基质抗原2在肿瘤中的研究进展*

徐娟，吴诚龙，唐爱发

[1.中山大学中山医学院 蛋白组学实验室，广东 广州 510089；2.深圳大学第一附属医院（深圳市第二人民医院） 转化医学研究院，广东 深圳 518035]

黏连蛋白（cohesin）复合体是1个由4个核心单元SCC1（RAD21修复蛋白质）、染色体结构维持蛋白 1（structural maintenance of chromosome 1，SMC1）、染色体结构维持蛋白3（structural maintenance of chromosome 3，SMC3） 和 SCC3（STAG1/STAG2） 与4个调节亚基：半翼蛋白（wings apart-like，WAPL）、细胞分裂周期相关蛋白5（cell division cycle associated 5，CDCA5）、黏连体结构维持调节蛋白5A（regulator of cohesion maintenance，homolog a，PDS5A）、 黏连体结构维持调节蛋白5B（regulator of cohesion maintenance，homolog b，PDS5B）组成的复合体[1]，参与体细胞有丝分裂和减数分裂过程中的姐妹染色单体凝聚和分离[2]，在DNA修复、细胞周期和基因表达调控等生理过程中发挥重要作用[3-4]。cohesin的功能缺陷参与肿瘤的发生，已在乳腺癌[5-6]、前列腺癌[7]、口腔鳞状细胞癌[8]、结直肠癌[9]和髓性恶性肿瘤[10]和子宫内膜癌等[11]多种肿瘤中得到证实。然而，在cohesin的所有核心亚基中，基质抗原2（stromal antigen 2，STAG2）基因突变最为频繁。STAG2基因突变或蛋白缺失在成人急性髓细胞性白血病[12]、膀胱癌[13]、黑色素瘤[14]、胶质瘤[15]、尤文氏肉瘤[16]和口腔鳞状细胞癌[17]等肿瘤中存在。从而推断，STAG2基因突变或蛋白失活导致染色体不稳定性相关因素的改变进而引发癌症。本文就STAG2基因突变或蛋白失活在肿瘤中的研究现状进行综述。

1 STAG2基因与染色体非整倍体

STAG2最初由LOSADA等在2000年发现，由于该基因最先从骨髓基质细胞（stromal cell）中克隆，故得名，也称为SA2、SA-2、SCC3B等。STAG2基因位于Xq25，含有33个外显子，编码141 kD蛋白，定位在细胞 核 内[18]。STAG2/STAG1与 SMC1、SMC3、RAD21共同组成黏连体复合体。在脊椎动物中，STAG1维持着端粒的凝聚力，而STAG2维持着着丝粒的凝聚力。理论上，STAG2功能异常可以导致分裂中期黏连体不能有序的从着丝粒上解离出来，从而导致非整倍体核型的发生。

近年来，针对STAG2基因突变或蛋白缺失与染色体非整倍体之间的相关性展开大量的研究。2011年，SOLOMON等[19]研究表明，STAG2基因突变与黑色素瘤、Ewing's肉瘤、胶质瘤等肿瘤细胞的染色体非整倍体核型相关；STAG2基因突变还与膀胱癌、胰腺癌的染色体非整倍体有关[20-23]；敲除STAG2表达可导致膀胱上皮细胞的染色体非整倍体增加[24]，但是染色体非整倍体核型与STAG2基因突变在白血病中的关系尚存在争议[25-26]。BALBÁS-MARTÍNEZ 等[27]研究则表明，在膀胱癌中STAG2蛋白缺失与染色体非整倍体无关。新近有研究[28]通过AAV-基因打靶技术设计肿瘤体细胞来源的9个不同的STAG2基因突变，其中只有一种类型的STAG2基因突变改变染色体的拷贝数，而且并不是所有的STAG2突变都可以引起Cohesin缺陷。研究还表明，STAG2基因突变不影响Cohesin调节亚单位WAPL，PDS5A和PDS5B的表达，但下调了上述调解亚基与cohesin核心亚基的结合能力。提示，STAG2不同的突变类型引起癌症发生的机制不同。另外有研究表明，在胃癌、前列腺癌、结直肠癌中虽然存在STAG2蛋白表达降低，但未检测到STAG2基因突变，考虑不排除STAG2启动子区高甲基化导致的蛋白表达缺失。综上，在人类肿瘤中，STAG2参与肿瘤发生机制是十分复杂的，需要大家进一步的研究探索。

