中心体扩增在结直肠癌中作用的研究进展

李雅丽，李袁飞

山西医科大学第一医院肿瘤科，太原030000

结直肠癌是一种发病率和病死率均较高的恶性肿瘤[1]，其发生、发展大多遵循“腺瘤—癌”序列，从癌前病变进展至癌一般需要5～10年。然而，结直肠癌早期常无自觉症状，大部分患者出现典型症状就诊时已发展至中晚期，而中晚期结直肠癌5年生存率相对较低[2]。因此，早期诊断并及时治疗对提高结直肠癌预后至关重要。目前，结直肠癌的发病机制尚不完全清楚。近年研究发现，超过90%结直肠癌表现出染色体异常，其中一些反复出现的染色体异常是导致结直肠癌发生、发展的关键染色体改变，这种现象被称为染色体不稳定性(CIN)[3]。中心体扩增(CA)是指细胞中出现两个以上的中心体或中心体体积异常增大的现象，包括数量扩增和结构扩增。有研究报道，CA是导致CIN的主要原因，不仅能促进肿瘤恶性转化，还是肿瘤内异质性(ITH)的有力驱动因素[4-5]。本文结合文献就CA在结直肠癌中作用的研究进展作一综述。

1 CA概述

1.1 中心体结构与复制过程 中心体是由一对中心粒组成的小型细胞器。在每个细胞周期中，中心体只复制一次，以确保有丝分裂过程中双极纺锤体组装和染色体平等分离。中心体由两个中心粒和中心粒周物质(PCM)组成。中心粒由九组呈辐射状对称排列的三联体微管组成，而微管由微管蛋白组成，包括α/β/γ/δ/ε微管蛋白、中心体蛋白centrin和tektin丝状体以及与其相连的结构蛋白[6]。围绕中心粒的物质形成一种电子密度较高、无膜包围的不定型结构，即PCM。PCM蛋白包括参与中心粒组装、微管锚定和纺锤体形成的蛋白，这些蛋白随细胞周期所呈现的动态变化可导致PCM周期性组装和解离，在中心体复制和成熟、纺锤体组装等方面起重要作用，并受多种有丝分裂激酶、磷酸酶和微管共同调控[7]。

中心体复制是中心粒组装和PCM募集的过程。首先，定位于中心粒近端的Cep192和Cep152将Polo样激酶4(PLK4)募集到母中心粒一侧，PLK4在母中心粒近端的分布由环状结构变成位于一侧单个的点状结构，这个点状结构即中心粒组装的起点[7]；PLK4将SAS-6、STIL带到母中心粒，这两种蛋白结合在一起形成一个9×2对称车轮状结构[8]。其次，SAS-6和STIL将CPAP招募到车轮结构外部，CPAP组装并稳定形成前中心粒的微管组织；中心粒延伸能够持续至G2期，CPAP能够与Cep135、Cep120、SPICE1、Cep110等蛋白相互作用，共同调控中心粒微管的延伸[7]。最后，在G2/M期Polo样激酶1(PLK1)和Aurora激酶A(Aurora-A)开始招募许多PCM组分，从而促进中心体成熟。PLK1还能刺激γ微管蛋白募集，增加中心体的微管成核能力，这是有丝分裂期纺锤体装配和功能所必需的[9]。在细胞分裂过程中，母中心体变成椭球体并分裂，产生两个子中心体，子中心体向细胞的两极迁移，并诱导有丝分裂纺锤体形成。

1.2 CA分类与功能 在人类恶性肿瘤中，CA包括数量扩增和结构扩增。

1.2.1 数量扩增 数量扩增是指细胞内超过两个中心体或四个中心粒的现象，是恶性肿瘤最常见的中心体异常。有研究报道，胞质分裂失败、细胞—细胞融合、中心粒过度复制、新生中心粒组装等均能导致中心体数量扩增[10]。胞质分裂失败会导致中心体数目与核分裂同时积累，能够重新进入S期并产生后代，形成超过两个中心体的多倍体细胞，从而促进肿瘤发生；当细胞受到融合病毒影响或其他应激因素影响时可导致细胞—细胞融合，其中心体数量可通过细胞融合而增加[11]；中心体复制周期失调可导致中心体失去调控后连续增殖，或在单个母中心粒模板上快速同时形成多个子中心粒，两者都会导致在二倍体细胞中形成过多的中心粒。过多的中心体导致过多微管成核，致使有丝分裂缺陷和染色体分离错误，甚至是非整倍体发生，破坏了组织极性和细胞结构，从而导致恶性肿瘤发生。

