异黏蛋白基因与乳腺癌的相关研究进展

温馨，张喜平

1内蒙古医科大学第一临床医学院，呼和浩特 010050

2内蒙古医科大学附属医院甲乳外科，呼和浩特 010050

异黏蛋白（metadherin，MTDH）基因，也称星形胶质细胞上调基因-1（astrocyte elevated gene-1，AEG-1）、LYRIC或3D3，是新发现的原癌基因，高表达于恶性肿瘤如乳腺癌，骨肉瘤，以及消化、泌尿、生殖和神经系统肿瘤中，参与并调节肿瘤的多种生物学过程。因此，MTDH基因可能作为抗肿瘤治疗潜在的靶点，对肿瘤的治疗具有重要价值。本文主要综述了MTDH基因的最新研究动态，以及在乳腺癌靶向治疗方面的进展。

1 MTDH基因概述

1.1 生物学特性

MTDH基因于2002年在使用人类免疫缺陷病毒-1（human immunodeficiency virus-1，HIV-1）或肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）治疗原发性胎儿星形胶质细胞时被首次发现。Brown和Ruoslahti发现，MTDH基因可以识别与肺血管结合的蛋白质，介导乳腺癌的肺转移过程。MTDH基因编码的是分子量约64 kD的Ⅰb型单次跨膜蛋白，等电点为9.33，呈高碱性，包含582个氨基酸，其中赖氨酸含量最丰富。基因组细胞学研究显示，MTDH基因互补DNA（complementary DNA，cDNA）包括12个外显子和11个内含子，全长3611个碱基，其中第220位至第1968位碱基组成了一段高度保守的序列，被称为开放阅读框。MTDH基因位于8号染色体的8q22区，与肿瘤的增殖、突变、耐药、转移及不良预后相关。MTDH基因主要表达于细胞膜、细胞质、细胞核及特定区域的核膜、核仁、核质，但主要定位于细胞质。Hu等应用荧光原位杂交和基因组DNA定量聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术探测MTDH基因在乳腺癌中的扩增情况；Yoo等采用基因芯片和单核苷酸多态性技术探测发现，肝癌中MTDH基因座两侧250 kD区域的拷贝数明显增高。Thirkettle等研究表明，MTDH基因翻译后被泛素化，主要集中在富含赖氨酸的核定位信号区域，作为核仁定位信号和目标蛋白进入核仁。核定位信号（nuclear localization signal，NLS）-1调节 MTDH 基因定位于核仁，NLS-2调节并诱导在胞质中的泛素化修饰，NLS-3决定其在胞核的定位。

1.2 作用途径

MTDH基因作用于核因子-κB（nuclear factorκB，NF-κB）、磷脂酰肌醇3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）、WNT/β-catenin、促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）等一系列信号通路，参与肿瘤的增殖、血管生成、转移、上皮细胞-间充质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）和化疗耐药等过程。

1.2.1 NF-κB 通路 NF-κB转录因子可在多种肿瘤细胞中表达，被p50和p65亚基组成的异二聚体激活，调节多种基因的表达并介导细胞增殖、凋亡、炎性反应及免疫反应过程。研究发现，MTDH基因与NF-κB转录因子的p65亚基结合后上调细胞黏附分子Toll样受体及基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）等的表达，在肿瘤的侵袭和转移过程中发挥作用。MTDH基因呈高表达的三阴性乳腺癌中，通过作用于NF-κB通路激活沉默信息调节因子3（sirtuinl 3，SIRT3）转录因子，使乳腺癌细胞发生EMT，增强肿瘤细胞侵袭力，而在激素受体阳性的乳腺癌中，敲低MTDH基因的表达可阻断NF-κB通路，增强乳腺癌细胞对他莫昔芬的敏感性。利用ⅠB抑制蛋白对NF-κB通路的抑制作用，阻断脂多糖诱导的细胞迁移和侵袭，抑制白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）和MMP9的产生，明显逆转MTDH基因诱导的增殖和侵袭过程。因此，MTDH基因可作为侵袭性乳腺癌和炎性相关抗肿瘤治疗的靶点。

1.2.2 PI3K/AKT 通路 研究发现，MTDH基因作用于PI3K/AKT信号通路能够促进乳腺癌侵袭性表型的产生和血管再生。MTDH基因与原癌基因Ha-ras在功能上相互作用，原癌基因Ha-ras通过激活PI3K/AKT通路，使MTDH基因与启动子的两个E-BOX元件结合，实现对MTDH基因的调控，上调MTDH基因的表达。MTDH基因过表达能够磷酸化AKT蛋白及其下游底物，从而激活PI3K/AKT通路，保护血清饥饿诱导的细胞凋亡，上调乳腺癌细胞叉头框蛋白O1（forkhead box O1，FOXO1）的活性，诱导乳腺癌细胞凋亡，因此，MTDH基因与PI3K/AKT通路密切相关。

