抑癌基因FHIT在肿瘤发生发展中的研究进展*
2020-09-07王汝楠林敏敏齐宏妍
王汝楠,林敏敏,齐宏妍
(浙江大学医学院病理学与病理生理学系,浙江杭州310058)
染色体普通脆性位点(common fragile sites,CFS)是基因组的不稳定区域,对基因毒性和复制应激高度敏感,因此是肿瘤中最常被删除的位点之一[1]。20 多年前 Ohta 等[2]发现第一个跨越染色体脆性位点FRA3B 的基因,位于染色体3p14.2,其中还包含家族性肾透明细胞癌的易位断裂位点t(3;8);该基因编码的氨基酸序列含有His-X-His-X-His-XX序列(其中X 是疏水残基),是组氨酸三联体(histi‑dine triad,HIT)酶家族成员之一。由于其基因座的脆弱性与HIT 酶家族成员序列高度同源,因此也被命名为脆性组氨酸三联体(fragile histidine triad,FHIT)基因。研究表明,FHIT作为抑癌基因在超过50%的人类肿瘤中缺失或以其他方式沉默[3]。FHIT可作为基因组守护者,维持基因组的稳定性[4]。近年来FHIT 被鉴定为新的清道夫脱帽酶(scavenger decapping enzyme),即 mRNA 脱帽酶,可能参与基因的转录后调控[5]。但是关于FHIT的抑癌途径及作用机制仍有待全面揭示。本文将对FHIT 在肿瘤中的功能及其机制研究进行总结。
1 FHIT的结构与功能
FHIT基因跨越大约2 Mb,由10个内含子分隔的外显子组成,其中外显子 5~9 是蛋白质编码区[6-7]。而FHIT mRNA 的长度仅为1.1 kb,编码由147 个氨基酸构成的同型二聚体,是一个约16.8 kD的细胞质蛋白[6]。
作为HIT 酶家族的成员,FHIT 结构中的His-XHis-X-His-XX 序列形成蛋白质活性位点的核心,并在核苷酸衍生物的水解中发挥重要作用。FHIT 蛋白的核心区域与粟酒裂殖酵母中的二腺苷四磷酸(diadenosine tetraphosphate,Ap4A)水解酶约有60%的相似性,Ap4A 水解酶可催化以Ap4A 为优选底物的多磷酸二腺苷的水解,且Ap4A 水解酶与HIT 蛋白序列具有相关性,而HIT 蛋白序列的特征是四个保守的组氨酸,其中三个组成HIT 序列。因此,FHIT蛋白最初被鉴定为二腺苷三磷酸(diadenosine tri‑phosphate,Ap3A)水解酶[8],在体外不对称地切割Ap3A,产生 ADP 和 AMP。FHIT 蛋白的 HIT 序列位于第94~99 位氨基酸(如图1A 所示),定点诱导突变体实验发现三联体中央的第96 位组氨酸是其Ap3A水解酶活性的关键位点,当此位点的组氨酸突变为天冬酰胺时(即突变体FHIT H96N),FHIT 的Ap3A水解活性几乎完全丧失,但仍具有肿瘤抑制功能,表明Ap3A 水解酶活性不是FHIT 发挥抑癌功能所必需的[9]。Pace 等[10]报道,无水解酶活性的突变体 FHIT H96N 具有肿瘤抑制活性是因为其与Ap3A 的结合良好,从而推测FHIT-Ap3A 的结合形式可能具有肿瘤抑制活性,其作用方式类似于三联酸鸟苷结合蛋白,但目前还未得到实验证实。
Figure 1.Schematic diagram of secondary and tertiary structure of FHIT protein.A:the red region represents the HIT sequence of FHIT,while the black regions represent tyrosine(Y)at sites 114 and 145;B:the ball and stick represent FHIT substrate Ap3A,the yellow region represents the active