郭惠珊，宋楠，席豪，王榕，陳寧，呂品

1河北醫(yī)科大學醫(yī)學與健康研究院心血管醫(yī)學研究中心，石家莊050017;2河北醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院細胞生物學教研室

平滑肌22 alpha蛋白(SM22α)又稱轉凝蛋白(transgelin)，于1987年從雞胃平滑肌中分離得到，因其相對分子質量為22 kD而得名，其cDNA和蛋白質的一級結構在進化上高度保守。小鼠SM22α基因定位于9號染色體，全長6 271 bp，由5個外顯子和4個內含子組成，編碼一個由201個氨基酸殘基組成的蛋白質分子。SM22α是鈣調蛋白家族的一種肌動蛋白結合蛋白，包含一個氨基末端CH結構域和一個羧基末端鈣調蛋白樣重復基序(CLR)，通過直接結合肌動蛋白微絲結構影響細胞骨架的重塑。以往研究主要集中于SM22α在血管重構中的作用，生理水平的SM22α通過調控血管平滑肌細胞(VSMC)表型轉化[1～3]、增殖、遷移、氧化應激[4]、炎癥[5, 6]和糖代謝[7]等，在維持血管穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用?，F(xiàn)就SM22α的結構特征及其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用進行綜述。

1 SM22α的表達特點

1.1 SM22α的表達具有時空和組織特異性 SM22α在脊椎動物胚胎發(fā)育階段即在平滑肌組織(E9.5)中開始表達，并在心肌(E8.5～E12.5)和骨骼肌(E9.5～E12.5)組織中出現(xiàn)一過性表達。胚胎后期及出生后成熟組織中SM22α主要在平滑肌組織特異性表達，如子宮、膀胱、胃、前列腺等，是一種重要的平滑肌標志物。此外，SM22α亦可在血管內皮、心臟、脊髓、腎上腺等非平滑肌組織表達。

1.2 SM22α表達具有細胞表型特異性 已知SM22α在收縮型VSMC高表達，而在合成型VSMC中表達急劇下降，故其具有分化表型特異性[1,8]。在腫瘤細胞去分化過程中，SM22α表達亦發(fā)生顯著變化，但與平滑肌細胞不同的是，不同類型腫瘤細胞SM22α表達變化有差異。如SM22α在前列腺癌[9]、結腸癌[10～12]、宮頸癌、非小細胞肺癌和膀胱癌[13]等腫瘤中低表達甚至不表達，而在胃癌、食管癌、胰腺癌、腎細胞癌等組織中高表達，在乳腺癌[14,15]中有雙重作用。Li等[16]指出，高表達的SM22α主要見于富含平滑肌的組織而非腫瘤細胞層，這可能與胃的解剖學結構有關?；谑彻芘c胃的結構和功能密切相關，食管鱗癌與胃癌可能有相似的SM22α表達特點。SM22α在間充質細胞中表達，而在上皮細胞的表達量極低，當腫瘤細胞經歷上皮細胞向細胞間充質轉化(EMT)時，也就意味著SM22α在間充質細胞的重新表達。

2 SM22α在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

SM22α的發(fā)現(xiàn)已有30余年歷史，但直到2000年左右，人們才對其功能有初步認識。其首要功能是肌動蛋白結合蛋白，這一特性賦予了它在個體發(fā)育、細胞黏附、運動等方面強大的生物學功能[17]，其介導的細胞骨架調控網絡為細胞的穩(wěn)態(tài)調節(jié)和損傷后修復提供了不可或缺的微環(huán)境(圖1)。生理條件下，SM22α缺失并不影響血管等平滑肌組織的正常發(fā)育和功能，這就意味著SM22α功能可能被其同源蛋白Calponin或平滑肌22β(SM22β)所補償。然而，病理狀態(tài)時，SM22α的功能是不可替代的。SM22α在動脈粥樣硬化斑塊[6, 18]、血管成形術后再狹窄[6]、血管鈣化[19]、主動脈夾層[20]和主動脈瘤[21]等血管損傷性疾病中表達急劇下調，且下調水平與血管損傷程度呈正相關。因此，SM22α表達降低不僅是鑒定平滑肌細胞去分化的一個特異性標志物[1]，還直接參與血管損傷。近年來，有關SM22α在血管損傷修復中的作用，國內外實驗室展開了大量研究。SM22α可作為伴侶分子或支架蛋白，以actin結合依賴或非依賴的方式，于不同的亞細胞間隔區(qū)募集或整合信號分子，決定信號轉導方向和應答性質，參與調控VSMC表型轉化[1]、增殖、遷移、氧化應激[4]、炎癥[5]、收縮[22]、葡萄糖代謝[7]和轉運[3]、血管新生內膜形成[4]、血管肥厚[4]、平滑肌細胞向成骨細胞轉化等生物學過程，維持血管穩(wěn)態(tài)。此外，衰老的哺乳動物細胞中，SM22α表達上調，且慢性氧化應激狀態(tài)下，過表達SM22α誘導人成纖維細胞復制性衰老，提示高水平SM22α在衰老中的潛在作用。成年大鼠腎小球腎炎發(fā)生時，足細胞持續(xù)高表達SM22α可加重腎小球硬化病變的進程。這些發(fā)現(xiàn)啟示我們，SM22α可在特定的病理條件下發(fā)揮作用，適宜的SM22α表達水平/模式有助于損傷修復微環(huán)境的構建。但目前的主要研究對象仍然是血管，SM22α在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，特別是機制研究，仍處于起步階段。

