陳彥玲，羅靜靜，李冠武

（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，腫瘤分子生物學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室，廣東 汕頭 515041）

TUSC3基因的研究進(jìn)展

陳彥玲，羅靜靜，李冠武

（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，腫瘤分子生物學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室，廣東 汕頭 515041）

TUSC3基因是一種抑癌基因，位于染色體8p22，其沉默還會(huì)導(dǎo)致精神發(fā)育異常，而新近的研究發(fā)現(xiàn)它在大腸癌中表達(dá)上調(diào)，表明其可能具有促癌作用.本文對(duì)近年來國內(nèi)外學(xué)者在TUSC3基因的功能多樣性，作用機(jī)制及其應(yīng)用前景等方面的研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述，為揭示TUSC3基因的作用定基礎(chǔ).

TUSC3；腫瘤抑制基因；N-糖基化

0 引言

TUSC3基因位于染色體8p22，英文全稱為tumor suppressor candidate gene 3，廣泛表達(dá)于人體組織如腦、心臟、肺、肝臟等.由于其在結(jié)腸癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌和直腸癌等腫瘤細(xì)胞中表達(dá)水平下降，一直被認(rèn)為是一種抑癌基因.TUSC3基因的序列與酵母蛋白OST3的編碼序列高度同源，OST3蛋白是酵母寡糖基轉(zhuǎn)移酶（oligosaccharyl transferase OST）的亞基之一，因此也認(rèn)為TUSC3基因編碼的蛋白質(zhì)是OST復(fù)合物的一個(gè)亞基.哺乳動(dòng)物中OST蛋白編碼序列高度保守，由多個(gè)不同的多肽鏈組成，是一種膜內(nèi)在蛋白，催化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)N-糖基化的過程.N-糖基化是細(xì)胞中一種重要的翻譯后修飾機(jī)制，對(duì)于蛋白質(zhì)的折疊、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定具有重要作用.糖基化不足可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致基因組損傷突變而致癌[1].另有研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因與睪丸中精子的產(chǎn)生相關(guān)，同時(shí)對(duì)鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)及細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)具有重要作用，能有效地緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[2].在前列腺癌和卵巢癌中TUSC3基因的沉默可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移及侵襲性.同時(shí)癌細(xì)胞低表達(dá)TUSC3基因可能意味著預(yù)后較差及較大的轉(zhuǎn)移浸潤幾率.然而在甲狀腺乳頭狀癌和大腸癌中TUSC-3基因的表達(dá)卻是上調(diào)的[3]，故其在癌癥的發(fā)生發(fā)展中所扮演的角色仍有待研究.

1 TUSC3 基因的功能

1.1 抑癌功能

TUSC3相關(guān)的致癌作用可能依賴于確定的遺傳背景和生物環(huán)境，例如：在乳腺癌、結(jié)直腸癌、多形性惡性膠質(zhì)瘤、胰腺癌等多種腫瘤中出現(xiàn)TUSC3基因缺失.而不同組織中TUSC3基因缺失的機(jī)制不同.例如，在前列腺癌中是由于TUSC3基因純合或雜合缺失；而在卵巢癌中是由于TUSC3基因啟動(dòng)子區(qū)的甲基化[2].在細(xì)胞癌變過程中基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化增高是許多抑癌基因失活和表達(dá)降低的機(jī)制之一.卵巢癌的發(fā)生原因之一可能是由于其細(xì)胞中TUSC3基因啟動(dòng)子區(qū)高度甲基化，使得TUSC3基因表達(dá)降低引起.此外，研究發(fā)現(xiàn)TUSC3甲基化與年齡有關(guān)，推測其與DNA局部易感因素、基因表達(dá)水平和環(huán)境暴露的相互作用有關(guān)，因此隨著年齡增長，TUSC3基因甲基化增加可能是腫瘤形成的重要因素[7].在胰腺癌組織中TUSC3基因表達(dá)下調(diào)也可能與其增強(qiáng)NF-κB活性有關(guān).甚至在不同的細(xì)胞系或同種腫瘤組織取材部位的不同，其低表達(dá)的機(jī)制也不同[2].

