CDCA8在肿瘤发生发展及耐药中的研究进展

顾汇权,张涵强,王芳玉,姚龙宇,周小天 综述,刘 嫱 审校

海南医学院药理教研室,海南海口 571199

细胞周期相关蛋白的异常引起的细胞增殖不受控制,使肿瘤细胞具有更强的侵袭、转移及耐药能力,因此,细胞周期进程失调被认为是癌症的一个共同特征[1-2]。近年来,越来越多的细胞周期相关蛋白成为恶性肿瘤早期诊断的生物标志物和治疗的潜在靶点。细胞分裂周期相关基因(CDCA)和蛋白家族共有8名成员组成,即CDCA1～8。CDCA家族成员的异常表达与多种肿瘤的发生和发展密切相关,例如CDCA2作为一种核蛋白,负责调控蛋白磷酸酶1在染色质中的靶向定位,过表达可通过加速细胞周期进程,促进肿瘤细胞增殖[3];CDCA7是一种DNA结合蛋白,异常表达时可激活转录相关因子,促进肿瘤的迁移及血管的生成[4]。CDCA8也称为Borealin/Dasra B,位于人染色体1p34.2,含11个外显子和10个内显子,cDNA总长2 139 bp,编码280个氨基酸[5]。既往研究发现CDCA8在胚胎干细胞和多种癌细胞中的转录活性显著增加,且相较于CDCA其他成员,CDCA8在肿瘤和正常组织中的表达差异更显著[6-7]。上调的CDCA8是促进癌症恶性进展的关键,在癌症发生及恶性病变中发挥着重要作用。本文对CDCA8在肿瘤中的功能及可能的作用机制进行综述,以期为靶向CDCA8的治疗提供新思路。

1 CDCA8的结构和功能

CDCA8与有丝分裂激酶B(AuroraB)、内部着丝粒蛋白(INCENP)、生存素(Survivin)共同组成染色体载客复合体(CPC)的重要部分[8]。在结构上,Borealin直接与Survivin和INCENP结合,在体外展现出类似三重螺旋结构[9]。Borealin可通过N末端141个残基与Survivin的相互作用定位到中央纺锤体和中间体。Borealin虽然不与AuroraB直接连接,但可以通过前58个氨基酸与INCENP结合,并通过INCENP的C端区域与AuroraB连接使其激活,用于着丝粒的靶向定位[10]。

根据其结构特征,Borealin在动物和真菌中处于保守状态[9]。并且有研究发现Borealin可受多个位点的磷酸化调控,例如,单极纺锤体蛋白激酶1(MPS1)在Thr230上的磷酸化,提高了Aurora B酶的活性[11]。细胞周期蛋白依赖性激酶1(CDK1)的磷酸化,促进CPC靶向着丝粒定位[12]。在有丝分裂间期,Borealin见于异染色质上;而前中期转移进入着丝粒内高度聚集;在中后期,Borealin离开着丝粒内,转移到中心纺锤体微管,随后定位于细胞皮层;最终,在末期和细胞质分裂期,Borealin定位于皮层中部[13]。Borealin缺失将减慢有丝分裂进程,导致着丝粒-纺锤体失连和异位纺锤极形成,还导致细胞增殖缺陷、p53积累和小鼠早期胚胎死亡[14-15]。一般来说,在人类有丝分裂细胞中,Borealin纠正着丝粒-纺锤体失连,稳定双极纺锤体,同时其二聚体结构域调控着丝粒的动态交换,以实现最佳的CPC功能[16]。除此之外,Borealin还在有丝分裂过程中参与了染色体排列的调节、纺锤体信号传导和胞质分裂及细胞动态定位等功能[16-17]。

2 CDCA8与肿瘤发生和发展之间的关系

CDCA8是有丝分裂中的关键调控基因,作为一种细胞周期调节剂,CDCA8的表达受致癌相关转录因子的调控。DAI等[18]发现,核因子YA(NF-YA)可在肝癌细胞中激活CDCA8依赖的启动子区,促进CDCA8的转录及核内聚集。同源物NF-YB会介导NF-YC核靶向作用,形成二聚体[19],进一步增加NF-Y亚基与CDCA8启动子区结合的活性,促进肝癌的恶性进展。XIANG等[20]和CHEN等[21]研究表明,在肺腺癌细胞中,CDCA8可以通过正反馈的形式作用于p53,p53的缺失会进一步诱导有丝分裂缺陷,诱导肿瘤恶性进展。除此之外,信号通路的激活也是CDCA8的调控模式之一。有研究证实,在黑色素瘤中,CDCA8的过表达可激活ROCK通路,降低caspase-3水平,诱导肌球蛋白MLC磷酸化,促进肿瘤的淋巴结转移及转移灶的形成[22-24]。综上所述,CDCA8可通过调控转录因子、凋亡蛋白及激活信号通路等方式促进肿瘤细胞的发展及转移。

2.1CDCA8与肺癌 基于癌症基因组图谱(TCGA)和基因表达综合数据库(GEO)筛选发现,在肺癌患者中包括CDCA8在内的9个关键基因表达水平明显上调,并且其表达水平与肿瘤大小、病理分级、TNM分期呈正相关,CDCA8水平越高,肺癌患者生存率越低[25]。

