NDRG2基因抑制肿瘤细胞增殖机制的研究进展

苏志航，吴舟

广东医科大学附属医院泌尿外科，广东 湛江 524001

NDRG(N-Myc 下游调节基因)家族是由4 个高度同源(同源性57%～65%)的基因组成，除NDRG4 表达相对局限，其他3个成员在组织中的表达均比较广泛，这提示NDRG 基因家族在机体中具有广泛的生理作用[1]。NDRG2是我国学者首先从人脑内克隆的一种新型广谱抑癌基因，作为NDRG家族的一员已在多种人类恶性肿瘤中发挥抑制作用[2-3]。有研究表明，NDRG2在肿瘤细胞中低表达，其表达量增加会抑制肿瘤细胞增殖[4-6]。目前，NDRG2 抑制肿瘤细胞增殖机制的研究主要涉及信号转换领域，而能量代谢方面的研究则很少，有待进一步研究，本文对NDRG2 基因抑制肿瘤细胞增殖的机制进行综述。

1 NDRG2的发现、结构特点和生物学特征

NDRG2 基因是我国学者CHEN 等[7]在1999 年为寻找脑内新基因，采用锚定PCR方法扩增正常人全脑cDNA，在克隆PH 结构域新基因的过程中，偶然发现的一种新基因(GeneBank登录号AF159092)。NDRG2基因位于14q1L 2号染色体上，由15个内含子和16个外显子组成，全长人NDRG2蛋白由371个氨基酸残基组成，其相对分子质量为40 kDa[8]。在人体内，NDRG2 含APC 样结构域，是NDRG 家族的特有结构域，受原癌基因N-Myc 的表达调控。NDRG2 在空间结构上属于α/β水解酶超家族，该家族包括多种细胞抗氧化应激酶，NDRG2 与其中的细菌环氧化物水解酶的二级结构极为相似，推测可能参与细胞抗氧化应激反应、内外源有毒物质的代谢、维持细胞内氧化还原电势平衡等，但由于关键氨基酸的缺失以及第七外显子的丢失，其不具有水解酶活性，目前认为NDRG2蛋白晶体结构中以螺旋α6 与细胞在缺氧应激下发生核转移关系最为密切[9]。

2 NDRG2与肿瘤的关系

2.1 NDRG2 与肿瘤的发生、发展 LI 等[10]通过免疫组织化学方法检测130对肝细胞癌及邻近非肿瘤性肝组织中的NDRG2 蛋白表达量时发现，肝细胞癌及邻近非肿瘤性肝组织中的NDRG2蛋白表达量存在差异，与邻近非肿瘤性肝组织相比，NDRG2蛋白表达量在肝细胞癌组织中显著降低。CHEN等[11]通过免疫化学方法检测316 例结直肠癌组织中的NDRG2 的表达水平时发现，与结直肠癌组织相比，NDRG2 的表达水平在癌旁正常组织中显著增高。这些结果提示，NDRG2 作为抑癌候选基因，其表达水平与肿瘤的发生、发展呈负相关。FU 等[12]通过RT-PCR、Western blotting 等方法比较前列腺癌细胞与正常前列腺细胞NDRG2 的表达量的差异时发现前列腺癌细胞与正常前列腺细胞的NDRG2表达量存在差异，NDRG2在前列腺癌细胞中NDRG2的表达水平显著低于正常前列腺细胞。

2.2 NDRG2 与肿瘤的侵袭、转移 HAN 等[13]通过RT-PCR和免疫组织化学分别检测了120对胰腺癌组织和从胰腺癌患者收集的相邻非肿瘤临床样品中NELFE、NDRG2的mRNA及蛋白表达水平，然后通过MTT和集落形成试验检测胰腺癌细胞的增殖，最后通过Transwell测定法检测胰腺癌细胞的侵袭和迁移，发现与配对的非癌组织相比，NELFE通过降低胰腺癌中NDRG2 mRNA的稳定性来激活Wnt/β-catenin信号通路，从而促进胰腺癌细胞发生侵袭和转移。GOLESTAN等[14]以pCMV6-AC-GFP-NDRG2转染HCT116细胞系(人结肠直肠癌)，通过Transwell 试验检测细胞的侵袭和迁移，发现稳定的NDRG2 转染使NDRG2 过表达降低了细胞的侵袭、转移能力。MONFARED等[15]将前列腺癌细胞分为NDRG2 组(转染PSES-pAdenoVator-PSA-NDRG2-IRES-GFP质粒)、模拟组(转染模拟质粒)和对照组，通过Transwell测定法测定NDRG2表达对前列腺癌细胞侵袭和转移的影响以及RT-PCR 用于评估NDRG2 基因表达，发现与对照组和模拟组相比，NDRG2 的过表达减少了前列腺癌细胞的侵袭和转移。