site of FHIT protein(His96),and the dotted line represents the region of the unknown internal three-dimensional structure of the FHIT protein(107~127).The picture was drawn by FHIT protein 1FIT structure from the UniProtKB website(https://www.uniprot.org/).图1 FHIT蛋白的二级和三级结构示意图
FHIT 蛋白还包含两个高度保守的酪氨酸残基Y114 和Y145,位于催化位点的非结构环C 末端内(如图1 所示),目前尚未有报道解析该环状结构。Pekarsky 等[11]的研究显示,FHIT 是 Src 蛋白激酶酪氨酸磷酸化的靶标,Src 可以在体内和体外使FHIT的Y114 发生磷酸化修饰。Src 是细胞质酪氨酸激酶,参与多种正常过程和致癌过程的调控,通常被生长因子(包括表皮生长因子等)激活,形成表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)-Src 复合物。这为有关FHIT 信号传导的生化机制研究提供了重要线索。在人正常肾脏、胎儿肾脏和胎儿肝脏中均检测到了显著的p-FHIT(Y114)蛋白表达,而在人所有肿瘤细胞系中内源性p-FHIT(Y114)的表达都呈阴性[11]。此外,Bianchi 等[12]也证明,EGFR 家族成员的激活可以在Src 诱导FHIT 磷酸化后,通过蛋白酶体途径诱导磷酸化的FHIT 降解;而突变体FHIT Y114F 不能被Src 诱导磷酸化,也不能通过蛋白酶体途径被降解。生化数据表明,与未磷酸化的FHIT 相比,磷酸化FHIT 的Km和kcat值降低,有利于FHIT-Ap3A 复合物的形成和半衰期的延长,进而增强FHIT的抑癌活性[13]。
自FHIT基因被发现以来,其作为抑癌基因的有力证据已见于很多报道[3,9]。例如,FHIT缺失的肿瘤细胞系稳定转染FHIT基因可诱导该细胞凋亡并抑制裸鼠体内该细胞的致瘤性;通过腺病毒载体介导的FHIT 过表达可抑制体内和体外肿瘤细胞的生长;Fhit基因敲除的小鼠对自发性和诱发性肿瘤的敏感性增强;腺相关FHIT病毒可预防由化学致癌物诱发的FHIT杂合缺失小鼠的前胃肿瘤。此外,FHIT的缺失也会引起其他CFS 的脆弱性,其基因组看守功能的丢失也会导致某些特定类型的基因突变,例如癌症突变特征5('cancer mutational signa‑ture'5),或与DNA 胞嘧啶脱氨酶介导的基因突变协同合作,从而增加了癌变的可能性[14-16]。但FHIT 的抑癌机制至今还未完全阐明,有待进一步通过相关研究全面解析其具体的调控机制。
2 FHIT在组织中的分布与表达
人正常组织的免疫组织化学染色显示,FHIT 蛋白定位于细胞核和细胞质中[17]。在表皮细胞中FHIT 染色显示出强烈的核表达,如口腔鳞状上皮、食管鳞状上皮等。在来自中胚层或内胚层的器官(例如胃、肠、膀胱等)表面上皮和腺体中观察到丰富的FHIT 胞质表达,尤其是在质膜系统的表达。这些结果支持 Golebiowski 等[18]提出的关于 FHIT 作为信号分子的假设。有趣的是,FHIT 蛋白总是在包括巨噬细胞和树突状细胞在内的组织细胞核中强烈表达,而在另一类具有迁移和吞噬功能的中性粒细胞和淋巴细胞中未检测到核的表达。这提示FHIT 蛋白不仅是肿瘤抑制蛋白,也可能是免疫功能相关的信号分子。
