基质相互作用蛋白分子1在肿瘤发生发展和临床应用中的研究进展

胡金萌，王健

肿瘤的发生、发展不是一个单一的过程，而是多因素、多步骤共同作用的结果。已有研究结果表明基质相互作用蛋白分子1（STIM1）参与肿瘤的发生及转移过程［1］。STIM1是位于内质网（ER）上的钙离子（Ca2+）传感器，是调控钙池操纵性钙内流（storeoperated calcium entry，SOCE）的重要组成部分［2-3］。而Ca2+信号是细胞代谢中重要的第二信使［4］，参与肿瘤细胞的增殖、凋亡和迁移［4-7］。抑制肿瘤细胞中STIM1的活化，可以抑制STIM1依赖性Ca2+信号的传导，进而抑制多种肿瘤的发生发展，如乳腺癌［8］、宫颈癌［9］、结直肠癌［10-11］、前列腺癌［12］、肝癌［13］、头颈部鳞癌［14］、肺癌［15］和子宫内膜癌［16］。本文就STIM1结构、其与Ca2+的相互作用机制及促进肿瘤侵袭转移机制作一综述。

1 STIM1蛋白结构

STIM1是一种分子质量为90 ku的Ⅰ型跨膜蛋白，其基因定位于人染色体11p15.5［17］。STIM1包含3个区域，内质网区域、跨膜区域（TM）和胞浆区域。内质网区域包含信号肽、N-末端、EF-手形结构（EF-hand）和SAM（Sterile α Motif）结构域，其中EF-hand和SAM区（EF-SAM）是Ca2+结合域。跨膜区域则主要将内质网内钙库清空的信号以构象变化方式传导到STIM1蛋白的胞质部分。胞浆区域含有多个螺旋卷曲结构域（Coiled-coil 1～3，CC1～3），参与STIM1构象变化，并介导依赖性失活的ID区、富含丝氨酸和脯氨酸的S/P结构域以及C-末端赖氨酸富集的K区，见图1［6，18-19］。EF-SAM主要由10个α螺旋和2个β折叠组成（图2a）；EF-SAM与Ca2+结合后形成一个紧凑的实体（图2b）；EF-hand与疏水性SAM残基（F108、L199、L195）相互作用，该位点突变可致Ca2+与EF-hand脱离（图2c）；Ca2+耗尽的EF-SAM呈分散的低聚物（图2d）［18］。

Fig.1 Schematic representation of structures of STIM1［18］图1 STIM1结构示意图［18］

Fig.2 Structural characteristics of EF-SAM［18］图2 EF-SAM结构示意图［18］

2 STIM1对Ca2+的调控机制

Ca2+是细胞增殖、分化、基因转录等生命活动的重要信使分子，ER钙池排空会激活细胞膜表面的钙池操纵性钙通道（SOCs）开放，所形成的SOCE是非兴奋细胞调节Ca2+稳态平衡的重要途径［20］。SOCE即细胞内Ca2+损耗后引发的细胞外Ca2+内流的过程。SOCE由SOCs介导完成，存在于各种类型的细胞中，在肿瘤的生长、抗凋亡、迁移及免疫逃逸中起到重要作用［21-23］。当ER腔内Ca2+存储充盈时，STIM1分子以单聚体形式均匀分布于ER；随着ER腔内Ca2+的耗尽，EF-SAM结构域构象发生变化，疏水性增加，EF-SAM由单聚体转变为不稳定的低聚物，导致STIM1分解，SOCE停止［17］。其大致过程为：细胞外信号分子激活细胞膜表面受体，活化磷脂酶C（PLC），使2，4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）裂解为1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG）。IP3与ER上的IP3-受体结合，激活ER钙池释放Ca2+，ER中Ca2+浓度降低致使Ca2+从EF-hand脱离，Ca2+排空信号激活STIM1，有活性的STIM1二聚体激活钙释放激活钙通道（CRAC），细胞外的Ca2+进入细胞内。当ER再充满Ca2+，Ca2+重新结合EF-hand，STIM1失活，Ca2+内流停止［9］。STIM1作为SOCE重要的组成分子，是细胞主动吸收Ca2+的重要分子［24］。

3 STIM1与肿瘤

3.1 STIM1与肝癌 缺氧和细胞内Ca2+瞬变是癌症的基本特征。STIM1与缺氧诱导因子（HIF）-1α相互作用促进肝癌细胞的形成［13］。Yang等［13］研究发现，肝癌细胞中HIF-1α和STIM1的表达水平明显高于正常肝细胞：将人类肝癌HepG2和Huh7细胞暴露于不同浓度氧气中24 h后观察发现，缺氧暴露会导致HIF-1α和STIM1表达上调，肿瘤细胞增殖增加，且HIF-1α和STIM1的表达呈正相关。HIF-1α通过与STIM1启动子直接结合，促进肝癌细胞中STIM1的转录和表达，并促进SOCE发生［25］，而SOCE是人类肝癌细胞系增殖过程中Ca2+内流的主要类型［26］。可见STIM1在肝癌细胞形成中起到重要作用。

