消化系统肿瘤发生有丝分裂危象的研究进展

李原 综述 张玲 审校

细胞有丝分裂是真核细胞产生体细胞的过程，具有周期性。有丝分裂周期分为四个阶段(G1、S、G2和M)。当细胞周期检查点出现异常或纺锤体结构发生损伤会造成细胞死亡，这种现象称为有丝分裂危象。细胞周期检查点是保证细胞有丝分裂周期正常运行的关键节点[1]，由DNA损伤检查点、DNA复制检查点、纺锤体装配检查点构成。纺锤体装配检查点监测染色体正确排列和分离，并确保子细胞基因组的完整性。对于进入有丝分裂的细胞，纺锤体装配检查点控制细胞走出M期[2]。消化系统肿瘤细胞为四倍体，由于缺乏细胞周期的控制和受损的细胞死亡信号而易发生多极化有丝分裂[3]。姐妹染色体在分离时发生错误，细胞表现出非整倍性。非整倍体细胞不受控于纺锤体装配检查点，无法通过下一个细胞周期中的M期而死亡。有丝分裂危象是一种新的细胞死亡方式，发展至终末期会以三种方式诱发细胞死亡：不退出有丝分裂后死亡；细胞进入下一个细胞周期的G1期后死亡；退出有丝分裂后死亡[4]。消化系统肿瘤细胞发生有丝分裂危象，电镜下表现为染色体过早凝结、染色体断裂和微核以及核分裂缺陷导致形成的巨大多核细胞[5]。

1 有丝分裂危象在消化系统肿瘤领域的研究现状

1.1 胰腺癌细胞发生有丝分裂危象

胰腺癌恶性程度极高，确诊时往往已经不可治愈，且死亡率高，中位生存期仅为6个月，5年生存率仅为6%[6]。目前胰腺癌的主要治疗手段为手术治疗。胰腺癌对放化疗具有高度耐药性，有研究发现胰腺癌细胞所处的微环境成分以及生长因子和细胞因子等可溶性蛋白质之间的复杂相互作用，使得这些蛋白质具有化疗耐药性、促进肿瘤生长、转移扩散和上皮间质转化、支持免疫逃逸和干扰药物输送等功能[7]。如何控制胰腺癌细胞的增殖是胰腺癌研究领域的难点和焦点问题。有研究表明，Aurora蛋白激酶家族(AURKA)可以通过空间和时间控制磷酸化与有丝分裂调控相关的蛋白机制，包括表观遗传调节因子、致癌基因和表观遗传调节因子之间的相互作用导致胰腺癌的发生。AURKA抑制剂可通过阻滞G2/M期，进而抑制胰腺癌细胞增殖。目前AURKA已经成为胰腺癌治疗的分子靶点[8]。Mathison等[9]发现甲基赖氨酸9组蛋白3(Methyl lysine 9 histone 3，H3K9me)通路的HP1γ(CBX3)被AURKA磷酸化来支持正常的有丝分裂过程。HP1γ与H3K9组蛋白甲基转移酶(Histone methyl transferase，HMT)G9a、GLP、SUV39H1和SUV39H2等结合，形成一个多聚体复合体K9H3me。在共聚焦显微镜和电子显微镜下，以及细胞周期分析下，发现单独使用AURKA抑制剂可引发Chk1-Cdc25c-Cdk1依赖性G2/M期阻滞，延缓胰腺癌细胞的生长。与H3K9me HMT抑制剂联合使用时，会调节检查点蛋白使其绕过G2/M期阻滞并下调Chk1-p53途径，并且提高了胰腺癌的生长抑制效果。这种联合使用产生的细胞毒性，可以诱导胰腺癌细胞发生有丝分裂危象而死亡。Florio等[10]发现苯并咪唑类驱虫药-帕苯达唑通过抑制Wnt/β-连环蛋白信号传导途径改变微管组织和形成异常纺锤体而抑制胰腺癌细胞的增殖、克隆和迁移。帕苯达唑还可通过阻滞G2/M期而干扰细胞周期进程，使胰腺癌细胞形成巨大的多倍体细胞后发生有丝分裂危象。对于死亡率很高的胰腺癌，有丝分裂危象有望成为治疗胰腺癌的关键节点。

1.2 结直肠癌细胞发生有丝分裂危象

结直肠癌是一种由遗传和表观遗传因素引起的异质性疾病，是全球第三大最常见的癌症，且复发率高，5年生存率低[11]。结直肠癌化疗效果差，主要是因为长时间的化疗会使癌细胞产生多药耐药性。多药耐药性的发生可能是通过肿瘤细胞的遗传、表观遗传或宿主因子实现的，有研究指出多药耐药性的发生与肿瘤干细胞相关。肿瘤干细胞是癌症中的一类特殊细胞，肿瘤干细胞不能被化疗药物消灭是导致药物治疗后肿瘤复发和转移的原因之一[12]。目前临床治疗结直肠癌使用较多的是靶向微管药物，通过促进微管聚合或解聚来干扰微管生物化学动力学，从而损伤纺锤体的正常形成，进而导致纺锤体检查点的激活，细胞周期发生阻滞[13]。Zdioruk等[14]研究发现水溶性微管蛋白抑制剂—鸟氨酸氨基转移酶-449(OAT-449)，在6～30 nM的浓度范围内可显著抑制结直肠癌细胞(HT-29)的增殖。OAT-449作用HT-29细胞18 h后，激活了Cdk1、NuMa、组蛋白H3和Aurora B的细胞信号通路；作用24 h后，HT-29细胞停滞在G2/M期，并抑制了微管蛋白聚合，导致微管和纺锤体之间缺乏张力。这阻止了纺锤体组装检查点的通路，使其未能完成M期，在HT-29细胞中引起有丝分裂危象；作用72 h后，发生非凋亡性细胞死亡。有丝分裂危象的发生涉及到p21/waf1/cip1蛋白的细胞质积累，当p21/waf1/cip1蛋白位于细胞质中时具有抑制凋亡的能力。Králová等[15]发现低浓度的氟苯达唑可以在体外抑制结肠癌细胞增殖，诱导发生有丝分裂危象和早衰。氟苯达唑作用结肠癌细胞后，通过β-微管蛋白亚单位上的秋水仙素结合位点来抑制微管蛋白聚合，激活凋亡通路，使含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-2(Caspase-2)和Caspase-3/7活性升高并伴有聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶切割。Caspase-2通过介导细胞骨架干扰物来诱导细胞死亡。针对多药耐药性且无法手术的结直肠癌患者，诱导结直肠癌细胞发生有丝分裂危象有望成为新型治疗方案。

