楊慧慧 王曉芳 賈友超 臧愛民

腫瘤干細胞(cancer stem cells,CSCs)學說是目前腫瘤治療的熱點話題，一些研究者認為，腫瘤細胞中存在一小部分具有自我更新和分化能力的細胞，是真正驅動腫瘤發(fā)生和發(fā)展的“動力”，在維持腫瘤的惡性增殖、侵襲、耐藥、轉移、復發(fā)等方面起著決定性的作用[1,2]。腫瘤干細胞顯示胚胎干細胞的許多特征，具有高度的致瘤性，并經常表現(xiàn)出參與發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)的一個或多個高度保守的信號通路的持續(xù)激活。在白血病、結直腸癌、腦腫瘤、肺癌、肝癌等多種惡性腫瘤中已成功分離出了腫瘤干細胞[3]。雖然其在腫瘤組織中數(shù)量極少(<1%),但對于腫瘤的預后及治療意義重大，可能成為腫瘤診斷標志物及治療靶點。尋找腫瘤干細胞特異性標志物將為腫瘤起源研究提供新的思路，為靶向腫瘤干細胞治療提供可能。CD133[4-6]、CD44[6]、ABCG2[7]、LGR5[8,9]、SOX2[10]是目前研究相對較多的潛在的腫瘤干細胞標志物。MSI1，一種RNA結合蛋白(RNA-binding proteins，RBPs)，調節(jié)感覺器官的不對稱分裂[11]，在神經系統(tǒng)發(fā)育中具有重要作用，后來被認為是神經干細胞的標志物。研究顯示，MSI1也表達于乳腺、胃腸道、皮膚等干細胞，是干細胞的一般標記[12]。MSI1基因在進化上是保守的，在正常組織中只存在于干細胞，隨著細胞分化程度越高，表達量逐漸降低[12]。隨著對腫瘤干細胞標志物的篩選及研究，發(fā)現(xiàn)MSI1在急性髓系白血病、結直腸癌、髓母細胞瘤、肺癌、肝癌、胰腺癌等多種腫瘤中高表達，并與其耐藥、轉移及不良預后相關[13]。MSI1主要調節(jié)轉錄后的翻譯過程來維持干細胞的未分化狀態(tài)，通過調節(jié)Notch，Wnt/β-catenin等信號通路影響干細胞細胞增殖和細胞命運的決定以及腫瘤形成及發(fā)展。對MSI1在多種腫瘤中的作用及相關機制進行研究具有重要意義。

1 MSI1的結構與功能

真核生物RBPs多種多樣，主要參與RNA的生物調節(jié)和基因表達調控，有些調節(jié)特定的轉錄組。在真核生物中，MSI N端含有的2個保守的RNA識別結構域(RNA recognition motif，RRM)可參與RNA剪接、轉運、序列編輯、維持RNA的穩(wěn)定和降解、細胞內定位和翻譯控制等轉錄后基因表達調控過程[14]。人類的兩個相關基因，MSI1和MSI2，兩者有75%的同源性，均屬于RNA結合蛋白家族。MSI2主要在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中發(fā)揮重要作用。MSI1基因全長2 950 bp，位于12q24.1～q24.31，包含15個外顯子，編碼一種含有2個tandem的蛋白質，主要在實體腫瘤中影響與干細胞生理、藥物代謝、細胞周期、凋亡和DNA合成與修復有關的多種功能和途徑。

MSI1維持干細胞的未分化狀態(tài)：MSI1調節(jié)TTK69蛋白的翻譯，影響Notch通路從而影響細胞的感覺器官的不對稱分裂過程[15]。小腸基底隱窩被認為是腸道干細胞的細胞庫，MSI1誘導導致Lgr5+隱窩基底柱狀細胞的擴張和增殖增加[16]。Cambuli等[17]構建一種小腸上皮特異性高表達MSI1的小鼠模型，MSI1高表達后，小腸上皮隱窩細胞明顯增多，細胞增殖明顯加快，說明MSI1與腫瘤干細胞相關。結腸隱窩干細胞內的突變和擴張導致結腸組織的腫瘤發(fā)生，但誘導MSI1體內高表達并未引起腫瘤產生，意味著MSI1誘導腫瘤產生可能需要更多未知的環(huán)境改變或突變。