1.2.3 WNT/β-catenin通路 WNT/β-catenin通路通常参与生物体的发育、进化等重要过程，若关键基因发生突变、异常信号活化，可能促进肿瘤的形成。乳腺癌细胞中，MTDH基因可通过激活WNT/β-catenin通路，调节肿瘤凋亡基因的表达，诱导乳腺癌细胞凋亡。研究表明，抑制小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）的表达可明显下调MTDH、LEF1基因的表达，抑制肝癌细胞的侵袭。胃癌中，敲除MTDH基因可下调连环蛋白的表达，下调LEF1、cyclin D1基因的表达，促进细胞凋亡。MTDH基因作用于WNT/β-catenin通路能够促进大肠癌的侵袭和转移，介导弥漫性大B细胞淋巴瘤的发生发展。

1.2.4 MAPK通路 MTDH基因能够激活MAPK通路从而调节肿瘤的进展。Yoo等研究表明，MTDH基因过表达可以增强ERK和p38 MAPK的磷酸化，诱导肿瘤细胞的侵袭和非依赖性生长。激活细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路后，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）磷酸化水平升高，使β-catenin进入细胞核并激活WNT/βcatenin通路。通过p38 MAPK通路，MTDH基因能参与EMT过程，与转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）共同作用，介导肾小管上皮细胞向间充质转化。乳腺癌细胞中，敲除MTDH基因可增加FOXO3A蛋白的活性，提高了乳腺癌细胞对新型ATP非竞争性抑制剂AZD6244的敏感性。

2 MTDH 基因与乳腺癌

2.1 MTDH 基因在乳腺癌中的表达及意义

Li等的研究表明，MTDH基因过表达在乳腺癌中的临床意义。MTDH基因在原发性乳腺癌和转移性乳腺癌中均呈高表达，而在正常乳腺组织和癌旁正常组织中表达不明显。研究者对携带乳腺癌细胞系MDA-MB-231小鼠细胞的研究表明，稳定表达MTDH基因的小鼠细胞肿瘤生长速度更快且更容易转移扩散至其他器官如肝、脑、骨和肾。此外，MTDH基因过表达于三阴性乳腺癌（56.8%）和人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）阳性乳腺癌（51.0%），表明其过表达与乳腺癌侵袭性表型有关。日本学者采用免疫组化法对195例乳腺癌患者进行了分析，结果发现，MTDH基因主要表达于细胞质，转移灶的细胞核染色率较高，且在乳腺癌肝转移瘤中的表达水平明显高于乳腺癌原发灶；通过分析MTDH基因在正常乳腺组织、不同增生程度的乳腺导管组织中的表达情况可知，随着导管病变程度的不断增加，MTDH基因的表达频率和强度逐渐增高，且与增殖标志物Ki-67的表达水平明显相关。MTDH基因表达水平与年龄、雌激素受体（estrogen receptor，ER）/孕激素受体（progesterone receptor，PR）、HER2表达水平无相关性，而与肿瘤大小、淋巴结转移情况、临床分期及Ki-67表达水平等临床特征相关，表明MTDH基因参与了乳腺癌的增殖、侵袭与转移过程，其表达水平越高，预后越差，且MTDH基因在细胞表面的过表达可促进乳腺癌的远处转移。因此，MTDH基因过表达的淋巴结阴性乳腺癌具有远处转移的潜能。MTDH基因是影响乳腺癌总生存期及无进展生存期的独立预后因素。

2.2 MTDH 基因与乳腺癌的恶性生物学行为

2.2.1 肿瘤新生血管生成 血管生成是由血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）等多种生长因子与MMP、血管生成抑制素和内皮抑制素等相互作用的过程。MTDH基因能够通过上调缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）和MMP1蛋白的表达而使血管内皮细胞存活，促进乳腺癌的血管生成。MTDH基因可作为癌基因直接作用于NF-κB、PI3K/AKT通路诱导肿瘤新生血管生成。三阴性乳腺癌中，通过对VEGF和CD34做免疫组化染色分析结果显示，MTDH基因的表达与微血管密度（microvessel of density，MVD）密切相关，高MVD患者的MTDH基因呈高表达，低MVD患者的MTDH基因呈低表达。肝癌细胞中，MTDH基因可使多种血管生成因子表达上调，促进肿瘤新生血管生成。

2.2.2 侵袭与转移 MTDH基因能够参与并调节乳腺癌的侵袭和转移过程。细胞侵袭实验中，可通过上调MTDH基因的表达，乳腺癌细胞、恶性胶质瘤细胞可显示出明显的侵袭能力，骨肉瘤和非小细胞肺癌中MMP2的表达增加，内脏转移进程加快，生存时间明显缩短。MTDH基因能够介导并促进乳腺癌细胞的肺转移，EMT在此过程中发挥了重要作用。EMT过程中，上皮细胞会被细胞骨架蛋白、波形蛋白和连环蛋白等间充质标志物包围，逐渐丢失E-cadherin等上皮表型标志物，导致在间充质细胞转化的过程中失去了极性，使转移潜能增加。敲低MTDH基因的表达，可使间质细胞向上皮细胞转化，降低了肿瘤转移的可能。因此，MTDH基因在乳腺癌的侵袭与转移中发挥了重要作用。

