劉玉侖 王永強(qiáng) 楊 潔 夏 圣 陳 華

SEL1L分子是SEL1L (suppressor/enhancer of lin-12-like)基因定位于人染色體14q24.3～31,在1997年從人基因組中分離,其序列與秀麗隱桿線蟲SEL1基因序列相似,在進(jìn)化過程中高度保守,可能是細(xì)胞生命進(jìn)程的重要決定因子[1]。它在基因組上由21個(gè)具有編碼假定蛋白質(zhì)亞型的多個(gè)替代轉(zhuǎn)錄本的外顯子組成。這種結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性確保了該蛋白的靈活性和特異性。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上,該蛋白由多個(gè)功能域所組成,主要包括:信號(hào)肽功能域、Pest功能域、Ⅱ型纖維連接蛋白功能域、SEL1樣重復(fù)功能域(SLR基序)、Hrd3樣motif、跨膜區(qū)和胞內(nèi)富脯氨酸區(qū)[2]。研究表明,SEL1L分子參與了多種細(xì)胞過程,包括各種類型腫瘤的發(fā)生、干細(xì)胞分化以及霍亂毒素向胞質(zhì)的反轉(zhuǎn)錄易位[3]。SEL1L分子還作為 E3泛素連接酶HRD1 的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留跨膜銜接蛋白,參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制[4]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)由生物膜組成的連續(xù)封閉的網(wǎng)狀管道系統(tǒng),其主要功能是折疊、修飾、運(yùn)輸、降解蛋白質(zhì)[5]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(endoplasmic reticulum -associated degradation,ERAD)是細(xì)胞中一種保守的質(zhì)量控制機(jī)制,負(fù)責(zé)將錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)中,以進(jìn)行蛋白酶體降解,其作用過程涉及多個(gè)步驟,包括靶蛋白識(shí)別、提取、多泛素化和降解等[6]。在ERAD的簡(jiǎn)化模型中,分子伴侶和凝集素可以識(shí)別未折疊或錯(cuò)誤折疊的新生多肽底物;隨后,未折疊蛋白與這些伴侶分子結(jié)合并進(jìn)一步傳遞到ERAD配體;最后,多泛素化底物通過逆轉(zhuǎn)位通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),并被26S蛋白酶體降解[7]。其中,ER膜上接頭蛋白SEL1L與 E3泛素連接酶 HRD1組成的蛋白復(fù)合物是ERAD中最保守的成員,參與對(duì)上述蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)和降解[4]。在腫瘤微環(huán)境中,ERAD不僅調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為,也參與對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)。本文現(xiàn)就SEL1L分子及其參與的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解途徑在腫瘤進(jìn)展與免疫調(diào)節(jié)中的作用簡(jiǎn)要綜述。

一、SEL1L分子與腫瘤進(jìn)展

目前,對(duì)于SEL1L分子的研究大多集中在腫瘤領(lǐng)域。研究表明,SEL1L分子的表達(dá)水平在不同種類腫瘤中并不相同,其在胰腺癌、乳腺癌中表達(dá)下調(diào),而在胃癌、非小細(xì)胞肺癌、宮頸癌、彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤中表達(dá)上調(diào)。在大多數(shù)新生腫瘤中,SEL1L基因通常表達(dá)正常,但在胰腺癌中,其轉(zhuǎn)錄被下調(diào)或完全抑制;對(duì)74例原發(fā)性胰腺腺癌組織進(jìn)行免疫組化染色發(fā)現(xiàn),有36%的腫瘤樣本SEL1L蛋白表達(dá)缺失。并且,體內(nèi)外研究證實(shí),上調(diào)SEL1L表達(dá)可以抑制胰腺癌細(xì)胞的生長和侵襲[8]。在乳腺癌研究中也有類似的發(fā)現(xiàn)。如對(duì)117例浸潤性乳腺癌樣本的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),約有30%病例SEL1L表達(dá)缺失,同時(shí)其表達(dá)降低與臨床患者的不良預(yù)后顯著相關(guān);另在細(xì)胞水平的研究發(fā)現(xiàn),SEL1L可以抑制MCF-7乳腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力[9]。

