生长抑制因子5在肿瘤中的研究进展

林香桃，谈 顺

生长抑制因子5在肿瘤中的研究进展

林香桃，谈 顺

生长抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族属于候选抑癌基因家族，包括ING1～5。ING5是ING家族的新成员，自首次报道以来已发现其有多种功能，如参与细胞周期调控、细胞凋亡和染色质重塑等。研究发现，ING5与肿瘤的发生、发展关系密切，其可能是抗肿瘤治疗的潜在靶点。该文就ING5的生物学特性、肿瘤中的表达、与肿瘤恶性生物学行为的关系以及在肿瘤中的作用机制方面作一综述。

肿瘤；生长抑制因子5；研究进展；文献综述

生长抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族属于候选抑癌基因家族，目前共发现ING1～5五个成员[1]。研究表明，ING家族成员参与细胞周期调控、细胞凋亡和染色质重塑等多种细胞功能[2]。ING5是美国Harris实验室于2003年发现的ING家族新成员，研究者发现ING5过表达明显抑制结肠癌细胞的克隆形成能力[3]。后来研究证实，ING5与多种肿瘤的发生、发展有关，现将ING5在肿瘤中的研究进展作一综述。

1 ING5的结构和生物学特性

ING家族的5个成员分别位于不同的染色体。ING5基因定位于人染色体2q37.3区带，含有8个外显子和7个内含子，编码的cDNA长5 233 bp，其1 068个核苷酸翻译为由240个氨基酸组成的蛋白质，蛋白质的相对分子质量为2.8×104[4]。从氨基末端到羧基末端，ING5蛋白含有亮氨酸拉链样(leucine zipper-like, LZL)结构域、新保守区(novelconserved region, NCR)、核定位信号(nuclear localization signal,NLS)和植物同源结构域(plant homeodomain, PHD)。不同的结构域行使不同的功能。LZL已被证明能促进DNA修复、细胞凋亡和染色质重塑；NCR参与重塑染色质；NLS指导核易位[5]。ING蛋白通过其PHD基序与甲基化核心组蛋白结合，特别是当组蛋白H3的第4位赖氨酸2次或3次甲基化(H3K4me2/3)后，ING5可以识别组蛋白H3[6]。另外，ING5通过PHD锌指基序参与两种组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase, HAT)复合体的形成，包括H4-HBO1-JADE-ING5和H3-MOZ-MORF-BRPF-ING5[7]。两种HAT复合物在人类细胞S期的DNA复制中发挥重要作用。H4-HBO1-JADE-ING5可协同微小染色体维持(minichromosome maintenance, MCM)复合物增强DNA的复制，因为ING5敲低使DNA不能合成，而HBO1敲低使S期细胞增多[3,8]。研究发现，ING5有5种不同的剪接变异体[9]。ING5作为连接组蛋白和HAT的桥梁分子，参与组蛋白修饰和染色质重构，提示ING5可能通过调控基因的表达而发挥抑癌作用。

2 ING5与肿瘤

2.1 ING5在肿瘤中的表达和细胞定位 ING5在不同肿瘤、不同亚细胞中表达不同。61.3%的原发性口腔鳞状细胞癌组织(19/31)中ING5 mRNA水平降低[9]；在肝癌和食管鳞状细胞癌中ING5 mRNA表达量均下降[10-11]；ING5在乳腺癌组织和细胞系中的表达亦均下调[12]。而在头颈部鳞状细胞癌中，胞核ING5表达下降而胞质ING5表达升高，这可能是由于ING5从胞核移位至胞质导致，该变化与肿瘤形成和肿瘤细胞的分化有关[13]。研究发现，18例冷冻结直肠癌标本中有14例ING5的表达较癌旁正常黏膜组织升高，光密度分析进一步证实ING5蛋白在结直肠癌中高表达。胞核ING5在结直肠非肿瘤黏膜、腺瘤和腺癌中阳性率分别为85.1%、65.2%和64.1%，而结直肠癌胞质中ING5的阳性率为84.6%，胞核和胞质ING5共同阳性者占54.2%，ING5的异常表达和核质转移可能在结直肠上皮恶性转化中起重要作用[14]。Xing等[15]在研究胃癌中发现，与胃非肿瘤黏膜相比，ING5 mRNA在胃癌中的表达较高，胞核ING5蛋白在胃癌和不典型增生中的表达较低。胞质ING5蛋白在胃非肿瘤黏膜和转移性癌中的表达高于胃癌和不典型增生，胞核ING5在肠型胃癌中的表达较弥漫型胃癌高。Gou等[5]的研究亦表明，ING5在胃癌中的表达高于正常黏膜。在肺癌中，ING5蛋白和ING5 mRNA在正常组织中的表达明显高于肺癌组织，且胞核ING5的表达水平与Ki-67和胞质ING5的表达呈正相关。在不同的肺癌组织学类型中，ING5的表达水平不同：小细胞癌<大细胞癌<腺癌<鳞状细胞癌[16]。由此推测，ING5的表达及核质移位与肿瘤的发生、发展密切相关，与某些肿瘤的组织学类型也有一定关系。

