Gremlin-1在肿瘤及泌尿系统领域研究进展

张轩铭综述，郝 林，韩从辉审校

0 引 言

Gremlin-1(Grem-1)是促血管生长因子，属于Dan超家族成员，其可以与BMP(骨形态发生蛋白)-2，4，7直接通过胱氨酸键结合，继而阻断BMP与其相应受体结合形成拮抗作用[1]。最新研究发现，grem-1除通过拮抗BMPs发挥作用，亦可通过非经典机制(与Grem-1拮抗BMPs的机制无关)在新生血管形成及干细胞发育等方面发挥独特作用[2]，体现了其广泛的功能性。近年来，随着BMPs信号通路在肿瘤领域的作用被发掘，其拮抗剂如Grem-1、Noggin、CV-2等也逐渐引起了研究者们的兴趣，大量文章开始报道这些拮抗剂通过何种途径来调控肿瘤细胞的生长和与肿瘤预后事件的关系。本文将介绍Grem-1的功能及在各系统肿瘤的研究进展。

1 Grem-1的多功能性

Grem-1的编码基因最早于1997年由Topol等[3]于大鼠细胞中发现，认为该基因作为Drm(Down regulated in mos-transformed cells)会抑制正常细胞的生长。随后Merino等[4]针对该基因编码的蛋白展开了一系列研究，发现其可以特异性拮抗BMPs，并通过该机制调节胚胎时期的软骨形成和肢体发育。

1997年来，Grem-1在不同领域的多功能性已被广泛发掘。Grem-1被发现广泛存在于哺乳动物的脂肪细胞中，其高表达可能会通过拮抗BMP2/4来影响脂肪细胞的分化进而诱导肥胖的产生[5]。在二型糖尿病患者中发现，Grem-1在胰岛和肝组织中表达水平升高可能导致胰岛素抵抗和肝脏脂肪样变[6]。另外，Grem-1被认为与造血干细胞的发育和分化密切相关。有研究发现由成骨细胞分泌的Grem-1大量储存于人体造血器官如骨髓和脾，其在血清和器官中的表达水平与造血干细胞向不同细胞系分化的趋向性具有相关性[7]，这一发现可能会对慢性白血病的治疗提供新的参考。

Grem-1不仅在中胚层诱导、组织细胞分化和各种器官的形态发生过程中起到至关重要的作用，近年来也已被证明参与到了肿瘤分化、炎症反应和侵袭转移等方面。下面我们将着重探讨Grem-1与肿瘤发生发展相关性的研究。

2 Grem-1的表达水平与肿瘤进展的相关性

2.1Grem-1表达与肿瘤的进展高度相关研究Grem-1表达水平与肿瘤病理参数之间的相关性，可以为为寻找新的诊断标志和药物治疗靶点提供线索和思路。早期Kosinski等[7]研究发现，在正常结肠中，黏膜上部有高表达的 BMPs，而基底部则有大量的Grem-1和其他BMP拮抗剂，而BMP信号的中断会促进肠道息肉的形成和癌症转归。Pelli等[8]后续研究补充，Grem-1在高分化，低级别，低组织浸润的结肠癌中表达强度明显增加，在淋巴结转移病人中的表达较低，与性别年龄等一般因素无关，可以作为结肠癌早期的诊断指标和阶段性预后良好指标。甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰，DNA甲基化能关闭某些基因的活性。在乳腺癌、肺癌和膀胱癌的早期研究中，发现Grem-1的编码基因可能存在高度甲基化倾向，导致Grem-1失去活性继而影响对肿瘤的调控。Van Vlodrop等[9]发现Grem-1的甲基化广泛存在于肾透明细胞癌(ccRCC)中。基因启动子CpG岛3个区域位点甲基化导致Grem-1的表达被沉默，并且与ccRCC的肿瘤大小、分期分型、血管密度等密切相关。目前，针对Grem-1表达与肿瘤病理参数的研究在乳腺癌、结肠癌、胃癌和胰腺癌等领域已有广泛成果，在其他系统中尚无较多报道。

