Pannexin与肿瘤相关性的研究进展*

牟妍希， 汪令伟， 王 林

(大连大学附属新华医院胸外科， 辽宁 大连 116021)

Pannexin与肿瘤相关性的研究进展*

牟妍希， 汪令伟， 王 林△

(大连大学附属新华医院胸外科， 辽宁 大连 116021)

泛连接蛋白； 肿瘤； 缝隙连接

缝隙连接(gap junction，GJ)是细胞间相互连接沟通的常见通道之一，每个缝隙连接跨越2个相邻细胞的胞膜，从而直接连接2个细胞的胞质。GJ由2个半通道(hemichannels)或称缝隙连接子对接而成。缝隙连接通道的亚单位——缝隙连接半通道在脊椎动物中是由缝隙连接蛋白(connexin， Conx)或泛连接蛋白(pannexin， Panx)构成的跨膜六聚体在相邻细胞中相互对接形成的中管道，介导小分子的沟通，从而实现细胞间物质和信息的快速交流[1]。Phelan等[2]2000年在节肢动物、线虫、鸡、老鼠和人类等多种物种中克隆出与无脊椎动物中innexin通道蛋白基因同源的基因序列，这个蛋白序列在动物界广泛分布，Phelan等建议将其命名为pannexin (pan意为所有的、遍及各处的; nexus意为联系、结合)。Panx蛋白主要包括3种亚型：Panx1、Panx2和Panx3。Panx1可以形成同聚体通道或与Panx2形成异聚体通道，Panx2和Panx3均不能独立形成同聚体通道[3]。

1Panx的分布和表达

到目前为止，Panx蛋白的3个亚型在人与小鼠中的基因中都已得到克隆。Panx1基因位于人类染色体11q4.3，是CRSP6 和MRE11之间的一个700 bp的片段；Panx2基因位于22q13.31～q13.33；Panx3基因位于11q24.2，长度为150 bp[1]。已有报道Panx1蛋白在大多数哺乳动物组织中广泛表达; Panx2主要表达于中枢神经系统的神经元中，与神经元的调节相关联，使神经祖细胞与成熟的神经元差异性表达; Panx3主要表达于角质形成细胞、软骨细胞和成骨细胞，调节细胞的增殖和分化[4]。

2Panx通道的作用机制及可能与肿瘤的关系

Panx1通道可通过膜变形、细胞内钙离子和细胞外钾离子浓度增加、受体介导的信号转导通路、蛋白水解C端远端等机制而被激活。一旦Panx1通道被激活，该通道将产生电压依赖性电流并允许大分子通过[4]。Panx1的完全活性构象呈现一个外向整流电导即电压依赖性Panx1电流，由Panx1的六聚体形成的跨膜通道pannexon在逐级去除每个亚基的C末端后逐级激活通道形成特殊的开放构象，调控门控通道，调节离子和大分子的通过，改变细胞渗透性从而调控细胞功能和信号[4]。在生理条件下，Panx1通道的开放频繁且短暂，是为了防止重要的细胞结构发生透析[5-6]。胞外大量长时程、高剂量的ATP可与P2X7受体作用后通过调节Panx1通道开放，大量胞质透出而引起细胞死亡[7]。

有研究证实肿瘤的发生发展与缝隙连接通道的功能障碍有关，Conx对肿瘤发生发展的抑制作用已被证实[4]，但Panx与肿瘤的相关性仍不完全清楚，以下我们将主要集中近年来所发表的Panx与肿瘤相关的研究，探讨Panx与各种肿瘤发生发展的潜在关系及其在肿瘤干预治疗中的潜在应用。

3Panx在不同肿瘤中的差异性表达及其临床意义

目前对于Panx与肿瘤关系的研究并不完善，在Panx1、Panx2和Panx3这3种通道中，Panx1在人体的分布最为广泛，与肿瘤的关系也较为密切，它在大多数肿瘤中的表达量升高，在少数肿瘤中表达量降低；研究发现Panx2在肿瘤中多是作为抑癌基因存在，多数肿瘤组织Panx2的表达含量减少；Panx3主要与炎症反应有关，如对牙髓炎的抑制作用[8]，与肿瘤关系的研究尚未见报道。

