抑癌基因ARMC5在原发性双侧大结节性肾上腺皮质增生中的作用及机制

刘昌伟 周素娴

桂林医学院附属医院内分泌与代谢科 广西桂林 541000

PBMAH即原发性双侧大结节性肾上腺皮质增生,是库欣综合征的一种罕见形式,其发病机制与Armadillo重复蛋白5基因 (Armadillo repeatcontaining protein 5 gene,ARMC5)基因的种系突变相关,具有常染色体显性遗传模式。患者常具体表现为库欣综合征的临床症状且影像学提示双侧肾上腺结节性增生病变,增生结节超过1cm,该病变约占所有肾上腺皮质病的5%,占所有内源性CS 的2%以下。Assie等[1]第一次在原发性双侧大结节性肾上腺皮质增生(Primary bilateral macronodular adrenocortical hyperplasia,PBMAH)患者的肾上腺结节中发现ARMC5基因突变,认为ARMC5基因突变是解开其发病机制的关键。多个研究证实,在PBMAH患者中有25%～50%发生生殖系ARMC5突变,这表明ARMC5基因改变是PBMAH的主要致病机制[2-11]。现在已经证实,胚胎系ARMC5失活突变是造成约40%PBMAH病例的原因;此外,有研究表明,ARMC5突变的PBMAH患者的症状更为突出,高皮质醇的临床表现也更为显著[2, 12]。

国内对于ARMC5的相关报道最早始于2014年,张倩等[13]收集了两组非ACTH依赖性肾上腺大结节增生(ACTH-independent macronodular adrenal hyperplasia,AIMAH)遗传家系,将这两组家族人员的外周血细胞及肾上腺组织细胞的脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)进行检测及分析,从基因层面解释AIMAH的遗传机制。但我国对于ARMC5基因突变的相关流行病学考察尚未有报道。

本文将对ARMC5基因的国内外研究进展加以总结,并着重介绍ARMC5和PBMAH的相互关联,以为此类疾病的早期筛查、诊断、治疗提供新的研究角度。

1 ARMC5

ARMC5基因定位于16p染色体断臂(16p11.2),8895bp,由6个外显子组成。ARMC5基因是一种高度保守的抑癌基因,在不同物种中均有被发现,在哺乳动物中有最高的保守性。尽管在不同物种之间的保守性存在一定区别,但其在Armadillo和BTB结构域(Broad-complex, Tramtrack, and Bric-a-brac)上的保守性具有高度一致性[14]。由此推测,ARMC5可能通过高度保守的蛋白-蛋白的互相作用来发挥作用。

尽管对于ARMC5基因发挥作用的具体机制尚不明确,但Assie首次利用人肾上腺皮质细胞系H295R进行分子分析,在剔除ARMC5基因后,最终导致皮质醇分泌减少[1];而在另一项对于沉默野生型PBMAH结节细胞中的ARMC5基因研究中,也得到了类似的结果[15]。因此,我们合理推测,ARMC5基因与皮质醇的产生相关。ARMC5同样参与了细胞凋亡的发生过程,在H295R和实验用增殖表皮癌细胞(HeLa细胞)中,未突变的ARMC5基因的表达引起了细胞凋亡,而这一效应在两个种系错义突变p.R898W和p.L548P中却没有被观察到[1]。

1.1ARMC5基因突变 ARMC5基因突变主要以无义突变和移码突变为主,已经报道了30多个种系和体细胞致病突变类型,基因突变导致缺乏或表达了一种无活性的ARMC5蛋白,但目前尚不清楚ARMC5的分子机制,有研究报道, ARMC5与需要其BTB域的CUL3相互作用;这种相互作用导致ARMC5蛋白的泛素化并被蛋白酶体进一步分解[16]。ARMC5的变异存在于两个层面:一是胚胎层面,另一个是体细胞突变。对5对肿瘤和白细胞DNA样本进行全基因组测序,发现ARMC5基因突变定位于16p11.2,与PBMAH有关;由患者的白细胞DNA中观察到第一次失活改变,由肾上腺结节中提取的体细胞DNA中观察到第二次失活改变,两次不同部位的突变现象符合肿瘤抑制基因特征的Knudson双打击模型[2, 3, 6]。