Grem-1的表达水平与肿瘤预后的关系可能会因为组织器官微环境不同出现截然不同的结果。即使在同一组织器官中，由于Grem-1在不同病理类型肿瘤细胞中发挥的作用不同，其表达水平与结局的相关性也会存在差异。已有大量文献报道Grem-1表达水平与结肠癌的预后相关。大部分观点认为，随着Grem-1的高表达，肿瘤预后越差。比如，Grem-1在结肠癌的转移型分型CMS4中表达升高[10]。有意思的是，在部分分型如分叶腺癌中，其表达水平和肿瘤的良性预后成正相关[11]。在神经内分泌型胰腺癌中，随着Grem-1的水平升高，患者的预后相对越好[12]。相反的Yu等[13]的研究提出在胰腺癌细胞中SHH信号通路介导的Grem-1高表达，可能会不利于患者的预后。目前的主流观点依然认为Grem-1的高表达总体上会对肿瘤患者的预后及治疗产生负面影响，但不同肿瘤组织中Grem-1的表达含义仍存在争议。Grem-1的表达水平在不同组织器官肿瘤和分型中能产生不同意义的分子机制仍有待进一步研究。

2.2Grem-1在肿瘤中的作用机制研究目前已有研究论证Grem-1作为BMPs的拮抗剂可以通过拮抗BMPs在肿瘤发挥经典作用。在Neckmann等关于乳腺癌的研究中， Grem-1的表达上调可能提示乳腺癌患者的预后不良和肺部转移倾向。Grem-1在转移性66cl4细胞中高度表达，且肿瘤活检结果表明Grem-1升高与患者无复发生存期降低相关; BMPs的活性在转移性66cl4细胞中可能比在非转移性67NR细胞中受到更多的抑制[14]。同样的，部分研究发现，在食管癌、乳腺癌及结肠癌等领域中，基质细胞隐窝中Grem-1的分泌可以阻断BMP介导的对肿瘤细胞增殖的抑制。

此外，Grem-1亦可通过非经典机制在肿瘤的形成和发展中发挥作用。有研究认为，Grem-1可作为血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)的配体在肿瘤血管新生的病理活动中起到重要意义[15]，但近期Dutton等关于血管内皮细胞的离体实验提出，Grem-1能够调节血管形成可能与其在VEGFR2信号通路中的机制没有明显联系，认为肿瘤的恶性发展可能是由Grem-1参与的其他信号通路共同介导的[16]。因而一个有趣的假设是，Grem-1在质膜上存在一个特定的、同源的受体，该受体在细胞中介导Grem-1的许多致癌信号作用，而非通过拮抗BMPs来阻断BMPs与BMPR结合[17]。相信这项研究能阐明Grem-1如何介导独立于其经典的BMP信号通路来影响肿瘤发生发展的新线索。

2.3Grem-1的表达可能与肿瘤的转移相关恶性肿瘤伴远处转移包括常见的骨转移、肺转移、肝转移等，往往提示肿瘤已进入晚期且患者结局不良。通过早期筛查发现肿瘤转移的证据并进行干预，需要我们对肿瘤转移的生化标记进行新的探索研究。目前大量研究已证实了Grem-1可以通过多种机制与恶性肿瘤的转移事件相关。正如前面提到的，Neckmann等[14]的研究发现Grem-1通过拮抗BMPs途径，对雌激素受体阴性(ER-negative)的乳腺癌的肺转移起到决定作用。此外另一近期报道提出，Grem-1会参与激活STAT3-MMP13信号通路，促进乳腺癌肺转移的进程。在动物细胞模型中敲除Grem-1基因会抑制乳腺癌细胞的增殖，而其过度表达则促进了肿瘤的生长、迁移和入侵。Grem-1基因敲除的细胞显示出比对照细胞低得多的肺转移发生率[18]。这些研究都提出了Grem-1作为一种新的生物标志可以应用到恶性肿瘤转移的预测和治疗当中。

