精子相关抗原6与肿瘤早期诊断的研究进展

平光伦汪智琼张 玲石玉琴江高峰张双玲刘晙玭综述 张志兵,审校

1. 武汉科技大学医学院公共卫生学院（武汉 430065）;

2. Departments of Obstetrics and Gynecology and Biochemistry, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA 23298

精子相关抗原6与肿瘤早期诊断的研究进展

平光伦1汪智琼1张 玲1石玉琴1江高峰1张双玲1刘晙玭1综述 张志兵1,2审校

1. 武汉科技大学医学院公共卫生学院（武汉 430065）;

2. Departments of Obstetrics and Gynecology and Biochemistry, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA 23298

精子相关抗原6（SPAG6）为新发现的癌睾丸抗原（cancer-testis antigens, CTA）家族的一员，是一种具有巨大肿瘤早期诊断的前景蛋白。SPAG6基因是1999年Neilson等[1]在用男性不育患者的高滴度抗精子抗体血清来筛选睾丸表达基因文库时克隆出来的。目前发现SPAG6在肿瘤组织中的特异性表达，以及其能引起特异性的体液免疫应答的特点，均符合肿瘤生物标记物的筛选标准。因此该基因可能适用于肿瘤早期诊断。本文就国内研究相对较少的SPAG6的基本特征、功能以及其与肿瘤早期诊断作一下概述。

一、CTAs与精子相关抗原的特征

（一）CTAs

CTAs是一类具有特异表达模式的肿瘤相关抗原，其表达特点：它们在睾丸以外的正常组织几乎不表达，而在各种肿瘤组织中有不同程度的表达；大多数CTA位于X染色体上；通常是以多个家族成员的形式存在；在各种来源不同的肿瘤组织中，CT抗原的表达常具有异质性等[2]。因为生殖细胞不表达HLA分子以及血睾屏障的存在，CTA在产生抗肿瘤免疫的同时不会对正常组织及生殖细胞产生危害，因此这类抗原又被视为具有肿瘤特异性。利用这一表达特征，目前一些CTA的疫苗已用于临床实验，如NY-ESO-1[3]。因此，CTAs是一类具有肿瘤治疗前景的蛋白。

（二）SPAG

SPAG是一类主要在精子表达的抗原，目前报道的有15种[4,5]：SPAG1，SPAG2/UAP1，SPAG4，SPAG5，SPAG6，SPAG7，SPAG8，SPAG9，SPAG10/MFGE8，SPAG11B，SPAG12/NHP2L1，SPAG13/SSFA2，SPAG15/SPAM1，SPAG16和SPAG17。

SPAG有如下特征：主要在精子细胞中表达，其他正常组织几乎不表达；能够诱导免疫反应；在某些肿瘤组织中有不同程度的表达。如SPAG1在胰腺癌组织的表达显著增加[6]，SPAG5与乳腺癌发病有关[7]，SPAG6在雄性生殖细胞表达，能够诱导免疫反应导致雄性不育[8]。最近研究表明SPAG6在肺癌等肿瘤组织中表达显著增加，表明该基因与肿瘤形成相关[4]。SPAG8和SPAG9与子宫内膜癌、宫颈癌、乳腺癌、子宫肌瘤、甲状腺癌、卵巢上皮癌、肾细胞癌、慢性粒细胞白血病和结肠癌等发生有关[9-13]。这些SPAG可能是癌症抗原的一种，他们若在肿瘤细胞表面表达，这些抗原不仅是肿瘤细胞的标记，而且可成为肿瘤治疗的靶标。

二、SPAG6特征与功能

（一）SPAG6的简介

SPAG6基因是1999年Neilson等[1]在用男性不育患者的高滴度抗精子抗体血清来筛选睾丸表达基因文库时克隆出来的。起初命名为Repro-SA-1，后HUGO批准标号为SPAG6。SPAG6基因定位于染色体10p11.2-p12，其cDNA全长为2583bp。SPAG6高度保守，在非人类灵长类动物中可检测到SPAG6样序列，在啮齿类动物中也可检测到其同源物。SPAG6与莱茵衣藻蛋白PF16高度同源，其氨基酸序列85%相近，其中64%完全一致。目前对人类和鼠类的SPAG6基因已经有深入的研究，该基因在睾丸中高度表达，编码1.8kb和2.8kb mRNA[14,15]。SPAG6编码蛋白的相对分子质量为55.5KDa ，包含8个连续的犰狳重复，主要位于精子的尾部。