圖1 SM22α的生物學功能

2.1 SM22α在腫瘤細胞骨架動力學中的作用 以細胞骨架重塑為基礎的細胞增殖、遷移、趨化和黏附等生命活動是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要病理生理學基礎。國內外大量研究表明，作為細胞骨架相關蛋白，SM22α可通過CLR基序直接或間接與肌動蛋白結合，參與VSMC F-actin的聚合/解聚，且該過程與SM22α的表達和表觀遺傳學修飾有關[3]。Matsui等[23]研究表明，在A7r5平滑肌細胞中，SM22α通過CH結構域和EF-hand參與肌動蛋白復合物的形成，間接作用于肌動蛋白和偽足形成，而CLR基序與肌動蛋白相互作用不顯著。Prasad等[24]通過基因芯片GO分析發(fā)現(xiàn)，SM22α在前列腺癌組織中表達下調，并且SM22α在調節(jié)其他actin結合蛋白基因(tropomyosin、smoothelin、dystonin、actinin和vinculin)表達活性中起關鍵作用。Thompson等[25]指出，在REF52成纖維細胞中，應用小干擾RNA(siRNA)敲低SM22α，可見SM22α敲低組在血清饑餓的刺激下，更易引發(fā)細胞偽足形成、運動和侵襲；在人前列腺癌細胞PC3中，過表達SM22α，細胞的運動和侵襲能力顯著下降，進一步印證了SM22α功能的特異性和重要性。這些結果提示，SM22α表達下調影響細胞骨架動力學和調控網絡，導致細胞內外環(huán)境失衡和細胞功能紊亂，是腫瘤細胞惡性發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。

2.2 SM22α在細胞侵襲和轉移中的作用 腫瘤的侵襲和轉移是治療失敗的主要原因。Yang等[15]指出，在兩種乳腺癌細胞(BT-549, MDAMB-231)、Ⅰ～Ⅲ期原發(fā)性乳腺癌及無轉移的臨床標本中，SM22α具有抑癌作用，低表達的SM22α促進人乳腺癌細胞遷移能力，而過表達SM22α抑制乳腺癌細胞的肺轉移。低表達SM22α使線粒體質量新分布，過氧化物還原酶表達下調，促進活性氧(ROS)生成和核因子-κB (NF-κB)活化，進而導致轉移相關基因如趨化因子受體4(CXCR4)、基質金屬蛋白酶-1 (MMP-1)和MMP-2表達上調，提示SM22α可能通過激活ROS/NF-κB信號通路促進乳腺癌轉移。Sayar等[26]研究亦證實，與非致瘤性乳腺細胞相比，乳腺癌細胞中SM22α基因啟動子區(qū)高度甲基化導致其表達下調，敲低SM22α增加細胞的侵襲與遷移能力。然而，Liu等[27]發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌細胞MCF-7/S和MDA-MB-231中，高表達SM22α可增強乳腺癌細胞的遷移能力，促進裸鼠體內腫瘤形成及肺部轉移。進一步研究表明，過表達SM22α通過下調人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)表達，激活PI3K/Akt/GSK-3通路，調控細胞周期、遷移、分化、凋亡等。Aikins等[14]在研究SM22α與血管生成擬態(tài)(VM)關系時亦發(fā)現(xiàn)，在人乳腺癌細胞MDA-MB-231中敲低SM22α，細胞增殖和VM形成受抑，IL-8和CXCR2的表達下調[28]。SM22α對乳腺癌細胞系侵襲和轉移作用的差異可能與這些細胞系不同核型、突變狀態(tài)和蛋白質組特征等有關[29]。Zhao等[12]發(fā)現(xiàn)，過表達SM22α削弱了人結直腸癌細胞HCTL16的侵襲和轉移能力。進一步研究表明，過表達SM22α抑制細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)的磷酸化和MMP-9的表達，可能通過ERK/MMP-9信號通路調節(jié)結直腸癌侵襲和遷移能力。此外，SM22α還參與膀胱癌、食管鱗癌等多種腫瘤的侵襲和轉移，具體發(fā)揮抑癌作用還是促癌作用與激活不同信號通路及不同調控分子參與有關。

