细胞凋亡基因GRIM-19研究进展*

赵　祯，沈国华 综述，蔡华伟 审校

(四川大学华西医院核医学科,成都 610041)



·综述·

细胞凋亡基因GRIM-19研究进展*

赵祯，沈国华 综述，蔡华伟△审校

(四川大学华西医院核医学科,成都 610041)

GRIM-19；细胞凋亡；肿瘤；维甲酸；干扰素

2000年，Angell等[1]用反义RNA 敲除技术从乳腺癌细胞中，在维甲酸(retinoic acid,RA)/干扰素(interferon,IFN)联合应用诱导筛选鉴定出的促细胞凋亡基因(gene associated with retinoid/ interferon induced mortality 19，GRIM-19)。GRIM-19蛋白高表达可促进细胞凋亡，而低表达可能与肿瘤细胞的异常增殖有关[2]。本文就GRIM-19的结构、促凋亡作用机制、组织分布及其在肿瘤治疗中的作用，综述如下。

1　GRIM-19结构和促凋亡作用机制

GRIM-19是GRIM家族中分子量最小的一个，定位于人体19号染色体p13.1，全长16 000 bp，可以编码含144个氨基酸残基的蛋白质，分别有7-和93-bp、59-和39-bp非翻译区序列[1]。GRIM-19在大多数细胞的细胞质和细胞核中均有分布，是线粒体NADH脱氢酶Ⅰ复合物的组成成分，在线粒体Ⅰ型呼吸过程中起着重要作用[3-4]。RA是维生素A的生物活性代谢产物，对多种肿瘤，如急性早幼粒细胞性白血病、头颈部肿瘤等具有诱导细胞分化和促进凋亡的作用[5]。IFN是一族具有多种功能的多肽分子复合物，具有抗病毒、抗增生和免疫调节作用，在宿主抗病毒和抗肿瘤免疫防御中发挥核心作用[6]。RA或IFN单独诱导GRIM-19 基因转录和蛋白表达能力很弱，但RA/IFN联合使用可促使GRIM-19表达能力明显增强[7]。骨肉瘤细胞中加入RA/IFN ，GRIM-19表达增加，与其结合的转录信号转导子与激活子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)也增多。RA/IFN联合应用抑制肿瘤细胞增殖并诱导凋亡，其机制可能是通过上调GRIM-19表达，进而下调STAT3表达实现的[8]。STAT3在生长因子、细胞因子的刺激下发生酪氨酸磷酸化而被活化，启动酪氨酸激酶(janus kinase,JAK)-转录信号转导子与激活子(signal transducers and activators of transcription,STAT)信号传导通路，上调凋亡抑制因子[如B淋巴细胞瘤-2 (B cell lymphoma-2,Bcl-2)、B淋巴细胞瘤-XL(B cell lymphoma-XL,Bcl-XL)]和细胞周期调节因子[如细胞周期蛋白 (cyclin)、细胞周期调节基因(c-myc)]的表达，导致细胞异常增殖，与多种肿瘤形成有关。阻断STAT3信号通路，可抑制细胞异常增生，诱导凋亡。GRIM-19与STAT3特异性结合，抑制STAT3通路，下调cyclin、c-myc、Bcl-2、Bcl-XL等下游基因的表达，促进细胞凋亡。GRIM-19和STAT3特异性结合需要转录激活域和Ser-727残基[9]。GRIM-19还通过抑制细胞黏附分子(CAM)的酪氨酸磷酸化(如E-钙黏蛋白、局部黏附激酶、paxillin)，阻碍酪氨酸激酶(Sarcoma，Src)家族诱导的细胞恶性转化和迁移[10]。

