多中醫(yī)藥也可以通過影響Mfn2基因而發(fā)揮抗腫瘤活性。HUANG等[47]在肝癌細(xì)胞培養(yǎng)液中加入黃連素后，發(fā)現(xiàn)包括Mnf2蛋白內(nèi)的線粒體融合蛋白減少，可促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡,誘導(dǎo)癌細(xì)胞自噬。陳君君等[48]以不同濃度的消癌平注射液聯(lián)合紫杉醇培養(yǎng)人乳腺癌 MCF-7 細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)消癌平注射液可使紫杉醇誘導(dǎo)的 Mfn2 mRNA低表達(dá)作用減弱，導(dǎo)致Mfn2 mRNA在MCF-7細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖，對紫杉醇抗乳腺癌發(fā)揮增效作用。由此可見，中醫(yī)藥對Mfn2基因的影響是多樣性的，不同藥物通過對Mfn2基因的不同影響在腫瘤的治療中發(fā)揮機(jī)制不同的抗腫瘤作用，深入探索Mfn2基因在中醫(yī)藥抗腫瘤作用中的機(jī)制，可為開發(fā)中藥與化學(xué)治療藥物的聯(lián)合用藥方案提供理論支持。

5 展望

隨著研究的不斷深入，對Mfn2基因在細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞增殖及凋亡調(diào)控、線粒體自噬等生命活動中的重要作用將有更加深刻的認(rèn)識。Mfn2基因功能的多樣性預(yù)示著廣泛的應(yīng)用前景，同時，針對Mfn2基因在不同腫瘤中的表達(dá)及對腫瘤生物學(xué)行為作用差異根本原因的認(rèn)識，以及對Mfn2基因調(diào)控腫瘤生物學(xué)行為的分子機(jī)制的闡明，將更有利于認(rèn)識 Mfn2基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用及意義，為腫瘤治療提供新的思路和策略。