膜联蛋白A11在肿瘤中的研究进展

徐 宁 综述,李 勇 审校

(重庆医科大学附属口腔医院/口腔疾病与生物学重庆市重点实验室/重庆市高校市级口腔生物医学工程重点实验,重庆 401147)

膜联蛋白(ANX)是以钙离子(Ca2+)浓度依赖性方式结合膜磷脂的细胞内蛋白质家族[1]。ANX包括A、B、C、D、E 5个家族,A家族主要存在于人类和哺乳动物细胞中,B家族存在于无脊椎动物细胞中,C家族存在真菌和一些单细胞真核生物,D家族存在植物,E家族存在原生生物[2]。ANXA家族共有12个成员(ANXA1～11和A13)。ANXA家族成员与人类细胞的一系列生理功能存在密切关系,如囊泡运输、细胞增殖、细胞分裂、细胞凋亡、信号传导、抗炎、新血管生成、抗凝血等[3]。 近年来,有研究表明,ANXA家族成员表达水平异常同样与多种肿瘤的形成及发展密切相关,可作为肿瘤预后因子及生物治疗的有效靶点[4]。现将ANXA家族成员——ANXA11的生物学功能、在各种肿瘤中的研究进展综述如下。

1 ANXA11的分子结构

ANXA分子是一个由一个凸面和一个凹面构成的弧形结构[5],位于凸面的C-末端为保守区域,含4个结构高度相似的同源重复结构域,此结构域由大约70个氨基酸残基组成,每一个重复序列均由5个α-螺旋构成,此结构所构成的结构域具有与钙和膜磷脂的结合位点,ANX只有在Ca2+存在情况下才能与磷脂膜结合,且这种结合是可逆的,去除Ca2+后ANX就与磷脂分开[6];位于凹面的N-末端为可变区域,由20～200个氨基酸残基组成,可调节ANX与蛋白配体间相互作用和ANX与膜的相关性,不同ANX在N端结构域的长度、氨基酸序列和疏水性方面差异很大,是区分不同亚家族的主要依据。有学者分析了500例肌萎缩侧索硬化患者的外显子组序列发现,ANXA11 的低复杂性结构域内的氨基末端变体p.G38R和p.D40G增强了聚集倾向,而羧基末端 ANXA11 结构域变体p.H390P和p.R456H改变了Ca2+反应[7]。

ANXA11定位在人染色体10q22～q23,包含了15个外显子和14个内含子。Anxa11由504个氨基酸编码,相对分子质量为56×103。其N-末端结构域和C-末端结构域分别由外显子2～5和6～15编码[7]。ANXA11的N末端结构域由219个富含甘氨酸、酪氨酸和脯氨酸的氨基酸残基组成,这些氨基酸的浓度对其核定位及降解均具有重要作用[9]。ANXA11的C末端结构域含有同源的四联蛋白重复核和Ca2+结合位点,是膜结合、热稳定性和ANXA11三级结构的必要条件,Ca2+的存在影响ANXA11与脑磷脂、磷脂酰丝氨酸和磷脂酸的结合[4],能被丝氨酸/苏氨酸激酶和酪氨酸激酶磷酸化[2]。ANXA11通过与凋亡相关基因-2(ALG-2)协调稳定内质网,从而维持内质网的结构和功能特征,在ANXA11敲低的细胞中同步的内质网到高尔基体的跨膜转运加快[9]。近期研究发现了一种RNA转运机制,ANXA11可作为RNA颗粒和溶酶体之间的分子拴绳,RNA颗粒通过“搭便车”在移动的溶酶体上[10]。ANXA11具有N-末端低复杂性结构域,促进其相分离成无膜RNA颗粒,以及C-末端膜结合结构域,使其能与溶酶体相互作用。RNA颗粒转运需要ANXA11,并且ANXA11通过相关突变破坏其与溶酶体的相互作用而损害RNA颗粒转运。因此,ANXA11通过将RNA颗粒束缚到活跃转运的溶酶体介导RNA转运,从而执行关键细胞功能[10]。