2　GRIM-19组织分布

GRIM-19在人体正常组织中普遍存在，尤其在心脏和骨骼肌中表达较高，但在肿瘤组织中表达降低或缺失[11]。

2.1肺癌Fan等[12]对51例肺疾病患者(16例鳞癌、15例腺癌、10例小细胞癌、10例慢性炎症)研究后发现，与慢性炎症患者相比，GRIM-19在鳞癌、腺癌、小细胞癌中的表达均降低。与鳞癌和腺癌患者相比，GRIM-19在小细胞癌中的表达更低。GRIM-19在鳞癌和腺癌患者中的表达，差异无统计学意义(P>0.05)。GRIM-19在肺慢性炎症组织中主要位于细胞质，而在鳞癌和腺癌组织中主要定位于细胞核。GRIM-19随肺癌恶性程度升高而显著降低或者缺失，分布由胞质转入细胞核，GRIM-19低表达可能与肺癌的发生、发展相关。GRIM-19在肺癌组织中的阳性率为55.1%(27/49)，在癌旁正常组织中的阳性率为93.8%(46/49)，GRIM-19在癌组织中的表达低于癌旁正常组织[13]。肺癌Ⅰ期GRIM-19阳性率为78.6%(11/14)，Ⅱ期48.1%(13/27)，Ⅲ～Ⅳ期12.5%(1/8)，GRIM-19阳性率与肺癌临床分期呈负相关，与年龄、性别、吸烟指数、淋巴结转移无关[13]。

2.2肝癌55例肝细胞癌和非癌组织中[14]，GRIM-19在肝细胞癌的表达低于非癌组织，p-STAT3在肝细胞癌的表达高于非癌组织，GRIM-19与p-STAT3呈负相关。GRIM-19表达与临床分期、门脉癌栓有关，与性别、年龄、甲胎蛋白、肿瘤大小、肝硬化、淋巴结转移无关；GRIM-19低表达和p-STAT3高表达可能与肝细胞癌发生、发展、侵袭力有关。实时定量PCR结果显示，83例肝癌组织中52例(62.65%)GRIM-19表达低于对应癌旁组织，亦低于8例正常肝组织[15]。GRIM-19表达与临床分期、微血管浸润和包膜浸润有关。

2.3乳腺癌20例乳腺癌患者的108个癌组织样本和20个癌旁组织样本免疫组织化学结果显示[16]，GRIM-19在癌组织中的表达低于癌旁组织，STAT3在癌组织中表达高于癌旁组织，GRIM-19、STAT3表达呈负相关性；GRIM-19低表达和STAT3高表达是乳腺癌发生与发展的影响因素之一。GRIM-19在乳腺癌Ⅰ/Ⅱ期患者的表达高于Ⅲ期，与GRIM-19表达阳性者相比，GRIM-19表达阴性者更容易发生乳腺癌淋巴结转移，表明GRIM-19与乳腺癌的临床分期和淋巴结是否转移密切相关。该研究同时显示，年龄、组织分型与GRIM-19表达无相关性。

2.4宫颈癌20例正常子宫颈组织、35例子宫颈上皮内瘤变Ⅰ(cervical intraepithelial neoplasia Ⅰ,CINⅠ)、30例CINⅡ、30例CIN Ⅲ、20例子宫颈癌组织免疫组织化学结果显示[17]，GRIM-19阳性表达率分别为100%、80.0%、76.7%、43.3%、5.0%，表明GRIM-19阳性表达率与子宫颈病变恶性程度呈负相关。Cheng等[17]对200例子宫颈非典型鳞状细胞增生、200例低度鳞状上皮内病变、200例高度鳞状上皮内病变、200例鳞状细胞癌研究后发现，GRIM-19阳性表达率分别为83.5%、68.0%、39.5%、2.5%，高危型人乳头状瘤病毒(high-risk human papillomaviruses，HR-HPV)感染阴性者和阳性者，GRIM-19阳性表达率分别为67.2%(160/238)和40.4%(227/562)，表明GRIM-19阳性表达率与HR-HPV感染呈负相关，GRIM-19表达减少可能是HR-HPV感染的结果，而HR-HPV持续感染是子宫颈癌发生的关键因素之一。GRIM-19 N端的第1-35位氨基酸残基与HPV E6蛋白结合，抑制E6-E6AP复合体形成，减少p53蛋白泛素化降解，促进细胞凋亡[18]。

