趙軒 李國東 綜述 劉明 審校

大腸癌(Colorectal cancer)是世界上第二大致死性惡性腫瘤，大腸癌的發(fā)病率在男性和女性之間并無明顯差異，男性發(fā)病率排在所有癌癥中的第2位，女性發(fā)病率排在所有癌癥中的第3位[1]。平均每年約180萬新發(fā)大腸癌患者，約有90萬患者因?yàn)榇竽c癌失去生命[2]。大腸癌患者整體5年生存率約為50%，但是在IV期大腸癌患者中5年生存率僅為10%左右[3]。因此早期預(yù)防、早期診斷及早期治療在大腸癌患者的診療過程中極為重要。針對已經(jīng)確診的大腸癌患者，分子診斷可以幫助指導(dǎo)制定后續(xù)的治療方案，從而延長患者的生存期。金屬硫蛋白(Metallothionein，MTs)是一種小蛋白，由61～68個(gè)氨基酸構(gòu)成。近來相關(guān)研究表明，MTs與大腸癌的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，并發(fā)揮著重要作用。

1 MTs概述

MTs由位于人類第16號染色體上的16個(gè)基因編碼，編碼MTs的基因在不斷的復(fù)制過程中產(chǎn)生了變異，根據(jù)其編碼蛋白的氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的變化分為四個(gè)主要亞型(MT1、MT2、MT3、MT4)。在MT1中MT1A、MT1B、MT1E、MT1F、MT1G、MT1H、MT1M、MT1X是已知的能編碼蛋白的活性基因，MT1C、MT1D、MT1I、MT1J、MT1L是無法編碼蛋白的假基因[4]。MTs的功能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，作為一種小分子含鎘的蛋白，因其富含半胱氨酸基團(tuán)共約20～21個(gè)，可與各種重金屬相互作用從而調(diào)控細(xì)胞的金屬穩(wěn)態(tài)。通過這一特性MTs可以與銅鋅結(jié)合，參與細(xì)胞增殖過程的調(diào)控。MTs還可以結(jié)合鎘、汞等重金屬，從而降低重金屬毒性的組織細(xì)胞損傷效應(yīng)[5]。MTs可以作為抗氧化劑來保護(hù)細(xì)胞免受由誘變劑、抗腫瘤藥和輻射產(chǎn)生的自由基和氧化應(yīng)激的影響[6]，還可以參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，調(diào)控腫瘤細(xì)胞對化學(xué)藥物的敏感程度[7-9]。近年來學(xué)者們發(fā)現(xiàn)不同的MTs亞型在大腸癌中發(fā)揮著不同作用，從早期對MTs整體在大腸癌中發(fā)病機(jī)制的研究轉(zhuǎn)為對其各亞型的研究。

2 MTs在大腸癌中的作用

2.1 MTs對大腸癌增殖的作用

MTs的表達(dá)水平與大腸腺瘤的絨毛狀特征和大腸癌的Dukes分期呈正相關(guān)，MTs的過表達(dá)常出現(xiàn)在晚期大腸癌中[10]。在對大腸癌細(xì)胞系HT-29與MTs的研究中，使用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)的方法對HT-29細(xì)胞系的增殖周期過程中的MTs表達(dá)情況進(jìn)行了研究，MTs的表達(dá)水平在細(xì)胞的G1/S階段達(dá)到峰值，為此期間細(xì)胞的脫氧核苷酸的合成做準(zhǔn)備。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞增殖與鋅含量關(guān)系密切。這一過程可能是通過MTs結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)鋅離子和為鋅指轉(zhuǎn)錄因子提供原料有關(guān)。提示MTs在細(xì)胞增殖中扮演重要的角色[11]。