大量实验表明，ING5在肿瘤中很少发生突变。在口腔鳞状细胞癌中，通过RT-PCR和DNA直接测序发现31例中有3例存在ING5基因错义突变，分别为2号外显子中第33个密码子和3号外显子中第68、74个密码子。2号外显子上的突变位于LZL结构域，该突变可能使ING5蛋白与凋亡和修复有关的功能丧失，进而导致癌症形成。3号外显子上的2个突变均位于NCR结构域，其可能影响ING5蛋白的三维结构和ING5蛋白通过染色体重塑在下游基因中的作用[9]。

2.2 ING5与肿瘤的生物学行为和预后的关系 肿瘤的恶性生物学行为包括其增殖活性、迁移和侵袭能力，与肿瘤的生长和转移关系密切。ING5的表达与肿瘤的生物学行为和预后有关。研究发现，胞核ING5的表达与结直肠癌肿瘤大小、浸润深度、分化程度和国际抗癌联盟分期呈负相关，而胞质ING5则呈正相关，ING5可能作为评估结直肠癌侵袭性的有效标志物，但是Kaplan-Meier单因素分析显示，患者累计生存率与ING5的亚细胞定位(胞核或胞质)无关[14]。在乳腺癌中，ING5过表达显著抑制乳腺癌的细胞迁移、侵袭及上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)[12]。刘兆红等[17]发现ING5蛋白表达与乳腺癌的肿瘤大小、淋巴结转移及p53、ER、PR水平有关，其可能为乳腺癌临床治疗和评估预后提供一定参考。ING5过表达抑制肺癌A549细胞的增殖和侵袭，而在肺癌H1299细胞中ING5敲低促进了肿瘤细胞的恶性进展。在异种移植瘤模型小鼠体内，ING5过表达也抑制肺癌细胞的生长和侵袭能力。ING5转染使肺癌细胞对化疗药物MG132、紫杉醇和SAHA不敏感，这与细胞凋亡的改变一致。胞核ING5表达与肺癌的临床分期和淋巴结转移呈负相关，而且胞核ING5高表达提示预后较好[2,16]。ING5基因表达抑制胃癌SGC-7901细胞株增殖和凋亡，诱导G1期阻滞，并抑制其迁移与侵袭，有效调控增殖、细胞周期、黏附相关基因与蛋白的表达，从而抑制胃癌的进展[18]。Gou等[5]亦发现ING5过表达抑制胃癌细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭和片状伪足的形成，并且诱导胃癌细胞的自噬和分化。ING5转染组显示出对化疗药物曲西立滨、紫杉醇、SAHA、MG132和小白菊内酯的耐药性，这与细胞凋亡的诱导和耐药相关基因的过表达呈正相关，ING5可能通过激活β-catenin、NF-κB和Akt通路诱导胃癌细胞凋亡和化疗抗性。另外，胃癌患者的累积生存率与胞核ING5的表达呈负相关，与胞质ING5表达无关[15]。亦有研究表明，ING5的高表达能够提高卵巢癌细胞系A2780对顺铂的敏感性，这可能为临床评估卵巢癌患者预后提供新的分子标志物[19]。

3 ING5在肿瘤中的作用机制

3.1 促进p53的转录激活 免疫共沉淀实验提示p28ING5与p53存在相互作用，其可增强p53第382位赖氨酸残基(K382)的乙酰化，促进p53的转录激活作用，从而促进细胞周期阻滞和细胞凋亡[3]。p53是迄今为止研究最为广泛的抑癌基因，其生物学功能包括诱导细胞凋亡、诱导衰老、参与DNA损伤修复和调控细胞周期阻滞，p53蛋白能使细胞周期阻滞在G1晚期。p53作为一种转录因子，主要通过转录调节下游靶基因发挥肿瘤抑制作用。p28ING5过表达可以通过调节p53激活p21/waf1启动子活性，使p21/waf1蛋白表达增加，引起克隆形成率下降和S期细胞减少[3]。p21/waf1是细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，也是p53的下游靶基因。p53表达上升，促进p21转录，其与p53共同构成G1期检查点，抑制G1期向S期转换，减少受损DNA的复制和积累，从而发挥肿瘤抑制作用。

p53蛋白的翻译后修饰是调控其靶基因表达的关键。当细胞DNA损伤时，ING5可以辅助乙酰转移酶Tip60(KAT5)而非hMOF(KAT8)使p53第120位赖氨酸残基(K120)乙酰化，随后与p53的凋亡相关靶基因BAX和GADD45结合，并促进它们的表达，进而诱导凋亡[20]。