2.3 SM22α在腫瘤細胞增殖和凋亡中的作用 腫瘤的發(fā)生與細胞的無限增殖和異常凋亡有關，是兩者平衡失調的結果。本課題組的研究表明，過表達SM22α抑制VSMC增殖和血管新生內膜形成，但對VSMC凋亡幾乎無影響。然而，SM22α參與結直腸癌[12]、膀胱癌[13]、前列腺癌[9]等腫瘤細胞增殖和凋亡的調控，且具有不同的調控模式。Tsui等[13]發(fā)現(xiàn)，在人膀胱癌細胞HT1376和人膀胱癌組織中，敲低SM22α可促進膀胱癌細胞增殖，而過表達SM22α抑制膀胱癌細胞增殖，該過程與p53和PTEN有關。Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，SM22α以p53依賴的方式誘導細胞凋亡，過表達SM22α促進人前列腺癌細胞LNCaP中p53表達及p53從胞核向胞質轉位，胞質中積累的p53引發(fā)凋亡相關基因B細胞淋巴瘤/白血病-2蛋白(Bcl-2)表達下調，Bcl-2相關X蛋白(Bax)表達上調，進而觸發(fā)Caspase-3表達誘導細胞凋亡。

微小RNA(miRNA)通過調控靶基因表達發(fā)揮癌基因或抑癌基因的功能，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉移過程。Tang等[30]發(fā)現(xiàn)，食管鱗癌組織和細胞中miR-133b表達低于癌旁組織，經TargetScan和miRDB在線軟件預測和雙熒光素酶報告基因證實，SM22α是miR-133b的靶基因，過表達miR-133b使SM22α表達顯著下調。miR-133b通過調控SM22α表達，在食管鱗癌細胞增殖中發(fā)揮重要作用。

2.4 SM22α在細胞外基質(ECM)降解中的作用 ECM是腫瘤細胞侵襲和轉移過程中的天然組織屏障，而MMP是降解ECM的一種重要的蛋白水解酶，幾乎能降解多糖以外的所有ECM成分，增強癌細胞的侵襲能力。SM22α是一個新型的MMP-9基因抑制因子。在人纖維肉瘤細胞HT1080中，過表達SM22α顯著抑制MMP-9表達，反之，敲低SM22α顯著增強MMP-9的表達活性。免疫組化結果同樣顯示，與野生型相比，SM22α基因敲除鼠子宮MMP-9水平明顯升高。進一步研究結果表明，SM22α的CH結構域通過靶向ERK信號通路，抑制癌基因蛋白c-Fos與MMP-9啟動子區(qū)AP-1結合位點的相互作用，進而抑制MMP-9的表達活性，該結果為其他惡性腫瘤組織中SM22α和MMP-9表達的負相關性提供了進一步證據(jù)，同時也提示SM22α能以actin結合非依賴的方式調控基因表達，進一步豐富了SM22α的生物學功能，體現(xiàn)了其功能的多樣性。

2.5 SM22α在細胞自噬中的作用 自噬是將細胞內受損、變性或衰老的蛋白質和細胞器運輸?shù)饺苊阁w進行消化降解的過程。自噬和腫瘤的關系復雜，在腫瘤發(fā)生的早期階段，自噬可抑制腫瘤細胞形成；在腫瘤的發(fā)展階段，細胞可通過適度的自噬促進腫瘤存活，過度的自噬亦可誘導腫瘤細胞自噬性死亡。Xie等[11]研究發(fā)現(xiàn)，SM22α在結直腸癌組織和結腸癌細胞(HCT116、HT29)中表達急劇下調，且與結直腸癌低自噬活性相關。在SM22α低表達的惡性結腸癌樣本中，p62表達均升高，而過表達SM22α顯著抑制結直腸癌細胞株p62表達，該結果初步證實SM22α可能參與腫瘤細胞自噬活性的調節(jié)。

2.6 SM22 α在腫瘤耐藥中的作用 腫瘤耐藥是惡性腫瘤化療失敗的主要原因。體內外研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤耐藥與靶基因突變、靶基因擴增、DNA損傷修復能力、藥物進入腫瘤細胞內濃度減少等諸多因素有關，提示腫瘤耐藥分子機制的復雜性。SM22α在以紫杉醇為誘導劑的人乳腺癌耐藥細胞MCF-7/PTX中異常高表達，促進MCF-7/PTX發(fā)生EMT，使細胞間連接缺失，增加腫瘤細胞的增殖和侵襲能力。siRNA敲低SM22α，改變MCF-7/PTX中EMT標志因子表達，進而抑制MCF-7/PTX細胞耐藥和侵襲轉移。另有研究表明，SM22α通過增加Akt、GSK-3β磷酸化水平和減少PTEN的表達，激活GSK-3β/PI3K/Akt通路，參與紫杉醇耐藥，其中PI3K/Akt通路參與乳腺癌細胞的遷移和侵襲[27]。

綜上所述，SM22α主要表達于成體平滑肌細胞，雖然在其他特定組織表達量低，但對細胞功能和狀態(tài)的維持必不可少，其表達的時空秩序性和表型特異性更提示了該蛋白功能的復雜性。目前，對SM22α與腫瘤關系的研究，主要側重于SM22α的表達與腫瘤發(fā)生的相關性，表達與腫瘤病理分型分期及預后的關系尚不明確，作用機制的研究亦鮮有報道。深入探尋細胞骨架相關蛋白在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用和分子機制，將對惡性腫瘤的精準醫(yī)療和個體化醫(yī)療產生深遠影響。