Schlafen基因家族及与肿瘤相关的研究进展



Schlafen基因家族及与肿瘤相关的研究进展

李晶晶1沈彦伟袁瑛

(浙江大学医学院附属第二医院，浙江杭州310000)

〔关键词〕Schlafen；肿瘤；DDA损伤药物(DDAs)；化疗疗效

1浙江大学医学院附属第二医院肿瘤内科

第一作者：李晶晶(1988-)，女，在读硕士，主要从事肿瘤个体化治疗研究。

Schlafen(Slfn)基因家族是1988年由Schwarz等〔1〕发现的参与调控人与鼠等众多生物学功能的一类重要基因。最早发现的Slfns家族基因是4个鼠源基因(鼠源Slfn 1、2、3、4)，分别表达在T细胞活化和胸腺细胞成熟过程中的不同时期。研究证实Slfns家族基因从细菌、病毒到鼠、马、人等分布各个物种，具有较广泛的同源性。研究表明Slfn蛋白可以抑制细胞增殖、驱动减数分裂、调控造血细胞、T细胞分化及调节免疫应答等，但仍有许多功能尚不清楚〔2～4〕。研究报道指出Slfns家族蛋白不仅可以抑制HIV病毒复制，而且与肿瘤治疗密切相关。它可抑制肿瘤细胞活性，甚至具有预测肿瘤化学药物疗效等重要功能〔5〕。本文就Slfns基因家族与肿瘤相关的研究进展做一综述。

1结构及功能

目前，Slfns基因家族包括10种鼠源和5种人类亚型，根据基因同源性和编码蛋白的大小可以分成3组〔6〕。其中蛋白分子大小在37～42 kD的Slfns蛋白为组Ⅰ，58～68 kD为组Ⅱ，100～104 kD为组Ⅲ〔6，7〕。所有Slfns蛋白都含有一个Slfn盒，其对于Slfns家族蛋白具有特异性，但功能尚不清楚。该结构位于Slfns中的一个AAA结构域附近，可能具有参与结合细胞活性相关的GTP/ATP的功能〔6，3〕。而另一个结构域选择性地表达在Slfns的组Ⅱ和组Ⅲ中，称为SWADL区，这个结构域称为Ser-Trp-Ala-Asp-Leu序列〔6〕。Slfns蛋白中只有组Ⅲ具有C末端的延长结构，该结构也存在于DNA和RNA解螺旋酶上，具有较强同源性。此延长结构同时包含一个核定位信号(RKRRR)，提示组Ⅲ的Slfns参与细胞核机制〔6〕。研究表明Sflns蛋白家族含有涉及RNA代谢或RNA二级结构构建的相应结构域，Slfns组Ⅲ蛋白因含有类似DNA/RNA解螺旋酶的模体结构，揭示其可能是解旋酶超家族Ⅰ中RNA依赖的ATP酶新成员。

1.1鼠源Slfns目前已知的小鼠Slfns基因包括Slfn 1、2、3、4、5、8、9、10、14〔8〕。这些基因表达蛋白分为3组：组Ⅰ(Slfn1和Slfn2)、组Ⅱ(Slfn3、Slfn4)和组Ⅲ(Slfn5、Slfn8、Slfn9、Slfn10和Slfn14)〔8〕。研究明确Slfns基因主要在免疫系统相关的细胞中表达，参与细菌感染过程的调控，且对细胞增殖调节也有影响。目前关于功能研究较多的是Slfn1、Slfn2、Slfn3和Slfn4这4种蛋白。Slfn1参与细胞周期调控，通过抑制细胞周期蛋白D1而抑制细胞生长。但Zhao等〔9〕的研究却得出相反结论：Slfn1和Slfn2并不抑制成纤维细胞及髓细胞的生长，其中SLFN 2可通过AP-1和NF-κB两种转录因子调控机制在髓细胞分化或成熟期间表达上调〔7〕。研究证实Slfn2具有促进免疫应答、细胞分化和细胞生长等多种生物功能。Slfn2能维持T细胞静息状态，发生Slfn2突变(elektra突变)的小鼠对细菌和病毒感染更敏感，但却使T细胞和炎症单核细胞面对激活或扩增刺激信号时，以内在凋亡途径发生凋亡而无法发挥免疫应答功能，导致小鼠出现免疫缺陷〔10〕。经脂多糖(LPS)刺激的巨噬细胞中，LPS可通过激活NF-κB和AP-1途径激发Slfn2启动子的转录活性，参与固有免疫〔11〕。Slfns组Ⅱ中的2个成员Slfn3和Slfn4，在T细胞活化过程中表达会上调。研究表明循环中CD4+CD25+T细胞能表达Slfn3，在CD4+CD25+Tregs的活化和增殖期间Slfn3的mRNA会下调〔12〕。这些发现均提示Slfn家族成员可能通过控制T细胞活化和分化来参与调节免疫应答。Slfn3除参与免疫应答外，还可调节肠黏膜分化，参与肠发展和成熟过程〔13〕。与组Ⅰ的Slfns一样，Slfn3也具有抗增殖特性，在肠癌细胞株中异位表达，使在S期的增殖核抗原表达下降，且通过增加细胞周期负性调控因子P 27的表达，来抑制细胞周期蛋白依赖性激酶CDK 2，导致细胞增殖显著减少〔14，15〕。关于Slfn4功能研究揭示其可能主要参与骨髓细胞调控：当巨噬细胞被激活时Slfn4 mRNA水平表达上调，分化期间则表达下调。因而在体内骨髓细胞系中Slfn4的表达变化可能会对骨髓细胞生成过程产生重要影响〔16〕。鼠源Slfns家族中组Ⅲ成员的功能目前仍不清楚，但其特殊的RNA解螺旋酶结构提示其可能具有区别于其他组蛋白的特异性功能。

