线粒体融合蛋白2基因与肿瘤发生和发展关系研究进展

接智慧，许 文，高 翔，吴建磊，张雪英，周 岩

(1.山东第一医科大学第二附属医院妇产科，山东 泰安 271000；2.赤峰学院附属医院妇产科，内蒙古 赤峰 024000)

线粒体融合蛋白2(mitofusin 2，Mnf2)基因是由我国学者陈光慧教授采用差异显示技术从自发性高血压大鼠血管平滑肌细胞中首次发现的新基因，命名为细胞增殖抑制基因[1]。2001年，SANTEL等[2]在人类肺组织中也克隆出这一基因，并证明其与线粒体形态、结构和功能有密切关系，命名为Mfn2基因。研究发现，Mfn2基因广泛分布于不同种属生物体内，且该基因在进化中具有高度保守性，例如果蝇线粒体中该基因的同系物Fzo基因产物和Mfn2基因产物有52%的同源性，并且在不同物种中Mfn2基因均具备调节线粒体融合的功能，因此2003 年基因库将其定名为Mfn2基因[3]。目前研究认为，Mfn2基因在生理状态下通过精细的调控网络参与调控线粒体形态结构以及细胞代谢、增殖、凋亡等生物学行为[4]；而遗传学研究发现，Mfn2基因的异常表达或功能缺失可能是肿瘤发生、发展的重要因素[5]。但目前关于Mfn2基因在肿瘤发生、发展中的具体作用尚存在争议，甚至有相互矛盾的认识。本文主要就Mfn2基因与肿瘤细胞增殖、凋亡及自噬的关系及Mfn2基因在肿瘤中的表达和作用、目前针对Mfn2基因靶向治疗的临床转化研究相关进展加以综述，以期加深对 Mfn2基因参与肿瘤生物学行为机制的认识，为肿瘤病因和发生机制的研究提供新思路。

1 Mfn2基因的基本信息

人类 Mfn2基因定位于人chr 1p 36.22，其编码的Mnf2蛋白由757个氨基酸残基组成，含有1个跨膜区域,形成1个U形膜，锚定在线粒体外膜,终止于细胞质，N端是三磷鸟苷(guanosine triphosphate,GTP)酶结构域，并具有1个脯氨酸富集区域，C端具有跨膜区，跨膜区两侧各有1个疏水区，类似于卷曲螺旋，这些共同组成了Mnf2蛋白的基本结构(图1),细胞荧光定位发现在细胞内定位于线粒体外膜，主要分布在细胞核周围[6]。

图1 Mnf2蛋白结构示意图

2 Mfn2基因在肿瘤发生、发展中的作用

有研究证实，Mfn2基因的异常表达可通过影响线粒体过度分裂而引起细胞周期调控和细胞自噬生物学行为紊乱，并可导致线粒体凋亡通路抑制或者激活，引起肿瘤细胞的异常凋亡[7]。因此，目前认为Mfn2基因在调控肿瘤细胞的增殖、凋亡和细胞自噬中起重要作用。

2.1 调控肿瘤细胞增殖细胞周期调控异常引起的肿瘤细胞失控性增殖是恶性肿瘤最基本的生物学特征，因此，认为肿瘤是一种细胞周期调控紊乱性疾病[8]。目前，越来越多的证据表明，Mfn2基因影响肿瘤细胞的增殖和生长，但其发生机制仍不清楚，例如，研究发现，Mfn2基因可通过调控细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)信号通路而控制细胞增殖[9]。另有研究显示，随着Hela细胞和人平滑肌细胞系中Mfn2基因的下调，细胞能量代谢率下降，细胞增殖也受到抑制，但在Mfn2基因过表达的情况下却对细胞周期进展及细胞增殖无明显影响[10]。XU等[11]应用基因编辑技术敲除乳腺癌细胞中Mfn2基因的表达后，发现哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路活化，乳腺癌细胞的增殖和侵袭能力显著增强，进一步的研究认为Mnf2蛋白可以抑制mTOR激酶活性，进而抑制下游丝氨酸苏氨酸激酶(serine threonine kinase,Akt)的活化，调控mTOR/Akt信号通路，从而实现对肿瘤细胞增殖的调控。总之，以上研究显示，Mfn2基因作为调控肿瘤细胞增殖的重要中介因子参与了多个与肿瘤细胞增殖有关的信号通路,Mfn2基因可作为调控肿瘤细胞增殖的重要靶点。