1.3 肝癌细胞发生有丝分裂危象

肝癌是全球第六大常见癌症[16]，肝癌的发生是由于Raf/Ras/丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase，MAPK)通路的激活和促血管生成因子的过度表达[17]。手术是肝癌最佳治疗方法，因为肝癌细胞Bcl-xL的过表达导致其对各种化疗药物有耐药性。Bcl-xL是一种抗凋亡蛋白，其作用是阻止细胞毒性刺激诱导的线粒体细胞色素C释放到胞质溶胶中。多激酶抑制剂索拉非尼是目前唯一用于治疗不可切除肝癌的药物，Sonntag等[18]发现索拉非尼通过抑制MAPK通路和下调Cyclin D1来阻滞细胞周期进程，诱导肝癌细胞发生有丝分裂危象后死亡。蒽环类抗生素多柔比星是治疗肝癌最重要的抗癌药物。但多柔比星副作用较多，尤其是心脏毒性。Seok等[19]发现阿霉素诱导肝癌细胞凋亡所需浓度约为5～10 μg/mL，而阿霉素诱导肝癌细胞发生有丝分裂危象所需的浓度仅为0.025～0.15 μg/mL，可避免对正常组织的损伤。因此对于无法手术的肝癌患者，寻求一种可以诱导肝癌细胞发生有丝分裂危象的药物至关重要。

1.4 胃癌细胞发生有丝分裂危象

据2020年世界卫生组织国际癌症研究机构调查数据，全球新发肿瘤病例1 929万例，其中胃癌新发病例109万例[16]。目前胃癌发病率趋向年轻化，大约有3%的胃癌病例可能发生在35岁或更年轻的人群中。年轻患者的胃癌已被证实是一种虽然少见但是致命的疾病[20]。晚期胃癌患者的5年生存率低于10%[21]。胃癌细胞对化疗耐药主要是由于生存素的存在。生存素是一类凋亡抑制蛋白[22]，能抑制细胞凋亡、促进细胞增殖和调节细胞有丝分裂。有研究发现，生存素能促进胃癌细胞克服G0/G1和G2/M检查点的控制，使胃癌细胞对化疗高度耐药。抑制胃癌细胞中生存素的功能可阻断生存素与有丝分裂纺锤体的联系，增加胃癌细胞对细胞毒性药物的敏感性并诱导胃癌细胞发生有丝分裂危象。Tu等[22]发现反义和突变基因Cys84Ala在体外和体内引起胃癌细胞纺锤体装配检查点的失调以及微管组装和功能的缺陷，导致有丝分裂危象，引发胃癌细胞死亡。微管是细胞骨架的重要组成部分，还是很多基本细胞功能的组成蛋白。Qu等[23]发现白屈菜碱可抑制微管蛋白聚合，破坏微管结构，改变细胞骨架，影响纺锤体的形成和功能。白屈菜碱作用胃癌SGC-7901细胞系24 h后，可抑制SGC-7901细胞进入M期。作用48 h后，可诱导SGC-7901细胞在G2/M期阻滞。作用72 h后，受损纺锤体未能得到彻底修复的情况下，细胞越过检查点进入下一个细胞周期的G1期，形成具有大量微核的多倍体伪G1细胞，无法存活。巨细胞长时间停滞M期，表现多个不同大小的微核，表明SGC-7901发生有丝分裂危象。经白屈菜碱处理后，SGC-7901细胞系的Caspase-3蛋白表达随时间逐渐增加，有丝分裂危象的发生可能与Caspase-3依赖的信号通路有关。Song等[24]发现低剂量(<40 μM)2，4-二叔丁基苯酚可诱导人胃腺癌AGS细胞的p21和Rb上调以及β-半乳糖苷酶活性的增加，使人胃腺癌AGS细胞衰老。高剂量的(>40 μM)2，4-二叔丁基苯酚通过抑制人胃腺癌AGS细胞的人组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)的活性，使聚合微管蛋白—乙酰化α-微管蛋白比例增加，诱导有丝分裂危象发生并产生多核细胞。目前有研究发现，从大蒜中提取的含硫化合物大蒜素，对消化系统肿瘤有抑制作用，其还可与其他抗肿瘤药物联合使用，增加抑制肿瘤增殖的作用，降低药物的耐药性。

2 小结与展望

本文总结了消化系统肿瘤发生有丝分裂危象的研究现况。相较传统化疗药物诱导肿瘤细胞发生凋亡，精准诱导肿瘤细胞发生有丝分裂危象治疗效果显著，并且还可以联合其他化疗药物增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。目前消化系统肿瘤确诊病例逐年升高，迫切需求新型治疗方案。诱导肿瘤细胞发生有丝分裂危象成为治疗消化系统恶性肿瘤的热点研究方向，但是其发生的分子生物学机制及相关信号通路尚不明确，需要我们深入研究与探讨。