2.3 NDRG2通过信号转换途径抑制肿瘤细胞增殖 TAMURA 等[16]通过用烟草替代物4-硝基喹啉-1-氧化物(4-NQO)治疗建立了口腔鳞状细胞癌的模型发现，大多数具有淋巴结转移的口腔鳞状细胞癌表现出高水平的磷酸化AKT-S473 和PTEN-STT 以及低水平的NDRG2 表达，NDRG2 的异位表达通过抑制AKT-S473 和PTEN-STT 磷酸化逆转上皮到间质转化表型并抑制NF-κB 信号传导，从而起抑癌作用。YANG 等[17]应用过量表达的慢病毒载体和shRNA 来上调和干扰NDRG2 的表达，且通过免疫组织化学检测食道癌组织中的NDRG2、蛋白激酶B(p-AKT)以及X连锁凋亡蛋白(XIAP)的表达量时发现，NDRG2在食道癌组织中低表达，而p-AKT 和XIAP 高表达，NDRG2的过表达通过抑制AKT/XIAP信号通路，从而在食道癌中起肿瘤抑制作用。LI等[18]通过建立肝癌转移模型，发现肝微环境中抑癌基因Ndrg2 的缺失会通过NF-κB 途径影响TAM 极化，从而参与肿瘤相关巨噬细胞的抑癌作用。LI等[19]通过免疫组织化学和蛋白质印迹分析发现，与正常肾组织相比，mTORC1 通路在肾细胞癌中活跃，依维莫司是mTORC1通路的抑制剂，NDRG2 能够抑制mTORC1 活性并与mTOR 抑制剂协同作用以抑制肾细胞癌的增殖。MA 等[20]通过MTT 测定、EdU 染色、集落形成测定和异种移植小鼠模型，证实了Krüppel 样因子4 (KLF4)抑制结直肠癌细胞的增殖和肿瘤形成取决于NDRG2。随后通过组织阵列分析，发现KLF4通过激活依赖NDRG2的信号传导以抑制直肠癌的增殖。YU 等[21]通过免疫组织化学检查发现，NDRG2 的表达与AR 和c-Myc 的表达呈负相关，AR 负调节NDRG2，并改变c-Myc 和前列腺特异性抗原(PSA)的水平，NDRG2 的强制表达显著抑制雄激素依赖性和去势抵抗性前列腺癌细胞的体外生长。