而對(duì)96例胃癌組織免疫組化染色結(jié)果顯示,胃癌組織中SEL1L的陽性表達(dá)率為84.4%(81/96);并且分化越差,陽性率越高,提示SEL1L可能與胃癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[10]。在Ferrero等[11]研究報(bào)道中,76例非小細(xì)胞肺癌中63例(83%)有SEL1L蛋白表達(dá),其亞細(xì)胞定位與腫瘤組織類型相關(guān),即細(xì)胞質(zhì)免疫反應(yīng)性與鱗狀細(xì)胞癌相關(guān),核免疫反應(yīng)性與腺癌相關(guān)。對(duì)205例不同級(jí)別子宮頸上皮內(nèi)瘤變、宮頸癌及正常宮頸組織SEL1L蛋白表達(dá)分析數(shù)據(jù)表明,SEL1L在CIN/腫瘤中的表達(dá)明顯升高,并且隨瘤變級(jí)別增加上調(diào)其表達(dá),可能有助參與宮頸癌的診斷[12]。在123例彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤(diffuse large B cell lymphoma, DLBCL)組織中SEL1L的高表達(dá)率為69.9%,明顯高于反應(yīng)性淋巴組織增生,提示SEL1L可能在DLBCL發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用[1]。

對(duì)于35例食管鱗狀細(xì)胞癌患者的研究數(shù)據(jù)顯示,SEL1L蛋白在正常黏膜樣本中不表達(dá),在輕度不典型增生中表達(dá)較弱,在重度不典型增生中較強(qiáng),說明食管鱗狀細(xì)胞癌中的 SEL1L 可能在腫瘤形成的早期階段發(fā)揮作用[13]。類似的,在結(jié)直腸腫瘤中,SEL1L分子的表達(dá)與從腺瘤到癌的進(jìn)展過程中存在顯著相關(guān)性,尤其在中-高分化腺癌高表達(dá),而在未分化癌中表達(dá)水平明顯降低,表明其具有促進(jìn)瘤癌轉(zhuǎn)化的潛能[14]。

在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中,SEL1L 蛋白表達(dá)水平反映了腫瘤的增殖率、惡性程度和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)[15]。另一項(xiàng)針對(duì)110個(gè)不同分子亞型和分級(jí)的成人膠質(zhì)瘤的研究發(fā)現(xiàn),SEL1L在惡性程度較高的間變性膠質(zhì)瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中過度表達(dá),并且其過表達(dá)程度與TERT啟動(dòng)子突變、EGFR基因擴(kuò)增、10q LOH顯著相關(guān),與IDH1/2突變相互排斥,提示SEL1L可作為TERT 突變體/EGFR 擴(kuò)增/IDH-WT這些最常見膠質(zhì)母細(xì)胞瘤亞組的潛在生物學(xué)標(biāo)志物[4]。

目前的研究提示,依據(jù)腫瘤類型不同,SEL1L分子發(fā)揮的功能不同,其在胰腺癌、乳腺癌中發(fā)揮抑癌作用;而在消化道腫瘤、宮頸癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤中,SEL1L分子可以作為腫瘤組織分化進(jìn)展、特定惡性亞組的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。同時(shí),作為ERAD的基本組成部分,SEL1L分子調(diào)控腫瘤進(jìn)展的機(jī)制可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及相關(guān)通路激活相關(guān)。

二、ERAD與腫瘤細(xì)胞

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(endoplasmic reticulum -associated degradation,ERAD)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制機(jī)制,其通過泛素蛋白酶體系統(tǒng)清除胞內(nèi)的錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白[6]。在某些病理生理?xiàng)l件下,ER 穩(wěn)態(tài)遭到破壞,胞內(nèi)產(chǎn)生的大量超出ERAD清除能力的非正常折疊蛋白質(zhì)可使細(xì)胞處于“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激”(ER stress)狀態(tài),進(jìn)而激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR),以緩解胞內(nèi)應(yīng)激壓力,直至恢復(fù)ER穩(wěn)態(tài),在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,UPR主要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的3種跨膜傳感器:IRE1α、PERK及激活轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6,ATF6)發(fā)揮作用[16]。

腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)中因腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)錄、代謝、增殖異常產(chǎn)生的缺氧、ATP 合成障礙、營養(yǎng)缺乏等不利因素會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞內(nèi)發(fā)生持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,激活 UPR 反應(yīng)。持續(xù)的 ER 應(yīng)激通常會(huì)激活細(xì)胞凋亡信號(hào)通路,導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而腫瘤細(xì)胞會(huì)發(fā)生遺傳學(xué)及表觀遺傳學(xué)改變,以適應(yīng)其所面臨的不利環(huán)境。諸多研究表明,ERAD 參與的 ER應(yīng)激可調(diào)控腫瘤細(xì)胞多種生物學(xué)行為。例如,在黑色素瘤中,MEK/ERK信號(hào)通路介導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成增加激活ER應(yīng)激的同時(shí),也增強(qiáng)細(xì)胞的增殖能力、抑制其凋亡,形成對(duì)慢性ER應(yīng)激的適應(yīng)增強(qiáng),從而促進(jìn)黑色素瘤的進(jìn)展[17]。

研究表明,IRE1α-XBP1信號(hào)通路激活還可以誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞中EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Snail基因的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT,使其遷移及侵襲能力增強(qiáng)[18]。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的UPR通路中,IRE1α通過直接結(jié)合細(xì)絲蛋白 A來控制肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞黏附,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞駐留[19]

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中IRE1α及PERK可以激活STAT3及核因子(neuclear factor,NF)-κB信號(hào)通路,促進(jìn)抗凋亡基因如 Bcl-2家族基因(如Bcl-2、Bcl-XL等)、caspase-8抑制基因(如c-FLIP、MCL-1)及凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins,IAP)等的表達(dá)激利于腫瘤細(xì)胞獲得更強(qiáng)的生存能力[20]。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)分子XBP1s、ATF4及ATF6f還可以通過直接結(jié)合到VEGF等促血管新生基因啟動(dòng)子上,上調(diào)其轉(zhuǎn)錄水平,促進(jìn)腫瘤血管新生[21]。此外,UPR信號(hào)通路還參與調(diào)解腫瘤休眠及蘇醒過程[22]。上述研究表明,ERAD 參與的 ER應(yīng)激及后續(xù)激活的UPR信號(hào)通路參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等諸多行為,對(duì)腫瘤進(jìn)展發(fā)揮重要作用。

三、ERAD與腫瘤免疫

腫瘤微環(huán)境中有大量免疫細(xì)胞的浸潤,腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞在此條件下相互斗爭(zhēng)的結(jié)果。細(xì)胞免疫和體液免疫功能依賴免疫細(xì)胞的活化、增殖和再分化,這需要免疫細(xì)胞如樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DC)、巨噬細(xì)胞、髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)、B細(xì)胞、T細(xì)胞和自然殺傷(natural killer cell,NK)細(xì)胞大量合成各種免疫效應(yīng)分子,包括各種膜免疫分子、分泌的細(xì)胞因子和抗體,這些胞內(nèi)新合成蛋白質(zhì)同樣需要 ER 內(nèi)的 ERAD 對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制。文獻(xiàn)表明,SEL1L-HRD1組成的ERAD復(fù)合體調(diào)控參與抗原遞呈細(xì)胞的MHC Ⅰ分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的合成與折疊,也可通過Bip依賴的蛋白酶體降解途徑參與對(duì)前 B 細(xì)胞受體(pre-B cell receptor, pre-BCR)蛋白的調(diào)節(jié),參與調(diào)控B細(xì)胞發(fā)育[23]。

因此,腫瘤微環(huán)境多種因素激活的 ER 應(yīng)激一方面可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長,也會(huì)對(duì)腫瘤內(nèi)浸潤免疫細(xì)胞功能產(chǎn)生影響,影響免疫細(xì)胞的抗腫瘤功能。