蛋白质和脂质的相变可以共同调节,在核糖核蛋白(RNP)颗粒-ANXA11-溶酶体中ANXA11连接RNP颗粒凝聚到溶酶体膜使其能够共转运。在低复杂度的ANXA11端N驱动下该系统中蛋白质的相态发生了变化,从而诱导了底层膜脂质的耦合相态变化。最新的研究鉴定了ANXA11相互作用蛋白——ALG-2和降钙素基因相关肽基因作为基于ANXA11的相位耦合的有效调节因子,并证明其对ANXA11-溶酶体集合的纳米力学性能及其与RNP颗粒结合的能力的影响[11]。利用这种特性,ANXA11作为一种分子栓,动态地将无膜小干扰RNA纳米凝胶与溶酶体偶联,通过溶酶体主动运输到癌细胞中,并通过酯键的降解控制释放,从而达到治疗肿瘤的目的[12]。

2 ANXA11与肿瘤的关系

2.1ANXA11与脑胶质母细胞瘤 有研究发现,重组人真核翻译延长因子3J反义RNA(EIF3J-AS1)在胶质瘤细胞系中过度表达且EIF3J-AS1基因的敲除可阻碍胶质瘤的恶性表型[13]。微小RNA-1343-3p(miR-1343-3p)可与EIF3J-AS1结合,靶向作用于ANXA11,通过EIF3J-AS1/miR-1343-3p/ANXA11轴共同影响胶质母细胞瘤的生物学行为,并且应用MiR-1343-3p抑制剂或过表达ANXA11可抵消EIF3J-AS1沉默对胶质母细胞瘤发展的抑制作用。在肿瘤预后方面,ANXA11也与脑胶质母细胞瘤的预后相关,胶脑膜转移的预后最差。基于拷贝数变化的基因表达整合分析显示,ANXA11是与脑膜转移发生相关的肿瘤分子表型,与非转移组比较,ANXA11随着拷贝数的增加而高表达,使胶质母细胞瘤更易发生转移[14]。

2.2ANXA11与乳腺癌 HUDELIST等[15]通过高通量测序发现,ANXA11相对于癌旁正常组织在肿瘤组织内过度表达,被丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化后使下游因子——丝裂原活化蛋白激酶(MKK3)和MKK7在乳腺癌中过度表达,并通过MKK3/p38和MKK7/c-Jun氨基末端激酶通路调节乳腺癌中的p53转录活性进一步促进乳腺癌的进展[16]。LIANG等[16]发现,RHPN1反义RNA 1由组蛋白去甲基化酶5B诱导,并通过RHPN1反义RNA 1/miR-6884-5p/ANXA11通路促进乳腺癌的进展。FERNANDEZ-MADRID等[17]发现,ANXA11及p53在乳腺癌组织中的表达较正常组织明显增高,猜测ANXA11影响乳腺癌进展的原因可能与p53有关。

2.3ANXA11和卵巢癌 SONG等[18]通过免疫组织化学分析发现,在复发性卵巢癌组织中ANXA11表达水平远高于原发癌组织,其表达水平与肿瘤复发和顺铂耐药呈负相关,ANXA11在顺铂耐药细胞系表达可下调,当敲低敏感细胞系ANXA11表达后发现,其对顺铂的耐药性增加。卵巢癌化疗耐药的机制包括很多,其中耐药相关基因的表达异常是一个重要因素。有研究通过对卵巢癌细胞中顺铂反应进程基因测序发现,与ANXA11参与了细胞凋亡、细胞增殖、转录调控和信号传导[19]。在机制方面,ANXA11可作为干扰 S100 钙结合蛋白A6(S100A6)和p53相互作用的抑制剂。ANXA11的下调可能会增加 S100A6与p53 的结合能力,从而导致增强p53转录活性并导致卵巢癌的耐药性增加[20]。

