XIAP表达与胰腺癌关系的研究进展

孙建建综述 李胜棉审校

胰腺癌主要指胰外分泌腺的恶性肿瘤，近年来发病率呈明显上升趋势，恶性程度高、进展快、预后差。目前研究表明胰腺癌的发生和发展是1个复杂的多阶段过程，与多种肿瘤相关基因表达失常或许多肿瘤抑制基因失活有关，其中细胞凋亡与胰腺癌的发生、发展有着密切的关系。凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)是一组结构上相关的抑制细胞凋亡的蛋白。迄今为止，在人体发现的IAPs家族中有8个成员，分别是cIAP1、cIAP2、XIAP 、ML-IAP、Survivin、NAIP、BRUCE、Livin。X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)是Peter等发现的IAP家族中的主要成员，是IAP家族中最强的凋亡抑制因子，它可直接抑制半胱氨酸蛋白酶(caspases)，并可多途径调节细胞凋亡。XIAP基因在胰腺癌中过表达，其表达与肿瘤的发生、进展、复发、预后以及肿瘤化疗的耐药密切相关。

1 XIAP的分子生物学特征及功能

1.1 XIAP的分子生物学特征

XIAP基因位于X染色体q25，其编码的蛋白含有497个氨基酸。人类XIAP是种比较典型的IAPs，由3个BIR结构域和3个RING结构组成。磁共振分析显示，BIR2是由3个反向平行的β折叠和4个α螺旋构成。在它的特征序列中有3个保守的半胱氨酸和1个组氨酸螫合1个锌原子的特殊结构。BIR3与BIR2结构域相似，但构成它们的保守氨基酸残基不同。功能分析证明，这正是它能够抑制不同caspases活性的结构基础。

1.2 XIAP的功能及调节

XIAP的功能主要表现为：①抑制半胱氨酸蛋白酶：XIAP可以直接与激活的Caspase-3，Caspase-7，Caspase-9结合并抑制其活性[1]。②参与信号转导途径：XIAP通过多种信号途径参与抑制内源性或外源性凋亡诱导信号引起的细胞凋亡。③蛋白裂解：XIAP的RING结构域具有E3泛素连接酶活性,能够使蛋白泛素化进而加速蛋白质的降解。有研究发现,XIAP的E3连接酶通过促进降解caspase-9和caspase-3以及内源性的XIAP抑制剂Smac(Second mitochondria-derived activator of caspase，Smac),进而增强XIAP的抗凋亡作用[2]。④ XIAP的功能调节：细胞中XIAP的功能受到它相应的拮抗剂的调节。目前发现的调节蛋白主要有XIAP相关因子1(XIAP-associated factor 1，XAF1)、Smac、HtrA2，这些蛋白对XIAP的功能具有负性调节作用。XAF1是XIAP抗caspases活性的拮抗剂，XAF1失去对XIAP抗凋亡活性的抑制可能在肿瘤发生中具有重要作用。人类的内源性的XIAP抑制剂Smac和HtrA2是线粒体蛋白,当线粒体破裂,他们能随着细胞色素C进入胞质内,在胞质内,活化的或片段形式的Smac和HtrA2能够结合并抑制包括XIAP在内的IAPs。

2 XIAP在胰腺癌中的表达及临床意义

2.1 XIAP在胰腺癌组织中的表达及临床病理意义

XIAP在成年人、婴幼儿体内除外周血淋巴细胞以外的所有组织中广泛表达，XIAP广泛存在于细胞胞质之中，而在胞核和胞膜中极少。目前研究发现，在卵巢癌、肝细胞癌、食管癌、胃癌、结直肠癌、前列腺癌、肾透明细胞癌、乳腺癌、恶性黑色素瘤等大部分肿瘤中，均观察到XIAP调节细胞凋亡活动。关于XIAP在胰腺癌中的表达，国内外也进行了大量研究。目前研究一致表明，XIAP在胰腺癌及癌旁正常胰腺组织中均有表达，且XIAP在胰腺癌组织中的表达强度明显强于癌旁正常胰腺组织[3～6]。关于XIAP的表达及临床病理的关系，目前研究有一定分歧，菅远志等[3]认为XIAP在胰腺癌组织中的表达强度与肿瘤病理分化程度有关，与临床分期无关，而张亚雷等[4]认为XIAP表达强度与分化程度、临床分期及淋巴结转移均无显著相关。相关结论仍需大量的研究证实。

2.2 XIAP表达在胰腺癌病情监测及预后判断中的意义

XIAP与肿瘤的预后关系密切，目前在多种肿瘤中已发现，XIAP与肿瘤病情判断及术后生存期有关，例如，XIAP的表达的增高提示急性髓性白血病、肾透明细胞癌、肝细胞癌肝移植术后预后不良。XIAP在胰腺癌中高表达，而在良性组织中低表达，XIAP对胰腺癌的病情及预后有重要影响。然而目前关于XIAP表达与胰腺癌预后的关系皆因病例数不多，随访困难，未予明确研究。肿瘤的发生发展是多种因子相互作用的结果，已有XIAP，Caspase-3，Smac联合判断垂体腺瘤侵袭性的研究[7]。