MSI1特異性識別3’非編碼區(qū)(G/A)UnAGU(n=1～3)序列，通過調節(jié)靶基因轉錄后翻譯過程發(fā)揮作用。哺乳動物細胞中翻譯起始復合物的形成及 mRNA的循環(huán)化需要eIF4G-PABP相互作用。而MSI1與eIF4G(eukaryotic translation initiation factor 4G)競爭性結合PABP[poly(A)binding protein]，抑制了MSI1靶mRNA的翻譯起始，抑制80S核糖體復合物的形成[18]。已知的MSI1相關靶mRNA與腫瘤相關過程具有顯著相關性[凋亡(44%)、細胞周期(24%)、細胞分化(40%)、細胞增殖(46%)、細胞存活(36%)，DNA修復(7%)][19]。

研究顯示，MSI1高表達的細胞有關細胞增殖、細胞周期、細胞粘附、遷移和雙鏈DNA斷裂修復的基因表達異常活躍。MSI1作用通路涉及廣泛[20]：MSI1 阻斷Numb的翻譯(一種Notch通路的負性調節(jié)因子)，抑制Numb的表達增加細胞內Notch和Notch依賴性基因轉錄，通過增強活化的β-catenin激活Wnt信號通路后，靶基因如cyclinD1、D2和myc的表達升高。MSI1還通過自分泌過程增加PLF1和減少DKK3，PLF1激活ERK，可能是通過IGF2R，進而抑制GSK3，通過自身調節(jié)回路增加Notch和Wnt通路的激活。DKK3表達減少激活Wnt通路，導致β-catenin的核定位和β-catenin/TCF依賴的靶基因如cyclinD1、D2和PLF1基因的轉錄增加，可能還有MSI1基因本身。MSI1還可通過Wnt途徑直接上調EGFR的表達，并通過NFKB1、C-FOS和C-JUN等介質間接上調EGFR的表達[21]。PI3K-AKT-m TOR通路是癌癥中最常見的失調通路之一，MSI1通過激活Akt-mTOR信號通路參與致癌腸道轉化。在腸道中，MSI1通過直接抑制Pten來激活mTOR信號[22]，MSI1-Pten-m TOR信號級聯(lián)在起源于外胚層和內胚層的癌癥中起重要作用，而且MSI1也可以通過促進HER2的活性來激活mTOR通路，MSI1/TNS3/RhoA-GTP軸是調節(jié)神經膠質瘤細胞遷移的主要途徑。MSI1還通過翻譯抑制Tensin3增強膠質母細胞瘤細胞遷移和細胞骨架動力學[23]，MSI1還促進膠質母細胞瘤中ICAM1的翻譯和腫瘤的侵襲[24]。表明MSI1/ICAM1軸可能是抑制神經膠質瘤侵襲的潛在治療靶點。MSI1直接與p21、p27和p53的m RNAs結合，并禁止檢查點調節(jié)劑的翻譯[25]。解除了其對CDK的抑制作用，促進了G0/G1向S期的轉化，促進細胞的增殖，表明MSI1也是一種細胞周期調節(jié)劑。MSI1沉默通過細胞周期阻滯抑制細胞增殖和腫瘤形成，其中還涉及c-Myc的激活。此外，MSI1激活STAT3信號，促進口腔鱗狀細胞癌的進展，還通過阻斷Dcx(參與神經ST的微管結合蛋白)，增加Robo3的表達(參與軸突引導的受體)等影響生物過程[26]。MSI1復雜的調節(jié)網絡更加表明MSI1對于腫瘤細胞生物學行為的影響重大。