2.2 调控肿瘤细凋亡细胞凋亡主要由线粒体通路、死亡受体活化通路和内质网通路等3条通路调控，其中线粒体通路是最普遍的凋亡调控机制[12]。Mfn2基因作为线粒体膜蛋白组分，通过介导多个信号通路蛋白参与线粒体通路，实现对细胞凋亡的调节[13]。FANG等[14]研究发现，Mnf2蛋白在胃癌肿瘤组织中的表达低于正常胃黏膜组织，可以作为预测胃癌预后的标志物，而且体外实验证实Mfn2基因诱导的细胞凋亡与磷酸化 Akt的减少密切相关。相关研究已经证实，Akt蛋白的磷酸化可抑制下游线粒体通路中多个与凋亡相关分子的活化，从而抑制细胞凋亡；与此相反，Akt磷酸化水平降低可以促进细胞凋亡[15]。由此可以认为，Mfn2基因可通过影响Akt的磷酸化程度来调控肿瘤细胞的凋亡[16]。此外，在多种肿瘤中发现Mfn2基因可通过其他机制调控肿瘤细胞凋亡。WANG等[17]发现,Mfn2基因低表达时可使细胞色素C的释放增加，进而活化凋亡蛋白酶，从而诱发凋亡。ZHOU等[18]研究证实，miR-761可通过靶向Mnf2蛋白介导肝癌细胞凋亡。PAN等[19]研究发现,在乏氧条件下，胰腺癌细胞中缺氧诱导因子1/miR-125/Mfn2通路活化后，肿瘤细胞中线粒体分裂和肿瘤细胞能量代谢受到影响，进而可以调控肿瘤细胞凋亡和迁移。以上研究提示，Mfn2基因通过参与多个信号通路而影响线粒体分裂和功能，调控肿瘤细胞凋亡，将Mfn2基因作为肿瘤治疗的新的靶点可以为肿瘤治疗开辟新途径。

2.3 调节肿瘤细胞自噬细胞自噬是细胞通过自噬泡选择性包裹受损线粒体并被溶酶体降解的过程[20]。线粒体自噬可以清除受损线粒体，以保证细胞内线粒体的质量，维持细胞稳态，从而适应细胞生存环境[21]。最近有报道称，线粒体可为自噬体的发生过程提供自噬体生物膜，Mnf2蛋白在这一过程中起着至关重要的作用[22]。另一项研究表明，Mnf2蛋白通过泛素化降解，使得细胞质内的膜体结构包围在发生去极化损伤的线粒体表面，形成线粒体自噬体，线粒体自噬体与溶酶体融合后，自噬体内的微管相关蛋白1轻链3可被溶酶体中的水解酶降解，这一机制被认为介导了受损线粒体的自噬清除[23]。此外，Mfn2基因还通过磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinases,PI3K)/蛋白质AKT信号通路、抗病毒信号通路等多种分子途径调控细胞自噬过程[24]。XUE等[25]研究发现，Mnf2蛋白通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路诱导胰腺癌细胞自噬，证明Mfn2基因除了通过对线粒体功能的影响直接调控细胞自噬外，还可通过参与其他信号通路对细胞自噬产生影响。

3 Mfn2基因在肿瘤中的表达及作用

近年来研究发现，Mfn2基因在多种恶性肿瘤中存在差异表达，且与肿瘤患者的不良预后有关[26]，但研究结果并不一致，有的甚至得出了矛盾的结果。目前，Mfn2基因在恶性肿瘤中的表达及其与肿瘤发生、发展的关系逐渐成为肿瘤领域的研究热点，对Mfn2基因表达模式及其在肿瘤微环境中作用的阐明有助于加深对肿瘤的认识及肿瘤治疗新靶点的选择。