3 XIAP在胰腺癌治疗中的作用

3.1 XIAP与胰腺癌化疗抵抗

胰腺癌恶性程度高，预后差，晚期胰腺癌的化疗不能令人满意。究其原因是胰腺癌对大多数化疗药物存在耐药。杜冀晖等[8]研究XIAP和Smac在胰腺癌化疗抵抗中的作用时发现，Panc-1细胞高表达XIAP且对顺铂或5-FU介导的凋亡具有较强抵抗性，在化疗药物作用下化疗敏感细胞BXPC-3胞质内XIAP水平下降明显多于Panc-1细胞，而且凋亡的BXPC-3细胞Smac蛋白水平明显高于Panc-1细胞。此外还发现，转染胞质表达型Smac基因至化疗抵抗Panc-1细胞，可明显下调其XIAP表达水平，显著提高顺铂、5-FU诱导的细胞凋亡率。更有研究发现，XIAP在胰腺癌细胞系中均呈高表达，而且高表达的胰腺癌细胞对化疗药物诱导的细胞凋亡不敏感[9]。由此说明，胰腺癌细胞XIAP的表达水平下调与其化疗敏感性有关，XIAP是克服化疗抵抗的重要靶分子。

3.2 XIAP与胰腺癌的靶向治疗

胰腺癌组织细胞中普遍存在XIAP的高表达，而XIAP的高表达是肿瘤细胞凋亡抑制、对化疗不敏感的重要原因，因此，以XIAP作为胰腺癌治疗靶点在胰腺癌的治疗中具有重要意义。目前的研究主要包括三类:①针对XIAP mRNA的反义寡核苷酸类抑制剂；②针对XIAP蛋白的小分子抑制剂；③针对XIAP mRNA的siRNA。

随着分子生物学的发展，应用反义寡核苷酸阻止靶细胞mRNA的转录与翻译已成为基因治疗的重要手段。国内学者在对卵巢癌、胆管癌的研究时发现反义XIAP寡核苷酸可下调耐药细胞中XIAP的表达，并显著增加Caspase-3活性和对化疗药物敏感性[10,11]。在胰腺癌细胞中，反义核苷酸能下调XIAP的表达并且能抑制胰腺癌细胞增殖，显著增加胰腺癌细胞对吉西他滨的敏感性[12]。针对XIAP mRNA的反义寡核苷酸类抑制剂，目前研究最多的是AEG35156，已进入到了临床实验阶段。AEG35156与细胞内的mRNA形成双股结构后召集RNA酶H，后者发挥裂解mRNA链的作用。LaCasse等[13]研究发现，AEG35156能够降低胰腺癌细胞株Panc-1中XIAPmRNA水平(EC50 8～32 nmol/L),进而使XIAP蛋白水平下降80%，增加Panc-1细胞株对TRAIL诱导的凋亡的敏感性。Dean等[14]对AEG35156进行了Ⅰ期临床试验，发现输注72 h，XIAPmRNA最大程度被抑制(平均抑制率为21%)。AEG35156 耐受性好，不良反应可以被预知，AEG35156 联合化疗药物的Ⅰ/Ⅱ临床试验正在胰腺癌、乳腺癌、非小细胞肺癌、急性髓细胞样白血病、淋巴瘤等开展。