2.4 NDRG2通过能量代谢途径抑制肿瘤细胞增殖 癌细胞使用葡萄糖和谷氨酰胺作为主要的能量来源和前体中间体，糖酵解和谷氨酰胺分解参与癌细胞的代谢重新编程，增强的糖酵解和谷氨酰胺分解是癌症代谢重编程的主要标志[22]。癌基因激活和肿瘤抑制基因失活改变了影响糖酵解和谷氨酰胺分解的多个细胞内信号通路[23]。SHI等[24]通过RT-PCR、Western blotting等方法发现NDRG2显著抑制糖酵解和谷氨酰胺分解中的关键调节剂和酶，如葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)、己糖激酶2(HK2)、丙酮酸激酶M2(PKM2)、乳酸脱氢酶A(LDHA)、谷氨酰胺转运蛋白ASC 氨基酸转运蛋白2 (ASCT2)和谷氨酰胺酶1 (GLS1)在mRNA上的表达。并通过集落形成测定，伤口愈合测定和裸鼠移植瘤等实验证明NDRG2是肾透明细胞癌中糖酵解和谷氨酰胺分解的关键抑制剂，这表明NDRG2 作为肾透明细胞癌的抑癌基因，通过抑制糖酵解和谷氨酰胺分解而发挥抑癌作用。PAN 等[25]发现在葡萄糖限制下，NDRG2 的过表达通过减少细胞内ATP 和NADPH 的产生并增加ROS 水平，加剧了能量不平衡和氧化应激，从而显著降低了肝癌细胞增殖并增强了细胞凋亡。凋亡是在多细胞生物中发生的细胞程序性死亡过程之一，其特征在于起泡、细胞萎缩、核碎裂、染色体DNA 碎裂和染色质浓缩[26]。ZAREI 等[27]在实验中使用质粒PSES-pAdenoVator-PSA-NDRG2-IRES-GFP 转染前列腺LNCaP 细胞，然后以流式细胞仪分析细胞周期，发现与未转染NDRG2的前列腺LNCaP细胞相比，转染NDRG2的前列腺LNCaP 细胞显示更高的凋亡率，这表明NDRG2的过表达显著促进细胞凋亡。NDRG2 通过调节能量代谢过程而发挥抗肿瘤作用，包括促进凋亡[28]。线粒体通路是细胞程序性死亡(凋亡)的重要通路之一，是细胞发生程序性死亡的核心和开关[29]。线粒体损伤，线粒体呼吸链断裂，ATP 生成减少，ROS 升高以及细胞色素C 和Ca 释放到细胞质中并诱导细胞凋亡[30]。以上这些提示NDRG2 抑制肿瘤细胞增殖，尤其是在能量代谢方面，可能是通过线粒体途径实现的。

2.5 NDRG2作为肿瘤标记物的应用前景 CAO等[31]通过免疫组织化学法测定食管鳞状细胞癌组织中NDRG2 的表达水平，然后将其与患者和组织标本的特定临床病理特征进行比较，并通过MTT 试验、集落形成试验、DNA复制活性和裸鼠模型测定来检验上调NDRG2 表达对食管鳞状细胞癌生长的影响，发现NDRG2 的表达与食管鳞状细胞癌的临床分期、组织学分化和患者的生命状态呈负相关，NDRG2 可能是ESCC 患者的诊断和预后标志物。ZHANG 等[32]通过RT-PCR和Western blotting方法测量膀胱癌、膀胱癌细胞系患者和健康对照者尿液中NDRG2 表达水平，通过χ2检验分析NDRG2 表达与临床病理特征之间的相关性，并通过建立受体工作特征(ROC)曲线估算NDRG2 的诊断价值，发现膀胱癌患者尿液和细胞中NDRG2 的相对表达在mRNA 和蛋白水平均显著下调，其低表达与肿瘤的分级和分期显著相关，ROC曲线显示NDRG2 可能是良好的诊断标志物，AUC 为0.888，表明具有较高的敏感性和特异性。

3 存在问题

尽管过去大部分研究表明NDRG2在发挥着重要的生物学作用，但是目前仍存在许多需要解决的问题，尤其是在肿瘤研究领域中。首先，在所有肿瘤组织中，NDRG2是否都发挥抑制肿瘤增殖作用，其表达量是否与肿瘤的发生、发展有必然的关联，且通过什么途径抑制肿瘤的侵袭、转移，这仍待进一步完善。其次，尽管过去的实验表明体外转染上调NDRG2 表达量能取得良好的抑制肿瘤细胞增殖的作用，然而在实际人体基因治疗方面，NDRG2 转染效率、安全性、可行性研究却十分空缺，且NDRG2抑制肿瘤的增殖，国内外的研究以信号转换途径偏多，而在能量代谢途径方面仍十分局限。最后，NDRG2 在发挥抑癌作用过程中是否占绝对的主导地位，或者多基因作用，具体机制至今尚未清楚。

4 展望

目前，人类对恶性肿瘤的发生机制尚未十分了解，寻找新的治疗靶点并针对该靶点开展新的基因治疗及研制新药物成为医学研究领域的热点。作为一种抑癌候选基因，NDRG2 的功能研究已广泛开展，尤其是在抑癌作用研究领域，已取得一定进展。然而，目前的研究多局限于实验室，且NDRG2 发挥抑癌作用的具体机制至今尚未完全明确，尤其是能量代谢方面，仍需更多的基础和临床研究，这影响了NDRG2 作为肿瘤标记物的应用前景。笔者期望伴随着研究的不断深入，会为肿瘤治疗等相关研究带来新的突破。