朱信強(qiáng)，侯道榮，黃海龍，蔣學(xué)通，邢春根

(1.蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院普外科，江蘇 蘇州 215004；2.徐州醫(yī)科大學(xué)附屬宿遷醫(yī)院普外科，江蘇 宿遷 223800；3.南京醫(yī)科大學(xué)附屬動(dòng)物研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211166)

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是全球最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一[1-2]，結(jié)直腸上皮細(xì)胞中各種遺傳和表觀遺傳變化的積累被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)CRC發(fā)生和發(fā)展的重要因素[3-4]。表觀遺傳變化被稱為是基因表達(dá)的遺傳性改變，它不受DNA序列變化的影響[5]。癌癥表觀遺傳包括DNA甲基化、非編碼RNA和組蛋白修飾等方面，其中研究最廣泛的表觀遺傳改變是異常的DNA甲基化[6]。異常甲基化可以通過(guò)改變關(guān)鍵基因，尤其是抑癌基因的表達(dá)，影響其功能，從而參與CRC發(fā)生和發(fā)展的各個(gè)過(guò)程[7]。單碳代謝與異常的DNA甲基化中又存在諸多關(guān)聯(lián)，維生素B12，或稱鈷胺素，是一種水溶性維生素，它是單碳代謝途徑中的一種酶輔因子[8]，通過(guò)改變單碳代謝中的維生素B12的關(guān)鍵基TCN1(transcobalamin Ⅰ)，可進(jìn)一步深入研究結(jié)直腸癌的發(fā)生機(jī)制。

一、單碳代謝在腫瘤生成中的作用

DNA序列及其甲基化位點(diǎn)組成了細(xì)胞中最重要的遺傳信息實(shí)體，組蛋白的作用在于幫助DNA形成特定結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定DNA，圍繞著組蛋白的30多種修飾蛋白在基因表達(dá)的調(diào)控中也起到重要作用。組蛋白甲基化是表觀遺傳密碼的重要組成部分，在調(diào)控基因表達(dá)的染色質(zhì)狀態(tài)的建立中起著重要的作用。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases, HMTs)的活性依賴于葉酸和蛋氨酸循環(huán)產(chǎn)生S-腺苷蛋氨酸(S-adenosine methionine SAM)。SAM是甲基化反應(yīng)的普遍甲基供體，包括組蛋白和DNA甲基化反應(yīng)[9-11]。而SAM的水平會(huì)隨著細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)有效性成份的高低而波動(dòng)。單碳代謝是一種將環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)狀況整合起來(lái)，產(chǎn)生多種生物功能的代謝網(wǎng)絡(luò)，為細(xì)胞代謝和組蛋白甲基化之間提供了聯(lián)系，正常的“單碳單位”代謝對(duì)嘌呤等物質(zhì)的合成是必需的。

近年研究認(rèn)為,這一代謝過(guò)程的紊亂會(huì)促使腫瘤的發(fā)生，特別是結(jié)直腸腫瘤[12]。研究表明[13-14]，幾個(gè)單碳代謝基因(CBS、FTHFD、SHMT1、TCN1和TYMS)的突變可能影響非霍奇金淋巴瘤(NHL)的易感性?！皢翁紗挝弧贝x至少涉及25種生物酶發(fā)揮作用，除葉酸外，還需要維生素B2、維生素B6、維生素B12等物質(zhì)以輔酶的形式參與其中。各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)是聯(lián)合發(fā)揮作用，而單個(gè)營(yíng)養(yǎng)素的體內(nèi)水平及活性有可能受到其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的調(diào)節(jié)。維生素B12相關(guān)基因TCN1是一種新的基因發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)[15]該基因與較差的記憶功能有關(guān)，是記憶表現(xiàn)的臨床相關(guān)標(biāo)志物。胎盤TCN1蛋白含量，與臍帶血維生素B12濃度有關(guān)，間接反映維生素B12可能在向胎兒轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮作用[16]，TCN1對(duì)維生素B12相關(guān)疾病的診斷和治療具有重要意義。維生素B12水平的改變，擾亂了單碳代謝途徑的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致DNA合成、蛋白質(zhì)合成和甲基化的調(diào)控異常，這可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，如胃癌、非小細(xì)胞肺癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌和乳腺癌等[17-20]。

二、關(guān)于鈷胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TCN1的基礎(chǔ)知識(shí)