2 STAG2基因突变或失活与肿瘤

2.1 膀胱癌

2013年NATURE GENETICS杂志中有3篇文章几乎同一时间报道STAG2基因在膀胱癌中的高频突变[13，20，27]。GUO等[13]对99例膀胱移行上皮细胞癌的全基因组进行分析发现，STAG2基因在膀胱癌中存在高频突变，突变率为11%，大部分为缺失或截短突变。除与染色体非整倍体相关，STAG2缺失还与肿瘤患者的生存期成负相关。本研究还发现，与对照组正常膀胱组织比较，23%（7/30）的膀胱移行上皮细胞癌组织中STAG2启动子超甲基化。然而，BALBÁSMARTÍNEZ等研究则报道[27]，膀胱癌中STAG2基因突变或缺失主要发生在膀胱癌分期分级的早期，而敲除STAG2并未引起染色体整倍体的异常。WALDMAN团队[20]的研究则发现在乳头状非肌层浸润性膀胱上皮癌中STAG2的缺失或突变率达到36%，但在肌层浸润性膀胱上皮癌中仅有16%。而且，STAG2的突变与非肌层浸润性膀胱上皮癌患者的无病生存期成正相关；STAG2基因突变常伴随P53的过表达或突变，但与膀胱癌细胞的增殖无关。值得注意的是，研究者发现，膀胱癌中野生型的STAG2也可以导致染色体数目的异常。2014年，TAYLOR等[21]研究显示，在307例膀胱癌组织中有67例STAG2基因突变，突变率为21.8%；且STAG2的突变除与膀胱癌分期分级的早期相关外，还与女性患者发病率相关。显微切割技术分离同一膀胱癌组织中STAG2蛋白阳性或阴性表达的部分，发现只有STAG2蛋白表达缺失部位的癌组织发生STAG2基因突变，这可能与肿瘤本身的异质性相关。新近有研究[29]表明，STAG2失活导致膀胱癌细胞发生G1-S期的阻滞，还通过对E-钙黏蛋白、波形蛋白、基质金属蛋白酶2和基质金属蛋白酶9等蛋白的调节，抑制膀胱癌细胞的侵袭能力。综上，STAG2的基因突变或蛋白缺失在膀胱癌的发生发展中的功能机制是十分复杂的。就STAG2基因与膀胱癌患者生存期相关性研究方面，GUO等[13]与WALDMAN团队[20]的报道不尽相同。而在膀胱癌恶性演进方面，WALDMAN团队发现[20]膀胱癌早期STAG2的突变率更高，但也有研究报道[29]STAG2失活抑制膀胱癌细胞周期和细胞的侵袭能力。分析上述结果，说明在膀胱癌的不同发展阶段STAG2基因的调控机制不同。上述矛盾可能与STAG2基因与Cohesin复合体的其他核心蛋白相互结合有关，这需要在未来的研究中进一步验证。