针对XIAP蛋白的小分子抑制剂,包括内源性的XIAP抑制剂、人工合成的XIAP抑制剂以及XAF1。目前,关于内源性的XIAP抑制剂的大部分研究集中在Smac上，研究发现,应用和Smac的N端序列相同的人工合成多肽能够达到抑制XIAP的作用；将该种多肽导入肿瘤细胞中，将它与顺铂或肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)联合，发现其有化疗增敏作用[15～ 16]。应用包含目的蛋白功能结构域的Smac合成肽能靶向下调胰腺癌细胞XIAP表达,显著提高其化疗敏感性。根据XIAP 的结构设计合成的针对XIAP 的小分子化合物能够抑制XIAP 的功能，释放被XIAP 抑制的凋亡起始和效应分子以及XIAP 抑制的其他促凋亡蛋白，促进多种肿瘤细胞的凋亡，并增加肿瘤细胞对化疗的敏感性。Dineen等[17]发现JP1201可以明显增强胰腺癌细胞对吉西他滨的化疗敏感性，并能明显延长胰腺癌大鼠的生存期。Karikari 等[5]运用XIAP 小分子对抗剂抑制胰腺癌细胞系中XIAP 功能后发现能显著增强Caspase3/7 活性，诱发细胞凋亡；动物实验表明XIAP小分子对抗剂能显著抑制肿瘤生长诱发凋亡，并显著增强Trail、放疗及GEM 化疗的敏感性。Vogler等[18]研究发现小分子XIAP 抑制剂能与TRAIL 产生协同作用，激活caspase-3，抑制胰腺癌细胞增殖，诱导胰腺癌细胞及组织发生凋亡，而对非肿瘤细胞或组织没有影响。此外，来自于线粒体的HtrA2以及中药提取物Embelin[19]，也具有与Smac 类似的功能，通过降低XIAP水平，促进乳腺癌细胞[20]、结肠癌细胞[21]凋亡。日本学者Mori等[22]观察到 Embelin在TRAIL抵抗细胞转化为TRAIL敏感细胞中发挥了重要作用，Embelin参与了TRAIL介导的胰腺癌细胞凋亡。XAF1在胰腺癌组织中低表达，XAF1低表达的患者生存期明显短于高表达患者。包装Ad5/F35-XAF1重组腺病毒并感染胰腺癌细胞SW1990 XAF1mRNA和蛋白表达水平均明显上调，Ad5F35-XAF1重组腺病毒感染胰腺癌细胞SW1990后，能促进细胞凋亡并抑制细胞增殖[23]。南蛇藤素能下调包括XIAP在内的多种凋亡抑制蛋白的表达，并能上调Bax的表达，此外还能使TRAIL抵抗细胞转变为敏感细胞，增强TRAIL对细胞的诱导凋亡作用，南蛇藤素在包括胰腺癌在内的多种肿瘤中均有广阔的应用前景[24]。没食子酸能显著下调XIAP水平，抑制胰腺癌细胞生长并能促进其凋亡[25]。

随着RNA干扰(RNA interfering,RNAi)技术的出现,针对XIAP mRNA的siRNA也正逐渐进入到XIAP的肿瘤研究中来。XIAP-siRNA在包括食管癌、NSCLC等多种肿瘤中都进行了研究，证明RNA干扰技术可以增强肿瘤对化疗的敏感性，并能抑制肿瘤生长[26,27]。菅远志等[28]应用PBSHHI质粒构建针对XIAP的RNA干扰载体，转染胰腺癌细胞系SW1990后以吉西他滨处理细胞。XIAP被抑制后，细胞对化疗药物诱导的凋亡敏感性增强，XIAP的表达水平与细胞的凋亡指数之间呈负相关性。运用针对XIAP的RNA干扰载体可以有效地抑制XIAP的表达，提高胰腺癌细胞对化疗药物的敏感性。该研究与Li[29]、Vogler[30]的研究一致。虽然目前这种方法正处于实验室研究阶段，但研究表明RNA 干扰在基因功能研究中具有广阔应用前景，在体内、体外试验中均优于反义核苷酸技术，siRNA较反义寡核苷酸有特异性和高效性的特点。然而利用RNAi 治疗疾病仍存在如何高效稳定导入shRNA 的问题。传统的质粒载体转染效率低，难以稳定表达siRNAs。慢病毒载体(Lentivirus vector)介导RNAi已成为当前基因载体治疗研究的热点。易小平等[31]成功构建XIAP-ShRNA 慢病毒载体及XIAP 表达稳定抑制的胰腺癌细胞株，发现慢病毒载体介导的靶向XIAP 的RNAi 可有效抑制XIAP 表达，降低胰腺癌细胞的增殖能力。该研究为进一步开展胰腺癌中XIAP 的基因研究提供了良好基础。

此外，有研究发现[32]，质子照射联合吉西他滨能通过下调XIAP表达，诱导胰腺癌细胞凋亡。XIAP可能在胰腺癌放射抵抗中起作用。如能下调XIAP水平，则有可能改善胰腺癌的放疗抵抗，提高放疗效果。人DR5特异的竞争性mAb(agonistic monoclonal antibody specific for human DR5，TRA-8)是特异性针对人细胞膜表面的死亡受体DR5而合成的mAb，它能特异性地与死亡受体DR5相结合，发挥配体的作用，从而诱导细胞凋亡。实验证明TRA-8能诱导许多表达DR5受体的肿瘤细胞的凋亡，而对正常组织细胞无毒性。在关于胰腺癌的研究中，TRA-8和 CPT-11能联合作用下调XIAP 和Bcl-XL水平，进而诱导胰腺癌细胞株凋亡[33]。

总之，胰腺癌的发生和发展是个复杂的过程。XIAP在胰腺癌中的作用越来越得到大家的重视和认识，但具体作用机制尚不十分明确，有待于更多的实验研究。XIAP是设计新型抗癌药物的新的有希望的靶点，有些药物处于细胞或动物试验阶段，有些药物已处于Ⅰ/Ⅱ临床试验阶段，这些药物可克服癌细胞对化疗药物或放疗的抵抗作用，而对正常细胞毒副作用较小，具有广阔的应用前景。

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