NDRG2在结直肠癌基因治疗中的研究进展

刘彩霞(综述)，刘　博(审校)

(内蒙古医科大学附属医院 a.肿瘤内科，b.普外科，呼和浩特 010059)

肿瘤医学

NDRG2在结直肠癌基因治疗中的研究进展

刘彩霞a(综述)，刘博b※(审校)

(内蒙古医科大学附属医院 a.肿瘤内科，b.普外科，呼和浩特 010059)

根据近几年国外的统计结果显示，结直肠癌的发病率呈现逐年递增的趋势，每年新增病例超过100万例[1]，在男性和女性癌症患者中，结直肠癌的发病率均排在第三位[2]。肿瘤细胞的生长与凋亡受癌基因与抑癌基因的调控，从而达到一个动态平衡。随着分子生物学的突破性进展，结直肠癌的生物治疗领域也发生着日新月异的变化，其中突显的肿瘤基因治疗发展极为迅速。1999年，我国学者在对正常脑组织和脑胶质瘤基因表达的差异性研究中，采用锚定引物从正常脑组织中克隆出一个新基因,该基因含有adenomatous polyposis coli(APC基因)样结构域，这个新基因就是N-myc downstream regulated gene 2(NDRG2)[3]。现就NDRG2在结直肠癌基因治疗中的研究进展予以综述。

1NDRG2与NDRG家族

NDRG基因家族是癌基因髓细胞增生原癌基因myelocytomatosis oncogene(Myc)的下游调控基因。这个基因家族有4个成员，分别是NDRG1、NDRG2、NDRG3及NDRG4，它们的氨基酸同源性高达57%～65%；通过对分子结构同源性的分析，可以确定NDRG1和NDRG3属于同一个亚族，NDRG2与NDRG4属于另一个亚族[4]。NDRG2定位于染色体的14q11.2，含有16个外显子和15个内含子，其中2个亚型的编码分别为371个氨基酸或357个氨基酸，其分子质量约为40 790[5]。因其与NDRG1基因具有较高的同源性，故命名为NDRG2。但NDRG2含有一个独特的酰基蛋白结构域，与NDRG1在人体组织细胞中的分布有着显著的差异。NDRG2广泛存在于人的大脑皮质、白质和神经核中，在唾液腺和骨骼肌中也呈高表达，但在具有分裂增殖能力的精原细胞和骨骼肌干细胞中表达很低，这种在不同分化成熟程度细胞中差异性表达的现象说明NDRG2参与细胞分化的调节[3]。另外，NDRG2在胸腺、骨髓、睾丸和外周血白细胞中几乎检测不到，这种表达模式提示NDRG2与细胞增殖呈负相关[6]。NDRG2与小鼠的细胞增殖也呈负相关，Hu等[6]通过研究NDRG2在小鼠不同时期的胚胎中和成年鼠不同组织中的表达，得出NDRG2广泛存在于小鼠的心脏、脑、肺、肠、肝脏、肾脏和骨骼肌等器官中；且在器官的胚胎期呈低表达，而在成熟的器官中则呈高表达。研究表明，NDRG2与癌细胞增殖和分化密切相关,参与了肿瘤细胞的发生、发展和凋亡，基本上被定位于抑癌基因的候选基因[7]。另外，NDRG2与组织胚胎的发育和细胞的分化成熟密切相关，与神经系统的发育及其疾病的发生相关，参与了醛固酮对肾远曲小管和集合管的水钠代谢调节作用以及多种应激反应[8]。