2000年，Sapiro等[16]对从小鼠睾丸cDNA文库编码出来的SPAG6进行研究，也得到相同结果，并发现SPAG6除在睾丸中表达外，在具有运动纤毛的组织，如肺、脑室膜等也有少量表达。

（二）SPAG6功能

SPAG6是精子鞭毛支架蛋白的一种，对维持精子鞭毛结构完整和精子鞭毛活动有重要作用。SPAG6基因缺失或沉默时，动物表现为精子活力损伤、精子畸形和雄性不育[8,16]。

PF16编码的蛋白主要位于衣藻鞭毛轴丝的中央对，具有调节蛋白质-蛋白质交互作用的功能，对鞭毛运动和中央微管的稳定性具有重要意义，PF16突变可导致鞭毛瘫痪[17]。由于SPAG6与PF16高度同源，故推断SPAG6也与精子运动有关。Zhang等[15,18]在研究SPAG6和PF20、PF6的交互作用时发现SPAG6缺失导致雄性小鼠不育。其原因在于鞭毛轴丝中心装置及纤维鞘等的丢失，导致精子运动障碍。在运动纤毛内，SPAG6主要定位于调节纤毛的中心轴突上，并且决定其他蛋白在中心轴突的定位及其稳定性。Sapiro 等[16]通过构建SPAG6缺失的小鼠，发现出生8周后，几乎50%的小鼠死于脑水肿，推测脑水肿的发生也是由于SPAG6缺失导致室管膜纤毛运动障碍。存活的雄性小鼠均患不育症，而雌性小鼠可以生育，说明SPAG6对于雄性小鼠的生育功能至关重要。对精子运动性的检测发现，SPAG6缺失的小鼠精子出现严重运动障碍和形态异常。另外，SPAG6缺失的小鼠生长较正常小鼠显著减慢。

三、SPAG6与肿瘤的关系

（一）SPAG6对肿瘤生物学的影响

SPAG6具有免疫原型，能够诱导产生抗SPAG6抗体导致男性不育。由于SPAG主要表达于精子细胞，与CTA的基本特性一致，故将其入CTA家族。CTA是一类具有特异表达模式的肿瘤相关抗原，其表达具有以下特点[4]：他们在睾丸以外的正常组织几乎不表达，而在各种肿瘤组织中有不同程度的表达；大多数CTA位于X染色体上；通常是以多个家族成员的形式存在；在各种来源不同的肿瘤组织中，CT抗原的表达常具有异质性。因为生殖细胞不表达HLA分子以及血睾屏障的存在，CTA在产生抗肿瘤免疫的同时不会对正常组织及生殖细胞产生危害，因此这类抗原又被视为具有肿瘤特异性。

近来发现SPAG6也有致癌特性。Silina等[4]对539名肿瘤患者、127名胃肠炎病人、147名无癌健康人进行了研究分析。对其血清用酶联免疫法进行了检测分析，发现肿瘤患者血清中的抗SPAG6抗体滴度与CTA HORMAD1滴度基本相似，且高于MAGEA1和SSX2 CTA的滴度。说明SPAG6是可用于癌症血清学诊断和免疫治疗的潜在生物学标志。RT-PCR技术对黑色素瘤、胃癌、结肠癌、肺癌、乳腺癌等肿瘤标本分析发现，50%的肿瘤标本检测出有SPAG6 mRNA表达；在12.5%的黑色素瘤标本中只有SPAG6和SPAG17-A过度表达，而无其他SPAG表达；SPAG6 mRNA在胃癌、乳腺癌、肺癌均过度表达。说明SPAG6 mRNA在睾丸外的正常组织中基本不表达，而在肿瘤中存在高表达，提示SPAG6与肿瘤的形成有关。免疫组织化学技术研究发现，SPAG6蛋白在乳腺癌（7/12）、肺癌（11/12）均有表达，且在肺癌SPAG6阳性标本中均定位于细胞核。提示该基因与肺癌的形成有一定的关系。但是目前没有研究证明SPAG6蛋白的表达与肿瘤的分期和侵袭性有相关性。