研究表明，蛋白質(zhì)糖基化的改變可能與致癌性如侵襲性、轉(zhuǎn)移性等有關(guān).TUSC3基因編碼蛋白通過減緩糖蛋白折疊來提高糖基化效率.細(xì)胞表面生長因子受體，免疫反應(yīng)的調(diào)控因子以及細(xì)胞外基質(zhì)受體等均為腫瘤細(xì)胞N-糖基化的靶蛋白[5]，而TUSC3基因缺失或其啟動(dòng)子高甲基化均導(dǎo)致其編碼蛋白數(shù)量減少，使腫瘤細(xì)胞其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)N-糖基化過程受到影響，一方面使N-糖基化靶蛋白無法正常合成，影響細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面的功能；另一方面，未折疊的蛋白質(zhì)無法釋放，堆積于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，將引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及使機(jī)體產(chǎn)生一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng).內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是指由于某種原因?qū)е录?xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER，endoplasmic reticulum）生理功能發(fā)生紊亂、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、錯(cuò)誤折疊或未折疊的蛋白質(zhì)在ER腔內(nèi)聚集的一種亞細(xì)胞器的病理狀態(tài)，它能使錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)恢復(fù)正確構(gòu)象并能夠進(jìn)一步加工，是細(xì)胞自我保護(hù)的機(jī)制.但是，如果ER應(yīng)激狀態(tài)持續(xù)存在，ER功能就會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下，TUSC3基因的缺失可通過影響B(tài)IP和CHOP介導(dǎo)的細(xì)胞自噬或凋亡途徑來改變ER應(yīng)激反應(yīng)的后續(xù)信號(hào)通路，進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[8-10].

新近研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因高表達(dá)則可抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖及侵襲，然而當(dāng)Akt信號(hào)通路受阻時(shí)，高度表達(dá)的TUSC3基因也不能抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲，可見TUSC3基因通過Akt信號(hào)通路來調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的致癌性.Akt信號(hào)通路在細(xì)胞凋亡的調(diào)控中起著重要的作用.細(xì)胞凋亡異常導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的大量增殖和突變基因的積累.Akt信號(hào)通路也可通過影響細(xì)胞生長和間充質(zhì)轉(zhuǎn)化來促進(jìn)癌癥發(fā)展.有關(guān)TUSC3基因如何調(diào)節(jié)Akt信號(hào)通路的具體機(jī)制仍不清楚，推測其可能與蛋白質(zhì)N-糖基化相關(guān)[4-5].

此外，TUSC3基因的沉默會(huì)使E-鈣黏蛋白（E-cadherin）和ZO-1的表達(dá)降低，促進(jìn)上皮細(xì)胞間質(zhì)化，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，使腫瘤的侵襲性增強(qiáng)[9].

1.2 促癌功能

以往研究一直認(rèn)為TUSC3基因是一種抑癌基因，然而在大腸癌細(xì)胞中卻發(fā)現(xiàn)TUSC3基因的表達(dá)上調(diào).當(dāng)TUSC3基因在大腸癌中的表達(dá)上調(diào)時(shí)，大腸癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及侵襲能力均上升.而當(dāng)TUSC3基因表達(dá)下調(diào)時(shí)，大腸癌細(xì)胞的增殖，轉(zhuǎn)移，侵襲能力也相應(yīng)下降[11].

TUSC3基因的促癌機(jī)制可能與其激活MAPK，PI3K/AK以及Wnt/β-catenin蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有關(guān).研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因與β蛋白共存，β-catenin蛋白是Wnt信號(hào)通路的核心組件.TUSC3基因通過直接與β蛋白相互作用來調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路. Wnt信號(hào)通路在調(diào)節(jié)不同組織生長、凋亡和分化過程中起著重要的作用.經(jīng)典Wnt信號(hào)增強(qiáng)，增加了大腸癌細(xì)胞調(diào)控因子Snail的水平，調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞間質(zhì)化（EMT）過程及抑制E-鈣黏蛋白（E-cadherin）的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤局部浸潤.

下調(diào)TUSC3基因造成Akt和ERK1/2磷酸化水平顯著降低.相反，TUSC3基因過度表達(dá)導(dǎo)致在結(jié)腸癌細(xì)胞中Akt和ERK1/2持續(xù)磷酸化.同時(shí)發(fā)現(xiàn)TUSC3基因表達(dá)上調(diào)也使波形蛋白的表達(dá)增加，改變間葉細(xì)胞的表型，進(jìn)而使上皮細(xì)胞間質(zhì)化（EMT）導(dǎo)致基底膜的缺失.上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變可以改變上皮癌細(xì)胞的粘附性，使他們可以從原發(fā)腫瘤遷移和入侵周圍組織，這有助于腫瘤轉(zhuǎn)移.在大腸癌中，這常常意味著不良預(yù)后.而MAPK/ERK的激活和PI3K/Akt通路則是EMT所必須的，關(guān)于MAPK信號(hào)通路可促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的黏附、侵襲和轉(zhuǎn)移已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)[11].