2NDRG2与结直肠癌的相关性研究

2.1NDRG2与结直肠癌细胞增殖和分化的相关性NDRG2是一种调控癌细胞增殖与分化的基因，在多种肿瘤细胞中呈低表达，而在正常组织中则高表达。在结直肠癌的研究中，与正常的结直肠组织相比，NDRG2在结直肠癌中呈显著低表达，且与肿瘤的分化程度呈正相关[9]。研究已经证实，被转染NDRG2基因的胶质瘤细胞的分裂增殖能力明显下降[10]。NDRG2过表达能够在体外和体内抑制结直肠癌细胞的增殖，其作用机制是通过转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)/Smad通路上调p21和p15等细胞周期相关基因，诱导细胞G1期阻滞或细胞凋亡[11]。在用丁酸钠诱导结直肠癌细胞分化的研究中发现，随着细胞被诱导分化时间的延长，NDRG2信使RNA和蛋白水平明显升高，提示NDRG2的表达水平与结直肠癌细胞的分化呈正相关[12]。还有研究通过透射电镜观察NDRG2转染结直肠癌细胞前后对癌细胞形态的影响，结果发现，没有被NDRG2转染的癌细胞连接松散、有间隙，细胞排列没有极性，而被转染后的癌细胞之间存在着紧密连接，利用丁酸钠诱导分化2 d后，这种变化更加明显；透射电镜证实NDRG2过表达能够促进结直肠癌细胞的分化[13]。有研究通过对大样本结直肠癌病例分析发现，NDRG2在分化高的肿瘤组织中表达显著高于分化低的肿瘤组织，且癌组织中的表达显著低于癌旁组织及正常组织[9]；而Myc的表达正好相反，结直肠癌细胞系经丁酸钠诱导分化后NDRG2的表达随着分化进程升高，而Myc表达则降低[12]。以上研究表明，NDRG2是参与结直肠癌细胞增殖和分化的重要启动因子，其表达受Myc的调控。

2.2NDRG2与结直肠癌淋巴转移和TNM分期的相关性恶性肿瘤细胞转移能力的高低与癌症患者的预后是直接相关的，癌细胞的转移是一个很复杂的过程，整个过程受许多调控因子的调控。在转移过程中有两个极为重要的环节，一个是癌细胞对基膜的黏附，另一个是癌细胞的蛋白酶对细胞外基质的分解。黏附分子CD24和CD44的表达与癌细胞的侵袭性密切相关[14]。在关于癌细胞侵袭性、黏附分子和NDRG2相关性的研究中发现，当NDRG2低表达时，CD24和CD44表达水平增高，癌细胞的侵袭性也明显增强，反之则下降[15-16]。亦有研究证明，上调NDRG2可抑制CD24的生物作用，从而发挥抑癌作用，在27%的早期大肠癌组织中检测到NDRG2超甲基化，在晚期大肠癌超甲基化更为显著，而正常结肠组织却未见甲基化，认为NDRG2启动子甲基化与肿瘤发生、进展关系密切[17]。基质金属蛋白酶可分解组织细胞外的基质蛋白，对癌细胞转移到淋巴管和血管起着至关重要的作用。有关研究发现，上调NDRG2表达后，癌组织中的基质金属蛋白酶水平明显下降，癌细胞的侵袭性下降，反之则升高[18]。马勇政等[19]的研究显示，NDRG2可通过调控肝细胞生长因子/肝细胞生长因子受体信号通路，发挥细胞增殖抑制的功能。以上结果提示，NDRG2在结直肠癌细胞的转移过程中同样也起着重要的调节作用。NDRG2和TNM分期的相关性研究结果显示，Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期的病例中，NDRG2表达量均与患者的预后呈正相关，NDRG2低表达组的结直肠癌病例术后生存时间更短、分期更晚[20]。诸多的研究结果均提示，NDRG2的表达水平可作为结直肠癌病例预后的独立因素，当然这还需要大样本、前瞻性的临床研究来验证。

2.3NDRG2与结直肠癌基因靶向治疗的相关性目前研究认为，结肠上皮细胞遗传学的改变是导致结直肠癌易患性的主要原因(TGF-β和p53基因突变等)。基因突变是人类肿瘤细胞中最多见的遗传学改变。在结肠组织中，基因突变可导致许多抑癌基因的表达降低，甚至不表达，从而诱导结直肠癌的发生、发展[21]。APC基因编码了常染色体遗传性疾病家族性息肉病的肿瘤抑制因子，该基因种系的突变直接导致了家族性多发性腺癌的发生,APC的突变在散发结直肠癌患者中也十分常见，被认为是结直肠癌发生的关键因素[22]。含APC结构域的NDRG2在结直肠癌的发生、发展中起着至关重要的作用。在体内NDRG2、TGF-β、核因子特异性蛋白1(specific protein-1，Sp1)、p21、p15、c-Myc、转录因子Miz-1即Myc结合的锌指蛋白和Smad复合体形成了一个复杂的基因转录调控体系，共同参与对结直肠癌的发生、发展的调控。TGF-β/Smad通路的激活可上调NDRG2的表达；转录因子Sp1与NDRG2启动子相结合可促进TGF-β/Samd通路对NDRG2的正向调控；TGF-β对c-Myc的抑制效应激活了Miz-1 的转录活性，增加NDRG2 的表达水平；c-Myc可通过对NDRG2 启动子的甲基化来发挥对NDRG2的抑制调节；c-Myc的高表达对NDRG2阻滞癌细胞有丝分裂的功能具有抑制作用[23]。在进展期结直肠癌细胞中，TGF-β/Samd通路的突变失活以及TGF-β所诱导的癌基因信号通路的激活，诱导上皮细胞向间质细胞的转变,从而促进肿瘤的侵袭和转移。上皮-间质细胞转化对进展期结直肠癌是一个重要的促进因素，在结直肠癌内可诱导癌细胞的转移、抵抗化疗药物以及维持肿瘤干细胞的表型等[24-25]。目前尽管参与结直肠癌演变的大量遗传学分子框架已经基本明了，在临床上也出现了一些针对结直肠癌的分子靶向治疗，但疗效却不尽如人意。因此，寻找新的研究策略和基因靶点是目前肿瘤基因治疗研究领域亟待解决的问题。