（二）SPAG6作用机制

1. SPAG6基因的甲基化：Shen等[19]发现SPAG6基因的启动子富含“GC”，该基因的表达与此“CpG”岛的甲基化程度有关。DNA甲基化水平和模式的改变是肿瘤发生的一个重要因素[20]。这些变化包括CpG岛局部的高甲基化和基因组DNA低甲基化状态。在正常细胞中，位于抑癌基因启动子区域的CpG 岛处于低水平或未甲基化状态，此时抑癌基因处于正常的开放状态，其表达可抑制肿瘤的发生。而在肿瘤细胞中，该区域的CpG岛被高度甲基化，染色质构象发生改变，抑癌基因的表达被关闭，从而导致细胞进入细胞周期、凋亡丧失、DNA修复缺陷、血管生成以及细胞黏附功能缺失等，最终导致肿瘤发生。同样，对于在正常细胞中处于高度甲基化的一些基因和重复序列，如果其甲基化水平降低，这些基因将表达和重复序列将激活，从而导致基因印记丢失，细胞过度增长，不合适的细胞特异性表达，基因组脆性增加，以及内寄生虫序列（endoparasitic sequence）的激活，最终也导致肿瘤发生。甲基化调控也是CTA在肿瘤组织高度表达的重要机制之一[21]。然而，SPAG6对肿瘤生物学特性的调节机制还有待进一步研究。

2. SPAG6影响微管功能：“9+2”的微管是真核细胞普遍存在的一种纤维结构，由微管蛋白和少量微管结合蛋白的聚合作用形成[22,23]，是细胞骨架的主要成分之一[24]。其中微管蛋白有α和β两种亚型，分别含有450和445个氨基残基，在序列上它们具有42%的同源性。这两种微管蛋白亚型组成二聚体，微管则由二聚体组成的12～14条原纤维装配成直径约为25nm的中空管状纤维[25,26]。除已知的α和β微管蛋白外，最近还发现γ型微管蛋白，其功能与组装微管有关[27]。细胞内微管呈网状和束状分布，并能与其他蛋白共同组装，可配成单管、二联管（鞭毛和纤毛）和三联管（中心粒和基体）。

微管在体内起十分重要的作用，主要参与细胞运动、细胞器的定位、胞内物质的运输、真核细胞的有丝分裂过程及细胞信号传递[28-32]以及组装成纤毛、鞭毛等。SPAG6缺失会影响轴丝微管的正常装配及其功能的发挥，从而使精子鞭毛瘫痪，导致雄性不育。SPAG6缺失也能导致PF20、PF6等轴丝微管结合蛋白的表达下调。可见SPAG6具有维持微管结构稳定性，使其发挥正常功能的作用。细胞内，微管以胞质微管和纺锤体微管两种形式存在，这两种微管在不同细胞周期处于动态的组装和去组装的动态平衡中，任何使这种平衡的因素均可破坏微管结构，以致影响细胞功能[33]。正常组织中一般不会表达SPAG6蛋白，但在肿瘤组织中可以检测到SPAG6 mRNA和蛋白质。如果SPAG6过度表达，必然会导致细胞运动能力增强、有丝分裂加快。这与肿瘤细胞有丝分裂过程频繁且细胞周期明显短于正常细胞[34]、侵袭能力强的性质相一致。因此，可以推断SPAG6与肿瘤的发生有密切联系。

四、结语与展望

SPAG6在肿瘤组织中的特异性表达，以及其能引起特异性的体液免疫应答的特点，均符合肿瘤生物标记物的筛选标准。因此，SPAG6是一种具有巨大肿瘤早期诊断的前景蛋白，必将在肿瘤早期诊断与标靶治疗中逐渐受到重视。SPAG6作为SPAG和CTA两大家族中的新成员，其在肿瘤治疗以及不孕不育的治疗中的价值已经日益显现出来，但对其研究仍然处于初级阶段。随着科学技术的不断发展成熟，构建转基因动物模型为SPAG6的研究提供了良好的研究平台，相信SPAG6会是研究肿瘤诊断的热点。

随着人们生活水平的提高和卫生水平的改善，疾病谱也发生了明显的改变。恶性肿瘤和慢性病成为威胁人类健康的主要疾病。某些恶性肿瘤在早期病变不典型，容易忽视或者治疗不当延误病情，临床上确诊时大多患者已为晚期。随着现代医学技术的发展，寻找适用于恶性肿瘤的早期诊断、评估肿瘤预后的分子生物标记物，已成为研究的热点。目前对于SPAG6的研究尚不多，SPAG6是癌症抗原的一种，SPAG6是特异性、敏感性及预测价值高的肿瘤基因标记物，它若在哪一类肿瘤细胞中表达，那SPAG6是该类肿瘤细胞的标志物，它将成为这一类肿瘤早期基因诊断的标志物。它的真正价值在于，早期筛查、发现患者早期的肿瘤或改善患者肿瘤预后，还可以选择最可能受益的特定疗法以及监测疾病过程。虽然SPAG6的肿瘤生物学功能和机制还有待研究，但其具有CTA的表达特性，并可在某些肿瘤病人中引起体液免疫反应，因此，SPAG6作为一个新发现的CTA，是一个很具有吸引力的潜在的肿瘤标志物和免疫治疗靶点。