TCN1是一種分子量為60～70 kD的蛋白，來(lái)自于粒細(xì)胞系[21-22]。TCN1基因(MIM 189905)位于染色體11 q11-q12?3[23]，有9個(gè)外顯子的59～191 bp和8 160個(gè)基點(diǎn)的內(nèi)含子3?2 kb,編碼433個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)[24-25]。該基因主要編碼維生素B12轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——鈷胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。該蛋白存在于人類血清和各種生物體液中[26]，可在血漿中與維生素B12特異性結(jié)合，并再與特異性受體結(jié)合，完成細(xì)胞對(duì)維生素B12的利用[8]。R黏合蛋白可以結(jié)合人體血漿中80%～94%的維生素B12，然后將這些結(jié)合好的維生素B12運(yùn)送至空腸進(jìn)行吸收和利用。眾所周知，維生素B12在維持神經(jīng)系統(tǒng)功能、造血和細(xì)胞代謝方面發(fā)揮著重要作用[17,26-27]。TCN1在通過(guò)胃時(shí)攜帶維生素B12，并在十二指腸中酶解釋放維生素B12，隨后在十二指腸中被內(nèi)在因子(IF)結(jié)合。

三、TCN1基因研究現(xiàn)狀

TCN1基因功能研究不多，為了探究TCN1在所有腫瘤類型中的表達(dá)，從Oncomine 數(shù)據(jù)庫(kù)中共收集了433個(gè)不同類型的研究結(jié)果。結(jié)果表明TCN1在各種腫瘤中高表達(dá)，其中包含結(jié)直腸腫瘤。在Oncomine數(shù)據(jù)庫(kù)中我們還發(fā)現(xiàn)，自2007年開(kāi)始，共有8個(gè)研究涉及TCN1在結(jié)直腸癌組織和正常組織中的表達(dá)，共包括406個(gè)樣本。文章分別發(fā)表于Cancer Research、PLoS One等。薈萃8個(gè)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，TCN1在結(jié)直腸癌中高表達(dá)(P<0.000 1)?；贕WAS對(duì)于維生素B12相關(guān)代謝基因的研究結(jié)果也表明，TCN1基因與胃腸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[28]，該基因?qū)ξ改c腫瘤發(fā)生發(fā)展的具體作用機(jī)制仍不清楚。

四、TCN1在腫瘤組織中的表達(dá)情況

細(xì)胞質(zhì)和腫瘤組織中TCN1的上調(diào)均有報(bào)道，TCN1在一些惡性腫瘤中過(guò)表達(dá)，如肝細(xì)胞癌(HCC)和乳腺癌、肺癌和胃癌[17-18]。既往研究表明，肝癌或繼發(fā)性肝轉(zhuǎn)移病人血清TCN1水平和表達(dá)水平升高可能是由于肝內(nèi)TCN1清除率降低所致[21,29]。另一方面，在其他實(shí)體惡性腫瘤中，TCN1的過(guò)表達(dá)被推測(cè)主要是腫瘤細(xì)胞自身合成了過(guò)多的TCN1，或粒細(xì)胞增多有關(guān)[18,21,30]。在一項(xiàng)基于6項(xiàng)研究的薈萃分析中，維生素B12的循環(huán)濃度與前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，而TCN1基因表達(dá)與前列腺癌風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[OR=0.76;95%CI(0.55,1.05);P=0.10][31]。最近，一項(xiàng)基于生物信息學(xué)的研究表明，TCN1是正常組織和CRC組織分類的重要致癌基因[32]。然而，對(duì)其在結(jié)直腸癌中的表達(dá)以及該基因與臨床相關(guān)性了解甚少。

五、TCN1促進(jìn)多種腫瘤進(jìn)展的現(xiàn)狀

癌細(xì)胞等快速分裂的細(xì)胞需要某些維生素，包括維生素B12、葉酸、生物素和核黃素，以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和存活，對(duì)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移起著至關(guān)重要的作用，這一點(diǎn)越來(lái)越清楚。通過(guò)對(duì)下咽鱗狀細(xì)胞癌的新輔助化療研究，發(fā)現(xiàn)在蛋白水平(P=0.013)和mRNA水平(P<0.001)上，新輔助化療敏感病人的TCN1表達(dá)顯著低于非敏感病人，說(shuō)明低TCN1表達(dá)預(yù)示著更好的新輔助化療反應(yīng)[19]。此外，據(jù)報(bào)道[33-35]，癌癥病人血清維生素B12和TCN1水平升高，與惡性血液病(如慢性髓系白血病和急性白血病)之間的關(guān)系已被很好地闡明，其發(fā)病機(jī)制涉及通過(guò)增殖粒細(xì)胞[21,29,36]釋放TCN1，TCN1是Wnt/-連環(huán)蛋白通路的調(diào)控因子，可增強(qiáng)-連環(huán)蛋白靶基因的表達(dá)，導(dǎo)致癌癥進(jìn)展和預(yù)后惡化。在胃癌研究中，TCN1與胃癌分期、細(xì)胞分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、預(yù)后顯著相關(guān)[37]。TCN1還與層黏連蛋白gamma2、金屬蛋白酶7、金屬蛋白酶14、cyclin D1、c-Met、CD44等靶基因的表達(dá)有關(guān)。TCN1增強(qiáng)基質(zhì)凝膠的侵襲性和增殖能力，促進(jìn)其在癌癥侵襲性生物學(xué)行為中的作用。 此外，TCN1而不是維生素B12被發(fā)現(xiàn)與胃癌的進(jìn)展有更好的相關(guān)性[38]。TCN1是新的基因，但以前沒(méi)有報(bào)道與結(jié)直腸癌相關(guān)，進(jìn)一步的研究將有助于我們更好地了解其在結(jié)直腸癌中的作用。Chu等[32]最近通過(guò)微陣列Meta分析發(fā)現(xiàn)TCN1是一種與晚期CRC相關(guān)的顯著表達(dá)基因，研究結(jié)果提供了進(jìn)一步的證據(jù)，表明TCN1在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)狀態(tài)比以前的研究更明顯，提示TCN1是CRC疾病進(jìn)展的標(biāo)志物。在接受新輔助同步放化療(concurrent chemoradiotherapy，CCRT) 的直腸癌病人中，TCN1過(guò)表達(dá)與治療反應(yīng)差、不良結(jié)局相關(guān)，證實(shí)了TCN1在接受CCRT治療的直腸癌中具有潛在的預(yù)后價(jià)值[26]。TCN1對(duì)各種胃腸道腫瘤生存的影響，也各不相同(圖1～圖4)[39]，說(shuō)明TCN1在不同實(shí)體腫瘤中的作用機(jī)制可能不完全相同。