2.2.3 耐药 Hu等通过对NCI-60的药物基因组分析结果表明，MTDH基因能够介导化疗耐药，所涉及的药物包括他莫昔芬、曲妥珠单抗、5-氟尿嘧啶、顺铂、多柔比星和紫杉醇等，结果显示，MTDH基因DNA拷贝数与化疗药物敏感性呈负相关，敲低MTDH基因可明显增加肿瘤细胞对多柔比星的敏感性。抗肿瘤治疗过程中，对多柔比星耐药的原因可能是因为多耐药基因1（multidrug resistance gene 1，MDR1）的表达上调。MDR1蛋白表达上调后会促使化疗药物排出体外，从而导致耐药。有学者采用PI3K抑制剂阻断了MTDH基因介导的MDR1蛋白向多聚体加载的过程，表明PI3K/AKT通路在乳腺癌的耐药机制中也发挥了作用。Ward等建立的他莫昔芬耐药的乳腺癌体外模型表明，他莫昔芬耐药与miRNA的表达改变有关，该模型上调miRNA-375的表达可增强乳腺癌细胞对他莫西芬的敏感性并降低其侵袭力。此外，敲除MTDH基因能够部分逆转乳腺癌细胞对他莫西芬的耐药。miRNA-375是该研究中能够明显下调MTDH miRNA水平，在肺癌、结肠癌和胶质瘤中也发现了miRNA-375的异常表达。自噬可保护乳腺癌细胞免受抗肿瘤药物顺铂和紫杉醇引起的代谢应激。在未死亡的人类胎儿星形胶质细胞中，MTDH基因通过降低ATP与AMP的比值诱导细胞自噬过程，激活AMP激酶和非典型自噬途径。在多种肿瘤细胞系中，沉默MTDH基因，能够减少自噬相关蛋白LC3-Ⅱ的积累而恢复化疗敏感性。因此，MTDH基因介导的保护性自噬与乳腺癌细胞的耐药性密切相关。

2.3 MTDH 基因对乳腺癌靶向治疗的指导

MTDH基因能广泛作用于多种信号通路促进乳腺癌的侵袭和转移，因此，抑制MTDH基因的功能可能是治疗乳腺癌的新方法，如MTDH基因通过NF-κB通路降低了乳腺癌中抑癌基因磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因的表达，还能介导对HER2靶向治疗的耐药。因此，MTDH基因能够作为新靶点用于治疗曲妥珠单抗耐药的HER2阳性乳腺癌患者。敲除MTDH基因可以明显抑制乳腺癌的新生血管生成，因此，MTDH基因可能是乳腺癌抗血管生成的治疗靶基因。乳腺癌的免疫治疗一直是临床研究的热点，针对MTDH基因的自身抗体也已在乳腺癌患者体内检测到，并证实了其免疫原性，说明MTDH基因能够作为一个潜在的免疫治疗靶点。研究发现，MTDH基因中的3个T细胞表位能够支持其作为乳腺癌疫苗靶点的潜在价值。在小鼠乳腺癌异种移植模型中，一种由CD8介导的抗MTDH基因免疫应答的DNA疫苗，能够抑制乳腺癌细胞的增殖和肺转移，因此，MTDH基因能够通过DNA疫苗来增强机体的免疫反应，抑制乳腺癌细胞的增殖、转移，提高化疗疗效，延长患者的生存期。miRNA在细胞分化和增殖的过程中对基因表达的调控发挥着重要而微妙的作用。MTDH基因能调控miRNA的表达，同时也受miRNA的调控，下调MTDH基因能够使miRNA-630抑制乳腺癌细胞的集落和迁移，而miRNA-30a通过下调MTDH基因的表达，有效抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭过程。三阴性乳腺癌，一类不表达ER/PR、HER2的高侵袭性、恶性程度高的特殊类型的乳腺癌，miRNA-26a表达缺失会明显上调MTDH基因在三阴性乳腺癌中的表达，从而增强乳腺癌的侵袭性，表明预后不良。上述研究表明了miRNA与MTDH基因间存在相互作用，同时也充分阐述了MTDH基因能够作为乳腺癌治疗新靶点的依据，并对三阴性乳腺癌的靶向治疗发挥了重大的指导作用，为三阴性乳腺癌患者的治疗带来了新希望。

3 小结与展望

MTDH基因能够通过上述NF-κB、PI3K/AKT、WNT/β-catenin、MAPK等信号通路参与乳腺癌的侵袭、转移与耐药等恶性生物学过程，而耐药是多种治疗措施失败的关键环节。因此，对MTDH基因介导的耐药、针对MTDH基因的DNA疫苗研究为乳腺癌的治疗提供了新思路。鉴于MTDH基因在乳腺癌中过表达，针对MTDH基因靶向治疗药物的研发并应用于临床，将会为乳腺癌的治疗开辟了一个新的局面，尤其在缺乏治疗手段的三阴性乳腺癌的治疗方面，具有非常重要的意义和应用前景。