3小结

有资料表明，国内结直肠癌患者的术后5年生存率约为50%，美国结直肠癌患者的5年生存率约为64．1%[26]。TNM Ⅱ期结直肠癌病例术后复发率约为20%，术后是否化疗存在很大的争议[27]。尽管个体化和多学科联合治疗模式已被医学界广泛接受和认可，但手术、术后辅助放化疗仍为结直肠癌的主要治疗手段[28]。在传统治疗手段发展潜力空间有限的前提下，NDRG2有望在基因治疗领域实现这一历史性突破，为结直肠癌的发病机制的研究、临床诊治及预后判断提供新的思路。

参考文献

[1]Cunningham D,Atkin W,Lenz HJ,etal.Colorectal cancer[J].Lancet，2010,375(9719):1030-1047.

[2]Siegel R,Naishadham D,Jemal A.Cancer statistics for Hispanics/Latinos，2012[J].CA Cancer J Clin，2012,62(5):283-298.

[3]邓艳春,药立波,刘新平,等.人脑内一含有ACP样结构域新基因的发现[J].生物化学与生物物理进展,2001,28(1):72-76.

[4]Qu X,Zhai Y,Wei H,etal.Characterization and expression of three novel differentiation-related genes belong to human NDRG gene family[J].Mol Cell Biochem，2002,229(1/2):35-44.

[5]Okuda T，Kondoh H．Identification of new genes ndr2 and ndr3 which are related to Ndrl/RTP/Drgl but show distinct tissue specificity and response to N-myc[J]．Biochem Biophys Res Commun,1999,266(1)：208-215.

[6]Hu XL,Liu XP,Deng YC，etal.Expression analysis of the NDRG2 gene in mouse embryonic and adult tissues[J].Cell Tissue Res，2006，325(1):67-76.

[7]Liu N,Wang L,Li X,etal.N-myc downstream-regulated gene 2 is involved in p53-mediated apoptosis[J].Nucleic Acids Res,2008,36(16):5335-5349.

[8]Boulkroun S，Fay M，Zennaro MC，etal．Characterization of rat NDRG2(N-Myc downstream regulated gene 2)，a novel early mineralocorticoid-specific induced gene[J]．J Biol Chem，2002，277(35)：31506-31515．

[9]Lorentzen A,Vogel LK,Lewinsky RH,etal.Expression of NDRG2 is down-regulated in high-risk adenomas and colorectal carcinoma[J].BMC Cancer,2007,7:192.

[10]Mitchelmore C，Buchmann-Moller S，Rask L，etal.NDRG2：a novel Alzheimer′s disease associated protein[J].Neurobiol Dis，2004，16(1)：48-58.

[11]Massague J,Blain SW,Lo RS.TGFbeta signaling in growth control,cancer,and heritable disorders[J].Cell，2000，103(2):295-309.

[12]徐春盛,施海,张健,等.丁酸钠诱导结肠癌细胞分化过程中NDRG2的表达及意义[J].第四军医大学学报，2009，30(1):14-16.

[13]Takahashi K,Yamada M,Ohata H,etal.Ndrg2 promotes neurite outgrowth of NGF-differentiated PC12 cells[J].Neurosci Lett,2005,388(3):157-162.

[14]Moriyama M,Matsumura H,Shioda J，etal.Measurement of human intercellular adhesion molecule 1 in the blood is useful for predicting the occurrence of hepatocellular carcinomas from chronic hepatitis C and liver cirrhosis [J].Intervirology,2006,49(6)：327-338.

[15]Baumann P,Thiele W,Cremers N，etal.CD24 interacts with and promotes the activity of c-src within lipid rafts in breast cancer cells,thereby increasing integrin-dependent adhesion [J].Cell Mol Life Sci,2012,69(3)：435-448.