HAYAMA等[26]利用小RNA敲低LC319和SBC-5细胞中CDCA8的表达,发现可以显著抑制细胞的增殖和集落形成,并诱导细胞周期G1期的滞留,提示CDCA8可通过调控细胞周期,影响肺癌的发展和转化。更多的研究结果也证明了这个观点,肺癌细胞中CDCA8水平的降低会上调p53的水平,抑制周期检查点蛋白CDC2和Cyclin B1的水平,干扰拓扑异构酶Ⅱ的水平,阻止细胞进入有丝分裂阶段并加强细胞周期的停滞,从而引起肺癌细胞的凋亡[27-29]。除此之外,HU等[30]通过分析肺腺癌患者的miRNA表达谱,发现miRNA-133b对CDCA8存在靶向负相关作用,miRNA-133b可以与CDCA8的3′-UTR端结合,靶向诱导CDCA8的mRNA序列降解,进而调控miR-133b水平,逆转因CDCA8缺失而引起的细胞活力下降。综上所述,CDCA8可能通过细胞周期、转录调控等不同机制在肺癌的发生与发展中发挥重要作用。

2.2CDCA8与肝癌 SHUAI等[31]发现在人类肝细胞癌中CDCA8呈高表达,且表达水平与患者的TNM分类,临床分期,组织学分级相关。因此CDCA8也可以作为鉴别肝癌的潜在生物标志物。

敲低肝癌细胞中的CDCA8不仅可以上调抑癌基因CDKN2B的水平,抑制细胞周期蛋白依赖激酶的活性,还可下调CyclinA2、CyclinD1、CyclinB1、CDK4、CDK6、p-CDC2等细胞周期蛋白水平,干扰细胞检查点的进行,从而引起细胞周期停滞[32]。此外,下调CDCA8还可增加凋亡蛋白caspase-7以及肿瘤抑制性因子ATF3和GADD34蛋白水平,引起致癌信号通路AKT/β-catenin失活,促进肝癌的凋亡[33]。

另外有研究发现,在动物体内利用杂交技术靶向敲除小鼠肝细胞中的CDCA8后,这些小鼠在生长过程中并没有出现明显的不良反应;后续通过插入致癌基因ΔN90-β-Catenin和c-Met诱发肝癌后,可以观察到肝癌的恶性进展被显著抑制[32]。因此,筛选靶向CDCA8的小分子化合物不仅能很好地抑制肝癌的进展,且对于研究对象本身的损伤也更小。

2.3CDCA8与黑色素瘤 GUO等[34]发现CDCA8的转录水平在黑色素瘤患者中明显上调,低水平的患者预后更差,表明CDCA8可作为黑色素瘤预后的独立预测因子。另外,通过免疫细胞浸润分析发现CDCA8的表达与B细胞、中性粒细胞、树突状细胞浸润呈正相关。因此,在黑色素瘤中CDCA8不仅能作为生物标志物用于早期诊断,还能用于术后的预后评估[35]。

另一项研究表明,转运蛋白TMED3水平的降低可以引起内源性CDCA8的水平耗竭,并引起下游p-AKT、CDK1/6和PIK3CA水平的降低,这和靶向敲除CDCA8的结果一致,而CDCA8的激活可以逆转这一现象,促进Akt和PI3K 的磷酸化水平[36]。说明CDCA8可通过PI3K/AKT信号通路介导肿瘤细胞的凋亡,针对TMED3/CDCA8轴的抑制剂可能是治疗黑色素瘤的新靶点。

2.4CDCA8与胰腺癌 GU等[37]发现在胰腺癌临床样本中CDCA8表达水平与患者的肿瘤分级以及糖尿病史呈正相关,且低表达的胰腺癌患者具有更长的生存期,但与年龄、性别并无显著性差异。

敲减CDCA8会抑制胰腺癌细胞的增殖和迁移能力,此抑制作用是通过CDCA8/CD44轴产生的。CD44作为非激酶跨膜受体,可以与透明质酸结合激活肿瘤相关信号通路和并调整细胞骨架,使其利于侵袭和耐药。而CDCA8可与SNAI2形成复合物作用于CD44的启动子从而上调CD44水平,促进胰腺癌的恶性进展[37]。除此之外,有研究发现若敲低胰腺癌细胞中的驱动蛋白家族成员如KIF23和KIF18B水平,也会引起CDCA8的同步降低和细胞活力的抑制,从而抑制胰腺癌细胞的增殖及转移能力[38-39]。