在超过50%的人类癌症例如肺癌、食道癌、乳腺癌、宫颈癌、胃癌、结肠癌、胰腺癌、皮肤癌、肾癌、白血病等中,FHIT 表达减少或FHIT缺失[3,7,19]。FHIT失活机制有多种:(1)遗传机制,如基因缺失、点突变、染色体丢失或基因重组等,其中常见的有外显子5 和8 的缺失。外显子5 包含转录起始密码子,外显子 8 含 HIT 结构域[20],因此,外显子 5 和 8 对FHIT的转录十分重要,其异常改变常引起FHIT转录异常而表达减少。表1展示了已有文献报道的肿瘤中FHIT基因外显子 5 和 8 的异常情况[20-24]。(2)表观遗传机制,主要是启动子高甲基化,特别是在乳腺癌、宫颈癌和白血病中FHIT基因启动子高甲基化更是常见。但在大部分肿瘤中免疫组织化学染色检测到的FHIT 蛋白表达主要位于胞质中。也有报道FHIT 蛋白在乳腺癌和淋巴瘤细胞中的核内外及质膜上进行穿梭[25-26],可能与肿瘤的进展有关。但目前为止,FHIT 蛋白的定位在组织细胞中的功能仍不明确,了解其定位与表达将更有助于了解其抑癌功能。
表1 FHIT基因外显子5和8在肿瘤中的异常改变Table 1.Abnormal changes of FHIT gene exons 5 and 8 in tumor
3 FHIT的抑癌功能
FHIT等位基因的丢失常常发生在恶性转化的早期[27],并且与细胞凋亡减少、上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)增加、对基因毒物的耐药性增加及对活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)产生的改变有关[28]。Cancer Hallmarks Analytics Tool数据库中也显示肿瘤中FHIT缺失或表达减少主要与基因组不稳定和抵抗细胞凋亡有关,其次与侵袭和转移以及增殖有关(如图2 所示)[29]。已知FHIT 的肿瘤抑制活性与Ap3A 水解酶活性无关,其抑制肿瘤的功能可能与基因组不稳定和促进凋亡有关。
3.1 FHIT 与基因组稳定性 由于内源性DNA 复制应激和外部环境压力的作用,细胞内FHIT因FRA3B位点的脆弱性容易丧失活性,会表现出自发的复制压力,最终造成基因组不稳定[3]。有研究报道FHIT在复制叉进展中的作用可能是通过调节胸苷激酶1(thymidine kinase 1,TK1)的表达和脱氧胸苷三磷酸(deoxythymidine triphosphate,dTTP)水平实现的[4]。Kiss 等[30]对机制进一步的研究,证实 FHIT 正调节TK1 蛋白的表达。TK1 是一种合成dTTP 所必需的酶。在FHIT缺失的细胞中TK1 表达不足引起该细胞内核苷酸失衡,进而导致复制叉减慢、停滞甚至DNA 断裂,但没有检查点激活和细胞周期停滞,因而细胞可携带DNA 损伤继续复制。这种复制应激提供了持续DNA损伤的环境,导致FHIT敲除的小鼠和有FHIT缺失的人细胞中染色体不稳定性增加,包括染色体断裂、非整倍性和DNA 胞嘧啶脱氨酶介导的点突变增加[31]。实验表明在FHIT缺失细胞中恢复FHIT 的表达,可引起 TK1 表达的上调[30],逆转基因组不稳定性的增加。重要的是,通过胸苷补充恢复dTTP 水平也可以降低FHIT缺失细胞中的自发复制应激并防止DNA断裂。
Figure 2.The polar chart of the correlation strength between FHIT and tumor hallmarks according to Cancer Hallmarks Analytics Tool.The closer to 1 the value is,the stronger association there is;the closer to 0 the value is,the weaker association there is.图2 FHIT与肿瘤特征相关强度的极性图