2.4ANXA11与胃癌 最近的一项关于胃癌的研究选取了63例配对的胃癌组织和癌旁黏膜组织,检测ANXA11的表达水平及其与临床特征的相关性,其分别使用免疫组化法、定量逆转录聚合酶链反应及蛋白质印迹法检测了ANXA11在胃癌及癌旁正常组织中的表达水平,结果显示,与癌旁正常组织比较,ANXA11 mRNA及蛋白水平在胃癌组织中明显升高,且ANXA11的高表达与肿瘤大小、肿瘤浸润、局部淋巴结转移、TNM分期和血管侵犯显著相关。通过使用AGS细胞系进行了生物学功能和潜在的机制研究,小干扰RNA沉默ANXA11后ANXA11通过蛋白激酶B/糖原合酶激酶-3β(Akt/GSK-3β)通路抑制细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭,有望成为胃癌患者的预后因素和治疗靶点[21]。在预后方面,有学者在胃癌患者与轻度或晚期胃病变患者中发现了43种差异表达的尿蛋白ANXA11水平进一步与胃病变进展风险呈正相关,在预测胃癌进展和胃癌发生风险方面表现出卓越的性能[22]。在耐药机制方面,抑制ANXA11表达能提高人胃癌细胞株对5-氟尿嘧啶(5-Fu)及顺铂的敏感性,可能与抑制肿瘤细胞相关生长因子胸苷酸合酶、B淋巴细胞瘤-2(bcl-2)、上调BCL-2相关X蛋白(bax)的表达有关[23-25]。

2.5ANXA11与结直肠癌 ANXA11 在结直肠癌的发展和转移中均具有重要作用,与正常组织比较,ANXA11在结直肠癌患者的肿瘤组织中过度表达,且在有淋巴结转移的结直肠癌肿瘤组织中ANXA11表达更低[26-27]。通过与热休克转录因子1协同作用可促进ANXA11转录,竞争性结合miR-122-5p,调控结直肠癌生物学行为,靶向热休克转录因子1/LINC00857/ANXA11轴可能提供一种有价值的治疗结直肠癌的策略[28]。同时,ANXA11的突变与结直肠癌的耐药性有关,ANXA11可能通过MAPK途径、S100A6或ALG-2影响结直肠癌的药物敏感性。转染敲低ANXA11的肿瘤细胞在使用5-氟尿嘧啶(5-FU)、亚叶酸、伊立替尼和贝伐单抗的联合方案治疗后显示出基质金属蛋白酶9(MMP-9)表达降低[29-30]。

2.6ANXA11与肝癌 YE等[31]采用定量逆转录聚合酶链反应定量分析超氧化物歧化酶2(circSOD2)和ANXA11发现,circSOD2在肝细胞癌组织和细胞中表达上调,敲低circSOD2导致肝癌细胞生长抑制、凋亡促进、细胞周期阻滞和转移抑制。在机制方面,circSOD2通过充当miR-497-5p海绵促进肝癌的发展,miR-497-5p通过靶向ANXA11在肝细胞癌细胞中发挥肿瘤抑制作用。circSOD2通过与miR-497-5p相互作用诱导ANXA11表达上调,circSOD2对免疫逃避和抗程序性死亡受体1耐药的促进作用与miR-497-5p/ANXA11轴相关。LIU等[32]采用聚合酶链反应和蛋白质印迹检测结果显示,ANXA11-shrna转染Hca-F细胞后ANXA11表达明显下调,在Hca-F细胞中敲低ANXA11可抑制其体外增殖和细胞凋亡能力。在Hca-F细胞中ANXA11敲低后Bax/Bcl-2表达水平比值、Akt2和FoxO1(pSer319)表达水平,以及MMP-9 mRNA和活性MMP-9蛋白水平均显著升高。总之,ANX A11通过Akt2/FoxO1和(或)MMP-9通路抑制Hca-F细胞的体外增殖和凋亡。ANXA11作为miRNA的下游基因常作为肿瘤治疗的靶点,如miR-124可能直接靶向ANXA11调控肝癌的发生和进展,过表达miR-124能抑制ANXA11的表达,从而抑制肿瘤细胞的体外增殖、侵袭和迁移能力[33];ANXA11可介导miR-16-5p和AGAP2反义RNA 1在肝癌中的功能效应,导致Akt信号活化[34];miR-497-5p可诱导ANXA11表达上调,通过靶向miR-497-5p/ANXA11轴在肝癌细胞中发挥肿瘤抑制作用,进一步促进免疫逃避[31]。在耐药性方面,ANXA11主要通过原癌基因蛋白(c-Jun)通路调节肝癌的淋巴结转移和耐药性[35],敲降ANXA11可增强细胞黏附能力,增强肿瘤细胞对顺铂的耐药性,促进细胞丝状肌动蛋白的形成,抑制细胞外调节蛋白激酶及连接蛋白-活化的蛋白激酶C1受体通路,促进MMP-2、MMP-9、细胞分裂周期蛋白42的表达水平,对淋巴结的原位黏附能力显著增强[36]。下调ANXA11表达可增强Hca-P细胞对5-FU的耐药性。与scramble-Hca-P细胞比较,shRNA-ANXA11-Hca-P细胞中c-Jun的表达水平在0.1、1.0 mg/L 5-FU作用下均上调。ANXA11敲低联合5-FU处理后Hca-P细胞中c-Jun的表达变化趋势更为明显。ANXA11通过c-Jun通路调节Hca-P细胞的淋巴结转移和5-FU耐药。其可能在肝细胞癌中发挥重要作用,并可能成为治疗肝癌的靶点[37]。