1.2.2 结构扩增 结构扩增是指在中心粒数量不变的情况下，中心粒长度增加或PCM大小和组成发生变化，其中最易识别的结构缺陷是中心粒长度增加[9]。中心体结构扩增可分为两种，即中心粒结构缺陷和PCM数量缺陷。中心粒结构缺陷与控制中心粒结构基因的表达改变有关。如中心体成分CPAP过表达可导致中心粒长度增加，继而导致肿瘤细胞的中心粒发生结构扩增[12]；PCM数量缺陷是通过使用周中心蛋白标记物测量的中心体体积(或直径)而得出的，PCM蛋白过表达和聚集在一起的中心粒均可表现为中心体体积增大，真正的结构扩增是PCM蛋白过表达而不是中心粒聚集，二者只能通过标记中心粒来区分。PCM蛋白在微管锚定中心体时发挥作用，可直接调控纺锤体形成。因此，不同数量的PCM或PCM片段自身会导致纺锤体极性丧失和多极纺锤体形成。中心粒周围卫星蛋白，如PCM-1、centrin-2和ninein，有助于形成高度保守的PCM结构[9]，这些蛋白中的任何一种从中心体中分离出来，都有可能形成多极纺锤体。

2 CA在结直肠癌中的作用

在结直肠癌中CA的检出要早于大肠腺瘤到腺癌的低分化病变序列，低级别或高级别上皮内瘤变和浸润性腺癌样细胞的中心体数量明显高于正常结肠上皮细胞，而在所有侵袭性腺癌标本中均表现出中心体定向和极化位置的完全丧失[13]。因此，CA可能是结直肠癌发生的早期事件，对结直肠癌早期诊断和预后评估具有重要的临床价值。

ITH描述了在原发性肿瘤中存在不同遗传亚群的细胞，这种异质性表现为肿瘤内基因的转录表达、拷贝数量或突变状态等[14]。基因组不稳定性可以启动和维持肿瘤内的遗传异质性，是肿瘤形成和进展的重要因素。基因组稳定性丧失可增加发生致癌事件的概率，并创造了一个适应和进化能力增强的异质性细胞群体。结直肠癌主要由微卫星不稳定性(15%)和CIN(85%)两种基因组不稳定类型组成[15]。CIN是指染色体改变可以通过在每个细胞分裂过程中反复的染色体“洗牌”而发生，从而导致高频率的基因组变化。肿瘤细胞基因组的这种持续变化有助于细胞快速适应抗肿瘤治疗环境，并产生具有生长优势的克隆，从而导致肿瘤进展[16]。高频率的基因组改变与恶性肿瘤患者预后不良有关，并严重影响肿瘤进化和治疗耐药性[17]。有研究还发现，高CIN肿瘤主要为非黏液腺癌，表现为在结直肠黏膜上皮细胞中典型的表皮生长因子信号转导基因过表达[18]。这一发现提示，CIN还可能通过增加抑癌基因染色体区域的丢失和(或)癌基因染色体区域的扩增，从而为恶性肿瘤细胞提供额外的生长优势。

有研究报道，大多数结直肠癌通过CIN途径发生时，染色体异常表现为非整倍体和杂合性缺失，其中非整倍体是最常见的CIN表型[19]。非整倍体是指染色体数目不成倍数，可以为亚倍体或超倍体。如散发性结直肠癌携带额外的7号染色体拷贝，这种异常改变在肿瘤进展和衍生细胞系中持续存在[20]。然而VASUDEVAN等[21]研究报道，只有特定的非整倍体与肿瘤患者预后不良有关。因此，非整倍体不是恶性肿瘤的统一驱动因素，不同的非整倍体可以独特地影响肿瘤进展，保持一个最佳CIN状态对提高结直肠癌治疗效果至关重要。

