Snail在肿瘤中的研究进展

2019-12-19蔡东京李敏胡成平

国际呼吸杂志 2019年23期

蔡东京李敏胡成平

中南大学湘雅医院呼吸内科(呼吸与危重症医学科) 国家临床重点专科，长沙410008

Snail家族是锌指蛋白家族的一个分支，包括Snail(Snail1)、Slug(Snail2)、Smuc(Snail3)。在人体中，Snail主要表达于胎盘，胚胎中胚层，成人心、肝、骨骼肌及某些未分化组织中[1-2]。Snail是一种半衰期为25～180 min、易于降解的蛋白质，由264个氨基酸构成，相对分子质量为29 100，基因位于20q13.2，其羧基端是锚定区域，包括4～6个C2H2锌指结构，可以特异性的和靶基因启动子的E-box系列(CAGGTG)结合；氨基端为功能区域，是一个进化上相对保守的SNAG(Snail/Gfi)结构域，可以抑制靶基因的转录[3]。本文主要对Snail(Snail1)的结构和功能进行综述。

1 Snail在肿瘤细胞中的表达

根据近年研究，Snail在乳腺癌、胃癌、结肠癌、非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)、黑色素瘤等肿瘤中均有报道[4-9]。2019年，Sonego等[10]发现，在接受铂类联合化疗的卵巢癌患者中，USP1及其下游分子Snail的表达与患者的总生存期和无进展生存期密切相关。在接受手术切除的NSCLC患者标本检测中发现55.2%具有Snail的高表达，Snail高表达患者的总生存时间及无复发生存时间差于Snail低表达的患者，它和HIF-1α、TWIST1一起成为NSCLC术后预后的重要分子[11]。Miyoshi等[12]研究发现，54.5%的肿瘤切除患者在1年后肝脏肿瘤复发，这些患者肿瘤组织中均检测到高Snail基因的表达。高Snail的表达为手术后肿瘤较早(＜1年)复发的独立危险因素之一，是术后判断患者预后的一个重要参考因素。近年来对Snail分子在肿瘤中作用的研究越来越多，因其在不同肿瘤组织中的表达及作用机制不尽相同，关于Snail在肿瘤中的作用还需要继续探索。

2 Snail与肿瘤的发生、发展

肿瘤的形成是一个较为复杂的过程。在乳腺癌中，异常表达的Snail可以促进肿瘤细胞生成乳腺球，增加乳腺上皮细胞的生成、种植和干细胞标志分子的表达，这个过程与Wnt、Notch、hedgehog、Bmi-1等信号通路的激活密切相关[13-16]。在卵巢癌中，Snail可以促进NANOG、HDAC1、TCF4、KLF4、HDAC3和GPC3等细胞干性相关性分子的表达，促进肿瘤干细胞(cancer stem cell，CSC)的CD44+和CD117+的表达，提高肿瘤细胞和辅助细胞的再生能力，促进肿瘤的发生、发展[17](表1)。目前我们虽然对Snail在肿瘤发生中的作用有一定的研究，但还没有一个系统的认识，Moon等[18]对各种小鼠肝癌模型的肿瘤发生过程进行研究后发现，在HRASG12V+shp53诱导的肝癌模型中同时检测到pSmad2/3和Snail的表达增加，在人为降低Snail表达后HRASG12V+shp53诱导肝癌模型的形成受阻；在S7HP肝癌模型中，TGF-β抑制剂造成的肝癌形成抑制效应可被异常增多的Snail逆转，进一步证明了Snail分子在肝癌形成中的重要作用。Julien等[19]发现，果蝇中的核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)同族蛋白可以结合到Snail基因启动子的-194 and-78 bp上，上调Snail基因的转录；同时NF-κB能够通过CSN2结合到Snail分子上，竞争GSK-3β和β-Trcp与Snail分子结合，减少Snail分子的降解，促进肿瘤的发生。Snail与肿瘤发生的关系虽然已经有了一些证据，但具体的分子机制仍然不清楚，值得进一步的探索。

3 Snail调控上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT)与肿瘤转移

目前认为EMT是肿瘤转移的重要部分。发生EMT后的肿瘤细胞不仅自身细胞的功能和形态发生改变，肿瘤组织中的微环境也随之改变。EMT是上皮细胞向间皮细胞转化的过程，它发生在胚胎发育、肿瘤、慢性炎症和纤维化等过程中[20]。EMT的改变主要表现在细胞形态和功能上，发生EMT的上皮细胞之间丢失了联系，与基底膜的连接也变得松散，失去了极性，自身也从立方形转化为多边形，拥有了间皮细胞的部分特性[21-22]。EMT分为3型:Ⅰ型主要在胚胎发育期，参与中胚层的发育和器官形成；Ⅱ型主要发生在组织损伤和持续炎症刺激的情况下，常常伴有纤维化和器官重塑；Ⅲ型主要发生在网状基底膜，伴有新生血管增生和纤维化，同时出现特征性的EMT标志物，如:E-cadherin、Vimentin等，肿瘤细胞发生的EMT属于此型[23]。