六、結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的機(jī)制研究

單碳營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(甲基供體)的膳食攝入和單碳代謝基因的種系變異，可能影響啟動(dòng)子CpG島的全部DNA甲基化水平和甲基化。通過(guò)評(píng)估單碳代謝通路中的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與結(jié)直腸癌DNA甲基化狀態(tài)之間的關(guān)系[40]，確定種系遺傳變異和體細(xì)胞啟動(dòng)子CpG島甲基化在結(jié)直腸癌中的可能聯(lián)系。我們知道遺傳和表觀遺傳改變?cè)谀[瘤發(fā)生中起重要作用[41-42]，飲食因素、遺傳和表觀遺傳改變的共同影響，可導(dǎo)致結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)因素增加[43-44]。全基因組DNA甲基化，涉及重復(fù)的DNA元件，如LINE-1 (long interspersed nucleotide element-1)，通過(guò)激活轉(zhuǎn)座DNA序列，在基因組不穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用[45-46]，導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生[47-51]。相反，異常啟動(dòng)子CpG島甲基化也可能通過(guò)沉默抑癌基因[41]促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生。有研究顯示TCN2 776G等位基因[40]與結(jié)直腸癌中較高的基因啟動(dòng)子CpG島甲基化有關(guān)，與結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)[52]增加有關(guān)，但與結(jié)直腸癌無(wú)關(guān)[53]?？紤]到單碳代謝基因的重要生物學(xué)功能，研究結(jié)果表明，TCN2多態(tài)性可能是CRC的易感性因素[54]。然而，TCN1與癌癥風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系很少被研究。需要更多的研究數(shù)據(jù)才能將鈷胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與癌癥發(fā)生聯(lián)系起來(lái)。最近的一篇文獻(xiàn)[55]報(bào)道從DNA甲基化譜和RNA測(cè)序微陣列數(shù)據(jù)中篩選出14個(gè)異常表達(dá)并受DNA甲基化調(diào)控的差異表達(dá)基因。在TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)一步驗(yàn)證了這些基因，并篩選了3個(gè)候選基因(SOX9、TCN1和TGFBI)，并證實(shí)了這些基因表達(dá)與DNA甲基化之間的相關(guān)性。ROC(receiver operating characteristic)結(jié)果表明，TCN1和TGFBI可作為CRC早期診斷的有效生物標(biāo)志物。TCN1在結(jié)直腸腫瘤組織中是否和胃癌一樣有同樣的調(diào)控通路，以及對(duì)結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生發(fā)展有何具體意義鮮有報(bào)道。

七、結(jié)論

總之，關(guān)于TCN1在結(jié)直腸腫瘤中的作用和分子機(jī)制尚不清楚，根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和結(jié)果，TCN1在結(jié)直腸腫瘤中高表達(dá)，提示TCN1的表達(dá)抑制應(yīng)該會(huì)對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)增殖起到抑制作用。進(jìn)一步研究TCN1在結(jié)直腸腫瘤中作用的分子機(jī)制有助于為結(jié)直腸腫瘤的臨床治療提供新的藥物靶點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖1 TCN1水平對(duì)胃癌總生存的影響 圖2 TCN1水平對(duì)直腸癌總生存的影響 圖3 TCN1水平對(duì)胰腺癌總生存的影響 圖4 TCN1水平對(duì)肝癌總生存的影響