2 ARMC5与PBMAH

2.1PBMAH 近几十年来,原发性双侧大结节性肾上腺皮质增生的名称已从大量大结节肾上腺皮质疾病(more macronodular adrenal disease,MMAD)演变为原发性大结节肾上腺增生(PMAH)和双侧大结节增生,现在被称为ACTH非依赖性大结节肾上腺增生,是库欣综合征(Cushing syndrome,CS)或亚临床CS(Subclinical Cushing syndrome,SCS)的一个亚型,是一种罕见的CS,常见于40～60岁中年女性。其特点是双侧肾上腺皮质出现结节样组织增生,肾上腺增生状态下产生过量的皮质醇激素,导致血浆皮质醇水平增高,从而引起向心性肥胖、高血压及皮质醇相关神经精神症状等CS临床表现[17-18]。大结节样增生指的是单个结节直径长度≥10mm,一般临床检查发现时直径已达到30～40mm。PBMAH早期有时会表现为单侧肾上腺出现结节性增生,随疾病进展逐渐发展为双侧肾上腺非同步结节样增长。PBMAH组织中发现的最常见的分子机制是G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)的异常表达[8]。在PBMAH中已发现多种异常GPCRs的表达,如β肾上腺素能受体(β adrenergic receptor,β-AR)、加压素(V2-V3加压素受体)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine 7,5-HT7受体)和葡萄糖依赖的促胰岛素肽(Glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor,GIPR),可能还有血管紧张素II(angiotensin type 2 receptor,ATIIR)和胰高血糖素(glucagon,GCGR)[19]。其次与PDE11A和PDE8B、MC2R、GNAS体细胞点突变、PRKAR1A突变相关[20]。自2013年发现ARMC5基因突变及PBMAH家族病例的发现,表明其起源于遗传。但ARMC5基因突变与G蛋白偶联受体遗传表达的直接联系尚待明确。

2.2ARMC5导致PBMAH的可能机制 由于PBMAH首先与G蛋白偶联受体的异常表达密切相关,因此,我们首先考虑ARMC5基因变异是否是通过介导G蛋白偶联受体的异常表达进而发挥作用。据报道,在对一个ARMC5基因突变大家族的研究表明,所有携带突变基因的成员均表现出类似的 β-肾上腺素能和V1-加压素受体的异常,尽管有些个体并未出现明显的临床表现。同时,在12个月龄ARMC5基因敲除小鼠体内α-2肾上腺素能受体(α-2 adrenergic receptor,ADRA2A)和精氨酸加压素受体1a(arginine vasopressin receptor 1a,AVPR1A)表达提高[12]。虽然具体机制尚未明确,但可以假设ARMC5基因突变可能导致G蛋白偶联受体的过度表达。

在不同研究项目中,对同一患者的若干个结节进行了ARMC5测序的研究显示,每个结节中都存在个别的体细胞突变,其中一例患者表现出多达15种不同的突变(1个种系和14个体细胞突变)[1, 2, 4-6, 8, 21],ARMC5缺乏会导致基因组不稳定。

自从第一次发现ARMC5突变以来,已经有12个独立的家系被报道,表明种系ARMC5突变的存在与家族三代以内的CS发病相关[2, 6, 9, 10, 22, 23]。几乎所有的携带ARMC5突变基因的家庭成员均有不同程度的异常:显性CS、亚临床性CS、肾上腺结节,且其严重程度与年龄相关。PBMAH的发病年龄在50～60岁之间;同时由于ARMC5基因突变会导致皮质醇分泌减少,而随年龄增加,肾上腺皮质为了弥补皮质醇减少不断增生,最终导致过大的肾上腺皮质肿瘤以及过高的血浆皮质醇的产生[2, 6]。ARMC5具有促进肾上腺皮质细胞凋亡的作用[1, 5],而ARMC5基因突变导致肾上腺皮质细胞凋亡率下降、增殖增加,从而出现肿块和高肾上腺皮质激素血症。目前有研究初步验证ARMC5基因突变可通过抑制p53表达从而下调bax、上调bcl-2水平,抑制细胞凋亡导致PBMAH发病[24]。p53基因是机体细胞凋亡过程中的关键基因,与多种肿瘤的发病机制密切相关。细胞焦亡是细胞死亡的一种炎性表现形式,有研究证实p53可通过促进非小细胞肺癌的细胞焦亡过程抑制肿瘤生长[25]。目前对于ARMC5基因突变是否能够通过介导p53表达影响细胞焦亡进程的研究尚少。

Assie等[1]和Albiger等[8]研究发现,ARMC5基因突变与PBMAH的严重程度及预后相关:ARMC5基因突变的患者肾上腺皮质激素水平更高,高血压及糖尿病的相关症状更加明显,且进展更快更严重。在突变组中,平均肾上腺直径明显更长,具有更为明显的多结节表型。由于蛋白激酶A(PKA)调节亚基1A(PRKAR1A)缺陷引起的原发性色素性结节性肾上腺皮质增生(PPNAD)患者中的ARMC5变异可能对高皮质醇血症的存在和严重程度起到遗传修饰作用。