CA导致的异常有丝分裂可归纳为两个方面。①多极化有丝分裂。CA导致的多极纺锤体形成可引起子细胞染色体单体错配，导致有丝分裂纺锤体不均匀牵拉，继而引起CIN和非整倍体发生。②假双极纺锤体形成(中心体聚集)。CA导致的中心体聚集现象，能够引起肿瘤细胞多倍体化和基因组不稳定性增加。因此，CA是导致CIN和肿瘤细胞结构丧失的主要机制。

额外的中心体导致多极纺锤体形成，可引起多极有丝分裂甚至细胞死亡。然而，肿瘤细胞可通过迅速启动中心体聚集，将多余的中心体连同周围附着物聚集成两个极性群，最终组装出一个假双极有丝分裂纺锤体，以此来避免细胞死亡[22]。中心体聚集形成的假双极纺锤体可导致动粒—微管附着错误进行，错误的动粒—微管附着物积累并促进染色体误聚，即保持低水平的总染色体错配率。这种染色体异常直接导致CIN结直肠癌发生，并使肿瘤细胞能够在可耐受水平上继续改变其核型，在不损害其生存能力的基础上提供遗传变异，从而进化为超侵袭表型。因此，中心体聚集是一个管理额外中心体负荷以及维持最佳CIN状态的策略[22]。在非整倍体方面，中心体聚集时染色体错误分离会导致细胞群体具有广泛的核型，易引起细胞恶性转化，增加了结直肠癌的发生风险[23]；并且由此产生的后代细胞仍然是非整倍体，尽管处于较低的可持续水平，但仍是导致治疗效果不佳或肿瘤进展的重要因素。因此，中心体聚集被认为是CIN和非整倍体的主要来源。

CA在结直肠癌中的分子作用机制仍需进一步阐明，功能性中心体异常可能是未来一个值得探索的方向，如中心体定位缺陷、蛋白质组成改变。

3 CA靶向治疗在结直肠癌中的应用前景

虽然CA在肿瘤细胞中的作用一直受到学者们的关注，但是国内外针对CA的靶向治疗鲜有报道，亦缺乏相关的临床研究数据。目前认为，针对中心体聚集、数量扩增或结构扩增均能靶向治疗CIN或高ITH结直肠癌。

3.1 靶向中心体聚集 中心体聚集是CA导致CIN的主要来源，多余的中心体聚集可以使CIN状态持续存在，导致肿瘤细胞发生多极有丝分裂甚至细胞死亡。而中心体聚集需要多种蛋白协同参与，包括中心体复制蛋白、有丝分裂检查点蛋白和皮质肌动蛋白等，形成庞大且复杂的分子系统。基于此，LEBER等[24]研究发现，染色体复合体中的蛋白质有助于稳定多余的中心体聚集，如有丝分裂激酶Aurora-B，基因敲除或药物抑制Aurora-B可导致中心体去聚集并最终引起细胞凋亡。这一研究为中心体去聚集的治疗途径开辟了一种新的思路。另外，RAAB等[25]研究发现，灰黄霉素衍生物GF-15可作为中心体聚集的抑制剂，其在体内外能够抑制肿瘤细胞生长，未来期望对该新型小分子药物进一步研发和评估。

中心体蛋白CPAP和微管蛋白相互作用的遗传和化学紊乱会激活多余的中心体，从而破坏中心体聚集。MARIAPPAN等[12]研究发现了一种新型的微管蛋白结合物CCBO2，能够与CPAP有效竞争微管蛋白的相同结合位点，使细胞内多余的中心体去聚集化，继而导致多极有丝分裂直至细胞死亡。这一研究表明，CCBO2具有利用扩增的中心体选择性靶向肿瘤细胞而不伤害正常细胞的潜力。更重要的是，CCBO2还可作为进一步破译中心体聚集的分子基础以及在肿瘤发生中作用的研究工具。

中心体去聚集还可通过降低纺锤体张力，如接触GF-15后有丝分裂细胞的纺锤体张力显著降低，但要保证GF-15维持在一个对微管蛋白聚集没有显著影响的水平。许多微管靶向化合物具有这种活性，这也部分解释了它们对肿瘤细胞的选择性[26]。此外，BOND等[27]利用一种强效的有丝分裂阻滞剂通过破坏双极纺锤体形成，选择性地诱导肿瘤细胞凋亡，被阻滞的细胞显示出由周中心蛋白、γ微管蛋白和Aurora-A组成的多个微管组织中心形成，但没有明显的中心体数量扩增。这一研究表明，某些有丝分裂抑制剂可能通过抑制多余的中心体聚集来抑制CIN。