1.2人源Slfns人Slfns包括5种亚型:Slfn5、11、12、13、14。与小鼠Slfns不同，人Slfns中只有Slfn12缺乏解螺旋酶结构域，且是唯一位于细胞外的组Ⅱ蛋白。其余的人Slfns均属于组Ⅲ，包含一个解旋酶结构域和一个细胞核定位信号〔8〕。在组Ⅲ的人Slfns，研究发现其中Slfn5和Slfn11相关的生物学功能。人Slfn5对恶性黑色素瘤细胞的锚定依赖性生长及侵犯胶原质具有负性调节作用〔17〕。在比较正常黑色素细胞与恶性黑色素瘤细胞系中Slfn5表达时发现后者Slfn5的mRNA表达被抑制，表明在恶性表型出现时会选择性抑制Slfn5的表达。Li等〔18〕研究表明Slfn11能特定抑制逆转录病毒HIV-1的产生。Slfn11不影响HIV-1逆转录病毒感染过程的早期，如反转录、整合和转录。相反，在后期阶段Slfn11可以通过一种“依赖密码子的方式”选择性抑制病毒蛋白表达。而且Slfn11能够结合tRNA，并抵消因HIV病毒存在所引起的tRNA池的改变，从而抑制被HIV病毒感染的细胞合成病毒蛋白。这种Slfn11参与的新型抗病毒机制，为抗HIV病毒感染的治疗带来新突破。除重要的抗病毒特性外，研究指出Slfn11的另一个重要功能是：其表达高低可预测恶性细胞对拓扑异构酶抑制剂的敏感性，通过测定肿瘤细胞内源性Slfn11表达量可预测肿瘤病人使用某些化疗药物的疗效〔19〕。

2与肿瘤相关的研究进展

因Slfns家族在细胞增殖和免疫应答等过程中占有重要地位，使研究者放眼于肿瘤领域对Slfns的功能展开探索。研究发现与肿瘤细胞增殖调控相关的有Slfn2，该基因敲除的肿瘤细胞锚定依赖性生长会增加，而锚定依赖性生长是肿瘤生长转移必备方式，因而Slfn2对恶性细胞转移及生长潜力具有负性调节作用〔20〕。Slfn2蛋白具有诱导破骨细胞生成肿瘤的潜力,坏死因子家族成员RANKL诱导Slfn2的合成，而Slfn2通过激活c-Jun和诱导NFATc1的表达促进破骨细胞生成〔21〕。Slfn3的异位表达能抑制肿瘤干细胞(CSC),特别是结肠癌细胞的多种特性，能逆转它们对FOLFOX方案的耐药〔21〕。将Slfn3转染至对FOLFOX耐药的结肠癌HCT-116细胞中，观察到CSC标记CD44、CD133、CD166分子mRNA 和蛋白水平均下降〔21〕。同时对CSC所具有的肿瘤形成/克隆形成能力降低。此外，Slfn3使CSC排出Hoechst33342染料(一种化疗耐药的指示剂)减少，并能刺激凋亡发生，逆转结肠癌HCT-116对FOLFOX耐药治疗〔22〕。因此，Slfn3的表达可使结肠CSC对肿瘤化疗更敏感。