3 Grem-1在泌尿系统疾病中的展望

3.1Grem-1在泌尿系统中的研究进展Grem-1已经被证实其在胚胎发育阶段对肾脏功能形态发育具有重要作用。早期Merino等的动物实验就发现了敲除该基因后的大鼠可能会出现软骨发育不良及肢体残缺，其中大部分还会出现肾畸形[4]。同时，部分研究还发现了Grem-1可能通过抑制BMPs的抗炎作用，诱导肾损伤的发生[19]。Grem-1表达水平在肾纤维化疾病中升高，可能提示包括急性肾损伤、糖尿病肾病、慢性异体肾病和免疫性肾小球肾炎的发生[20]。与此同时，Grem-1在泌尿系统肿瘤领域的相关研究还很少，尤其是关于前列腺癌和膀胱癌的报道国内外鲜见。这可能与基因数据库中泌尿系统靶器官的相关测序工作的不足与Grem-1在各泌尿器官中的表达水平受到修饰有关。在泌尿系统肿瘤领域开展对Grem-1的蛋白质及miRNA的表达水平研究具有较强的前瞻性和目的性。继而我们可以分析其表达水平与我们感兴趣的肿瘤病理参数之间的相关性并探索其Grem-1在其中产生的作用机制，为寻找新的诊断和治疗靶点提供思路。

3.2Grem-1 通过BMPs途径同前列腺癌与骨转移的研究进展不同于乳腺癌主要通过RANK/RANKL和TGF-β等蛋白表达来调节肿瘤骨转移的演进[21],在前列腺癌骨转移领域目前认为BMPs信号通路是最有价值的研究靶点。骨形成相关蛋白家族(BMPs)最早被发现存在于骨髓间充质干细胞中，除了具有诱导骨形成的能力，也具备广泛的生理功能[22]

BMPs相关信号通路是调控前列腺癌的进展、分化、浸润和转移等事件的重要环节。BMPs不仅由成骨细胞合成，而且由前列腺癌细胞分泌[23]。机制研究认为BMP-6的表达与前列腺癌的进展有密切关系并诱使骨转移相关事件的发生：前列腺肿瘤产生的BMP-6会诱发成骨活动，促进成骨细胞病变，病变成骨细胞分泌的BMP-6又会刺激前列腺癌细胞的生长，形成恶性循环[24]。目前研究认为BMP-6介导的肿瘤细胞侵入骨质可能通过调节基质金属蛋白酶、免疫细胞信号或炎症细胞因子来实现[25]。多数大样本研究认为BMP-6在前列腺癌中扮演促癌的角色。

与BMP-6相反，BMP7被认为是前列腺癌和乳腺癌原发肿瘤骨转移的抑制剂。BMP-7的表达水平在前列腺癌组织中明显低于正常组织，而BMP-2,4,6的表达水平与对照组没有显著差异[26]。作为BMP-2,4，7的拮抗剂，Grem-1是否可以通过拮抗BMP-7来诱导前列腺癌的进展及骨相关事件的产生是一个很值得思考的课题，需要后续的基础实验来验证这一猜想。

4 结 语

综上， Grem-1作为BMPs的拮抗剂，可以通过阻断BMPs信号通路发挥对BMPs功能的抑制。Grem-1的表达水平可能影响BMPs在肿瘤发生发展中的作用，起到间接调控肿瘤的大小，分期，分级，侵袭浸润与远期转移等指标的作用。反过来，随着肿瘤的进展和组织微环境的差异，基质细胞分泌的Grem-1水平可能也会发生改变。但这些改变可能在不同的组织器官中存在表达差异。在乳腺癌、结肠癌、肺癌、间皮细胞癌等肿瘤领域，大部分研究认为Grem-1作为致癌因子其表达水平与肿瘤的进展及预后不良呈正相关；相反，在食管癌和胰腺癌的报道中，多数观点认为这种关系呈负相关。这种可能因组织器官微环境差异及Grem-1在其中参与各种机制的作用比重不同而带来的结果，需要我们在针对特定类型肿瘤的基础实验和临床研究中去进一步探索原因。