那么FHIT 是如何调控TK1 的表达呢?最近研究报道,FHIT 作为清道夫脱帽酶可切割mRNA 的5'-帽,降低细胞内游离的帽二核苷酸(m7GpppN),促进核糖体与TK1 mRNA 的5'非翻译区(5'-untranslated region,5'-UTR)及下游的结合[30]。总的来说,TK1蛋白的表达可能直接受到FHIT 控制,其基因也是目前报道的第一个可能直接受FHIT调控的特定基因。
3.2 FHIT 与肿瘤细胞侵袭、转移及增殖 研究显示 FHIT 可通过调控 EMT 发挥其肿瘤抑制功能[32]。在支气管细胞中FHIT的沉默能引起EMT 标志物基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)和波形蛋白(vimentin)的表达增加[33]。同时,FHIT缺失促进了细胞的Slug 依赖性侵袭能力。Slug 是Snail 转录因子家族成员同时也是EMT 过程的关键调控因子。在机制上,FHIT的沉默通过调节EGFR/Src/ERK/Slug 信号通路来上调 MMP-9 和 vimentin,从而促进细胞的侵袭和迁移能力。同时,在FHIT缺失的人肺腺癌细胞中异位表达FHIT 诱导了EGFR/Src/ERK/Slug 信号通路的下调及MMP-9 的表达减少,降低了细胞侵袭能力。因此,FHIT的缺失影响EMT过程,此过程是肿瘤转移早期的关键步骤。Suh等[34]观察到患者转移的肺癌组织较非转移肺癌组织中FHIT 的表达显著降低;小鼠实验显示稳定过表达FHIT 的肺腺癌细胞的转移速度和转移病灶数量明显减少;体外的侵袭试验也检测到FHIT 的高表达引起肺癌细胞的活力和侵袭性降低。FHIT 也可通过抑制前列腺素(prostaglandin E2,PGE2)的合成而发挥抗侵袭作用[35]。PGE2 与肿瘤生物学过程密切相关,参与抑制肿瘤细胞凋亡,激活血管生成,促进肿瘤细胞增殖,以及促进侵袭或转移等。因此,FHIT可能通过抑制PGE2 诱导的血管生成过程进而降低肿瘤细胞的侵袭和转移能力,但FHIT 调控肿瘤血管形成的具体分子机制这还有待进一步研究。Romero等[36]的研究揭示了FHIT 可通过调节肿瘤细胞的免疫监视而发挥其抑制肿瘤侵袭作用的新机制:在MHC-1 阳性的肿瘤细胞中敲减FHIT,检测到抗原提呈细胞(antigen-presenting cells,APC)和MHC-1重链的转录水平减少,并且细胞表面MHC-1的表达降低;相反,在MHC-1阴性肿瘤细胞系中转染FHIT恢复了细胞表面MHC-1 的表达,且上调了APC 和MHC-1 重链的转录水平。这表明FHIT 可以维持MHC-1 在肿瘤细胞中的表达并促进其被免疫系统识别,从而减少侵袭和转移。这也使基于FHIT基因的肿瘤免疫疗法成为可能。此外,临床数据显示胃肠道肿瘤的侵袭性行为和不良预后与FHIT 表达下调呈负相关[37]。这表明FHIT 可降低肿瘤细胞的侵袭和转移能力。
FHIT 对多种肿瘤有增殖抑制的作用。Nakaga‑wa 等[38]发现 FHIT 可通过抑制 IκB-α 的磷酸化来阻断NF-κB 信号通路,从而抑制结肠癌细胞的生长。最新研究证明FHIT基因的增强子也参与肿瘤生长:胃肠道肿瘤的测序分析发现,FHIT基因的E4 增强子在结直肠癌细胞中显示出最强的活性;抑制FHIT基因E4 增强子的活性降低了FHIT 的表达,减弱了FHIT 对Wnt 信号通路的抑制,进而促进肿瘤的生长和进展[39]。另一项研究指出,有丝分裂刺激后的乳腺癌细胞内的FHIT 核易位也是调节增殖的一种机制:正常生长条件下乳腺癌细胞中FHIT 蛋白在核内外的水平处于平衡状态,但在增殖条件下表现为FHIT 降解及核穿梭,使得核内FHIT 增加,胞质内FHIT 蛋白显著减少,这也可能有导致肿瘤的扩散[25]。在小儿间充质干细胞中FHIT基因启动子甲基化引起的FHIT 表达减少也促进该细胞生长,以利于细胞的恶性转化[40]。FHIT缺失能对抗化学致癌物引起的造血干细胞或前体细胞的集落形成减少,且此过程可能与FHIT缺失诱导的凋亡减少有关[41]。我们的前期研究也证实,在胃黏膜上皮细胞中敲减FHIT可促进细胞增殖,抑制细胞凋亡,参与细胞的恶性转化过程(资料未发表)。