人Slfns家族蛋白中Slfn11可以评估肿瘤药物化疗疗效。Barretina 等〔19〕在建立肿瘤细胞系百科全书(CCLE)过程中将947个人类肿瘤细胞系的基因库与24种具有代表性抗肿瘤药物的药理学特点结合来预测药物敏感性，发现Slfn11表达与肿瘤细胞对拓扑异构酶抑制剂的敏感性相关。Zoppoli等〔23〕研究推断Slfn11可能为DNA/RNA解螺旋酶，并具有能预测肿瘤细胞对致DNA损伤为机制化疗药物的敏感性的潜力。他们通过联合超过17 000种基因的表达谱与多种DDA损伤的药物(DDAs)的药物活性(GI50)进行相关分析后发现：Slfn11的表达与DNA损伤的药物包括TOP1抑制剂(拓扑替康和伊立替康)、TOP2抑制剂(阿霉素，依托泊苷)、DNA烷化剂(苯丁酸氮芥，顺铂)及DNA合成抑制剂(吉西他滨，氟达拉滨)等药物的细胞毒特性呈显著正相关，但与靶向肿瘤细胞其他成分的药物如蛋白酶抑制剂(厄洛替尼，索拉菲尼)、微管蛋白(紫杉醇，多西他赛)等无关联性。体外实验也证实用siRNA干扰高表达Slfn11的肿瘤细胞后，导致肿瘤细胞对CPT、依托泊苷、顺铂的敏感性至少减少5倍而产生耐药，但并不影响细胞对微管蛋白或蛋白酶抑制剂等的应答〔23〕。Slfn11敲除减弱由CPT介导的S期停滞，并阻止sub-G1的诱导，使部分细胞仍可向S期和G/M期前进〔23〕。推测Slfn11在诱导DNA损伤所引起的细胞周期停滞及诱导凋亡中扮演重要角色。Slfn11或许能预测经含顺铂方案治疗的卵巢癌病人的总生存时间(OS)。在评估了110例经过含顺铂方案治疗的卵巢癌病人的芯片数据后，发现Slfn11高表达者平均OS为80个月，低表达者平均OS为49月〔23〕。在包括诊断方式、手术选择和Slfn11这三个预测因子的COX风险比例模型中，Slfn11是具显著意义的OS预测因子。目前的研究结论是Slfn11表达是决定来源不同组织的人类肿瘤细胞系对DDAs药效敏感的预测因子，而且可能将是接受含该类药物治疗的恶性肿瘤预后因子。目前对于Slfn11如何能预测包括拓扑异构酶在内的DDAs药物疗效的机制仍不清楚，但发现Slfn11是一个核内蛋白，具有C末端的延长结构，与DNA和RNA解螺旋酶具有同源性，这也许是DNA/RNA损伤应答中的一个组件，当细胞遇到外源性DNA损伤时，能增强细胞周期停滞和凋亡。Slfn11如何影响细胞周期，有关Slfn 11假定具有解螺旋功能的问题还需进一步探究。

综上所述，有关Slfns家族的功能目前尚知之甚少，特别是在肿瘤细胞中的作用。对于其免疫调节及细胞分化方面的作用，与多种自身免疫性疾病密切相关。肿瘤可以认为是免疫缺陷或免疫失调的一种状态，从而可以推断Slfns家族蛋白可能在肿瘤免疫中也扮演重要角色。研究显示Slfns家族的某些蛋白与肿瘤疗效无论是耐药还是肿瘤敏感性均相关，特别是Slfn11表达与DDAs对肿瘤细胞体外杀伤活性之间的因果关系，及Slfn11与预测人类肿瘤经过这些药物治疗后的临床预后之间的潜在关系，都支持Slfn11是一个与基础和转化肿瘤研究均高度相关的蛋白。虽然对于探索Slfn11在肿瘤生物学中功能仍很艰难，但Slfn11在临床治疗决策的重要地位即将在未来的临床研究中展现。Slfns家族在肿瘤中重要的生物学地位和作用，有望为肿瘤研究及治疗提供新的方向和思路。

3参考文献

1Schwarz DA,Katayama CD,Hedrick SM. Schlafen,a new family of growth regulatory genes that affect thymocyte development 〔J〕.Immunity,1998;9(5):657-68.

2Renard JP,Babinet C. Identification of a paternal developmental effect on the cytoplasm of one-cell-stage mouse embryos 〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,1986;83(18):6883-6.

3Geserick P,Kaiser F,Klemm U,etal. Modulation of T cell development and activation by novel members of the Schlafen (slfn) gene family harbouring an RNA helicase-like motif〔J〕.Int Immunol,2004;16(10):1535-48.