3.1Panx1表达上调的肿瘤 多数实验报告中显示，在大部分肿瘤中Panx1的表达是上调的。最近有研究显示，在大多数的胸部肿瘤、结肠癌、肺癌、尿路上皮癌、胃癌及70%左右的人黑色素瘤中表现为Panx1的表达升高[9]，在人类白血病的淋巴细胞中Panx1的表达也要高于正常人体的T淋巴细胞[10]。并且许多实验结果显示，部分肿瘤中Panx1表达的上调与肿瘤的浸润、转移及临床预后有关，Penuela等[11]研究发现在正常小鼠黑色素细胞中Panx1呈现低表达，但在小鼠黑色素瘤B16-BL6细胞系中Panx1的表达增多且该肿瘤的侵袭性与Panx1水平直接相关，未在该细胞系中检测到Panx2或Panx3表达；在敲除黑色素瘤B16-BL6细胞系Panx1基因后，该癌细胞的细胞形态可以恢复到正常表型，同时黑色素的合成增多，肿瘤组织的迁移和增殖减少，并影响波形蛋白等恶性标志物的表达。在Panx1高表达的乳腺癌中，乳腺癌患者的总体生存率(overall survival，OS)、无复发转移率(relapse-free survival，RFS)和无远处转移率(distant metastasis-free survival，DMFS)较差，提示Panx1可能是乳腺肿瘤的推动者[12]。Furlow等[12]也证实Panx1通道的活动是促进乳腺癌肺转移的关键，可以增加转移性肿瘤细胞在外渗中的存活。Panx1在乳腺内的高表达与乳腺癌病人较差的临床预后有重要关系[11]。高表达的Panx1也与肝癌细胞系、侵袭性多发性骨髓瘤细胞株的转移扩散有关[13-14]。

3.2Panx1表达下调的肿瘤 正常的胆囊组织和胆囊腺癌免疫组化检测Panx1，染色结果显示与正常人的胆囊相比，胆囊腺癌中的Panx1呈现低表达状态[15]。另外，Panx1表达下调是在非黑色素皮肤癌的标本中。Panx1和Panx3在正常人的皮肤中都有表达，但在基底或鳞状细胞癌的免疫组化染色中未检测出Panx1和Panx3的表达，这种在上皮细胞肿瘤中Panx1和Panx3的明显下调可能的作用是对抗角化细胞的转化而起到保护作用[16]，也有可能在最初表达Panx蛋白的肿瘤中会以更高的速率通过角质细胞的生命周期增殖、分化和进行程序性细胞死亡，因此不能检测到晚期皮肤癌活检[17]。

3.3Panx2与肿瘤的关系 已有研究指出Panx2在抑制脑肿瘤和肝细胞癌的生长中起着重要的作用，基因芯片分析表明Panx2在神经胶质瘤中的表达减少，最直接的研究是以Panx2的表达量判断神经胶质瘤患者在诊断肿瘤后的生存率，在这项研究中探讨了Panx2和神经胶质瘤可能存在的反向相关关系, 并且在星形细胞瘤、惰性星形胶质母细胞瘤和少突胶质细胞瘤中Panx2表达均有下调[18]。在人类肿瘤样本中Panx2基因表达差异Kaplan-Meier生存曲线中显示Panx2的表达高低与患者的生存率呈正相关[18]。在转录水平上，C6胶质瘤细胞系和胶质母细胞瘤系与正常星形胶质细胞和人脑相比，Panx2的mRNA在C6胶质细胞瘤中的表达下调，人胶质母细胞瘤中Panx2的表达减少或缺如[19]。有研究表明，Panx2在神经胶质瘤中减少，因此可以帮助预测胶质瘤患者的预后，并且恢复Panx2可以降低肿瘤的致瘤性[20]。