在體內外，MSI1也受到各種信號分子的調節(jié)；HuR(一種RNA結合蛋白)作為MSI1的重要調節(jié)因子，穩(wěn)定MSI1 mRNA并增加其翻譯。TNC(Tenascin C)通過激活STAT5，從而增強MSI1的表達，保護MSI1依賴的Notch信號。在結直腸癌細胞中，MSI1的表達還受到Notch3信號調控。棉酚是一種天然苯酚，可以中斷MSI1與靶mRNA的結合，與MSI1蛋白的RNA結合結構域1(RBD1)結合，與目標競爭mRNA。木犀草素是一種黃酮類化合物，與MSI1有較強的直接相互作用。木犀草素處理的U251和U343GBM(膠質母細胞瘤)細胞系增殖減少，細胞生長受到明顯抑制[13]。一些mirRNA及l(fā)ncRNA也通過調節(jié)MSI1影響細胞生理過程。Mir-330調節(jié)胃癌MSI1的表達，在HCG-27細胞中，Mir-330的過度表達導致細胞增殖抑制和菌落形成。過表達miR-330-3p促進E-cadherin表達，抑制N-cadherin、Vimentin 和 Snail的表達，MSI1作為mir-330-3p在胃癌細胞中的直接靶基因，與mir-330-3p表達呈負相關[27]。而Lnc01094通過抑制mir-330-3p對MSI1的表達有正調控作用[28]。在膠質瘤中，MSI1受到miR-137的抑制，共同調節(jié)腫瘤細胞生長網絡[29]。LncRNA LEF1-AS1作為mirRNA-10a-5p調節(jié)劑，通過激活AKT信號通路，增強MSI1的表達，促進肝細胞癌細胞的耐藥[30]。在胃癌組織中，mir-331與MSI1相互影響，mir-331負調控MSI1的表達，而MSI1的上調減弱了mir-331在胃癌中的抑制作用，mir-761通過靶向MSI1抑制卵巢癌的增殖和侵襲[31]。一項關于mirRNA的研究發(fā)現(xiàn)，miR-138、miR-188、miR-342、miR-491和miR-541調控MSI1的表達[32]。這些信號分子對MSI1的調節(jié)為靶向MSI1提供更多的可能性。

MSI1通過多種信號通路實現(xiàn)對腫瘤的影響，并受到各種信號分子的調節(jié)，但具體機制并不完全明了，仍需進一步關注及研究。

2 MSI1在多種實體腫瘤的研究進展

2.1 神經系統(tǒng)腫瘤 MSI1高表達與膠質細胞瘤、星形細胞瘤、髓母細胞瘤等腦部腫瘤的不良預后相關[33]。MSI1在膠質細胞瘤中高表達，并且表達水平與腫瘤細胞的惡性程度和增殖活性呈正相關。MSI1通過上調YTHDF1來促進膠質母細胞瘤細胞的癌癥干細胞特性，同時MSI1和YTHDF1的升高與神經膠質瘤患者的生存率下降相關。因此，MSI1可被認為是神經膠質瘤的不良預后標記[34]。研究顯示MSI1促進膠質瘤生長與激活Notch通路有關[35]。Lin等[36]發(fā)現(xiàn)MSI1通過調節(jié)同源重組修復、腫瘤侵襲過程和腫瘤干細胞特性與膠質母細胞瘤放射抗性相關。Rebecca等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在膠質細胞瘤中，MSI1保持腫瘤干細胞特性，并通過3’UTR及miRNA依賴的方式抑制CD44的下調。MSI1轉運到胞漿中，在那里它招募AGO2，調節(jié)特定靶mRNA的轉錄后表達，MSI1/AGO2復合物促進膠質瘤增殖并增強腫瘤耐藥性[38]。MSI1的表達與小兒高級別神經膠質瘤相關。MSI1被發(fā)現(xiàn)可以促進神經膠質瘤對TMZ和VPA聯(lián)合治療的耐藥性[39]。Baroni等[40]通過綜合的基因組分析確定，調控細胞周期和DNA復制是神經膠質瘤中MSI1的核心調控功能。MSI1通過兩種機制來控制這個基因網絡：直接相互作用和由轉錄因子E2F2和E2F8介導的間接調節(jié)；重要的是，MSI1敲低的膠質母細胞瘤對細胞周期和DNA復制抑制劑的敏感性增強，因此提出藥物組合策略(MSI1細胞周期/DNA復制抑制劑)對神經膠質瘤患者是可行的治療選擇。這些研究結果不僅將提高目前對神經膠質瘤生物學和癌癥干細胞標記的認識，而且可能提供以MSI1為靶點的治療策略，以改善以放化療為主的惡性腫瘤的治療選擇。

MSI1在髓母細胞瘤中高表達，并可作為預后不良的重要指標。髓母細胞瘤MSI1的敲除下調了Notch通路成員Hes1、Hey2和Notch2的表達[41]。MSI1作為神經干細胞標志物，又在神經系統(tǒng)腫瘤發(fā)生發(fā)展過程起著至關重要的作用。

