TGM3在食管鳞状细胞癌发生、发展中的研究进展

储 玮，肖黎明，郭 勇，李増山

·综 述·

TGM3在食管鳞状细胞癌发生、发展中的研究进展

储 玮，肖黎明，郭 勇，李増山

食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)是具有鳞状细胞分化的恶性上皮性肿瘤，镜下特征性表现为角质细胞样细胞存在细胞间桥和(或)角化。谷氨酰胺转氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)是由TGM3基因编码的蛋白酶，属于催化蛋白谷氨酸残基与赖氨酸残基共价交联的谷氨酰胺转氨酶家族。TGM3主要表达于基层上部的复层鳞状上皮，是角质形成细胞末端分化的关键因子。近年有研究发现TGM3分子在ESCC中从食管正常鳞状上皮到癌变的病理过程中出现表达降低的变化，因此，有学者认为其可以作为ESCC预后的分子学标志物。提示TGM3分子与ESCC的发生、发展有十分密切的关系。现就近年对TGM3分子的结构特点、生物学功能及其在ESCC中的作用做一综述。

食管肿瘤；鳞状细胞癌；食管鳞状上皮内病变；TGM3；CK13；文献综述

食管癌是最常见的六大恶性肿瘤之一，在中国90%以上的食管癌患者为食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)，且大多数患者在确诊时已为中晚期，5年生存率为15%～25%[1-2]。因此，对早期ESCC及癌前病变的筛查显得尤为重要。ESCC的发生、发展是由多因素导致、多分子参与的多步骤过程。目前，多集中在TP53基因突变、Cyclin D1扩增、CDKN2A基因纯合子缺失或重新甲基化、相关miRNA作用、EGFR过表达、APC基因启动子沉默等分子研究[3-5]。

近年有研究表明，谷氨酰胺转氨酶3(transglutaminase 3, TGM3)分子在食管正常鳞状上皮和癌组织中表达明显降低[6]，TGM3主要表达于基层上部的复层鳞状上皮，是角质形成细胞末端分化的关键因子，分析TGM3在ESCC发生、发展中的变化与机制，有望成为ESCC早期检测的分子标志物。本文现就近年TGM3在ESCC发生、发展中的研究进展作一综述。

1 TGM3的生物学功能、结构特点

TGM3是肿瘤抑制基因，位于20q11.2染色体上，cDNA全长2.61 Kb，编码692个氨基酸，编码Protein-glutamine gamma-glutamyltransferase E是一种钙依赖性作用酶，属于催化蛋白谷氨酸残基与赖氨酸残基共价交联的谷氨酰胺转氨酶家族。TGM3广泛表达于小肠、脑、皮肤和黏膜[7]，主要表达于基层上部的复层鳞状上皮，是角质形成细胞末端分化的关键因子，是表皮末端分化的必须作用酶，通过催化谷氨酰胺与赖氨酸残基之间钙依赖性异构肽结合链的形成，在基底层形成蛋白质与蛋白质之间的交联；催化小脯氨酸蛋白质(SPRR1和SPRR2)与Loricrin形成小跨链聚合物，再由TGM1进一步交联，形成角质化细胞套膜骨架。Eckhart等[8]认为如果TGM3的活动受到牵连，可能会扰乱角质形成细胞的正常分化并诱导其发生程序性死亡。该死亡可能会阻止细胞内溶物溢出或坏死，导致危险关联分子模式发生，引发上皮炎症反应，进而导致表皮增生并为肿瘤的生长创造有利环境[9]。角质化细胞套膜的形成缺陷会危害表皮屏障功能，表皮增生是一种损害后的自我平衡，在小鼠实验上表皮完整、炎症反应、增生是致癌的一条重要路径[10]。由此，Stacey等[11]推测TGM3的改变可以对角质细胞的分化起温和但持久的扰乱作用，从而导致皮层屏障功能缺陷，增加癌症的易患性。TGM3在体内还参与钙通路、糖代谢、自身免疫性疾病[12]。分子机制方面启动子的CpG岛甲基化是头颈部癌中TGM3基因沉默的机制[13]。He等[14]报道TGM3旁基因的杂合性缺失可能会导致TGM3的表达下调。

此外，还有一些研究者从TGM3的分子结构阐明它的生物功能与可能的作用机制。有文献报道TGM3的三维分子结构与作用构象研究[15-16]，并推测细胞内Ga2+的变化会促使TGM3构象发生变化被激活[17]。Ahvazi等[16]认为TGM3的催化是依赖于2个二价金属离子。TGM3在不同的结合位点对二价金属阳离子的亲和力有很大的不同。真核细胞在生理状态下静止时，Mg2+浓度为1～2 mmol/L，而Ca2+的浓度最高只有100 nmol/L，所以摩尔比率约104个。因此，他们做出如下推测：TGM3以未激活的酶原形式存在于细胞中，酶原上含有单个Ca2+。TGM3的462～471残基可变环易断裂，导致它被激活。这时酶会获得3个Mg2+，但酶原仍然未被激活。这是一种保护机制，保护TGM3酶避免由于异常转氨基作用导致的水解。只有在微环境中Ca2+浓度到达一定界限时，TGM3酶可以获得1个Ca2+，在结合位点Mg2+被Ca2+取代，这时2个结合位点均被Ca2+占据，Asn和Asp残基会协调发挥作用，导致Asp-Ser环构象发生改变，通道被打开，酶原被激活。但是基底细胞在通道被打开后，发生何种作用尚需进一步实验分析。

