周 紅，阮 英，吳 喆，吳紅年**

(1.湖北科技學院基礎(chǔ)醫(yī)學院人體解剖學教研室，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學院附屬第二醫(yī)院皮膚科；3.湖北科技學院基礎(chǔ)醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室)

線粒體是細胞的中心細胞器，能夠完成許多基本的細胞功能，包括氧化磷酸化(Oxphos)、活性氧(Ros)產(chǎn)生、鈣(Ca2+)信號傳導，以及細胞生長和運動所需的中間代謝物合成[1-2]。研究表明，線粒體也是一種動態(tài)細胞器，它的形狀、大小、位置對于細胞適應(yīng)能力和提供生存、繁殖、遷移所需能量尤為重要[2-3]。線粒體分裂、融合或沿著細胞移動的機制被稱為線粒體動力學。線粒體分裂是線粒體一分為二的過程，是細胞分裂所必需的過程[4]。線粒體融合有利于提高膜電位和增加氧化磷酸化，能夠形成更為復雜的結(jié)構(gòu)以免自身被降解[5-6]；目前研究表明線粒體動力學對膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展起著重要作用，Drp1作為線粒體分裂關(guān)鍵介質(zhì)對膠質(zhì)瘤的病理發(fā)展具有重要影響，本文將就線粒體分裂與膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系以及Drp1作為膠質(zhì)瘤生物標志物的可能性進行綜述。

1 膠質(zhì)瘤和線粒體動力學

膠質(zhì)瘤是臨床上最為常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，占惡性腦腫瘤的81%。膠質(zhì)瘤多呈浸潤性生長，很難通過手術(shù)完全切除，以致術(shù)后復發(fā)率較高，手術(shù)效果不佳[7]；因膠質(zhì)瘤干細胞的存在，易產(chǎn)生放化療抵抗，以致放化療也不理想。研究報告顯示，膠質(zhì)瘤的預后很差(表1)，確診后5年死亡率很高。例如，膠質(zhì)母細胞瘤是最常見的膠質(zhì)瘤類型，確診后5年的存活率為5%～9%。膠質(zhì)瘤如此高的死亡率，目前暫無有效的治療措施，因此，了解該病所涉及的細胞機制對開發(fā)適當?shù)呐R床治療方法至關(guān)重要。

表1 不同類型膠質(zhì)瘤的相對存活率(%)

線粒體動力學既參與細胞增殖，又與維持干細胞的多能性和細胞運動有關(guān)，因此，它在癌癥發(fā)展中的重要作用并不令人驚訝[8]。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體動力學在膠質(zhì)瘤發(fā)展和侵襲性過程扮演了重要的作用，參與了膠質(zhì)瘤的發(fā)展過程[9]。線粒體分裂在這一過程中得到加強，并參與干細胞的維持(參與腫瘤的形成和生長以及復發(fā))、侵襲和遷移。

2 線粒體分裂和干細胞特性

2.1 干細胞特性

腫瘤干細胞是一種重要的腫瘤細胞亞群，能夠?qū)崿F(xiàn)自我更新和分化，是維持腫瘤的源泉。這些細胞可以無限增殖，能夠逃避抗癌免疫反應(yīng)，尤其值得注意的是它們具有化療和放療抗性，會介導治療后的復發(fā)，這也是其難以治療的原因[10]。膠質(zhì)瘤干細胞的線粒體形態(tài)比非干細胞的形態(tài)更碎片化，這一現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)是可以通過增強Drp1活性進行調(diào)控，提示線粒體分裂與膠質(zhì)瘤干性有關(guān)。

2.2 線粒體分裂

線粒體分裂是將線粒體一分為二的過程，這一過程主要受Drp1進行調(diào)控。有研究發(fā)現(xiàn)抑制Drp1會導致干細胞增殖、自我更新和腫瘤形成能力出現(xiàn)障礙，表明該蛋白在維持細胞干性中具有重要作用[11]。Drp1介導線粒體分裂，在隨后的幾種胞質(zhì)分裂中呈現(xiàn)對稱性分布，因此，它可能通過支持細胞分裂以維持細胞干性。但有趣的是，乳腺干細胞線粒體分裂是線粒體不對稱分布到子代細胞所必需的，在子代細胞中，老化或缺陷的線粒體被分離到分化程度更高的細胞，而健康的線粒體仍然留在干系子代細胞中[11-12]。這一機制有助于維持一個健康的干細胞群體，而Drp1對干細胞的影響也可能是通過這一過程介導的。