3 ARMC5与原发性醛固酮增多症(PA)

ARMC5基因除了在PBMAH的发病机制中起到重要作用外,在PA患者中同样也发现了ARMC5基因突变。Correa[26]等首次研究了PA患者肾上腺细胞中ARMC5基因变异情况,确定了12个种系突变(其中有6例患者的ARMC5基因变异被预测为对机体产生损害),但并非所有突变均存在体细胞突变,这与PBMAH中ARMC5基因不完全相同,上述6例患者均为非裔美国人[27]。而另一项针对非裔美国人与醛固酮增多相关性的研究显示,ARMC5基因异常与醛固酮增多高度相关,并且非裔美国人对于醛固酮增多症具有更高的易感性,人群中ARMC5变异也更为常见,相关高血压也更为普遍[28]。因此,我们可以预测人种因素可能会成为影响ARMC5基因突变表达的因素之一。

在一项对4个高醛固酮血症Ⅱ型(Familial hyperaldosteronism type Ⅱ,FH-II)家族的外显子测序数据分析中,未发现任何与PA表型分离有关的致病性ARMC5变异序列因此,ARMC5基因变异并非与所有PA类型相关,具体相关性仍需进一步研究[29]。

4 ARMC5在肾上腺以外的功能

ARMC5作为一种高度保守的肿瘤抑制基因,推测其在胚胎发育或存活中可能具有相关作用。成功造模的ARMC5纯合子基因敲除小鼠,在胚胎发育的早期阶段出现了致命性[12, 30],存活下来的小鼠则出现了体重和身材的急剧减小,这一现象支持了以上观点。而最近对于4种ARMC5亚型的表达分析中发现[14],至少有1种ARMC5亚型在全身普遍表达,同时发现ARMC5在甲状腺、输尿管、脑、扁桃体、脊髓、脂肪组织、舌、肺和淋巴细胞中的表达高于肾上腺。因此,ARMC5的突变后果并不只限于肾上腺皮质。Hu等[30]建立小鼠模型发现,ARMC5在T细胞增殖和分化中起关键作用,失效影响了T细胞的免疫应答。基于上述研究数据,我们有理由怀疑ARMC5的种系突变可导致PBMAH患者的肾上腺外临床表现。

近些年的研究显示,ARMC5突变与脑膜瘤的出现高度相关[31]。对一个由生殖系移码突变(p.A110fs*9)引起的PBMAH家系进行了调查:一个携带者同时患有脑膜瘤和PBMAH;另一个携带患有胰腺肿瘤,虽然未在胰腺肿瘤中发现任何相关突变,但是却在脑膜瘤中发现了ARMC5体细胞突变(p.R502fs)[6];另一项研究报道了7名PBMAH患者中发现了3名出现脑膜瘤[32];国内也报道了一例PBMHA伴脑膜瘤基因突变患者[33]。

近些年对于ARMC5基因突变的研究表明,ARMC5与散发性神经内分泌肿瘤和多发性内分泌肿瘤1型(MEN1)患者的临床表现有关[34]。Jin等[35]病例报告中报道, 以突眼症为首发症状的非Graves眼病的PBMAH患者体内存在广泛性的ARMC5突变。

5 总结与讨论

ARMC5基因突变是近些年新发现的和PBMAH发病高度相关的一种保守性抑癌基因,已有研究证明其参与肾上腺类固醇激素的合成以及胚胎发育的过程并在全身表达。PBMAH的发病机制复杂,ARMC5基因与其密切相关。有研究初步证实ARMC5基因突变可通过影响TP53基因表达及p53-bax-bcl-2信号途径[36]抑制细胞凋亡过程导致PBMAH的发病[24]。ARMC5是否存在对p53-IGF-DP3信号途径的影响,仍需进一步研究证实。p53同时也介导细胞焦亡的发生[25],因此ARMC5基因突变可能还参与细胞焦亡的发生过程。

PBMAH的发病与年龄相关,并且存在亚临床表现;同时ARMC5突变可能与其他疾病相关,如脑膜瘤、神经内分泌肿瘤等;并且由于其可在全身表达,提示ARMC5突变介导的PBMAH存在非肾上腺部位的典型表现,因此,ARMC5的发现对于疾病的早期识别以及ARMC5突变的筛查诊断、遗传咨询以及治疗具有重要的临床意义。