2 TGM3在ESCC中的研究现状

TGM3在食管正常鳞状上皮至ESCC发生过程中有较高的特异性表达。Wu等[13]认为TGM3是候选的肿瘤抑制基因，在外源性表达细胞系中研究认为TGM3抑制增殖，加强体外癌细胞的凋亡，在体内抑制肿瘤的生长，与头颈部癌的预后有相关性。TGM3蛋白质含量与头颈部癌组织的病理分化密切相关(P=0.003 7)。生存分析显示TGM3低表达预示患者生存期较差(P=0.000 2)。

Nair等[18-19]利用RT-PCR技术以及Northern杂交技术，检测ESCC组织中TGM3基因在miRNA、cDNA、蛋白质等的特异性表达。Chen等[20]认为，TGM3可以导致角质化细胞套膜形成能力下降，虽然在ESCC形成中TGM3的作用机制尚不十分明确，但其与食管上皮细胞的角化、分化存在相关性。

Liu等[21]利用免疫组化技术检测TGM3在9例新鲜ESCC组织和相应正常黏膜中表达，结果显示TGM3在ESCC组织中与对应正常组织相比其阳性率下降了81.8%(81/99)，TGM3在ESCC中的表达水平显著低于正常食管黏膜。TGM3表达主要与食管癌分期相关，在ESCC的高、中、低分化也明显存在表达差异，呈逐次降低趋势。TGM3表达与食管鳞状细胞、组织学分级呈负相关；与文献报道的TGM3在喉癌、头颈部鳞癌、口腔黏膜白斑导致的口腔鳞癌中表现一致，他们认为在食管癌组织中TGM3表达下调，增加肿瘤的侵袭性，使淋巴结转移率增高。

Uemura等[6]利用激光显微切割技术获得76例新鲜ESCC肿瘤细胞和对应正常鳞状上皮细胞，分别提取蛋白质做2D-DIGE实验，实验结果显示TGM3是一个独立的预后因子，其预后意义要高于淋巴结转移、内部转移和脉管侵犯。作者认为TGM3稳定角质层细胞的这一过程先于角质形成细胞“凋亡”为角质细胞。因此，TGM3下调可能阻断“凋亡”的关键起始反应，从而有利于肿瘤的生存。

国内刘伟[22]采用高通量组织芯片以及免疫组化技术，分析99例ESCC组织中TGM3的表达，结果显示TGM3基因在ESCC中的表达比正常鳞状上皮显著下调，差异具有显著性(P<0.05)；其与ESCC病理分级有关(P<0.05)。采用免疫组化检测TGM3分子在ESCC组织中表达，结果显示TGM3在正常食管鳞状上皮中呈强阳性，在ESCC中呈阴性，差异化明显。

3 TGM3与其他蛋白分子之间的关系

目前，TGM3基因信号通路尚不清楚。复习文献发现TGM3与其他分子之间的关系主要通过共纯化、共结晶、酵母双杂交、基因相互作用等分析手段确立。实验测定与TGM3有关联的蛋白质有USP53、USP32、CALML5、WWOX。文献报道TGM3与CALML5、CystatinM/E存在分子之间的联系。Abdulmajeed等[23]通过对CALML5(又称CLSP蛋白)氨基酸的顺序分析结果表明其与TGM3高度同源；Zeeuwen等[24]认为Cystatin M/E可抑制天冬酰胺内肽酶(LGMN)的不受控水解，但另一方面Cystatin M/E可激活TGM3。

4 总结与展望

目前，临床检测早期ESCC的方法有balloon细胞学筛选、Lugol染色内镜检查、内镜窄带成像术，这些方法均各有利弊[25-26]，其中组织学检查主要依靠活检病理诊断标准。食管鳞状上皮内病变是正常鳞状上皮发展为ESCC的早期组织学变化。上皮内病变具有组织结构异型性和细胞学异型性。组织结构异型性包括细胞排列紊乱、极向消失及上皮向下生长[27]。细胞学异常包括核增大、深染，细胞核与细胞质比例增大，核分裂象增多。在低级别上皮内病变(low-grade intraepithelial neoplasia, LGIEN)中，细胞异型性局限于上皮的下1/2处；而高级别上皮内病变(high-grade inraepithelial neoplasia, HGIEN)则累及上皮的上1/2处，且细胞学异型较LGIEN更明显。但这项诊断因存在主观性，受到质疑。一些分类系统，如维也纳分类系统把上皮内病变分为一类，归于不确定的发育不良组织，这很难确定增生组织是瘤性的还是非瘤性的[28]。与ESCC对鳞状上皮损伤分类没有标志物不同，子宫颈和口腔组织已有可用于临床确定分级的诊断标志物[29-30]。近年随着ESCC分子标志物筛选工作的开展，已有新的分子标志物涌现[31-32]，这其中TGM3分子备受关注，因其表达于基层上部的复层鳞状上皮，是角质形成细胞末端分化的关键因子；且TGM3在正常鳞状上皮和癌组织出现非常明显的差异化表达，但TGM3的分子机制与通路分析十分欠缺。目前，关于TGM3在癌组织中与正常鳞状上皮中表达急剧下降的原因仍未阐明。另外，TGM3在LGIEN和HGIEN中是否出现表达的变化也尚不清楚。因此，对TGM3分子机制与通路的进一步深入分析是十分必要的。

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国家重点实验室开放课题基金(CBSLK201313)

第四军医大学西京医院病理科，西安 710032

储 玮，女，助理研究员。E-mail: chuwei2010@163.com 李增山，男，教授，通讯作者。E-mail: lizsh72@fmmu.edu.cn

时间：2017-5-17 23:53 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170517.2352.017.html

R 363.1+4

A

1001-7399(2017)05-0547-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.05.017

接受日期：2017-03-03