2.3 線粒體分裂的調(diào)控機制

Drp1的活性主要靠兩個關(guān)鍵絲氨酸磷酸化位點(S616和S637)進行調(diào)節(jié)。絲氨酸616位點(S616)的磷酸化能夠提高Drp1活性，而絲氨酸637位點(S637)的磷酸化則導致Drp1活性降低。調(diào)控兩個位點的激酶和磷酸酶均不相同，線粒體分裂在細胞內(nèi)發(fā)揮的生理功能也不同。周期素依賴性激酶1以及Cyclin B1能夠激活S616磷酸化，提高Drp1活性進而介導線粒體分裂，也可通過鈣調(diào)素依賴性激酶磷酸化介導線粒體分裂與細胞內(nèi)鈣關(guān)系[13]。cAMP依賴蛋白激酶能夠激活S637磷酸化，引起Drp1失活，鈣敏感蛋白磷酸酶 calcineurin引起絲氨酸637去磷酸化，激活Drp1，研究發(fā)現(xiàn)蛋白激酶D引起S637磷酸化激活，Drp1激活，導致線粒體發(fā)生碎片化以及功能障礙[14]。Drp1活性受到小泛素樣修飾因子1型和泛素連接酶膜相關(guān)環(huán)CH蛋白5的翻譯后調(diào)控以及線粒體分裂抑制劑1(Mdivi-1)的抑制，Mdivi-1是抑制Drp1的GTPase活性的小分子，能夠阻止多聚作用，抑制線粒體分裂[15]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體分裂并不僅僅是受Drp1調(diào)控，Drp1缺乏膜結(jié)合域，募集Drp1涉及很多分子，如線粒體動力學蛋白51和49(MiD51和MiD49)及線粒體裂變因子(Mff)[16-17]。MiD49和MiD50是Drp1的適配器，可招募Drp1(原本位于胞漿)到線粒體外膜表面介導線粒體分裂。Mff過表達募集Drp1到線粒體，導致線粒體碎片化，若缺失，線粒體無法正常碎片化，出現(xiàn)過度伸長。此外，線粒體分裂受裂變蛋白Fis1調(diào)控，但動物細胞普遍不會缺乏該蛋白，甚至不會出現(xiàn)裂變的缺陷[18]。

2.4 線粒體分裂的侵襲和遷移作用

侵襲代表進入晚期神經(jīng)膠質(zhì)瘤時期，這一過程在低級別膠質(zhì)瘤中是緩慢的，但在成膠質(zhì)細胞瘤(高級別膠質(zhì)瘤)中是快速和重要的標志。值得注意的是，這種現(xiàn)象與預后不良有關(guān)。細胞遷移和隨后入侵的原因被認為是低氧和低營養(yǎng)。一方面，隨著膠質(zhì)母細胞瘤的進展，中央缺氧區(qū)會擴大，導致該區(qū)域的細胞壞死；另一方面，壞死周圍區(qū)域缺氧，缺氧會通過調(diào)節(jié)線粒體動力學來誘導遷移，促進細胞遷移和侵襲鄰近的組織。進一步研究表明，缺氧會增加Drp1的mRNA和蛋白水平，從而促進線粒體分裂。片狀脂質(zhì)體(允許細胞運動的細胞質(zhì)突起)的形成，需要將線粒體碎裂并重新分布到細胞外圍，因此，線粒體分裂在這一過程中起著關(guān)鍵作用[19]。

轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導因子1(HIF1)是缺氧反應(yīng)的中心，能夠增強Drp1的表達，介導細胞向更多含氧區(qū)遷移。同時缺氧誘導HIF1的穩(wěn)定和激活，促進其靶基因的轉(zhuǎn)錄，這些基因參與缺氧反應(yīng)過程，如增強葡萄糖攝取和血管生成[20]。重要的是，存在于膠質(zhì)瘤細胞線粒體內(nèi)的DISC1蛋白(DISC1)也能增強Drp1的表達，這種蛋白是三磷酸腺苷(ATP)生產(chǎn)和鈣緩沖的中心，與線粒體功能高度相關(guān)。DISC1允許馬達和接頭蛋白之間的相互作用，對于線粒體通過細胞骨架的運輸至關(guān)重要。Gao等[21]發(fā)現(xiàn)DISC1提高了Drp1的表達和蛋白水平，并參與了細胞遷移。也許，這種蛋白可能會引導一個涉及線粒體分裂和隨后運輸?shù)郊毎鈬某绦颍瑥亩试S片狀脂質(zhì)體的形成和膠質(zhì)瘤細胞的遷移。這一調(diào)控機制表明，不僅線粒體分裂增強，而且線粒體與細胞骨架的相互作用增強以及隨后的轉(zhuǎn)運也可能參與了膠質(zhì)瘤的惡性進展[22]。但對于膠質(zhì)瘤中DISC1上調(diào)以及DISC1增強的Drp1表達的機制仍不清楚，因此，還需要進一步的研究。

3 Drp1預后的潛在價值

判斷癌癥患者的預后具有重要作用，因為它表明抗癌治療是否合適。Drp1與膠質(zhì)瘤的發(fā)展和進程密切相關(guān)，可以緩解患者因不確定性引起的焦慮，必要時可用于臨終關(guān)懷計劃[23]。