3.3 FHIT 与肿瘤细胞凋亡抵抗和耐药性 FHIT 表达异常可以诱导肿瘤细胞凋亡,通过激活两种主要的胱天蛋白酶(caspase)级联反应[7]:线粒体介导的凋亡和caspase-8依赖性凋亡。最初的研究观察到慢病毒介导的FHIT 过表达通过线粒体和细胞质途径抑制胰腺癌细胞生长并诱导细胞凋亡,后在乳腺癌细胞系等中也观察到类似的效应。还有研究报道,细胞为了应对各种氧化应激,其FHIT 蛋白与线粒体中的铁氧还蛋白还原酶(ferredoxin reductase,Fdxr)相互作用[42]。Fdxr 是一种被 p53 转录激活并参与药物反应的线粒体呼吸链蛋白。最近Druck 等[43]报道了参与触发FHIT 介导的细胞凋亡的复合物,该复合物包括分子伴侣热休克蛋白(heat shock protein,HSP)60 和 HSP10,它们可能参与将 FHIT 导入线粒体,随后在氧化应激过程中FHIT 与Fdxr 相互作用,并在电子传递链复合物III 中通过Fdxr 将电子从NADPH 转移到细胞色素P450。此过程中FHIT 稳定了线粒体中的Fdxr 并促进ROS 产生,从而启动细胞凋亡。此外细胞实验表明病毒介导的FHIT 高表达增加了肺癌细胞内ROS 的产生,从而促进肺癌细胞凋亡;相反,FHIT缺失的细胞可抵抗ROS 产生和ROS 诱导的细胞凋亡,拮抗氧化损伤。但是这些肿瘤抑制活性好像并不依赖于FHIT 酶活性,而是依赖于FHIT-复合物的结合。
Semba 等[44]报道了 FHIT 介导细胞 caspase 依赖性凋亡的信号传导的分子机制,并发现FHIT的Y114残基对于FHIT 诱导人肺癌细胞的凋亡至关重要。动力学实验表明突变蛋白Y114 FHIT 在肺癌中诱导caspase 依赖性凋亡的能力较FHIT 弱。微阵列分析显示,野生型FHIT显著降低了凋亡抑制蛋白survivin的表达,也抑制了蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)的活性,而 Akt 是磷脂酰肌醇 3-激酶(phosphati‑dylinositol 3-kinase,PI3K)信号途径中的关键分子,这表明FHIT 通过PI3K/Akt/survivin 信号通路失活来诱导caspase依赖性凋亡[44]。而FHIT Y114残基的突变使得内源性FHIT表达缺失,导致Akt活性增加,进而抑制了FHIT诱导的凋亡。
另外,Wu等[45]报道,FHIT缺失可引起非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer,NSCLC)患者的顺铂耐药性。具体来说,由于FHIT缺失,Akt/NF-κB信号通路诱导Slug 表达,Slug 表达的增加一方面促进肿瘤细胞侵袭[33],另一方面通过介导p53 上调凋亡调节 因 子(p53-upregulated modulator of apoptosis,PUMA)的表达减少而引起顺铂耐药性。临床数据也显示,与FHIT高表达的NSCLC患者相比,FHIT低表达的NSCLC患者对顺铂化疗的不良反应率较高。基于此,Akt 抑制剂可能减轻FHIT 低表达的NSCLC 患者对顺铂化疗的耐药性,从而改善预后,具有较大的临床疗效潜力。此外,在急性淋巴细胞白血病中,FHIT的表达显著下降,且FHIT低表达的患者具有更高的耐药性[46],同时与患者的总生存期和无病生存期成负相关。这提示FHIT基因在白血病治疗中具有重要意义,是潜在的白血病治疗候选基因。