2.2 白血病

JULIEN等[10]通过比较基因组杂交（aCGH）的方法，分析骨髓增生异常综合征（MDS），慢性粒-单核细胞白血病（CMML）和急性骨髓性白血病（AML）共167例临床样本发现，STAG2和RAD21基因缺失，致使核仁磷酸蛋白1，Runt相关转录因子1或其他肿瘤抑制基因，如视网膜母细胞瘤基因1或细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白2A/B失活而导致白血病的形成，未发现染色体非整倍体的发生。KON等[25]报道，骨髓瘤610例中存在STAG2，RAD21，SMC1A和SMC3等Cohesion复合体核心亚基的突变或失活，其中STAG2的突变或缺失频率最高，分别为10/157急性骨髓性白血病（AML），9/88慢性粒-单核细胞白血病（CMML），18/224骨髓增生异常综合征（MDS）和2/64慢性粒细胞性白血病（CML）。进一步研究表明，Cohesin缺陷参与调控某些基因的表达继而诱发骨髓瘤。THOL等[26]在分析389例急性骨髓性白血病人基因组的cohesin复合体基因突变与临床预后指标关系的研究中发现，STAG2突变率为1.3%，且与急性骨髓性白血病患者的生存期（OR）和无复发生存期（OFS）无关。这与HAN等[12]研究报道基本一致，STAG2表达缺失与急性髓系白血病的复发及生存期等预后相关因素无关。MULLENDERS等[30]通过RNA干扰技术构建 Stag2（shRNA/+）or Smc1a（shRNA/+）敲除的Cohesion缺陷小鼠模型。研究结果显示，实验组的小鼠表型表现为外周血中骨髓增生（Cd11b+/Gr1+）和淋巴细胞增生（B220+细胞的减少），并出现贫血症状。另外，在Cohesin缺陷小鼠模型分离纯化的髓系阴性/干细胞标志物阳性的LSK（lineage-/c-kit+/Sca1+）细胞中，检测表达上调的基因有390个，表达下调的基因有480个，且与造血早期相关基因的转录相关；Cohesin缺陷上调染色质亲和性相关基因，Fc-受体和Myeloperoxidase基因在骨髓细胞中表达，表明cohesin复合物通过调节染色质的亲和性进而在骨髓分化中起重要作用。本研究证明，Cohesin复合体缺陷改变造血干细胞的内稳态，主要影响骨髓增殖和分化相关基因的表达和染色质的稳定性。

2.3 尤文肉瘤

尤文肉瘤家族肿瘤（ewing sarcoma family of tumors，EFT）是一种以EWSR1-ETS基因融合为特征，发生在儿童或青年的一组高度恶性的原发性骨肿瘤。近年来，多项基因测序研究[31-33]报道，STAG2基因在尤文肉瘤中的突变，突变率为15%～20%。TIRODE等[31]对112例尤文肉瘤组织样本进行全基因组测序发现，最常见的体细胞突变为STAG2（17%）、CDKN2A（12%）、TP53（7%）。在尤文肉瘤细胞系中，STAG2的突变和CDKN2A的缺失是相互排斥；而在尤文肉瘤临床样本中，STAG2突变和TP53突变通常是并发的，且与临床预后不良有关。BROHL等[32]利用大规模全基因组测序联合靶向测序的方法对101例EFT（65例肿瘤组织和36种细胞系）进行测序研究，发现相当数量的基因低频突变，包括Cohesin复合体的亚基STAG2突变（肿瘤21.5%，细胞系44.4%），CDKN2A基因的纯合缺失（13.8%和50%）和TP53突变（6.2%和71.9%）。通过免疫组织化学法分析EFT组织微阵列中STAG2缺失与疾病进展（P=0.15）和总体存活率（P=0.10）无关。这与TIRODE等的报道不同，推测可能与STAG2突变与STAG2蛋白的缺失比例不同相关。CROMPTON等[33]研究发现，尤文肉瘤中STAG2缺失率达15%以上，主要为点突变或基因重排，在STAG2缺失的患者中，有88%发生肿瘤远处转移。以上说明，STAG2基因突变和蛋白的缺失与尤文肉瘤的发病，进展及预后密切相关。