2.2 MTs對大腸癌凋亡的作用

MTs可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡的能力已被證實(shí)[12]。MTs可以作為轉(zhuǎn)錄因子和腫瘤抑制因子的鋅供體，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡的能力。p53作為抑癌基因，可以對細(xì)胞周期進(jìn)程產(chǎn)生抑制的作用，還可以參與DNA損傷過程從而啟動細(xì)胞的凋亡程序。MTs可以把p53蛋白的結(jié)合鋅分離，從而改變p53蛋白的形態(tài)，使其功能喪失[13]。MTs還可以和NF-κB相互作用產(chǎn)生抗凋亡作用。在MT2A的相關(guān)研究中表明，使用人大腸癌細(xì)胞系Colo 205在裸鼠中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在使用siRNA沉默MT2A的實(shí)驗(yàn)組與野生型Colo 205相比，實(shí)驗(yàn)組對腫瘤細(xì)胞的增殖抑制更加明顯；進(jìn)一步研究其作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)MT2A和Fas相關(guān)死亡域(FADD)存在相互作用，并且這種相互作用可以通過NF-κB途徑參與大腸癌細(xì)胞的增殖和抑制大腸癌細(xì)胞的凋亡[14]。然而MT1F在大腸癌中卻發(fā)揮著促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用，MT1F在體外實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)可以抑制細(xì)胞的增殖能力和集落形成的能力，可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮其抑癌的作用。MT1F在大腸癌細(xì)胞中的表達(dá)被雜合性缺失(LOH)所阻斷，且MT1F mRNA的表達(dá)和啟動子甲基化在部分低分化的大腸癌細(xì)胞系中明顯低于高分化的大腸癌細(xì)胞系。這可能與大腸癌的微衛(wèi)星不穩(wěn)定(MSI)有關(guān)[15]。

2.3 MTs對大腸癌分化的作用

MTs參與多種細(xì)胞的分化過程，并且與腫瘤細(xì)胞分級呈正相關(guān)。在大腸的正常粘膜向癌癥的轉(zhuǎn)化過程中，MT1X和MT2A的低表達(dá)被認(rèn)為是這一過程的標(biāo)志之一。在高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性大腸癌組織與微衛(wèi)星穩(wěn)定或低微衛(wèi)星不穩(wěn)定性大腸癌組織相比，可以更頻繁地檢測到MT1X T20(MT1X基因的3，UTRUTR，T20單核苷酸重復(fù))的不穩(wěn)定性，檢測的靈敏度為97.3%，特異性為100%。這一發(fā)現(xiàn)可使MT1X T20作為一種敏感和特異的微衛(wèi)星不穩(wěn)定檢測標(biāo)記應(yīng)用于大腸癌中家族性或散發(fā)性缺陷錯(cuò)配修復(fù)(DMMR)的鑒別[16]。在對MT1G在大腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)過表達(dá)MT1G可以增強(qiáng)大腸癌細(xì)胞的異型性，MT1G主要通過Notch信號通路和不穩(wěn)定的鋅螯合和再分布產(chǎn)生對大腸癌細(xì)胞分化的控制作用。通過cDNA微陣對大腸癌組織進(jìn)行mRNA表達(dá)譜分析驗(yàn)證MT1G的作用，發(fā)現(xiàn)參與細(xì)胞分化調(diào)節(jié)基因的表達(dá)情況被改變，其中最主要的就是Notch信號通路，Notch信號通路的抑制可激活A(yù)toh1來刺激杯狀細(xì)胞在腸道的分化。不穩(wěn)定的鋅離子被認(rèn)為是參與傳遞細(xì)胞分化的第二信使，MTs能調(diào)節(jié)不穩(wěn)定鋅離子的濃度，調(diào)節(jié)鋅離子向不同的細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)并能調(diào)控細(xì)胞質(zhì)中鋅離子變化反應(yīng)[17]。

2.4 MTs對大腸癌轉(zhuǎn)移的作用

腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力是決定腫瘤細(xì)胞惡性程度的重要因素之一。MTs的過表達(dá)已被證明是多種腫瘤產(chǎn)生轉(zhuǎn)移性行為的重要因素。研究表明，大腸癌中MTs和Ki-67表達(dá)呈正相關(guān)。在原發(fā)性大腸癌中，MTs的表達(dá)與淋巴轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)，但在大腸癌肝轉(zhuǎn)移癌灶中，轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生與MTs的表達(dá)量無明顯關(guān)聯(lián)。在對34例大腸癌肝轉(zhuǎn)移患者的組織標(biāo)本進(jìn)行免疫組化的研究中，發(fā)現(xiàn)其中肝轉(zhuǎn)移癌的MTs均為陰性，原發(fā)灶中7例為陽性[18]。在其他類似的研究中得到了一致的結(jié)果，研究人員通過RT-PCR和免疫組化方法對93例大腸癌患者進(jìn)行研究。結(jié)果顯示在正常大腸組織MTs的表達(dá)陽性率為32.3%，大腸癌原發(fā)灶MTs的表達(dá)陽性率為58.1%，淋巴轉(zhuǎn)移灶MTs的表達(dá)陽性率為81.1%。相比于正常組織，MTs在腫瘤組織中表達(dá)陽性率更高，且在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶中陽性率高于原發(fā)灶[19]。

