细胞死亡调节因子GRIM-19在肿瘤及非肿瘤疾病中的作用

刘岩，汲坤

（1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2014级2班，辽宁 沈阳 110034；2.沈阳医学院基础医学院病理生理学教研室）

干扰素-维甲酸诱导的细胞死亡调节因子19（gene associated with retinoid-interferon induced mortality 19，GRIM-19）是 2000 年由 Angell等［1］发现的与细胞死亡相关的基因，由干扰素合用维甲酸诱导表达。GRIM-19在正常人体的许多组织中均有分布，如胎盘、心脏、骨骼肌、肝脏、肺、外周血白细胞和结肠等［1］。本文就GRIM-19的作用机制及其在肿瘤和非肿瘤相关疾病中的作用进行综述。

1 GRIM-19简介

GRIM-19是GRIMs家族成员之一，其基因定位于人19p13.2染色体上，编码16 kDa的蛋白质［1］。GRIM-19在细胞质和细胞核中均有存在，后续的研究表明其在线粒体也有定位，不仅能维持线粒体膜电位，而且是线粒体呼吸链复合物Ⅰ（泛醌氧化还原酶NADH）的一部分［2］。在干扰素-维甲酸诱导的细胞死亡中，GRIM-19缺失破坏了复合物Ⅰ的装配和电子转移活性，从而影响ATP的合成，影响细胞凋亡［3］。GRIM-19不仅能通过多种方式抑制肿瘤的形成，还参与早期胚胎发育，先天免疫反应，以及病毒和细菌的调节等多种生物学反应［4］。

2 与GRIM-19相互作用的蛋白质

2.1 信号转导子和转录激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，Stat3） Stat3是一种可以被细胞因子和生长因子激活的潜在的细胞质转录因子，能调节哺乳动物的生物学功能，包括细胞生长、细胞转化、抗凋亡、胚胎发育和肝功能等［5-6］。Stat3在人的多种肿瘤组织中呈持续性过度激活与表达，是一种癌基因。磷酸化的Stat3可以启动JAK-STAT信号传导通路，激活一些原癌基因、细胞周期调节蛋白以及抗凋亡蛋白的表达，促进肿瘤的发生［7］。有研究表明，GRIM-19可与Stat3结合，对于GRIM-19与Stat3的结合位点，目前有两种观点，一种观点认为GRIM-19与Stat3的非TAD区域结合；另有研究认为GRIM-19通过与Stat3 Ser727和TAD区域结合，进而通过抑制Stat3的磷酸化而干预其诱导的转录过程，从而抑制肿瘤细胞的生长［6］。

2.2 GW112蛋白 GW112是一种细胞外基质糖蛋白，是嗅觉介导素相关蛋白家族的新成员，其与其它已知蛋白几乎没有同源性。GW112在炎症及消化系统肿瘤如结肠黏膜、胃癌、胰腺癌和结肠直肠癌中大量表达［6］。在视黄酸-干扰素-β介导的细胞凋亡及凋亡相关基因的表达中，GW112蛋白与GRIM-19蛋白相互作用，减弱GRIM-19功能，促进肿瘤细胞的生长；另外，在过氧化氢诱导的细胞凋亡中，GW112也表现出了极强的抗凋亡作用［8］。因此，GW112在肿瘤细胞的存活和生长中起重要作用。

2.3 HtrA2蛋白 HtrA2是位于真核生物线粒体中的丝氨酸蛋白酶，定位于线粒体膜间隙，正常情况下保护细胞免于凋亡。采用酵母双杂交筛选的HtrA2通过分子伴侣的方式与GRIM-19结合，发现在有GRIM-19存在时，HtrA2能增强对X连锁凋亡抑制蛋白的破坏，促进细胞凋亡［9］。

2.4 NOD2蛋白 核苷酸寡聚化结构域2（nucleotide oligomerization domain 2，NOD2）是哺乳动物细胞质内病原体识别分子，有抗细菌的作用［10］。NOD2可通过调节肠上皮细胞对微生物的反应来调控细菌的存活而介导先天性黏膜反应［10］。在NOD2介导的识别细菌胞壁酰二肽的过程中，GRIM-19通过与癌细胞中的内源性NOD2结合，激活NF-κB通路，调控肿瘤生长过程［10］。

2.5 细胞周期抑制剂（p16Ink4a） 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent protein kinases，CDKs）是在细胞周期调控中起作用的蛋白激酶，其活性可以被细胞周期抑制剂阻断。细胞周期抑制剂包括Kip/Cip和Ink两个蛋白家族，Ink 4家族由 p15、p16、p18 和 p19 等蛋白组成［11］。正常细胞周期的CDK4通路由p16、cyclin D、CDK4/6和视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）组成，该通路常在大多数肿瘤中表达失调［12］。p16可与CDK4/6相互作用，抑制RB的细胞周期依赖性磷酸化［11］。RB是肿瘤抑制剂，通过与转录因子E2F1的结合抑制肿瘤增殖相关基因的表达［11］。在GRIM-19存在的情况下，p16与CDK4的关联高，导致cyclin-D结合的CDK4减少；GRIM-19与p16共同作用，可协同抑制E2F1表达，使细胞周期停滞，导致肿瘤的显著减少；此外，GRIM-19的单独表达也能抑制E2F1调控的转录，因此，GRIM-19可能是一种新的E2F1抑制剂［11］。