3.1 Mfn2基因在肿瘤中呈低表达，具有抑癌基因作用LI等[27]研究发现，乳腺癌细胞中Mfn2基因呈低表达，发挥抑癌基因作用，进一步研究发现，Mfn2基因的低表达可能与启动子区DNA高甲基化有关。KANNAN等[28]研究发现，Mfn2基因在人乳腺癌MCF-7细胞系中呈低表达，而将其过表达后则可显著抑制MCF-7细胞的增殖，与LI等[27]的结果一致，说明Mfn2基因可抑制乳腺癌的发生、发展。SOARES等[29]应用免疫组织化学法检测发现，头颈部黏膜黑色素瘤组织中Mnf2蛋白呈低表达，且表达水平与患者肿瘤分期相关，在大多数IV期病例中Mnf2蛋白的表达较早期病例更低。徐斌武等[30]研究发现，Mfn2基因在骨肉瘤干细胞中的表达水平低于普通骨肉瘤MG63细胞，而在骨肉瘤干细胞中过表达Mfn2基因后，其增殖、侵袭和自我更新能力均显著下降，据此认为靶向提高骨肉瘤干细胞Mfn2基因的表达水平，可以降低骨肉瘤干细胞的“干性”特征，进而减少手术及放射治疗、化学治疗后骨肉瘤的复发，这可能成为治疗骨肉瘤的新靶点。白双宁等[31]采用原位杂交和免疫组织化学方法检测Mfn2 mRNA及其蛋白在正常宫颈、宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia，CIN)和宫颈癌组织中的表达，发现在宫颈癌组织中Mfn2基因的表达低于正常宫颈和CIN组织，而且其表达水平随着肿瘤临床分期的发展而降低，这说明Mfn2基因在宫颈鳞癌的发生、发展过程中发挥抑癌基因作用，其低表达降低了对宫颈鳞癌发生、进展的抑制作用。WANG等[32]用腺病毒转染的方法构建过表达Mfn2基因的宫颈癌Hela细胞系，注射到小鼠体内，形成过表达Mfn2基因的Hela细胞移植瘤模型，与亲本Hela细胞移植瘤模型比较，Mnf2蛋白过表达可诱导癌细胞凋亡，抑制肿瘤细胞的转移，这一结果说明Mfn2基因在宫颈癌Hela细胞的转移和细胞凋亡过程中发挥抑癌效应，与白双宁的研究结果是一致的。以上结果提示，Mfn2基因在肿瘤组织中呈低表达，在肿瘤的发生、发展中发挥抑癌基因的作用。

3.2 Mfn2基因在肿瘤中呈高表达，具有促癌基因作用LOU等[33]检测发现，与癌旁正常组织相比，肺腺癌组织中Mnf2蛋白的表达明显增高，而敲低Mnf2蛋白表达可抑制细胞增殖和细胞侵袭与迁移，这一结果与大多数学者在其他肿瘤如膀胱癌、肝癌等中的研究结果是一致的[34-35]。韩国学者AHN等[36]研究发现，从正常宫颈组织到宫颈上皮内瘤变、宫颈鳞癌组织，Mnf2蛋白的表达也呈逐渐增加的趋势，而且与肿瘤的临床分期和淋巴结转移明显相关，在体外实验中同样证实敲低Mfn2基因的表达可以明显降低宫颈癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力。国内学者朱敏等[37]用环孢素A处理宫颈癌HeLa 细胞后，发现Mfn2基因过表达，进而可抑制肿瘤细胞凋亡，促进细胞增殖，这与AHN等[36]的研究结果一致。因此，可以认为Mfn2基因异常高表达可能促进宫颈癌细胞的增殖并抑制细胞凋亡，提示Mfn2基因有望成为宫颈癌治疗的新靶点。白云等[38]利用免疫组织化学技术检测Mnf2蛋白在卵巢上皮性癌、卵巢良性肿瘤和正常卵巢组织中的表达情况，研究发现,Mnf2蛋白在卵巢癌组织中的表达高于卵巢良性肿瘤组织和正常卵巢组织，提示Mnf2蛋白可能参与卵巢癌的发生、发展过程。郭桃英等[39]研究也显示，卵巢上皮性癌组织中Mfn2基因的表达水平高于卵巢良性肿瘤与正常卵巢组织，且与肿瘤患者临床分期、分化程度及淋巴结转移有关，两者结果一致。以上研究说明，Mfn2基因在肿瘤组织中呈高表达，在肿瘤的发生、发展中发挥促癌基因的作用。