1.調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能:目前的研究表明,腫瘤微環(huán)境中ER應(yīng)激及激活的UPR信號(hào)通路可以調(diào)控免疫細(xì)胞功能。例如,ATF4/CHOP 通路激活上調(diào)TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體受體(TNF-related apoptosis-inducing ligand receptor,TRAILR)的表達(dá),促進(jìn)腫瘤浸潤骨髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)凋亡,調(diào)節(jié)腫瘤免疫應(yīng)答[24]。腫瘤微環(huán)境中由 IRE1α-XBP1 信號(hào)驅(qū)動(dòng)的 ER 應(yīng)激反應(yīng)可以誘導(dǎo)凝集素型氧化低密度脂蛋白受體1 (lectin-like low density lipoprotein receptor-1,LOX-1)的表達(dá),從而調(diào)節(jié)MDSCs活性、抑制腫瘤免疫、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。在腫瘤相關(guān)MDSCs中,活性氧(reactive oxygen species,ROS)和過氧亞硝酸鹽(peroxynitrite,PNT)可誘導(dǎo)CHOP通路使MDSCs聚集并促進(jìn)多種癌癥小鼠模型中T細(xì)胞功能的抑制[25]。PERK激活可以增強(qiáng)腫瘤相關(guān)MDSCs的活性,使得T 細(xì)胞功能障礙;而MDSCs中PERK缺失則促進(jìn)干擾素的產(chǎn)生,誘導(dǎo)抗腫瘤免疫反應(yīng)[26]。

在卵巢癌模型中,IRE1α-XBP1持續(xù)激活導(dǎo)致腫瘤相關(guān)樹突狀細(xì)胞(tumor associated dendritic cells,tDCs)功能障礙,從而抑制 tDCs 支持的 T 細(xì)胞抗腫瘤免疫應(yīng)答,導(dǎo)致卵巢癌進(jìn)展[27]。在黑色素瘤中,環(huán)境傳感蛋白(general control nonderepressible 2,GCN2)調(diào)控腫瘤浸潤巨噬細(xì)胞的極化和MDSCs的功能,并且驅(qū)動(dòng)ATF4在MDSC細(xì)胞中誘導(dǎo)的免疫抑制活性。同時(shí),抑制PERK/CHOP也可驅(qū)動(dòng)腫瘤浸潤性骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞減弱免疫抑制功能。在黑色素瘤小鼠模型中,IRE1α-XBP1 信號(hào)能維持 NK 細(xì)胞增殖能力,與野生型比較,將 B16F10黑色素瘤細(xì)胞靜脈注射到缺乏 IRE1α-XBP1 的NK 細(xì)胞條件性敲除小鼠中,會(huì)導(dǎo)致腫瘤內(nèi) NK 細(xì)胞浸潤減少、肺結(jié)節(jié)增加和宿主存活率降低;IRE1α-XBP1的激活也會(huì)促進(jìn)免疫調(diào)節(jié)劑PDL1和精氨酸酶-1的表達(dá),調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞抗腫瘤免疫功能[28]?？梢?ER應(yīng)激及相關(guān)通路可以調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中不同類型免疫細(xì)胞的功能,從而影響抗腫瘤免疫效應(yīng)。

2.調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞代謝:在由腫瘤細(xì)胞的高代謝活性導(dǎo)致的營養(yǎng)物質(zhì)缺乏和低氧的微環(huán)境中,腫瘤細(xì)胞與浸潤的免疫細(xì)胞之間存在代謝競(jìng)爭(zhēng)。研究表明,ER應(yīng)激及相關(guān)通路也參與了對(duì)免疫細(xì)胞代謝途徑的調(diào)節(jié)。IRE1α-XBP1信號(hào)通路激活可以誘導(dǎo)tDCs 中轉(zhuǎn)錄驅(qū)動(dòng)的甘油三酯生物合成和脂滴形成途徑,引起脂質(zhì)積累,降低tDCs的抗原遞呈能力,抑制腫瘤免疫反應(yīng)[20]。在卵巢癌中,IRE1α-XBP1信號(hào)通路的激活限制了谷氨酰胺的豐度,使卵巢癌腹腔積液浸潤T細(xì)胞的線粒體呼吸受抑制,從而抑制其線粒體活性,抗腫瘤效應(yīng)減弱[29]。腫瘤組織中膽固醇的積累通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致浸潤C(jī)D8+T細(xì)胞XBP1激活,調(diào)控PD-1和2B4的轉(zhuǎn)錄,抑制其抗腫瘤活性,同時(shí)破壞其脂質(zhì)代謝,增加T細(xì)胞耗竭,進(jìn)一步減弱抗腫瘤功能[30]。在小鼠癌癥模型中,CHOP可抑制腫瘤內(nèi)CD8+T細(xì)胞中干擾素γ的產(chǎn)生,并且對(duì)CD8+T細(xì)胞的糖酵解和線粒體呼吸產(chǎn)生負(fù)調(diào)控,卵巢癌患者腫瘤浸潤的CD8+T細(xì)胞中在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的激酶PERK誘導(dǎo)下CHOP表達(dá)增加,使其抗腫瘤免疫能力受到抑制[31]。腫瘤微環(huán)境具有調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞代謝的特點(diǎn),其中,ER應(yīng)激相關(guān)通路可以通過破壞免疫細(xì)胞代謝途徑,抑制免疫細(xì)胞抗腫瘤作用。