2.7ANXA11与非小细胞肺癌 近期有文献报道,ANXA11在非小细胞肺癌患者癌组织中的表达水平明显高于相对应的癌旁正常组织,在临床意义方面,ANXA11表达量与非小细胞肺癌患者的肿瘤组织分化程度、TNM分期、有无淋巴结转移及Ki-67表达有关,可能诱发肿瘤细胞恶变、浸润及转移,成为诊断、治疗和预后的新指标[38],但目前其具体发病机制尚不明确。

2.8ANXA11与前列腺癌 近期研究表明,前列腺癌患者血清中存在ANXA11的自身抗体反应,且ANXA11抗体的丰度在前列腺癌患者中相对升高。单抗体鉴别前列腺肿瘤和健康对照的灵敏度为70%～80%,而联合ANXA11抗体可将诊断前列腺肿瘤的灵敏度提高至90%,将健康对照的灵敏度提高至100%[39]。提示ANXA11可作为前列腺癌发生的致癌基因,但其具体作用机制尚需进一步研究。

2.9ANXA11与膀胱癌 有学者通过对ANX家族成员在膀胱癌中的mRNA表达和预后的分析发现,与正常膀胱组织比较, ANXA11在膀胱癌中表达下调,利用COX回归构建了一个与ANX相关的预后标签发现,ANXA11高表达与患者总生存增加相关,有助于改善膀胱癌患者的临床结局,为膀胱癌发生、发展的潜在分子机制提供了深入的认识,并为膀胱癌提供了潜在的治疗靶点[40],但目前相应的机制尚不明确。

3 小 结

肿瘤的发生、发展是一个多因素、分阶段过程。故从基因水平寻找影响肿瘤发生、发展及预后的指标并开展靶向治疗具有重要意义。ANXA11作为一种钙调节的磷脂结合蛋白在胞质分裂、凋亡、胞吐和癌症中均具有重要作用。ANXA11的失调和突变与癌症的发展、耐药性和复发均有关[41-42]。在恶性肿瘤中ANXA11呈高表达,且与肿瘤的增殖、侵袭、转移及耐药密切相关。在乳腺癌、卵巢癌及结直肠癌中ANXA11通过MAPK/p53途径参与肿瘤的转移、侵袭和耐药性;在胃癌中ANXA11 通过Akt/糖原合酶激酶-3β通路调节胃癌增殖、迁移和侵袭,通过bcl-2/bax途径影响5-FU及顺铂的敏感性;在肝癌中ANXA11通过Akt2/FoxO1 和(或)MMP-9表达途径抑制肝癌细胞的体外增殖和细胞凋亡,通过c-Jun抑制肝癌细胞的致瘤性、淋巴结转移和5-FU耐药性。

总之,ANXA11可作为肿瘤诊断、治疗和预后的有力指标。但值得注意的是,在发病机制方面,ANXA11常作为miRNA的下游靶点;在耐药性方面,ANXA11的耐药机制常与c-Jun通路相关,因此,靶向ANXA11很有可能成为肿瘤治疗的新方法。根据目前发现ANXA11的生物学功能均与肿瘤的发生、发展密切相关,有望成为肿瘤诊断、预后因子及生物治疗的有效靶点。目前,关于ANXA11在肿瘤研究中的微小报道较少见,其介导肿瘤发生、发展的具体机制尚有待于进一步深入研究。此外,如何准确应用ANXA11在肿瘤治疗方面发挥优势仍是亟待解决的临床问题。