4Lund S,Christensen KV,Hedtjarn M,etal. The dynamics of the LPS triggered inflammatory response of murine microglia under different culture and in vivo conditions 〔J〕.J Neuroimmunol,2006;180(1-2):71-87.

5Razzak M. Genetics:Schlafen 11 naturally blocks HIV 〔J〕.Nat Rev Urol,2012;9(11):605.

6Neumann B,Zhao L,Murphy K,etal. Subcellular localization of the Schlafen protein family 〔J〕.Biochem Biophys Res Commun,2008;370(1):62-6.

7Brady G,Boggan L,Bowie A,etal. Schlafen-1 causes a cell cycle arrest by inhibiting induction of cyclin D1〔J〕.J Biol Chem,2005;280(35):30723-34.

8Bustos O,Naik S,Ayers G,etal. Evolution of the Schlafen genes,a gene family associated with embryonic lethality,meiotic drive,immune processes and orthopoxvirus virulence 〔J〕.Gene,2009;447(1):1-11.

9Zhao L,Neumann B,Murphy K,etal. Lack of reproducible growth inhibition by Schlafen1 and Schlafen2 in vitro 〔J〕.Blood Cells Mol Dis,2008;41(2):188-93.

10Berger M,Krebs P,Crozat K,etal. An Slfn2 mutation causes lymphoid and myeloid immunodeficiency due to loss of immune cell quiescence 〔J〕.Nat Immunol,2010;11(4):335-43.

11Sohn WJ,Kim D,Lee KW,etal. Novel transcriptional regulation of the schlafen-2 gene in macrophages in response to TLR-triggered stimulation 〔J〕.Mol Immunol,2007;44(13):3273-82.

12Condamine T,Le Luduec JB,Chiffoleau E,etal. Characterization of Schlafen-3 expression in effector and regulatory T cells 〔J〕.J Leukoc Biol,2010;87(3):451-6.

13Yuan L,Yu Y,Sanders MA,etal. Schlafen 3 induction by cyclic strain regulates intestinal epithelial differentiation 〔J〕.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2010； 298(6):G994-1003.

14Patel BB,Yu Y,Du J,etal. Schlafen 3,a novel gene,regulates colonic mucosal growth during aging 〔J〕.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2009;296(4):G955-62.

15Patel VB,Yu Y,Das JK,etal. Schlafen-3:a novel regulator of intestinal differentiation 〔J〕.Biochem Biophys Res Commun,2009;388(4):752-6.

16van Zuglen WJ,Garceau V,Idris A,etal. Macrophage activation and differentiation signals regulate schlafen-4 gene expression:evidence for schlafen-4 as a modulator of myelopoiesis 〔J〕.PLoS One,2011;6(1):e15723.

17Katsoulidis E,Mavrommatis E,Woodard J,etal. Role of interferon {alpha} (IFN {alpha})-inducible Schlafen-5 in regulation of anchorage-independent growth and invasion of malignant melanoma cells 〔J〕.J Biol Chem,2010;285(51):40333-41.

18Li M,Kao E,Gao X,etal. Codon-usage-based inhibition of HIV protein synthesis by human schlafen 11〔J〕.Nature,2012;491(7422):125-8.

19Barretina J,Caponigro G,Stransky N,etal. The Cancer Cell Line Encyclopedia enables predictive modelling of anticancer drug sensitivity 〔J〕.Nature,2012;483(7391):603-7.

20Katsoulidis E,Carayol N,Woodard J,etal. Role of Schlafen 2 (SLFN2) in the generation of interferon alpha-induced growth inhibitory responses〔J〕.J Biol Chem,2009;284(37):25051-64.

21Lee NK,Choi HK,Yoo HJ,etal. RANKL-induced schlafen2 is a positive regulator of osteoclastogenesis 〔J〕.Cell Signal,2008;20(12):2302-8.

22Oh PS,Patel VB,Sanders MA,etal. Schlafen-3 decreases cancer stem cell marker expression and autocrine/juxtacrine signaling in FOLFOX-resistant colon cancer cells〔J〕.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2011;301(2):G347-55.

23Zoppoli G,Regairaz M,Leo E,etal. Putative DNA/RNA helicase Schlafen-11 (SLFN11) sensitizes cancer cells to DNA-damaging agents〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A,2012;109(37):15030-5.

〔2014-09-05修回〕

(编辑王一涵/张慧)

通讯作者：袁瑛(1971-)，女，主任医师，博士生导师，主要从事肿瘤个体化治疗研究。

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金(No.81102013)；浙江省杰出青年基金(No.R2090353)

〔中图分类号〕R73

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2015)22-6613-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.22.144