解析：鋁離子含有2個(gè)電子層,鋁原子含有3個(gè)電子層,則微粒的半徑大小為r(Al3+)＜r(Al),故A項(xiàng)正確。由于鋁的還原性小于鎂,無法通過鋁熱反應(yīng)提取鎂,工業(yè)上通常采用電解熔融氯化鎂的方法獲得鎂,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。在鋁熱反應(yīng)中,化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化成光能,還轉(zhuǎn)化為熱能等能量,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。鋁熱反應(yīng)中,被置換出的金屬的還原性必須小于Al的,如鐵的還原性小于鋁的還原性,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。本題答案應(yīng)為A。

在TUSC3基因過表達(dá)的細(xì)胞中可觀察到腫瘤細(xì)胞增殖和遷移能力提高以及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，因此推測TUSC3基因通過激活Wnt/β-catenin和MAPK、PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲性.

1.3 TUSC3基因在精神發(fā)育方面的功能[1，12-14]

精神發(fā)育遲滯（mental retardation，MR）是指在人的生長發(fā)育階段，以精神、智力發(fā)育障礙和社會(huì)適應(yīng)行為缺陷為主要特征的一組疾病.研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因沉默與MR相關(guān)，其第六外顯子突變可能與患MR的風(fēng)險(xiǎn)增高有關(guān)[12].

此外，TUSC3基因與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)N-糖基化過程相關(guān)蛋白質(zhì)糖基化異?？梢鹣忍煨蕴腔。–GDS），即多聚糖合成及結(jié)合到蛋白質(zhì)或脂質(zhì)等復(fù)合體的過程發(fā)生障礙，患者表現(xiàn)為精神發(fā)育遲緩，共濟(jì)失調(diào)，凝血和畸形等.故可認(rèn)為TUSC3基因沉默通過影響蛋白質(zhì)N-糖基化的過程進(jìn)而導(dǎo)致MR的發(fā)生.

此外，研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞中蛋白質(zhì)磷酸酶1有如下作用：參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)；對(duì)突觸結(jié)構(gòu)的可塑性進(jìn)行調(diào)控；與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān).而TUSC3基因可在大腦中與蛋白質(zhì)磷酸酶1的催化亞基相互作用而調(diào)節(jié)其活性，當(dāng)TUSC3基因沉默后，蛋白質(zhì)磷酸酶1無法在在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮作用，導(dǎo)致神經(jīng)元無法正常分化，進(jìn)而影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，最終導(dǎo)致患者的認(rèn)知能力障礙.

細(xì)胞內(nèi)鎂離子水平的提高可增強(qiáng)工作，學(xué)習(xí)能力，提高記憶力，即有利于建立短期和長期的記憶.研究發(fā)現(xiàn)其機(jī)制可能與細(xì)胞內(nèi)NMDA-型谷氨酸受體的功能有關(guān)，此受體與記憶處理有關(guān).而鎂離子可促進(jìn)此受體的功能，而敲除TUSC3基因可使哺乳動(dòng)物細(xì)胞中鎂離子濃度顯著降低，并且缺乏鎂離子的小鼠會(huì)表現(xiàn)出恐懼和情感記憶方面的障礙；增加鎂的攝入量則可改善此問題.因此推測TUSC3導(dǎo)致MR發(fā)生與鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)有關(guān)，TUSC3基因的沉默可能導(dǎo)致機(jī)體鎂離子運(yùn)輸系統(tǒng)紊亂進(jìn)而導(dǎo)致患者記憶力低下.

1.4 促進(jìn)精子的發(fā)生[15]

TUSC3基因參與精子在睪丸的發(fā)生，導(dǎo)致精子分化成熟，并可促進(jìn)前列腺的發(fā)育.

通過分析比較2周齡的幼鼠和7周齡大白鼠間基因芯片數(shù)據(jù)，以及反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)和RNA印跡法表明，TUSC3基因在正常成熟的睪丸、前列腺、大腦和卵巢的表達(dá)是上升的.原位雜交和免疫組化也顯示睪丸精母細(xì)胞和睪丸間質(zhì)細(xì)胞以及前列腺上皮細(xì)胞等間質(zhì)細(xì)胞TUSC3基因轉(zhuǎn)錄的mRNA和表達(dá)的蛋白質(zhì)的數(shù)量上升.這些事實(shí)表明TUSC3基因參與了精細(xì)胞分化、成熟及前列腺的發(fā)育.