3.4 FHIT 与肿瘤细胞自噬 Lee 等[47]首次报道了抑癌基因FHIT的过表达诱导NSCLC 细胞自噬。自噬是一种分解代谢途径,可将自身细胞质蛋白或细胞器包裹在囊泡中形成自噬体并传递至溶酶体进行降解和再循环。在营养饥饿、高温等应激条件下自噬对于细胞的存活是必需的,但也有研究报道自噬过度激活可以促进细胞死亡。此外,细胞凋亡与自噬途径之间存在着复杂的关系[48-50],大多数情况下是相互抑制,在某些情况下相互作用而发挥促死或促生存作用。微阵列分析发现,FHIT 的过表达诱导NSCLC 细胞中 14-3-3 蛋白的上调,14-3-3 是参与多种重要细胞生理过程如凋亡、自噬、细胞周期调控等的蛋白。免疫沉淀法显示FHIT 与14-3-3τ 相互作用,FHIT 依赖于14-3-3τ 蛋白来上调自噬关键调节因子beclin-1 的表达,从而诱导细胞自噬,并抑制NSCLC 细胞凋亡。而病毒介导的FHIT 恢复增加了细胞内ROS 的产生,ROS 作为自噬诱导因子可能会调节NSCLC 细胞中FHIT 诱导的自噬。这表明,FHIT 诱导的自噬是NSCLC 细胞存活的机制。FHIT调控肿瘤细胞生物学过程的概况见图3。
Figure 3.Overview diagram of FHIT regulating tumor cell biological processes.The red lines represent the molecules or processes di‑rectly regulated by FHIT.FHIT:fragile histidine triad;EGFR:epidermal growth factor receptor;EMT:epithelial-mesen‑chymal transition;ROS:reactive oxygen species;TK1:thymidine kinase 1;dNTP:deoxyribonucleotide triphosphate;MMP-9:matrix metalloproteinase-9;MHC-1:major histocompatibility complex class I;Fdxr:ferredoxin reductase;PI3K:phosphatidylinositol 3-kinase;Akt:protein kinase B;PUMA:p53-upregulated modulator of apoptosis.图3 FHIT调控肿瘤细胞生物学过程的概况图
目前,小分子自噬抑制剂已成为新型的癌症治疗候选方法[51-52],其中羟氯喹已用于一些临床试验。羟氯喹处理FHIT 过表达的NSCLC 细胞增加了FHIT诱导的细胞死亡[47],这表明抑制自噬可能是增强FHIT基因疗法对NSCLC疗效的潜在选择。
3.5 FHIT 与肿瘤相关蛋白质的翻译调控 FHIT 重要的生化特性是其水解5',5'-三磷酸核苷的能力。所有的mRNA 都有7-甲基鸟苷组成的5'帽,该帽通过5',5'三磷酸键与第一个核苷酸连接。mRNA 衰变是细胞内必不可少的一个生物学过程,它使细胞能够响应内部和环境变化而不断改变基因表达模式。真核生物中mRNA 常见的衰变途径是3'-5'衰变途径,少数mRNA 是通过5'-3'衰变途径。mRNA 3'-5'衰变途径的终产物是m7GpppN。在正常细胞中,游离的m7GpppN 被清道夫脱帽酶降解[5],若胞质内游离的m7GpppN 积累到一定水平,可能会与mRNA 帽竞争性结合帽结合蛋白(主要是真核生物翻译起始因子 4E,eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E),从而影响细胞内某些mRNA 的翻译,提示清道夫脱帽酶间接影响mRNA 的翻译过程。