已經(jīng)評估了幾種分子在膠質(zhì)瘤中的預后價值，目前使用最多的生物標志物是異檸檬酸脫氫酶(IDH)狀態(tài)。已觀察到一些膠質(zhì)瘤呈現(xiàn)IDH突變，改變該酶的活性，阻止其正向反應(yīng)(異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸)，并改變反向反應(yīng)，導致腫瘤代謝物2-羥基戊二酸(2-HG)而不是異檸檬酸的產(chǎn)生[24]。IDH狀態(tài)已被報道具有重要的預后價值，因為該突變與膠質(zhì)瘤的侵襲性和分級呈負相關(guān)。

然而，更有用的生物標志物可以被開發(fā)出來。還可以找到提供其他相關(guān)信息的生物標志物。例如，我們可以搜索一個連續(xù)的(而不是離散的，如IDH突變)生物標記物，它提供更準確的信息，并且除了告知每一級別膠質(zhì)瘤的預后外，還支持分級[25-26]。Drp1的表達或蛋白水平以及磷酸化狀態(tài)，都是連續(xù)的參數(shù)。如前所述，與膠質(zhì)瘤的侵襲性相關(guān)。因此，在膠質(zhì)瘤患者中，這些參數(shù)可以作為新的預后標志物[27]。事實上，先前已經(jīng)報道過Drp1激活磷酸化與膠質(zhì)母細胞瘤(IV級膠質(zhì)瘤)患者預后的相關(guān)性[28]。然而，這一參數(shù)與所有膠質(zhì)瘤分級的預后之間是否存在相關(guān)性仍有待確定。此外，為了確定該生物標記物是否能同時提示預后和惡性程度，有必要確定Drp1磷酸化水平的連續(xù)體與惡性程度之間是否存在相關(guān)性。重要的是，這些相關(guān)性是可能存在的，因為正如前面提到的，Drp1與細胞干性和侵襲性有關(guān)，這些特征隨著膠質(zhì)瘤分級的增加而增加，并降低預后。

值得注意的是，除了膠質(zhì)瘤分級外，Drp1生物標志物還可以提供關(guān)于侵襲性的準確信息，并提示手術(shù)切除是否合適。常規(guī)標準的膠質(zhì)瘤手術(shù)治療，可能會發(fā)生幾種并發(fā)癥，即血管或健康腦組織損傷、血腫、癲癇發(fā)作、腦積水、腦脊液滲漏、感染以及深血管血栓形成等[29]。在這種情況下，如果膠質(zhì)瘤是高度侵襲性的，正如Drp1生物標志物升高所表明的那樣，手術(shù)可能會帶來更多的壞處而不是好處，因此，可以尋找其他的替代方案。

此外，與IDH相比，Drp1生物標記物還具有另一個優(yōu)勢。重要的是，IDH篩查提出的問題是，并不是所有的腫瘤都有相同氨基酸的突變[30]。通常情況下，IDH突變發(fā)生在氨基酸132上[29,31]，臨床上只尋找該殘基上的IDH突變，可能會得到假陰性結(jié)果。而通過測定Drp1的表達、水平或激活S616磷酸化不會發(fā)現(xiàn)這個問題。因此，應(yīng)該考慮使用Drp1生物標記物，因為它將提供準確的預后信息，以及額外的數(shù)據(jù)。最后，值得一提的是，Drp1的表達和蛋白水平也可以作為預后的生物標記物。然而，使用激活磷酸化水平會更準確，因為可以在不增加Drp1活性和線粒體支離破碎形態(tài)的情況下得到增強。

4 展 望

線粒體分裂在膠質(zhì)瘤中增強，因為分裂參與遷移和侵襲，以及干細胞的維持，是膠質(zhì)瘤發(fā)展的中心。因此，分裂應(yīng)被認為是膠質(zhì)瘤細胞的惡性優(yōu)勢。這些信息應(yīng)該用于臨床，例如，開發(fā)準確和新穎的基于Drp1的預后生物標記物。由于Drp1參與了膠質(zhì)瘤形成的顯著過程，而且也是一個連續(xù)的參數(shù)，因此，它不僅對預后有幫助，而且在分級中也是有用的。因此，在這方面的研究可能是為了建立膠質(zhì)瘤分級與Drp1表達、水平或磷酸化的連續(xù)體之間的相關(guān)性。此外，關(guān)于線粒體動力學失調(diào)的信息也可能用于抗腫瘤藥物的開發(fā)，因為阻斷膠質(zhì)瘤細胞的分裂可能是有用的。重要的是，這種抑制可能是選擇性的，因為阻礙神經(jīng)元的分裂將對突觸產(chǎn)生致命的影響。有趣的是，Drp1還參與過氧化物酶體的分裂，據(jù)報道這些細胞器具有致瘤作用?？傊€粒體分裂可作為抑制膠質(zhì)瘤的一個重要方向，未來值得研究。