2.4 胶质母细胞瘤

SOLOMON等[19]研究二倍体的人类染色体组型发现，STAG2失活导致染色单体凝聚力缺陷和染色体非整倍的发生。应用非整倍体改变的两种人类胶质母细胞瘤细胞，靶向修正STAG2内源性等位基因突变，均增强染色体的稳定性。另有研究发现，STAG2的突变提高胶质瘤细胞对多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）抑制剂的敏感性[15]。STAG2突变且PARP抑制的胶质瘤细胞发生G2期的细胞周期阻滞，并伴有微核，核分裂等病理现象；除此之外，STAG2突变还增加p53结合蛋白1（p53 binding protein1，53BP1）焦点的形成，说明STAG2突变导致细胞DNA修复的缺陷。该数据表明，STAG2突变在染色体稳定性，细胞周期和DNA修复等多层面参与胶质瘤的发生、发展。

2.5 黑色素瘤

STAG2在黑色素瘤中的突变包括截短突变，错义突变，拼接位点突变和基因删除突变。SOLOMON等[19]通过免疫组织化学法研究发现，STAG2蛋白在黑色素瘤组织中的缺失达19%（7/36），与染色质的非整倍体有关。SHEN等[14]研究发现，STAG2或STAG3缺失引起黑素瘤细胞对BRAF抑制剂产生抵抗；STAG2基因突变（Asp193Asn）降低蛋白质与Rad21和SMC1A的结合性，STAG2失活抑制DUSP6基因的表达，进而激活ERK相关的信号通路。上述研究说明，STAG2基因突变与黑色素瘤的发生相关，并通过激活相关信号通路引起黑色素瘤的化疗耐药。

2.6 其他肿瘤

KIM等[9]利用单链构象多态性（sscp）的方法分析大肠癌45例，胃癌45例，乳房癌45例，非小细胞肺癌45例和前列腺癌45例中STAG2体细胞突变；同时应用免疫组织化学法检测100例胃癌、103例结直肠癌和107例前列腺癌的STAG2蛋白表达。结果显示，STAG2蛋白在正常胃，结肠和前列腺上皮细胞中均有表达，而在27%的胃癌，23%的结直肠癌和30%前列腺癌的中表达缺失；然而却未发现任何肿瘤的STAG2体细胞突变，且STAG2表达与临床病理参数无相关性。另有研究报道[34]，在成纤维细胞瘤中也未检测STAG2的突变，且STAG2的失活与成纤维细胞瘤染色体非整倍体无关。DJOS等[35]对9种不同类型的3 000例肿瘤的全基因组转录本和体细胞突变基因进行整合，通过基因重力模型来量化癌症基因组的进化，确定包括STAG2在内的6种基因（STAG2、AHNAK、COL11A1、DDX3X、FAT4及SYNE1），并发现子宫癌中X染色体上存在STAG2失活。EVERS等[23]报道，在胰腺导管癌（PDA）中STAG2蛋白缺失为4.3%。用免疫组化法检测344例人PDA肿瘤样本和癌旁正常组织种的STAG2蛋白表达，Kaplan Meier分析示，STAG2阳性表达（＞95%的核阳性）与6～41个月的中位生存期（P=0.031）相关。研究还发现，利用KRASG12D驱动的基因工程小鼠模型，转位子插入STAG2突变后促进PDA的演进，本研究认为STAG2失活与KRAS突变是PDA的发展的早期事件。

综上所述，STAG2基因突变及蛋白缺失与多种肿瘤的发生、发展及预后相关。然而，STAG2在肿瘤中的分子信号通路和功能机制尚未完全阐明。目前，对于STAG2基因的突变或蛋白缺失在肿瘤中的作用研究还处于初期阶段，大部分研究局限于功能水平，后续更多的体外实验、基因敲除动物模型等研究将十分重要。尽管目前报道STAG2基因在不同类型肿瘤及同一种肿瘤的不同发展阶段的功能及作用机制不尽相同，但是STAG2基因的缺失或突变多发生在肿瘤的早期阶段。因此，STAG2基因有望成为肿瘤早期检测的生物学指标，同时也为肿瘤的治疗提供新的靶点。

[1] SOLOMON D A, KIM J S, WALDMAN T. Cohesin gene mutations in tumorigenesis: from discovery to clinical significance[J]. BMB Rep 2014, 47(6): 299-310.