2.5 MTs在大腸癌化療和放療中的作用

MTs能改變部分化療藥物在腫瘤中的敏感程度，其中包括奧沙利鉑、順二氨二氯鉑、苯丁酸氮芥和美法侖等[20-21]。因此MTs可以作為腫瘤化學(xué)耐藥性的預(yù)測靶點(diǎn)之一，可以通過評估MTs的表達(dá)情況選擇化療藥物。奧沙利鉑是一種在大腸癌治療中常用的化學(xué)治療藥物，研究者通過建立耐奧沙利鉑的大腸癌細(xì)胞系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)MT2A在耐奧沙利鉑的大腸癌細(xì)胞系中的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)水平高于未產(chǎn)生耐藥的大腸癌細(xì)胞系。敲除MT2A在耐奧沙利鉑的大腸癌細(xì)胞系中的表達(dá)可以提高腫瘤細(xì)胞對奧沙利鉑的敏感性，而過表達(dá)則相對的提高了腫瘤細(xì)胞的耐藥性。同時(shí)在研究中發(fā)現(xiàn)過表達(dá)BARD1在一定程度上可以增強(qiáng)敲除MT2A的大腸癌細(xì)胞系對奧沙利鉑的耐藥性[21]。然而在MT1G過表達(dá)的大腸癌患者人群中，應(yīng)用化療藥物奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶具有更高的敏感性，這可能是與p53的激活和NF-κB途徑的抑制有關(guān)。由于在大腸癌的發(fā)生發(fā)展中MT1G的表達(dá)被抑制，組蛋白去乙?；敢种苿?HDACI)可以誘導(dǎo)MT1G的表達(dá)，并且HDACI與奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶這兩種化療藥存在協(xié)同作用，應(yīng)用HDACI再次激活MT1G的表達(dá)可能為大腸癌的治療提供新的理念[22]。SPINK1(絲氨酸肽酶抑制劑，Kazal 1型)能促使多種MTs亞型的下調(diào)，SPINK1常在大腸癌細(xì)胞中過表達(dá)，且SPINK1有促進(jìn)大腸癌發(fā)展的作用。敲除SPINK1在大腸癌細(xì)胞中的表達(dá)可以明顯降低結(jié)腸腺癌WiDR細(xì)胞的增殖、侵襲和軟瓊脂集落的形成，并提升大腸癌細(xì)胞對阿霉素的敏感程度。這一發(fā)現(xiàn)可能會為SPINK1陽性的大腸癌患者提供一種新的治療方案[23]。盡管部分亞型的MTs能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的耐藥性，但許多研究表明MTs可以清除自由基并減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而減弱抗癌藥物的心臟毒性副作用[24]。因此MTs在腫瘤耐藥和抵抗化學(xué)藥物心臟毒性方面仍有進(jìn)一步研究的價(jià)值。在一組對放療后大腸癌中MTs的mRNA和MTs的表達(dá)情況的研究中，選用組織學(xué)惡性為G2級的大腸腺癌患者進(jìn)行放射治療，雖然放射治療后并沒有降低大腸癌的組織學(xué)惡性程度，但是放療后與放療前相比大腸癌組織中的MT1F、MT1X和MT2A的mRNA轉(zhuǎn)錄量有所升高，其中MT2A mRNA的表達(dá)情況差異最大。盡管這三種MTs的mRNA表達(dá)量升高但是其編碼蛋白的表達(dá)量沒有明顯改變，出現(xiàn)的這種差異情況仍需進(jìn)一步的探究[25]。

3 小結(jié)與展望

MTs作為一個(gè)具有多種亞型的蛋白家族，現(xiàn)有的研究還只是對其中的部分亞型在大腸癌的部分作用機(jī)制進(jìn)行了闡述。但由于MTs有著眾多的亞型，且各種亞型之間在大腸癌中扮演著不同的角色。因此對MTs在大腸癌的作用及其機(jī)制的進(jìn)一步探索，應(yīng)致力于其各種亞型對大腸癌的作用機(jī)制，從而做到高效的、特異性的為大腸癌的治療提供新的思路和靶點(diǎn)。