综上可知，Mfn2基因在肿瘤的表达是不同的，甚至有相互矛盾的研究结果。REHMAN等[40]应用免疫组织化学的方法发现Mnf2蛋白在肺腺癌组织中低表达，并在体外实验中证实Mfn2基因起抑癌作用，这与LOU等[33]的结果相互矛盾，但是LOU的研究样本量更大，结果似乎更有说服力；而且在宫颈癌中关于Mfn2基因的表达及作用，多位学者的研究结果也是不一致的，因此，目前认为Mfn2基因在肿瘤发生、发展中的作用是复杂的，可能根据肿瘤微环境的不同而呈现不同的表达水平，并分别发挥“抑癌”或“促癌”效应。关于这种不同表达结果的原因，现在尚无文献报道，考虑到各种肿瘤的组织学发生及肿瘤类型不同，那么，Mfn2基因的不同表达是否与Mfn2基因所处的不同肿瘤微环境有关？是否存在其他潜在机制参与Mfn2基因表达的调控？如果将Mfn2基因作为一种肿瘤治疗的靶基因是否会影响另一器官肿瘤的发生？以上问题均需要对Mfn2基因的功能及表达调控机制进行详细研究。

4 Mfn2基因作为肿瘤治疗靶点的临床转化研究

以靶向治疗为代表的肿瘤精准医学的发展和应用，提高了部分肿瘤患者的生存期，给肿瘤患者带来了曙光[41]。Mnf2蛋白作为线粒体信号网络的重要蛋白，可以调控线粒融合和功能[42]。而线粒体功能异常与肿瘤发生、发展有密切关系。因此，Mfn2基因作为线粒体相关基因可成为肿瘤靶向治疗的潜在靶点[43]。目前已知的靶向Mnf2蛋白的药物有小分子药物M1和15-双氧二萜螺内酯[44]。M1能够介导线粒体融合，导致线粒体的延长，在神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中使用M1可导致肿瘤细胞凋亡[45]；15-双氧二萜螺内酯通过抑制去泛素化酶USP30影响 Mnf2蛋白泛素化修饰水平，增强Mnf2蛋白促进线粒体融合的功能,进而影响肿瘤细胞的增殖和凋亡[46]，这也为Mfn2基因在其他肿瘤中的靶向治疗提供了新的借鉴。

许多中医药也可以通过影响Mfn2基因而发挥抗肿瘤活性。HUANG等[47]在肝癌细胞培养液中加入黄连素后，发现包括Mnf2蛋白内的线粒体融合蛋白减少，可促进肝癌细胞凋亡,诱导癌细胞自噬。陈君君等[48]以不同浓度的消癌平注射液联合紫杉醇培养人乳腺癌 MCF-7 细胞，发现消癌平注射液可使紫杉醇诱导的 Mfn2 mRNA低表达作用减弱，导致Mfn2 mRNA在MCF-7细胞中的表达上调，进而抑制乳腺癌细胞的增殖，对紫杉醇抗乳腺癌发挥增效作用。由此可见，中医药对Mfn2基因的影响是多样性的，不同药物通过对Mfn2基因的不同影响在肿瘤的治疗中发挥机制不同的抗肿瘤作用，深入探索Mfn2基因在中医药抗肿瘤作用中的机制，可为开发中药与化学治疗药物的联合用药方案提供理论支持。

5 展望

随着研究的不断深入，对Mfn2基因在细胞能量代谢、细胞增殖及凋亡调控、线粒体自噬等生命活动中的重要作用将有更加深刻的认识。Mfn2基因功能的多样性预示着广泛的应用前景，同时，针对Mfn2基因在不同肿瘤中的表达及对肿瘤生物学行为作用差异根本原因的认识，以及对Mfn2基因调控肿瘤生物学行为的分子机制的阐明，将更有利于认识 Mfn2基因在肿瘤发生、发展中的作用及意义，为肿瘤治疗提供新的思路和策略。