四、展 望

ERAD是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞中錯(cuò)誤折疊蛋白的質(zhì)量控制機(jī)制,SEL1L分子作為ERAD的重要組成部分,和包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病有著密切聯(lián)系。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的UPR作為調(diào)節(jié)細(xì)胞適應(yīng)不利微環(huán)境的最為重要的信號(hào)通路之一,在腫瘤細(xì)胞生長、分化和維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)等過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用;細(xì)胞免疫和體液免疫功能依賴免疫細(xì)胞的活化、增殖和再分化,該過程同樣需要ERAD進(jìn)行質(zhì)量控制。腫瘤微環(huán)境中多種因素激活的 ER 應(yīng)激及 ERAD 一方面可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長,另一方面也會(huì)對(duì)腫瘤浸潤免疫細(xì)胞功能產(chǎn)生影響,影響免疫細(xì)胞的抗腫瘤功能。

隨著單細(xì)胞分析、時(shí)空轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及高通量多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)腫瘤微環(huán)境中相關(guān)生物學(xué)過程的研究日趨精準(zhǔn)化。盡管許多研究已經(jīng)闡明了ER 應(yīng)激在腫瘤發(fā)生過程中的功能和機(jī)制,但是將腫瘤微環(huán)境作為整體,系統(tǒng)性評(píng)估ER 應(yīng)激及 ERAD對(duì)TME中各類型細(xì)胞的具體影響,尤其是對(duì)TME中腫瘤細(xì)胞與免疫細(xì)胞代謝重編程的機(jī)制影響以及相關(guān)治療靶點(diǎn)的篩選是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)前沿。除了免疫細(xì)胞外,內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblasts,CAFs)也是TME的重要組成部分,對(duì)腫瘤進(jìn)展發(fā)揮相應(yīng)作用,但有關(guān)ER應(yīng)激及 ERAD對(duì)這些細(xì)胞的作用了解有限[32]。因此未來進(jìn)一步研究在腫瘤進(jìn)展和治療過程中,ER應(yīng)激在內(nèi)皮細(xì)胞、CAFs和其他基質(zhì)細(xì)胞中的作用也是十分必要的。

目前,以免疫檢查點(diǎn)抑制劑為代表的免疫治療在某些類型腫瘤(如惡性黑色素瘤和肺癌)中取得了較為顯著的臨床療效,遺憾的是,當(dāng)前臨床上仍有很大比例的腫瘤患者無法從中獲益[33]。針對(duì)ER應(yīng)激及UPR通路藥物的療效雖不優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)治療,但可以一定程度破壞腫瘤細(xì)胞的侵襲特征并增強(qiáng)抗腫瘤免疫;同時(shí),越來越多證據(jù)表明,對(duì)ER應(yīng)激或UPR相關(guān)因素的調(diào)控可以使腫瘤對(duì)細(xì)胞毒藥物、靶向治療及免疫治療更為敏感[34]。利用人源性腫瘤異種移植模型和免疫活性小鼠模型進(jìn)行更大規(guī)模的基礎(chǔ)以及臨床前研究,可以有助于發(fā)現(xiàn)改善腫瘤治療,尤其是免疫治療的新的有效組合方案,更好地服務(wù)于臨床實(shí)踐。綜上所述,未來深入了解探索腫瘤微環(huán)境中SEL1L分子及ERAD的潛在機(jī)制,為腫瘤發(fā)生、發(fā)展及免疫治療提供新理論和新靶點(diǎn)。