3 GRIM-19与肿瘤

3.1 GRIM-19与甲状腺癌 任仲喜［13］研究发现，共表达siRNA-Stat3和GRIM-19质粒对甲状腺癌细胞SW579的增殖和扩散有明显的抑制作用。其机制为GRIM-19能抑制Stat3的转录活性，且在siRNA-Stat3和GRIM-19共同作用下，甲状腺癌细胞中基质金属蛋白酶9（matrix metallopeptidase 9，MMP-9）和Bcl-2的表达降低，抑制了肿瘤细胞的生长。该方法对于甲状腺癌的综合治疗可能是一种新的方法。Máximo等［14］研究发现，在线粒体代谢和细胞死亡的调控中，GRIM-19的体细胞和种系突变与线粒体富集的甲状腺肿瘤相关；在众多甲状腺癌的患者中可检测到GRIM-19的突变，如散发性或家族性起源的突变，建议通过GRIM-19在线粒体代谢和细胞死亡中的双重功能来治疗甲状腺癌。

3.2 GRIM-19与胃癌 胃癌是最常见的恶性肿瘤之一，其耐辐射性是治疗胃癌的关键障碍之一。在稳定表达GRIM-19的胃癌细胞中，放疗后凋亡细胞的百分比高于未转染GRIM-19的细胞，且其caspase-3，-8和-9的活性也明显高于未转染的细胞，其机制可能为GRIM-19的表达抑制了Stat3的积累，增强了胃癌细胞对辐射的敏感性。因此，在胃癌的放射治疗中，增强GRIM-19表达可能是一种有效的治疗方法［15］。在胃癌SGC-7901细胞系中，腺病毒介导的GRIM-19过表达下调了GW112，降低了NF-κB的结合活性，并且肿瘤的细胞黏附、迁移、侵袭和转移能力也均受到抑制；GRIM-19的上调也抑制了尿激酶型纤溶酶原激活物（u-PA）、MMP2、MMP9和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等的分泌，因此，GRIM-19可能控制人胃癌的侵袭和转移［16］。在对原发性人胃癌组织中GRIM-19的研究中发现，其在多数胃癌组织中表达缺失，且与肿瘤患者临床分期、淋巴结转移、幽门螺旋杆菌感染及总体生存率都存在相关性［17］。

3.3 GRIM-19与肝癌 有研究表明，GRIM-19在肝癌组织中的表达明显低于癌旁组织，且在肝癌细胞中过表达GRIM-19可以诱导其细胞周期阻滞，增强细胞凋亡，且可下调AKT1的表达及其磷酸化水平［18］。此外，GRIM-19的下调与肝癌中Stat3的过度活化有关［19］，GRIM-19的下调可诱导EMT及相关分子标记物的异常表达，并使细胞失去接触抑制，从而加速肝癌的侵袭［20］。

3.4 GRIM-19与肺癌 GRIM-19在正常肺组织的细胞质中表达，而在肿瘤组织的表达主要位于细胞核，GRIM-19在非小细胞肺癌组织中的阳性表达明显低于正常肺组织，且其表达水平与肺癌组织恶性程度呈负相关［21］。GRIM-19在肺鳞癌、肺腺癌、肺小细胞癌中的表达也均降低，因此，GRIM-19可能与肺癌的发生发展密切相关［22］。

3.5 GRIM-19与肾癌 本课题组对正常肾组织和肾脏透明细胞癌组织中GRIM-19的表达情况进行了检测，结果表明正常肾组织中GRIM-19的表达明显高于肾脏透明细胞癌组织［23］。还有研究发现，肾癌组织中存在可变剪接的GRIM-19 mRNA，而其在正常组织中不存在［24］。这些都提示GRIM-19可能在肾脏透明细胞癌的发生发展中起重要作用。

3.6 GRIM-19与头颈部鳞状细胞癌（HNSCC） 在应用甲基化DNA免疫沉淀对HNSCC及头颈部正常黏膜组织中的甲基化分析中发现，GRIM-19基因甲基化是HNSCC诊断的独立因素；HNSCC细胞过表达GRIM-19，可增加p53活性，并降低Stat3和HIF-1α的活性；此外，沉默GRIM-19可导致氧耗减少，有氧糖酵解增加，并促进HNSCC细胞的细胞增殖和致瘤能力；以上结果表明GRIM-19表达的降低与其启动子甲基化相关，可通过促进细胞增殖和调节代谢活性起到致癌作用［25］。