Snail是EMT的关键分子，Snail的异常表达可以促进肿瘤上皮细胞向间质细胞转化，增强细胞的运动、侵袭能力，同时也会促进肿瘤细胞获得干性，使其具备较强自我更新、分化能力，促进细胞的迁移[24]。此外，Snail也会刺激肿瘤相关性成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAFs)、CSC等生成，诱导肿瘤细胞分化，改变间质的环境，协助肿瘤细胞的迁徙[25-26]。在肿瘤细胞的EMT过程中，Snail可以招募去乙酰化酶和甲基化酶PRC2结合到E-cadherin启动子上，使组蛋白甲基化，抑制E-cadherin的表达，同时，Snail诱导的ZEB1也可以招募PRC2到E-cadherin启动子上，抑制E-cadherin表达，缺乏E-cadherin的上皮细胞黏附能力下降，易于游走[27-31]。此外，基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinases，MMPs)是一种能够降解基底膜的金属蛋白酶，Snail可以增强MMP2、MMP9等表达，破坏上皮与间质之间的间隔，打开上皮细胞向下迁徙的天然屏障，促进上皮细胞的迁移；MMPs也可以增加间质通透性，增强细胞在组织中的机动能力[32-34]。

在EMT过程中，Snail也受到很多信号的调控。TGF-β是EMT的一个调控分子，其介导的TGF-β/Smad/Snail通路对Snail表达起着重要作用，TGF-β与Ⅰ型和Ⅱ型受体结合后，使Smad3、4磷酸化，磷酸化后的Smad和转录辅助因子结合到Snail基因启动子上，促进Snail的表达；TGF-β也会诱导H MGA2复合物的生成，直接促进Snail基因表达[35-39]。此外，Wn T和配体(Wnt1或Wnt3a)结合后与膜表面受体(由Frizzled和LDL受体相关蛋白LRP5/6构成)作用，激活β-catenin，抑制GSK-3β的活性，减低Snail的泛素化降解[40]。在RAS通路中，RAS激动后，活化下游的RAF/ERK、PI3K/AKT通路，抑制GSK-3β的活性，减少Snail的降解，RAS通路也可产生HMGA2复合物，直接促进Snail的表达，促进EMT[41-44]。

翻译后的修饰调控对Snail的功能也有很大的影响。在细胞中，Snail分子是一种极其不稳定的蛋白质，其在细胞中的半衰期较短，翻译加工后的大部分Snail蛋白在入核前会受到磷酸化、泛素化、乙酰化等化学修饰，经蛋白酶体降解系统降解[45]。有研究报道，TGF-β/Smad通路中的表达产物GSK-3β使Snail的第一、二磷酸化位点磷酸化，进而结合β-Trcp和泛素分子，启动泛素依赖的蛋白酶体降解过程，减少Snail入核发挥功能[46-47]。Lee等[48]发现，A20可以使Snail分子寡泛素化，降低Snail与GSK-3β的亲和力，抑制Snail分子的降解。Zhu等[49]在食管鱗状细胞癌中的研究发现，PSMD14可以使Snail分子去泛素化，加强其在细胞质中的稳定性，促进肿瘤细胞转移。在Snail的泛素化与去泛素化调控过程中还有许多其他分子的参与，比如:CYLD、USP16、OTUB1等，它们在Snail的入核前调控中扮演着重要的作用，对Snail介导的EMT和肿瘤转移发挥起着举足轻重的作用(图1)。

4 Snail与肿瘤耐药

4.1 Snail通过通过各种信号网络调控肿瘤细胞的耐药性Bonavida和Baritaki[50-51]认为肿瘤细胞中NF-κB/Snail/YY1/RKIP调控网络的失衡使得细胞凋亡程序关闭，细胞存活相关信号通路激活。在产生耐药的肿瘤细胞中可发现RKIP的表达降低，NF-κB、Snail、YY1表达增多，RKIP对Raf/MEK/ERK和NF-κB的通路抑制作用降低，下游的细胞生存通路活化，产生耐药。进一步研究发现，NO可以促进RKIP的表达，加强凋亡信号的强度，降低细胞的药物抗性。在顺铂耐药的研究中发现，AKT/β-catenin/Snail、STAT3/Snail等信号通路激活后促进Snail的表达，异常表达的Snail加强ERCC1、DYRK2等基因的表达水平，促进肿瘤细胞对顺铂的抵抗[52]。Maseki等[53]报道在头颈部的鳞状细胞癌中，吉非替尼耐药的肿瘤细胞可以通过激活AKT/GSK-3β/Snail通路，减少膜上EGFR的表达量来实现耐药。Li等[54]在小鼠结直肠癌研究中发现，Snail阳性的肿瘤相关成纤维细胞可以诱导结直肠癌对5-氟尿嘧啶和紫杉醇耐药，其中机制可能和CCL1介导的TGF-β和NF-κB通路激活有关。Zhou等[55]发现经吉西他滨治疗后的肺癌细胞中由于缺失Scribble导致p38 MAPK通路激活，从而促进Hu R易位，增加Snail m RNA的转录，增强Snail的表达，导致肺癌细胞对吉西他滨的耐药。

表1 细胞干性相关的细胞通路和效应分子

4.2 Snail与肿瘤相关成纤维细胞、外泌体在耐药中的作用 CAFs是存在于肿瘤间质的一种肿瘤辅助细胞，有“基质母细胞”之称[56]。Herrera等[57]在对13例结肠癌患者肠道黏膜CAFs的研究发现，CAFs中Snail的表达高于正常成纤维母细胞，它可以通过旁分泌的方式介导肿瘤细胞的耐药形成。Richards等[58]研究发现，在胰腺肿瘤中经吉西他滨治疗后的CAFs可分泌出大量包含Snail mRNA的外泌体，外源性的Snail m RNA进入靶细胞后可以大量表达Snail分子，促进靶细胞发生耐药；同时吉西他滨的代谢物也可入核促进HIF-α的表达，HIF-α进而促进Snail基因表达发挥耐药作用。在食管癌中，被辐射后的T细胞可以分泌外泌体作用于肿瘤细胞，通过激活肿瘤细胞中β-catenin和NF-κB/Snail通路启动EMT，促进肿瘤细胞的迁移[59]。