[16]Ma J，Liu W，Yan X，etal．Inhibition of endothelial cell proliferation and tumor angiogenesis by up-regulating NDRG2 expression in breast cancer cells[J].PLoS One,2012,7(2):e32368．

[17]Jeschke J，Van Neste L，Glockner SC，etal．Biomarkers for detection and prognosis of breast cancer identified by a functional hypermethylome screen[J].Epigenetics,2012，7(7):701-709．

[18]Shon SK,Kim A,Kim JY，etal.Bone morphogenetic protein-4 induced by NDRG2 expression inhibits MMP-9 activity in breast cancer cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,385(2):198-203.

[19]马勇政，韦伊芳，药立波，等.NDRG2调控HGF/c-MET通路抑制结肠癌细胞的增殖[J].现代肿瘤医学，2014，22(7)：1479-1482.

[20]Li SJ，Wang WY，Li B，etal．Expression of NDRG2 in human lung cancer and its correlation with prognosis[J]．Med Oncol，2013，30(1):421．

[21]Zhang B,Halder SK,Kashikar ND，etal.Antimetastatic role of Smad4 signaling in colorectal cancer[J].Gastroenterology，2010，138(3):969-980.

[22]李飞.APC基因与大肠癌关系研究进展[J].肿瘤学杂志，2010，16(2):108-110.

[23]Zhang J,Li F,Liu X，etal.The repression of human differentiation-related gene NDRG2 expression by Myc via Miz-1-dependent interaction with the NDRG2 core promoter[J].J Biol Chem，2006，281(51):39159-39168.

[24]Polyak K，Weinberg RA.Transitions between epithelial and mesenchymal states:acquisition of malignant and stem cell traits[J].Nat Rev Cancer，2009，9(4):265-273.

[25]Schroy P,Rifkin J,Coffey RJ,etal.Role of transforming growth factor beta 1 in induction of colon carcinoma differentiation by hexamethylene bisacetamide[J].Cancer Res，1990，50(2):261-265.

[26]Jemal A，Siegel R，Ward E，etal．Cancer statistics,2009[J].CA Cancer J Clin，2009，59(4)：225-249．

[27]Michel P,Merle V,Chiron A,etal.Postoperative management of stage Ⅱ/Ⅲ colon cancer:a decision analysis[J].Gastroenterology，1999，117(4):784-793.

[28]André T,Boni C,Navarro M，etal.Improved overall survival with oxaliplatin,fluorouracil,and leucovorin as adjuvant treatment in stage Ⅱ or Ⅲ colon cancer in the MOSAIC trial[J].J Clin Oncol，2009，27(19):3109-3116.

摘要：抑癌基因NDRG2是多种肿瘤组织与正常组织间的差异表达基因，参与调节肿瘤细胞的增殖与分化,在肿瘤的发生、发展和转归中起重要的调节作用。在结直肠癌组织中，NDRG2表达量明显低于正常组织,且NDRG2低表达病例分期更晚、预后更差。目前尽管参与结直肠癌演变的大量遗传学分子框架已经基本明了，但NDRG2的生物学功能尚未完全阐明,其在结直肠癌基因治疗领域的价值还需探索。

关键词：结直肠癌；NDRG2；基因治疗

Research Progress of NDRG2 in Gene Therapy for Colorectal CancerLIUCai-xiaa，LIUBob.(a.DepartmentofOncology,b.DepartmentofGeneralSurgery,InnerMongoliaMedicalUniversityAffiliatedHospital，Hohhot010059，China)

Abstract：The tumor suppressor gene N-myc down-stream regulated gene 2 (NDRG2) is a kind of differential expression gene involved in tumor tissue and normal tissue,which is related to cell proliferation and differentiation,participates in the occurrence,development and prognosis of tumor.The expression of NDRG2 in colorectal cancer is significantly lower than that in normal tissue.The lower the expression of NDRG2,the later the staging and the poorer prognosis.At present,although the framework of molecular genetics involved in colorectal cancer development has been basically clear,the biological function of NDRG2 is still not entirely elucidated, and its value in colorectal cancer gene therapy needs further exploration.

Key words：Colorectal cancer； N-myc down-stream regulated gene 2； Gene Therapy

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-04-07编辑：郑雪

基金项目：内蒙古自然科学基金(2013MS1189)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.013

中图分类号：R730.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)15-2723-03