[2] HILL V K, KIM J S, WALDMAN T. Cohesin mutations in human cancer[J]. Biochim Biophys Acta, 2016, 1866(1): 1-11.

[3] LOSADA A, YOKOCHI T, KOBAYASHI R, et al. Identification and characterization of SA/Scc3p subunits in the Xenopus and human cohesin complexes[J]. J Cell Biol, 2000, 150(3): 405-416.

[4] HAARHUIS J H, ELBATSH A M, ROWLAND B D. Cohesin and its regulation: on the logic of X-shaped chromosomes[J]. Dev Cell,2014, 31(1): 7-18.

[5] ATIENZA J M, ROTH R B, ROSETTE C, et al. Suppression of RAD21 gene expression decreases cell growth and enhances cytotoxicity of etoposide and bleomycin in human breast cancer cells[J]. Mol Cancer Ther, 2005, 4(3): 361-368.

[6] ATALAY A, CROOK T, OZTURK M, et al. Identification of genes induced by BRCA1 in breast cancer cells[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2002, 299(5): 839-846.

[7] PORKKA K P, TAMMELA T L, VESSELLA R L, et al. RAD21 and KIAA0196 at 8q24 are amplified and overexpressed in prostate cancer[J]. Genes Chromosomes Cancer, 2004, 39(1): 1-10.

[8] YAMAMOTO G, IRIE T, AIDA T, et al. Correlation of invasion and metastasis of cancer cells, and expression of the RAD21 gene in oral squamous cell carcinoma[J]. Virchows Arch, 2006, 448(4):435-441.

[9] KIM M S, KIM S S, JE E M, et al. Mutational and expressional analyses of STAG2 gene in solid cancers[J]. Neoplasma, 2012,59(5): 524-529.

[10] ROCQUAIN J, GELSI-BOYER V, ADELAIDE J, et al. Alteration of cohesin genes in myeloid diseases[J]. Am J Hematol, 2010,85(9): 717-719.

[11] SUPERNAT A, LAPINSKA-SZUMCZYK S, SAWICKI S, et al.Deregulation of RAD21 and RUNX1 expression in endometrial cancer[J]. Oncol Lett, 2012, 4(4): 727-732.

[12] HAN Q, HE X, WU L, et al. Downregulated stromal antigen 2 expression in de novo acute myeloid leukemia patients[J]. Exp Ther Med, 2017, 13(2): 530-534.

[13] GUO G, SUN X, CHEN C, et al. Whole-genome and wholeexome sequencing of bladder cancer identifies frequent alterations in genes involved in sister chromatid cohesion and segregation[J].Nat Genet, 2013, 45(12): 1459-1463.

[14] SHEN C H, KIM S H, TROUSIL S, et al. Loss of cohesin complex components STAG2 or STAG3 confers resistance to BRAF inhibition in melanoma[J]. Nat Med, 2016, 22(9): 1056-1061.

[15] BAILEY M L, O’NEIL N J, van PEL D M, et al. Glioblastoma cells containing mutations in the cohesin component STAG2 are sensitive to PARP inhibition[J]. Mol Cancer Ther, 2014, 13(3):724-732.

[16] SANNINO G, ORTH M F, GRUNEWALD T G. Next steps in Ewing sarcoma (epi-) genomics[J]. Future Oncol, 2017, 13(14):1207-1211.

[17] FRANCA J A, DINIZ M G, BERNARDES V F, et al. Cohesin subunits, STAG1 and STAG2, and cohesin regulatory factor,PDS5b, in oral squamous cells carcinomas[J]. J Oral Pathol Med,2017, 46(3): 188-193.

[18] TARNOWSKI L J, MILEWSKI M, FRONK J, et al. A compound C-terminal nuclear localization signal of human SA2 stromalin[J].Acta Biochim Pol, 2015, 62(2): 215-219.