3 CDCA8与肿瘤耐药性之间的关系

3.1CDCA8与铂类药物 顺铂在体内与DNA结合,阻止细胞分裂的正常进行,引起肿瘤细胞的氧化应激、调节钙信号、诱导凋亡蛋白等方式促进癌细胞的死亡[40-41]。在临床上广泛用于治疗肺癌、宫颈癌、卵巢癌等恶性肿瘤[42-44]。WEN等[45]利用GEO数据集对21例晚期宫颈鳞癌患者的样本进行分析,发现对比顺铂敏感的患者,顺铂耐药患者的CDCA8水平显著升高,说明CDCA8在宫颈癌耐药过程中存在潜在作用。QI等[46]的结果同样证明了这一点,通过对比卵巢癌顺铂耐药患者中的差异发现TOP2A和CDCA8是变化最显著的2个基因,且与TOP2A相比,在体外耐药细胞中CDCA8水平提高了约1.5倍,说明CDCA8在顺铂耐药过程中发挥了重要作用,通过慢病毒敲减了A2780和SKOV3细胞中的CDCA8后发现提高了顺铂对肿瘤细胞的损伤,且与顺铂水平成正相关。而CDCA8诱导细胞对顺铂的敏感性可能是通过p53介导,沉默CDCA8可引起p53的积累,过度积累的p53可以在顺铂的作用下激活死亡域蛋白(FADD)中的白细胞介素1β转换酶(ICE),抑制蛋白泛素化,从而增加顺铂对肿瘤细胞的杀伤力[47-48]。因此,CDCA8可成为肿瘤细胞提高顺铂敏感性的目标基因。

3.2CDCA8与他莫昔芬 他莫昔芬作为雌二醇的竞争性拮抗剂,可与雌激素受体竞争结合,抑制雌激素受体的转录活性,阻断乳腺癌细胞的G1期,抑制肿瘤增殖。有研究发现ER信号通路和细胞周期调节之间存在串扰作用,CDK7抑制剂的联合使用可使雌激素受体(ER)Ser118磷酸化,提高耐药细胞对他莫昔芬的敏感性[49]。NABIEVA等[50]的研究也发现,使用CDK4/6的抑制剂可以显著改善激素受体阳性、人表皮生长因子受体-2(HER2)阴性乳腺癌Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期患者中的疗效。因此,细胞周期调控蛋白可作为乳腺癌内分泌抵抗发展的研究方向。SUN等[51]发现CDCA8在他莫昔芬耐药细胞中高表达,而过表达敏感细胞CDCA8水平可降低他莫昔芬作用下细胞的凋亡率,促进细胞S期的富集,加速周期进程,CDCA8作为E2F相关通路的激活剂,有研究表明不仅可以通过E2F1介导染色体DNA复制和调节细胞周期的G1/S期,还能作用于转录抑制因子E2F3b影响Cyclin D1的水平,从而加快乳腺癌细胞对他莫昔芬耐药[52]。Cyclin D1作为检查点蛋白可促进G1/S期的进展,乳腺癌细胞中Cyclin D1的激活促进了癌细胞的耐药水平[53]。而在敲降CDCA8后,Cyclin D1水平显著降低,G1期滞留细胞量增加,细胞恢复对他莫昔芬的敏感性[54]。因此,靶向CDCA8抑制剂的联用能提高耐药细胞对他西莫芬的敏感性。

4 小 结

CDCA8作为细胞周期调节因子,在胚胎干细胞中作用于有丝分裂阶段稳定双极纺锤体,调控纺锤体信号传导维持细胞周期的顺利进行。在正常的组织中CDCA8表达水平较低,而在细胞周期异常的恶性肿瘤中CDCA8呈高表达,在一定程度上可以促进肺癌和胰腺癌的发生,促进黑色素瘤的转移及肝癌的恶性进展。CDCA8可调节胞内转录水平,促进细胞的增殖和耐药。在肺癌中,通过反馈调节p53促进细胞四倍体形成诱导肿瘤的发生。在肝癌中,受到转录因子NF-Y簇的调控,诱导细胞周期CDK-Cyclin轴的异常转化,促进肝癌的进展。在黑色素瘤中,CDCA8与ROCK协同作用,激活下游靶点磷酸化促进黑色素瘤的转移。在胰腺癌中,CDCA8通过增加CD44转录活性促进胰腺癌的进展。在化疗耐药细胞中,CDCA8通过周期相关蛋白Cyclin D1及p53调控细胞周期进展,以及蛋白泛素化提高细胞耐药性。因此,笔者认为CDCA8可通过肿瘤微环境、转录因子、周期调控以及致癌通路的激活等多方面发挥促癌及耐药的作用。

综上所述,CDCA8表达水平在肺癌、肝癌、胰腺癌等肿瘤中相较于正常组织有着数倍的升高,并且其表达水平与肿瘤分级、预后情况及耐药情况呈正相关。因此,CDCA8有望成为新型生物标志物,为临床上的肿瘤诊断、术后评估以及敏感药物筛选提供参考依据。除此之外,根据CDCA8在肿瘤细胞中过表达的特点,通过研发靶向抑制剂作为化疗药物的联合用药之一,可提高化疗药物的杀伤力以及耐药细胞的敏感性。同时基于动物实验结果的推测,CDCA8的靶向抑制剂在肿瘤治疗的同时,可以给患者带来更少的不良反应,在临床应用上有着巨大的潜力。总之,目前虽然对于CDCA8的研究取得了一定的进展,但大部分还是处于理论研究阶段,对于未来的应用效果还需要对其作用机制进行更深一步的研究。