2.5其他肿瘤同样，在胃癌[19]、食管癌[20]、前列腺癌[21]、膀胱癌[22]、卵巢上皮性癌[23]、神经胶质瘤[24]、甲状腺Hurthle细胞肿瘤[25]中，GRIM-19均有不同程度的表达降低、缺失甚至突变。因此，GRIM-19在多种人类恶性肿瘤中表达明显降低，且其表达与肿瘤的恶性程度和预后密切相关。

3　GRIM-19与肿瘤治疗

单用全反式维甲酸(all-trans retinoic acid，ATRA)、单用IFN-β和联合应用ATRA+IFN-β对人骨肉瘤细胞株MG-63的48 h生长增殖抑制率分别为(0.215±0.010)%、(0.225±0.005)%和(0.705±0.014)%，与单用药组比较，ATRA+IFN-β组对细胞的抑制作用明显增强[7]。ATRA组、IFN-β组和ATRA+IFN-β组，GRIM-19 mRNA表达分别为1.020±0.147、1.090±0.055和1.620±0.095，STAT3 mRNA表达分别为0.700±0.047、0.670±0.029、0.120±0.032，与单用药组比较，ATRA+IFN-β组中GRIM-19表达增高、STAT3表达降低。ATRA+IFN-β联合应用对MG-63细胞的促凋亡作用明显增强，可能与GRIM-19高表达，与STAT3特异性结合，使STAT3低表达有关。王同等[26]成功构建稳定表达GRIM-19的肺腺癌SPC-A1细胞株(SPC-A1/GRIM-19)，肿瘤细胞增殖明显受到抑制。与对照组SPC-A1/CON比较，SPC-A1/GRIM-19组48 h吸光度值降低，GRIM-19蛋白升高，STAT3蛋白降低，肿瘤体积较小。与空载体对照组比较，GRIM-19能增强顺铂耐药人肺腺癌A549细胞对化疗药物的敏感度，耐药逆转倍数为3.70±0.91，可能与下调STAT3、血管内皮细胞生长因子和P-糖蛋白的表达有关[27]。Hao等[15]研究显示，高侵袭力肝癌细胞株MHCC-97H、Huh-7中GRIM-19的表达低于低侵袭力细胞株HL-7702、MHCC-97L，GRIM-19低表达可能与增强肝癌细胞的侵袭力有关。存活素(Survivin)属于凋亡抑制蛋白，在大多数恶性肿瘤组织中高表达，在正常人体组织中无表达或低表达，利用RNA干扰技术可降低细胞内Survivin 的转录和表达抑制肿瘤生长[28]。Liu等[21]将GRIM-19和siRNA-Survivin共表达质粒转染至人前列腺癌DU145细胞，高表达GRIM-19同时沉默Survivin，两个基因之间可协同杀伤肿瘤细胞，较单基因治疗更有效抑制肿瘤生长。psi-Survivin、pGRIM-19和pGRIM-19-si-Survivin转染DU145细胞，Survivin表达水平分别为0.55±0.05、0.62±0.08和0.35±0.05，GRIM-19表达水平分别为1.93±0.14、2.57±0.20和4.12±0.21，转染72 h后细胞增殖率分别为(43.4±4.3)%、(51.3±6.7)%和(26.8±7.1)%，与psi-Survivin和pGRIM-19组比较，pGRIM-19-si-Survivin抑制细胞增殖作用明显增强。3组重组质粒转染DU145细胞并接种至裸鼠，至70 d处死裸鼠时，肿瘤体积分别为(671.36±165.11)mm3、(857.29±170.07)mm3和(284.33±57.33)mm3，瘤体重量分别为(2.04±0.71)g、(2.62±0.75)g和(1.26±0.42)g，pGRIM-19-si-Survivin组肿瘤体积明显缩小，瘤重明显减轻。p-SiRNA Survivin/GRIM-19转染人喉癌Hep-2细胞[29]、pSi-Stat3-GRIM-19转染甲状腺癌SW579细胞[30]，亦可促进细胞凋亡，延缓肿瘤生长。