3.2 靶向中心体数量扩增 肿瘤细胞生存需要中心体过度复制，故抑制其复制可能有助于恢复正常的中心体数量，从而抑制肿瘤细胞的增殖和存活。大多数情况下，中心粒过度复制是由细胞周期信号异常引起的，与APC、CTNNB1/β-catenin、p53等癌基因或抑癌基因的突变有关。如在正常细胞中，中心粒复制失败可导致中心体丢失，继而引起细胞周期阻滞，而肿瘤细胞可通过抑制p53功能绕过这一监视通路而存活[28]。由此可见，p53激活剂能够增强靶向CA的治疗效果，甚至能够逆转CA，从而改善患者预后。

PLK4是Polo激酶家族成员，作为触发中心粒复制起始的关键酶，其蛋白表达受到严格调控。PLK4过表达会引起中心粒过度复制，形成花环状结构，而其低表达会使中心粒复制受阻[7]。ZHAO等[29]研究表明，单独使用PLK4抑制剂或与其他药物联合使用具有显著的抗肿瘤作用。在PLK4过表达的恶性肿瘤中抑制PLK4活性以逆转CA是可行的。中心酮是一种可逆的选择性PLK4抑制剂，在具有不同水平CA的细胞系中可耗尽中心体，逆转高CA表型[30]。近年有研究发现，中心体蛋白Cep131过表达能够增强PLK4稳定性，进一步导致CA发生[31]。未来可研发Cep131抑制剂，通过降低PLK4稳定性来抑制中心体过度复制，从而阻止中心体数量扩增。

在G2/M期中Aurora-A可通过自身磷酸化招募许多PCM组分，从而促进中心体成熟，调节染色体分离。LIN等[32]研究发现，Aurora-A抑制剂不仅可作为治疗药物杀伤肿瘤细胞，还可作为辅助药物与其他化疗药物或放疗相结合，从而提高治疗效果。目前，第二代Aurora-A抑制剂MLN8237已进入Ⅲ期临床试验阶段。未来通过对上述基因表达的调控来靶向中心体数量扩增是否可增强基因突变型耐药性结直肠癌的治疗效果，还有待于进一步验证。

3.3 靶向中心体结构扩增 CPAP作为一种细胞周期调节蛋白，其微管蛋白二聚体结合活性是中心粒延长所必需的。过量的CPAP可诱导中心体过度延长，从而导致中心体结构扩增。因此，筛选和开发抑制CPAP功能的药物可能对CA的结直肠癌治疗有效。另外，定位于中心粒远端的CP110则可抑制中心粒微管过度延伸，并拮抗CPAP功能[7]。LI等[33]确定了一个中心粒去泛素化酶——USP33，其定位于中心粒，能够特异性地去泛素化中心体蛋白CP110，破坏中心粒稳定性并抑制中心粒延长。因此，USP33激动剂通过靶向中心体结构扩增来改善相关肿瘤预后有可能成为一个新的研究方向。

DAHL等[34]研究发现，中心体蛋白Cep135的剪切亚型通过限制Cep135结合蛋白(SAS-6、CPAP)和γ微管蛋白的中心粒定位来抑制中心粒重复。Cep135同工型在细胞周期中表现出独特且互补的中心体定位，故加强该蛋白对中心粒重复的抑制是靶向中心体结构扩增新的研究方向。

综上所述，在结直肠癌细胞中，CA通过聚集中心体来避免多极有丝分裂产生，从而避免肿瘤细胞死亡，并通过促进非整倍体和CIN发生，使肿瘤细胞获得ITH和耐药性，进化为更具侵袭性的表型。针对中心体聚集、数量扩增或结构扩增能够靶向治疗CIN或高ITH结直肠癌，但目前国内外针对CA的靶向治疗鲜有报道，亦缺乏相关的临床研究数据，尚需进一步研究。