[19] SOLOMON D A, KIM T, DIAZ-MARTINEZ L A, et al.Mutational inactivation of STAG2 causes aneuploidy in human cancer[J]. Science, 2011, 333(6045): 1039-1043.

[20] SOLOMON D A, KIM J S, BONDARUK J, et al. Frequent truncating mutations of STAG2 in bladder cancer[J]. Nat Genet,2013, 45(12): 1428-1430.

[21] TAYLOR C F, PLATT F M, HURST C D, et al. Frequent inactivating mutations of STAG2 in bladder cancer are associated with low tumour grade and stage and inversely related to chromosomal copy number changes[J]. Hum Mol Genet, 2014,23(8): 1964-1974.

[22] BLACK P. Frequent truncating mutations of STAG2 in bladder cancer[J]. Urology, 2014, 83(4): 691-692.

[23] EVERS L, PEREZ-MANCERA P A, LENKIEWICZ E, et al.STAG2 is a clinically relevant tumor suppressor in pancreatic ductal adenocarcinoma[J]. Genome Med, 2014, 6(1): 9.

[24] LI X, ZHANG T W, TANG J L, et al. Loss of STAG2 causes aneuploidy in normal human bladder cells[J]. Genet Mol Res,2015, 14(1): 2638-2646.

[25] KON A, SHIH L Y, MINAMINO M, et al. Recurrent mutations in multiple components of the cohesin complex in myeloid neoplasms[J]. Nat Genet, 2013, 45(10): 1232-1237.

[26] THOL F, BOLLIN R, GEHLHAAR M, et al. Mutations in the cohesin complex in acute myeloid leukemia: clinical and prognostic implications[J]. Blood, 2014, 123(6): 914-920.

[27] BALBAS-MARTINEZ C, SAGRERA A, CARRILLO-DESANTA-PAU E, et al. Recurrent inactivation of STAG2 in bladder cancer is not associated with aneuploidy[J]. Nat Genet, 2013,45(12): 1464-1469.

[28] KIM J S, HE X, ORR B, et al. Intact cohesion, anaphase, and chromosome segregation in human cells harboring tumor-derived mutations in STAG2[J]. PLoS Genet, 2016, 12(2): e1005865.

[29] WANG H, ZHONG J, WU C, et al. Stromal antigen 2 functions as a tumor suppressor in bladder cancer cells[J]. Oncol Rep, 2017,38(2): 917-925.

[30] MULLENDERS J, ARANDA-ORGILLES B, LHOUMAUD P, et al. Cohesin loss alters adult hematopoietic stem cell homeostasis,leading to myeloproliferative neoplasms[J]. J Exp Med, 2015,212(11): 1833-1850.

[31] TIRODE F, SURDEZ D, MA X, et al. Genomic landscape of Ewing sarcoma defines an aggressive subtype with co-association of STAG2 and TP53 mutations[J]. Cancer Discov, 2014, 4(11):1342-1353.

[32] BROHL A S, SOLOMON D A, CHANG W, et al. The genomic landscape of the Ewing Sarcoma family of tumors reveals recurrent STAG2 mutation[J]. PLoS Genet, 2014, 10(7):e1004475.

[33] CROMPTON B D, STEWART C, TAYLOR-WEINER A, et al.The genomic landscape of pediatric Ewing sarcoma[J]. Cancer Discov, 2014, 4(11): 1326-1341.

[34] DJOS A, FRANSSON S, KOGNER P, et al. Aneuploidy in neuroblastoma tumors is not associated with inactivating point mutations in the STAG2 gene[J]. BMC Med Genet, 2013, 14: 102.

[35] CHENG F, LIU C, LIN C C, et al. A gene gravity model for the evolution of cancer genomes: a study of 3,000 cancer genomes across 9 cancer types[J]. PLoS Comput Biol, 2015, 11(9):e1004497.