有趣的是,Truitt 等[53]报道了 eIF4E 的剂量变化对于某些mRNA 的翻译较敏感,这些特殊的mRNA 大多具有高GC含量和低自由能的长且结构化的5'-UTR,然而关于特殊的5'-UTR 对eIF4E 的剂量与特定mRNA 翻译的调节机制还是未知的。游离的m7GpppN 与Ap3A 分子非常相似,表明m7GpppN 也可作为FHIT底物。近几年研究鉴定了FHIT 是mRNA 3'-5'衰变途径中的清道夫脱帽酶新成员[5]。在肿瘤发生的早期常出现FHIT的缺失,使得胞质内游离的m7GpppN浓度增加,细胞选择性上调eIF4E来适应翻译起始阶段,而升高的eIF4E 部分地通过增加某些特殊mRNA的翻译来促进恶性转化[30]。前文中FHIT 表达异常调控TK1 mRNA 的翻译进而参与肿瘤发生发展,也证实了上述调控假说。
Kiss 等[28]利用慢病毒载体过表达体系,深入分析FHIT 过表达的H1299 细胞(FHIT+H1299 细胞)与H1299 细胞(FHIT-H1299 细胞)的 mRNA 翻译谱。整合编码区(coding sequence,CDS)的核糖体谱分析(ribosome profiling)与RNA-Seq数据得到的平均核糖体密度(average ribosome density,ARD)可以更准确地跟踪每个mRNA 的翻译效率。他们分析鉴定了FHIT+vsFHIT-H1299 细胞中有统计学意义的6 个mRNA 的 CDS ARD 增加和 4 个 mRNA 的 CDS ARD 降低。虽然确定的有显著差异的mRNA 数量较少,但它们均在肿瘤发生发展中发挥重要功能[28],例如真核生物翻译延伸因子2(eukaryotic translation elonga‑tion factor 2,EEF2)。此外,也有报道证实许多与肿瘤相关的mRNA,上游开放阅读框的核糖体占据率的变化先于可检测肿瘤出现[54]。FHIT-H1299 细胞中最明显的是CDKN2C mRNA 的CDS 几乎没有核糖体占据,其5'-UTR 中却有核糖体占据,而在FHIT+H1299 细胞中却相反。同样地,多核糖体谱分析(polysome profiling)结果也表明FHIT 增加了TK1 mRNA 上的核糖体丰度以及随后指导核糖体与某些mRNA 的 5'-UTR 结合[16,30,55]。这些数据支持 FHIT 通过调控mRNA 5'-UTR 核糖体结合维持有限数量的mRNA 翻译。翻译的影响往往通过蛋白质来体现,研究者使用蛋白质免疫印迹验证了某些蛋白。以上证据有力地证实了FHIT 表达通过改变某些肿瘤相关mRNA的翻译来影响相应蛋白质的表达。
总而言之,这些研究显示FHIT 确实影响某些癌症相关mRNA 的翻译,FHIT缺失可能驱动了早期癌症中可观察到的翻译变化。这支持了FHIT 的基因组保护/肿瘤抑制功能,并且是识别其下游效应分子的关键[5]。重要的是,FHIT 作为mRNA 3'-5'衰变途径中的清道夫脱帽酶的新功能为进一步研究其抑癌功能提供了新的思路[28,55]。此外,我们实验室近期研究也发现FHIT 的表达影响了胃癌细胞中mRNA翻译(资料未发表),正在积极探究其在胃癌早期中的作用。
4 总结与展望
大多数癌症的癌变早期即出现抑癌基因FHIT转录减少或表达下调。在这里我们回顾了在肿瘤中抑癌基因FHIT缺失或表达减少引起的基因组不稳定和其他相关的表型或通路。其中重要的一点是,新鉴定的具有脱帽酶功能的FHIT 参与基因的转录后调控,可能有助于维持基因组稳定性,这为抑癌机制的研究提供了一个新的方向。我们实验室也在积极寻找FHIT 的下游效应因子,期望在转录或者转录后调控中有所进展。此外,FHIT 在诱导肿瘤细胞凋亡和自噬,以及免疫调控方面的作用也为基于FHIT基因的肿瘤治疗提供了可能性和突破点。总之,这些研究为理解FHIT 的抑癌功能提供了重要线索,也为肿瘤的早期发现和针对FHIT基因的干预治疗提供新的途径。