細(xì)胞內(nèi)鎂離子在細(xì)胞生化反應(yīng)和形態(tài)學(xué)的改變上起著重要作用，在大鼠睪丸細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)大鼠的雄激素酶活性收到鎂離子濃度變化的調(diào)節(jié)，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鎂離子濃度上升能夠顯著提高雄激素的酶活性和血清睪酮濃度，而TUSC3基因表達(dá)得到的蛋白質(zhì)能影響細(xì)胞膜鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，使鎂離子于胞內(nèi)濃集，使雄激素的酶活性增強(qiáng)和血清睪酮的濃度提高，進(jìn)而促進(jìn)精子的發(fā)生，因此，TUSC3是通過調(diào)節(jié)鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)精子的發(fā)生，以及促進(jìn)前列腺的發(fā)育.

2 研究意義

研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因表達(dá)水平在不同的肺癌病理類型中（包括小細(xì)胞肺癌、腺癌和鱗癌）與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[3].同時(shí)在胰腺癌，卵巢癌等癌細(xì)胞中，亦發(fā)現(xiàn)TUSC3低表達(dá)預(yù)示著癌癥的不良預(yù)后[2].在腺癌和鱗癌中，對(duì)于患者不同病理分級(jí)的分層研究表明，病理分級(jí)越高的患者TUSC3基因的表達(dá)越低.組織病理分級(jí)越高則惡性度越高，說明TUSC3基因與腫瘤的預(yù)后有一定關(guān)系，且與疾病的惡性程度密切相關(guān).因此，臨床上可測定TUSC3基因的表達(dá)狀況作為判斷預(yù)后的指標(biāo).

此外，TUSC3基因的沉默促進(jìn)癌癥的發(fā)生多與細(xì)胞內(nèi)各種信號(hào)通路相關(guān)，對(duì)TUSC3基因與這些信號(hào)通路進(jìn)行更詳盡的研究可提高癌癥的診斷方法和進(jìn)行靶向治療，提高現(xiàn)有化療藥物的療效.

3 研究前景及展望

綜上所述，TUSC3基因功能主要與N-糖基化、鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)以及MAPK通路和WNT通路激活有關(guān).尤其是TUSC3基因作為細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)N-糖基化相關(guān)蛋白的編碼基因，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，及精神發(fā)育情況具有密切關(guān)系.雖然人們對(duì)TUSC3基因在精神發(fā)育遲滯、促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展方面的作用機(jī)制，以及癌癥預(yù)后等方面有了一定的了解；但關(guān)于TUSC3基因的更多功能及其調(diào)控腫瘤的發(fā)生機(jī)制等尚未完全闡明.由于細(xì)胞在ER應(yīng)急狀態(tài)下，可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，而細(xì)胞自噬是細(xì)胞內(nèi)重要的清除未正確折疊蛋白質(zhì)的途徑，我們推測TUSC3的部分功能與細(xì)胞自噬有關(guān).TUSC3通過ER應(yīng)激參與細(xì)胞自噬的功能和機(jī)制的研究，可能是未來TUSC3研究的熱點(diǎn)問題.

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Advances of TUSC3 Gene

CHEN Yanling,LUO Jingjing,LI Guanwu
（DepartmentofBiochemistryandMolecularBiology,MedicalCollege,ShantouUniversity,Shantou515041,Guangdong,China）

TUSC3 gene was identified as a potential tumor suppressor gene on the chromosomal band 8p22.Silence of TUSC3 has been found in families with non-syndromic autosomal recessive mental retardation.However,the newly published research revealed that upregulation of TUSC3 was involved in the proliferation of human colon cancers.Here we reviewthe progress of TUSC3 gene researches including its functions,mechanisms and application in cancer.

TUSC3 gene;tumor-suppressor gene;N-glycosylation

R349.52

A

2016-06-24

陳彥玲（1995—），女，本科生，E-mail：14ylchen3@stu.edu.cn

李冠武（1970—），教授，碩士生導(dǎo)師.E-mail：gwli@stu.edu.cn

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81172089）

1001-4217（2017）02-0047-06