致谢：本课题受国家自然科学基金（81172462）、（81300536）、（81302401）及湖北省自然科学基金（2012FFB04904）、（2013CFB331）资助。

精子相关抗原6; 肿瘤/诊断

1 Neilson LI, Schneider PA, Van Deerlin PG,et al. Genomics1999; 60(3): 272-280

2 Scanlan MJ, Simpson AJ, Old LJ.Cancer Immun2004; 4: 1

3 Cheever MA, Allison JP, Ferris AS,et al. Clin Cancer Res2009; 15(17): 5323-5337

4 Silina K, Zayakin P, Kalni a Z,et al. J Immunother2011; 34(1): 28-44

5 孙书华. 动物检疫 1993; 10(2):

6 Neesse A, Gangeswaran R, Luettges J,et al. Oncogene2007; 26(11): 1533-1545

7 Buechler S.BMC Cancer2009; 9: 243

8 Teves ME, Zhang Z, Costanzo RM.Am J Respir Cell Mol Biol2013; 48(6): 765-772.

9 Kalnina Z ,Sili a K, Meistere I,et al. J Immunol Methods2008; 334(1-2): 37-50

10 Kanojia D, Garg M, Gupta S,et al. Am J Pathol2011; 178(3): 1009-1020

11 Garg M, Kanojia D, Khosla A,et al. Cancer Res2008; 68(20): 8240-8248

12 Yu P, Yan L, Zhang H,et al. Int J Gynecol Cancer2012; 22(1): 87-93

13 Garg M, Kanojia D, Suri S,et al. J Clin Endocrinol Metab2009; 94(11): 4613-4618

14 Hamada T, Teraoka M, Imaki J,et al. Anat Histol Embryol2010; 39(3): 227-232

15 Zhang Z, Sapiro R, Kapfhamer D,et al. Mol Cell Biol2002; 22(22): 7993-8004

16 Sapiro R, Tarantino LM, Velazquez F,et al. Biol Reprod2000; 62(3): 511-51817 Smith EF, Lefebvre PA.Cell Motil Cytoskeleton1997; 38(1): 1-8

18 Zhang Z, Jones BH, Tang W,et al. Mol Cell Proteomics2005: 4(7): 914-923

19 Shen Y, Chow J, Wang Z,et al. Hum Mol Genet2006; 15(17): 2623-2635

20 Watanabe Y, Maekawa M.Adv Clin Chem2010; 52: 145-167

21 Fratta E, Sigalotti L, Colizzi F,et al. J Cell Physiol2010; 223(2): 352-358

22 Stephens RE.J Mol Biol1970; 47(3): 353-363

23 Akhmanova A, Hoogenraad CC.Curr Opin Cell Biol2005; 17(1): 47-54

24 Akhmanova A, Steinmetz MO.J Cell Sci2010; 123(pt 20): 3415-3419

25 Fine RE.Nat New Biol1971; 233(4): 283-284

26 McIntosh JR, Volkov V, Ataullakhanov FI,et al. J Cell Sci2010; 123(pt 20): 3425-3434

27 Xiong Y, Oakley BR.J Cell Sci2009; 122(pt 22): 4218-4227

28 Jolly AL, Kim H, Srinivasan D,et al. Proc Natl Acad Sci U S A2010; 107(27): 12151-12156

29 Loiseau P, Davies T, Williams LS,et al. Development2010; 137(16): 2763-2772

30 Tanenbaum ME, Medema RH.Dev Cell2010; 19(6): 797-806

31 Miller AL, Bement WM.Curr Biol2009; 19(23): R1071-R1073

32 Adachi A, Kano F, Tsuboi T,et al. J Cell Sci2010; 123(pt 19): 3215-3225

33 Mohrbach H, Johner A, Kulic IM.Phys Rev Lett2010; 105(26): 268102

34 Rathinasamy K, Jindal B, Asthana J,et al. BMC Cancer2010; 10: 213

（2014-08-14收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.11.018

R 73