3.2 STIM1与前列腺癌 STIM1在前列腺癌进展中起双重作用。一方面，STIM1过表达可促进上皮-间质转化（EMT），从而增强肿瘤细胞侵袭转移；另一方面，STIM1过表达会加速肿瘤细胞衰老［27］。EMT是肿瘤细胞侵袭转移的重要机制，在EMT过程中，肿瘤细胞失去上皮特征并获得间质表型特征，上皮标记蛋白如E-钙黏蛋白表达下降，间质标记蛋白如波形蛋白和N-钙黏蛋白的表达增加，促进EMT现象发生［28-31］。Xu 等［27］研究了 BPH-1、LNCaP、DU145 和PC3这4种细胞系，BPH-1是一种增生细胞，后3种均为前列腺癌细胞。该研究发现，STIM1在前列腺癌细胞中的表达明显高于BPH-1；且在过表达STIM1的DU145细胞中，E-钙黏蛋白表达降低，N-钙黏蛋白等表达显著增加，提示EMT发生，细胞发生侵袭转移；该研究还发现在过表达STIM1的前列腺癌DU145-STIM1-YFP、PC3-STIM1-YFP细胞中，大而长的低密度纺锤体（细胞衰老的重要标志）增加，癌细胞凋亡增加；而当敲低STIM1基因表达时，DU145和PC3细胞系中的衰老细胞显著减少。

3.3 STIM1与结直肠癌 微小RNA（miRNAs）是一类非编码的小RNA，与癌细胞的转移密切相关［32-33］。研究表明，STIM1是miR-185的直接靶点，miR-185可上调结直肠癌细胞中STIM1的表达；STIM1过表达会促进结直肠癌细胞的转移增加，而沉默STIM1基因表达后，直肠癌细胞的转移减少［1］。Zhang等［1］研究了SW480、SW620等4种结直肠癌细胞系中miR-185与STIM1表达的关系，发现SW620中miR-185表达上调可增加E-钙黏蛋白和β-连环蛋白的表达，降低波形蛋白和纤连蛋白的表达，且癌细胞的侵袭转移减少；证实miR-185是调控STIM1的上游分子，且两者之间呈负调控关系。

3.4 STIM1与宫颈癌 Chen等［9］研究发现，在宫颈癌SiHa细胞系，STIM1敲低可显著抑制细胞增殖；同时流式细胞术（FACS）检测发现STIM1敲低可显著增加细胞周期中G1/S和G2/M期的细胞比例。研究发现，STIM1可调节血管内皮生长因子（VEGF）在宫颈癌细胞中的表达，在SCID小鼠皮下成瘤模型中，通过酶联免疫吸附测定（ELISA）定量分析VEGF-A的表达水平，结果显示STIM1与VEGF-A表达水平成正比；上调STIM1表达可促进宫颈肿瘤细胞生长、局部传播和血管生成，并促进宫颈癌细胞迁移［9］。

3.5 STIM1与头颈部癌 STIM1在口腔癌细胞系TSCCA和喉癌细胞系Hep2中呈高表达，在该两种细胞系中沉默STIM1，会导致细胞周期阻滞于G0/G1期，显著抑制口腔癌细胞的增殖及转移［14］。STIM1亦可促进人类舌鳞状细胞癌细胞的生成，Cui等［34］研究发现在舌鳞癌细胞系Tca-8113中，STIM1敲低可明显减少Tca-8113细胞总数，且细胞生长速率下降约60%，细胞凋亡数量也显著增加。

3.6 STIM1与其他肿瘤 STIM1促进乳腺癌的发生发展，且与乳腺癌患者总体生存率（OS）呈负相关；STIM1过表达致SOCs通路Ca2+内流增加，诱导EMT发生，促进乳腺癌细胞的侵袭和转移［35］。Casas-Rua等［16］研究也证实STIM1过表达会诱导子宫内膜腺癌细胞EMT发生和细胞迁移增加。在胃癌细胞中，STIM1敲低可促进细胞黏附，抑制侵袭迁移，但对胃癌细胞的增殖和凋亡无明显影响［36］。

4 STIM1在临床中的应用

STIM1在胰腺癌细胞系中发挥促生存抗凋亡作用，吉西他滨可抑制STIM1表达，进而促使胰腺癌细胞凋亡增加［37］。此外，五氟尿嘧啶（5-FU）作为治疗胰腺癌的化疗药物之一，也是通过抑制STIM1表达来促进胰腺癌Panc1细胞凋亡［37］。顺铂通过诱导STIM1凋亡，对晚期非小细胞肺癌的治疗效果显著；顺铂会形成交联的DNA复合物，其细胞毒性通过DNA损伤识别信号的逐级下传来诱导STIM1凋亡的发生［38］。STIM1凋亡增加，使染色体在有丝分裂和微管细胞骨架极化期间分离的准确性降低，进而导致肺癌细胞死亡增加［38］。白藜芦醇可诱导细胞周期阻滞，导致癌细胞死亡；在雄激素依赖性前列腺癌中，白藜芦醇可抑制STIM1的表达，阻断SOCE激活，致使细胞中Ca2+内流减少，进而抑制前列腺癌细胞增殖和存活［9］。2-氨基乙氧基二苯基硼酸盐（2-APB）可导致STIM1与Ca2+的结合功能丧失，抑制Ca2+进入Orai1通道，阻断SOCE激活，进而抑制前列腺癌细胞增殖［39］。STIM1敲低还可以直接抑制人表皮样癌A431细胞DNA的合成，控制癌细胞增殖［40］；亦可通过下调SOCE及特异性细胞周期蛋白G1、D1的表达，抑制肝癌细胞的生长［41］。因此，STIM1将为肿瘤的治疗提供了新的靶点及临床药物研究方向。

STIM1的临床诊断和预后意义已在多种癌症中得到证实［42］，是肿瘤领域研究的热点。进一步深入研究STIM1在肿瘤细胞中的作用机制，将为其在肿瘤治疗中的应用提供更为广阔的前景。

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