4　结语与展望

GRIM-19异常表达或突变，可能与多种肿瘤形成有关，在肿瘤放化疗过程中有重要作用。目前对GRIM-19研究取得一定进展，但仍有许多问题需进一步研究，如GRIM-19表达调控和细胞定位、GRIM-19与其他凋亡基因的关系、有无其他分子弥补GRIM-19功能等需进一步研究。

[1]Angell JE,Lindner DJ,Shapiro PS,et al.Identification of GRIM-19,a novel cell death-regulatory gene induced by the interferon-beta and retinoic acid combination,using a genetic approach[J].J Biol Chem,2000,275(43):33416-33426.

[2]Kalakonda S,Nallar SC,Jaber S,et al.Monoallelic loss of tumor suppressor GRIM-19 promotes tumorigenesis in mice[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2013,110(45):E4213-4222.

[3]Tammineni P,Anugula C,Mohammed F,et al.The import of the transcription factor STAT3 into mitochondria depends on GRIM-19,a component of the electron transport chain[J].J Biol Chem,2013,288(7):4723-4732.

[4]Chen Y,Lu H,Liu Q,et al.Function of GRIM-19,a mitochondrial respiratory chain complex I protein,in innate immunity[J].J Biol Chem,2012,287(32):27227-27235.

[5]Liu Y,He P,Liu F,et al.Tetra-arsenic tetra-sulfide (As4S 4) promotes apoptosis in retinoid acid -resistant human acute promyelocytic leukemic NB4-R1 cells through downregulation of SET protein[J].Tumour Biol,2014,35(4):3421-3430.

[6]Zhao B,Yan J,Wu H,et al.Interferon-γ and its pathway-associated gene expression in the vaginal tissue of premenopausal females with pelvic organ prolapse[J].Exp Ther Med,2014,8(4):1145-1149.

[7]李甲振，张怀栓，镐英杰，等．全反式维甲酸联合干扰素-β对人骨肉瘤细胞株MG-63的生长抑制作用[J]．中华实验外科杂志，2012，29(2)：308-311．

[8]Nallar SC,Kalakonda S,Lindner DJ,et al.Tumor-derived mutations in the gene associated with retinoid interferon-induced mortality (GRIM-19) disrupt its anti-signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) activity and promote oncogenesis[J].J Biol Chem,2013,288(11):7930-7941.

[9]Shulga N,Pastorino JG.GRIM-19-mediated translocation of STAT3 to mitochondria is necessary for TNF-induced necroptosis[J].J Cell Sci,2012,125(Pt 12):2995-3003.

[10]Kalakonda S,Nallar SC,Lindner DJ,et al.GRIM-19 mutations fail to inhibit v-Src-induced oncogenesis[J].Oncogene,2014,33(24):3195-3204.

[11]Kapoor S.Grim-19 expression and its close association with tumor progression in systemic malignancies[J].Gene,2013,517(2):240.

[12]Fan XY,Jiang ZF,Cai L,et al.Expression and clinical significance of GRIM-19 in lung cancer[J].Med Oncol,2012,29(5):3183-3189.

[13]周爱民，赵继京，叶静，等.GRIM-19蛋白在非小细胞肺癌组织中的表达及其临床意义[J].癌症,2009,28(4):431-435.

[14]Li F,Ren W,Zhao Y,et al.Downregulation of GRIM-19 is associated with hyperactivation of p-STAT3 in hepatocellular carcinoma[J].Med Oncol,2012,29(5):3046-3054.