3.2 抑制EMT 研究显示，ING5过表达通过抑制EMT而抑制肺癌细胞的侵袭和转移能力。EMT的抑制表现为E-cadherin的表达升高以及N-cadherin、Snail和Slug的表达降低[2]。通过EMT，上皮细胞来源的肿瘤细胞获得间质细胞的特征，从而变得更有活动性和侵袭性，促进肿瘤的恶性演进。E-cadherin是钙黏蛋白分子家族中跨膜蛋白亚型的一种，主要分布于各种上皮组织，对于维持上皮细胞间黏附力和正常上皮组织结构完整性和极性十分重要。E-cadherin表达下降或缺失可导致肿瘤细胞间黏附性减弱，易发生脱落和转移。N-cadherin与E-cadherin同属于钙黏蛋白分子家族，但其在肿瘤转移中的作用相反。转录因子Snail是一种含有锌指结构的DNA结合蛋白，可识别并与E-cadherin启动子结合，抑制E-cadherin基因的表达从而诱发EMT。Slug是Snail转录因子超家族成员之一，也可以抑制E-cadherin的表达，促进EMT的过程。

Zhao等[12]研究发现在乳腺癌中ING5通过抑制PI3K/Akt信号转导通路抑制EMT的进展。PI3K/Akt信号通路是细胞内重要信号转导通路之一，通过调节多种下游分子，在细胞内发挥抑制凋亡、促进增殖、血管生成和细胞侵袭和转移等作用。

3.3 ING5与其他蛋白的相互作用 p28ING5可以与HAT复合物的组成成分p300相互作用，进而诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡[3]。ING5在急性髓细胞白血病中的生长抑制作用取决于其与细胞周期蛋白A1抑制因子(inhibitor of Cyclin A1, INCA1)。ING5通过与INCA1结合，抑制细胞克隆形成和细胞增殖，增加Fas抗体诱导的细胞凋亡，从而发挥肿瘤抑制作用；反之，无INCA1，ING5出现致癌作用。ING5有不同生物学行为的机制可能包括在不同的细胞背景下发生的选择性剪接、翻译后蛋白修饰和蛋白-蛋白相互作用[21]。

3.4 ING5作为抑癌基因的两面性 前面已阐述ING5在不同肿瘤中的表达差异以及INCA1对ING5的影响。此外，以胃癌SGC-7901细胞为研究对象，发现ING5过表达可以上调PI3K的表达，从而调控Akt1/2/3转化为磷酸化激活状态，然而ING5过表达可以活化NF-κB的表达，上调BCL-2、XIAP进而抑制细胞凋亡；Western blot结果显示转染pEGFP-N1-ING5后c-myc mRNA及蛋白表达均升高，其可能是ING5过表达调控细胞周期阻滞的机制；ING5通过上调β-catenin和下调MMP-9的表达从而抑制胃癌细胞迁移与侵袭；细胞实验和体外动物实验显示ING5表达抑制胃癌细胞的增殖和凋亡。以上说明ING5作为抑癌基因具有两面性[18]。

4 结语

ING5蛋白参与细胞周期调控、细胞凋亡、DNA损伤修复和染色质重塑等多种生物学过程，ING5蛋白功能失调可导致肿瘤的发生。研究表明，ING5与肿瘤的增殖、凋亡、侵袭、转移、治疗和预后有关，但是肿瘤的发生是一个多步骤、多阶段的复杂过程，ING5的表达与恶性肿瘤发生之间的因果关系还不是很清楚，其在特定细胞中的确切作用和分子机制还有待进一步阐明。深入研究ING5与肿瘤的关系，将为探索新的肿瘤治疗靶点提供新思路和方向。

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中南大学湘雅医学院附属海口医院病理科，海口 570208

林香桃，女，硕士研究生。E-mail: linxiangtaozi@163.com 谈 顺，男，硕士，主任医师，通讯作者。E-mail: lsbyfzhxt@126.com

时间：2017-8-20 15:27 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170820.1527.016.html

R 730

A

1001-7399(2017)08-0904-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.08.016

接受日期：2017-04-20