3.7 GRIM-19与宫颈癌 宫颈癌是最常见的女性盆腔恶性疾病，GRIM-19在宫颈癌中表达的下调与Stat3诱导的宫颈癌基因表达和肿瘤生长的过度活化有关［26］。GRIM-19可通过与E6和E6AP相互作用，破坏E6/E6AP复合物，从而抑制p53的降解，促进宫颈癌的凋亡［27］。GRIM-19低表达与宫颈鳞状上皮高危HPV感染形成肿瘤有关［28］。

3.8 GRIM-19与食管癌 Song等［29］发现在食管鳞状细胞癌细胞中GRIM-19 mRNA和蛋白的表达均下调，而表达GRIM-19的重组腺病毒（rAd-GRIM-19）对食管癌荷瘤小鼠有显著的治疗作用，可延长食管癌荷瘤小鼠的寿命，这表明GRIM-19对食管癌细胞的生长和凋亡有调控作用，rAd-Grim-19可能作为食管癌的抗肿瘤剂。

3.9 GRIM-19与神经胶质瘤 miRNA可与靶基因的3'-非翻译区（3'-UTR）结合，在mRNA降解和靶基因转录后调控中发挥作用。研究表明，miR-6743-5p可直接靶向GRIM-19的3'-UTR；抑制miR-6743-5的表达，可抑制胶质瘤细胞的细胞增殖，并促进细胞凋亡；且抑制miR-6743-5p的表达也可抑制Stat3磷酸化以及Stat3下游基因的表达［30］。

此外，siRNA survivin和GRIM-19共转染喉癌细胞Hep-2，可以抑制喉癌细胞的生长，并促进细胞凋亡［31］。乳腺癌［32］、结直肠癌［33］、前列腺癌［34］等均与GRIM-19的低表达或缺失有关。综上所述，GRIM-19通过多种途径与多种肿瘤的发生发展密切相关。

4 GRIM-19与非肿瘤的相关疾病

4.1 GRIM-19与流产 对怀孕流产妇女和正常妊娠妇女绒毛样本中GRIM-19蛋白和RNA水平检测发现，流产妇女绒毛中的GRIM-19蛋白和RNA水平显著低于正常妊娠的妇女；在滋养层细胞系HTR-8/Svneo细胞中沉默GRIM-19，可导致线粒体膜崩解，增加细胞凋亡；同时，该细胞系分泌的VEGF随GRIM-19下调而下降，因此，绒毛中GRIM-19的缺陷，增加了细胞凋亡，影响血管生成，可能是导致女性流产的原因［35］。

4.2 GRIM-19与缺血 Mehrabian等［36］对干扰素-维甲酸诱导的神经细胞死亡和局灶性脑缺血细胞中GRIM-19的定位和表达水平进行研究，发现在神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中，干扰素-维甲酸的暴露可显著增强GRIM-19蛋白的表达；在对永久性局灶性脑缺血的大鼠模型研究中发现，与未受影响的大脑半球相比，GRIM-19蛋白的表达水平在脑缺血受影响的区域显著增加；结果表明，GRIM-19可能在缺血诱导的神经细胞死亡中起重要作用。

4.3 GRIM-19与病毒感染 在Kaposi肉瘤的生长中，GRIM-19可直接结合Kaposi肉瘤相关疱疹病毒编码的病毒干扰素因子1，进而抑制了干扰素-维甲酸诱导的细胞凋亡［37］。GRIM-19与人疱疹病毒6B的U95蛋白相互作用，导致U95表达的沉默，减少了病毒载量并且消除了线粒体膜电位的损失［38］。在HIV-1感染的细胞中，沉默GRIM-19基因，减少了细胞凋亡，表明GRIM-19对HIV-1诱导的T细胞凋亡具有调控作用［39］。

4.4 GRIM-19与风湿免疫 类风湿性关节炎（RA）成纤维细胞样滑膜细胞（rheumatoid arthritis fibroblast-like synoviocytes，RA-FLS）参与RA的发生和发展。有研究发现，RA患者的滑膜组织和FLS中GRIM-19的表达显著降低，而GRIM-19能显著抑制细胞增殖、迁移和侵袭，并促进细胞凋亡，抑制RA-FLS分泌炎症因子；且GRIM-19能改善胶原诱导的关节炎的临床和组织学特征，并抑制破骨细胞的形成；以上结果表明，促进GRIM-19的表达可能对RA的治疗有促进作用［40］。

综上所述，GRIM-19作为线粒体呼吸链的一部分，参与细胞呼吸，调控细胞生长和细胞凋亡。并且，GRIM-19通过多种通路，参与多种疾病的发生发展，但目前对其研究尚不完善，如更加明确地指出在不同疾病中的信号转导通路及其调节的相关因子，以及体内外因素等对GRIM-19的影响等方面。因此对GRIM-19进行深入研究，将为其临床应用奠定理论基础和实验依据。

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