[15]Hao H,Liu J,Liu G,et al.Depletion of GRIM-19 accelerates hepatocellular carcinoma invasion via inducing EMT and loss of contact inhibition[J].J Cell Physiol,2012,227(3):1212-1219.

[16]Zhou T,Chao L,Rong G,et al.Down-regulation of GRIM-19 is associated with STAT3 overexpression in breast carcinomas[J].Hum Pathol,2013,44(9):1773-1779.

[17]Cheng Y,Zhang HY,Zhou Y,et al.Decreased expression of GRIM-19 and its association with high-risk HPV infection in cervical squamous intraepithelial neoplasias and cancer[J].Clin Invest Med,2014,37(2):E77-84.

[18]Zhou Y,Wei Y,Zhu J,et al.GRIM-19 disrupts E6/E6AP complex to rescue p53 and induce apoptosis in cervical cancers[J].PLoS One,2011,6(7):e22065.

[19]Bu X,Zhao C,Wang W,et al.GRIM-19 inhibits the STAT3 signaling pathway and sensitizes gastric cancer cells to radiation[J].Gene,2013,512(2):198-205.

[20]陈铎，张牧霞．食管鳞癌组织中GRIM-19的表达及意义[J]．肿瘤基础与临床，2014，27(1)：5-7．

[21]Liu YB,Zhang L,Guo YX,et al.Plasmid-based Survivin shRNA and GRIM-19 carried by attenuated Salmonella suppresses tumor cell growth[J].Asian J Androl,2012,14(4):536-545.

[22]彭晓晖，梁培育，欧善际，等．膀胱癌组织中GRIM-19及其靶基因产物STAT3的表达及其相关性的研究[J]．海南医学院学报，2013，19(9)：1201-1203,1207．

[23]邵玉佩，程晓东，万小云.卵巢上皮性癌组织中GRIM-19蛋白的表达及其临床意义[J].中华妇产科杂志,2012,47(10):751-755.

[24]Liu Q,Wang L,Wang Z,et al.GRIM-19 opposes reprogramming of glioblastoma cell metabolism via HIF1α destabilization[J].Carcinogenesis,2013,34(8):1728-1736.

[25]Cameselle-Teijeiro J,Ferreira R,Caramés N,et al.Absence of the BRAF and the GRIM-19 mutations in oncocytic (Hürthle cell) solid cell nests of the thyroid[J].Am J Clin Pathol,2012,137(4):612-618.

[26]王同，武道荣，刘坤贺．上调GRIM-19基因对SPC-A1生长影响观察[J]．中华肿瘤防治杂志，2014，21(5)：337-341．

[27]武道荣，王同，江子丰，等．GRIM-19基因对肺腺癌耐药细胞株A549/DDP药物敏感性及相关基因表达的影响[J]．肿瘤，2012，32(2)：92-98．

[28]赵祯，匡安仁．凋亡抑制蛋白Survivin研究进展[J]．现代生物医学进展，2012，12(24)：4761-4764．

[29]Wen LJ,Gao LF,Jin CS,et al.Small interfering RNA survivin and GRIM-19 co-expression salmonella plasmid inhibited the growth of laryngeal cancer cells in vitro and in vivo[J].Int J Clin Exp Pathol,2013,6(10):2071-2081.

[30]Wang GM,Ren ZX,Wang PS,et al.Plasmid-based Stat3-specific siRNA and GRIM-19 inhibit the growth of thyroid cancer cells in vitro and in vivo[J].Oncol Rep,2014,32(2):573-580.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.14.039

国家自然科学基金资助项目(81201118、81301250)。作者简介：赵祯(1982-)，主治医师，博士，主要从事分子影像研究。△

，E-mail:hw.cai@yahoo.com。

R730.2

A

1671-8348(2016)14-1984-03

2015-11-15

2016-02-29)