4Panx与肿瘤的治疗

由于Panx与众多肿瘤的侵袭、转移及预后相关，因此可以作为潜在的肿瘤标志物和肿瘤的治疗靶点。近年有大量文献报道一些化疗药物在诱导肿瘤细胞凋亡过程中，Panx1通道介导ATP的释放，进而ATP与胞膜表面的P2Y受体结合并激活三磷酸肌醇(inositol triphosphate， IP3)通路，IP3通路是细胞凋亡调节的第二信使，通过诱导Ca2+的释放引起细胞凋亡[21]。研究证实应用Panx1通道抑制剂胃酮(carbenoxolone，CBX)后可以明显降低化疗药物顺铂诱导睾丸癌I-10细胞凋亡的作用，这可能是由于CBX抑制了Panx-1通道释放ATP，使IP3含量减少进而影响细胞的凋亡[22]。而另一种Panx1通道抑制剂丙磺舒(probenecid，PBN)已作为一种有效的辅助治疗应用于敏感的乳腺癌细胞和增强二磷酸盐抗肿瘤的效果[23]。Panx能否应用于肿瘤的治疗仍然需要大量的研究，相信这是一个值得我们去探索的领域。

5小结和展望

肿瘤的发生发展是一个复杂的进程，关系到许多病理生理过程，肿瘤与Panx通道的关系也是一个复杂的过程。自从Panx在脊椎动物中发现以来，Panx蛋白得到了广泛的关注，但Panx发现的时间尚短且其功能较复杂，仍有诸多问题需要深入的研究，例如：在各种条件下Panx通道对于肿瘤的调控机制并不十分明确，需要进一步深入的研究；Panx通道在肿瘤中的作用，目前研究的也较少，且主要的研究对象在于Panx1通道，对Panx2和Panx3的研究相对较少。相信随着对Panx蛋白的深入研究，更多的与肿瘤相关的调控机制会被发现，并可能会成为许多肿瘤治疗的干预靶点，对临床的诊疗及肿瘤预后的评估等具有重要的意义。

[1] Zhao HB. Expression and function of pannexins in the inner ear and hearing[J]. BMC Cell Biol, 2016, 17(Suppl 1):16.

[2] Phelan P, Bacon JP, Davies JA, et al. Innexins: a family of invertebrate gap-junction proteins[J]. Trends Genet, 1998, 14(9):348-349.

[3] Baranova A, Ivanov D, Petrash N, et al. The mammalian pannexin family is homologous to the invertebrate innexin gap junction proteins[J]. Genomics, 2004, 83(4):706-716.

[4] Jiang JX, Penuela S. Connexin and pannexin channels in cancer[J]. BMC Cell Biol, 2016, 17(Suppl 1):12.

[5] Esseltine JL, Laird DW. Next-generation connexin and pannexin cell biology[J]. Trends Cell Biol, 2016, 26(12):944-955.

[6] Scemes E, Spray DC, Meda P. Connexins, pannexins, innexins: novel roles of "hemi-channels"[J]. Pflugers Arch, 2009, 457(6):1207-1226.

[7] 沈 慧, 尹雅玲, 李超堃， 等. 外源性ATP诱导PC12细胞的膜孔形成[J]. 中国病理生理杂志, 2014, 30(9):1603-1609.

[8] Song F, Sun H, Wang Y, et al. Pannexin3 inhibits TNF-α-induced inflammatory response by suppressing NF-κB signalling pathway in human dental pulp cells[J]. J Cell Mol Med, 2017, 21(3):444-455.

[9] Uhlén M, Fagerberg L, Hallström BM, et al. Proteomics. Tissue-based map of the human proteome[J]. Science, 2015, 347(6220):1260419.

[10]Boyd-Tressler A, Penuela S, Laird DW, et al. Chemotherapeutic drugs induce ATP release via caspase-gated pannexin-1 channels and a caspase/pannexin-1-independent mechanism[J]. J Biol Chem, 2014, 289(39):27246-27263.

[11]Penuela S, Gyenis L, Ablack A, et al. Loss of pannexin 1 attenuates melanoma progression by reversion to a melanocytic phenotype[J]. J Biol Chem, 2012, 287(34):29184-29193.

[12]Furlow PW, Zhang S, Soong TD, et al. Mechanosensitive pannexin-1 channels mediate microvascular metastatic cell survival[J]. Nat Cell Biol, 2015, 17(7):943-952.

[13]Song B, Tang JW, Wang B, et al. Identify lymphatic metastasis-associated genes in mouse hepatocarcinoma cell lines using gene chip[J]. World J Gastroenterol, 2005, 11(10):1463-1472.

[14]Largo C, Alvarez S, Saez B, et al. Identification of overexpressed genes in frequently gained/amplified chromosome regions in multiple myeloma[J]. Haematologica, 2006, 91(2):184-191.

[15]Schalper KA, Carvajal-Hausdorf D, Oyarzo MP. Possible role of hemichannels in cancer[J]. Front Physiol, 2014, 5:237.

[16]Chiu YH, Jin X, Medina CB, et al. A quantized mechanism for activation of pannexin channels[J]. Nat Commun, 2017, 8:14324.

[17]Cowan KN, Langlois S, Penuela S, et al. Pannexin 1 and Pannexin 3 exhibit distinct localization patterns in human skin appendages and are regulaed during keratinocyte differentiation and carcinogenesis[J]. Cell Commun Adhes, 2012, 19(3-4):45-53.

[18]Litvin O, Tiunova A, Connell-Alberts Y, et al. What is hidden in the pannexin treasure trove: the sneak peek and the guesswork[J]. J Cell Mol Med, 2006,10(3):613-634.

[19]Lai CP, Bechberger JF, Naus CC. Pannexin2 as a novel growth regulator in C6 glioma cells[J]. Oncogene, 2009, 28(49):4402-4408.

[20]Xie CR, Sun H, Wang FQ, et al. Integrated analysis of gene expression and DNA methylation changes induced by hepatocyte growth factor in human hepatocytes[J]. Mol Med Rep, 2015, 12(3):4250-4258.

[21]Boyd-Tressler AM, Lane GS, Dubyak GR. Up-regulated ectonucleotidases in fas-associated death domain protein- and receptor-interacting protein kinase 1-deficient jurkat leukemia cells counteract extracellular ATP/AMP accumulation via pannexin-1 channels during chemotherapeutic drug-induced apoptosis[J]. Mol Pharmacol, 2017, 92(1):30-47.

[22]巫剑峰, 董淑英, 武丹丹, 等. Pannexin1通道在顺铂诱导睾丸癌I-10细胞凋亡中的作用[J]. 南方医科大学学报, 2016， 36(11):1456-1460.

[23]Ebert R, Meissner-Weigl J, Zeck S, et al. Probenecid as a sensitizer of bisphosphonate-mediated effects in breast cancer cells[J]. Mol Cancer, 2014, 13:265.

(责任编辑： 陈妙玲， 罗 森)

Progress in relationship between pannexin and tumors

MU Yan-xi, WANG Ling-wei, WANG Lin

(DepartmentofThoracicSurgery,XinhuaHospital,DalianUniversity,Dalian116021,China.E-mail:wanglinbox@sina.com)

Pannexin is a new member of gap junction families which was discovered in 2000 and was widely distributed in humans. Pannexin forms hemichannels and participates in transmission of small molecules and many other pathophysiological processes. Recent studies have found that the abnormal expression of pannexin is related to occurrence and development of tumors. This article reviews the relationship between pannexin and tumors, and aims to provide new ideas for treatment of tumors.

Pannexin; Tumors; Gap junctions

1000- 4718(2017)11- 2110- 03

2017- 05- 12

2017- 07- 26

△通讯作者 Tel: 0411- 84369623； E-mail: wanglinbox@sina.com

R73-3； R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.11.031