2.2 肺癌 肺癌是全球范圍內發(fā)病率及死亡率最高的癌種之一，并且發(fā)病率及死亡率呈逐年上升的趨勢。Moreira等通過免疫組化發(fā)現(xiàn)，MSI1在終末細支氣管呈散在表達，在小細胞肺癌中呈彌漫性高表達，在大細胞癌中，27%的腫瘤表現(xiàn)為MSI1的彌漫性陽性，在其他類型肺癌中均具有不同程度表達[42]。研究顯示，MSI1能夠通過AKT信號通路的調節(jié)促進NSCLC細胞的增殖和糖代謝，并介導NSCLC細胞對化療藥物的敏感性，并且MSI1和mir-181a-5p的表達水平呈負相關[43]，表明mir-181a-5p可能作為MSI1的一個靶點參與腫瘤調控。而MSI1在肺轉移瘤中表達量高于原發(fā)腫瘤，表明MSI1在肺腫瘤轉移中可能具有重要作用。在非小細胞肺癌中，MSI1敲低表現(xiàn)出菌落數(shù)減少，細胞生長緩慢，Numb及Notch受到抑制，表明MSI1促進腫瘤細胞生長與Wnt及Nocth通路有關，并且在腫瘤干細胞樣囊球培養(yǎng)中呈現(xiàn)MSI1高表達，說明MSI1可能成為肺癌腫瘤干細胞的標志物。

2.3 結直腸癌 結直腸癌是常見的惡性腫瘤，MSI1在結直腸癌中過表達，并且與結腸癌的晚期臨床病理變量如晚期臨床分期、淋巴結轉移、晚期腫瘤分期等密切相關。MSI1表達及Ki67增殖指數(shù)之間具有明顯的相關性，表明MSI1與腫瘤增殖具有相關性。MSI1在III期結腸癌腫瘤組織樣本中的表達明顯高于Ⅰ期、Ⅱ期，表明MSI1可能參與腫瘤的轉移與侵襲。在結直腸癌中，MSI1敲低導致Notch1受到抑制，并且p21表達上調，表明MSI1在結直腸癌中的作用與Notch信號通路及細胞周期相關。MSI1負性調節(jié)結直腸癌細胞p21cip1，促進細胞周期從G1期到S期的轉化，從而促進腫瘤生長，表明MSI1作為一種細胞周期調節(jié)劑參與結直腸癌發(fā)展[44]。CD133與MSI1雙陽性表達的結腸癌細胞對奧沙利鉑聯(lián)合5-氟尿嘧啶方案化療高度耐藥[45]。而CircRNA 0032833在體內通過miR-125-5p/MSI1軸促進了5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑的敏感性[46]。MSI1促進CD44+腫瘤干細胞誘導結直腸癌的發(fā)生的過程，引起抗凋亡應激顆粒的形成，并增強腫瘤干細胞的耐藥[47]。表明MSI1對結直腸癌耐藥過程具有重要作用。

2.4 宮頸癌 宮頸癌是女性常見惡性腫瘤，與HPV病毒相關。Hou等[48]研究發(fā)現(xiàn)，MSI1高表達在宮頸癌中高表達，并與宮頸癌不良預后相關。Gong等[12]研究顯示，MSI1可能不參與宮頸癌腫瘤發(fā)生，但參與腫瘤進展。并且抑制EMT的關鍵轉錄誘導因子，包括Snail、Slug和Zeb1。MSI1還通過轉錄后抑制APC、DKK1和DKK3的表達，這些均是Wnt信號的負調節(jié)因子。另一方面，MSI1在宮頸癌中調節(jié)藥物代謝、細胞周期、DNA合成和修復穩(wěn)定靶點，如cyclinD1、CDK6和Sox4。MSI1的表達還下調了Pten的表達，AKT通路被激活，凋亡前體蛋白表達減少，抑制了凋亡的發(fā)生[49]。以上研究說明，MSI1在宮頸癌腫瘤中通過調節(jié)Wnt通路、細胞周期及EMT過程促進腫瘤進展。

2.5 乳腺癌 乳腺癌是全球女性發(fā)病率最高的癌癥。Wang等[50]通過免疫組化顯示，MSI1表達在68%的原發(fā)腫瘤和100%的淋巴結轉移中表達，并與5年生存率相關。MSI1在CD133+細胞及干細胞樣球形腫瘤細胞中高表達，并與erb-B2表達相關。敲低乳腺癌細胞中MSI1表達抑制球形菌落形成，并且降低CD133、erb-B2、pERK、Notch1和ES細胞標記物，增加p21CIP1表達。表明MSI1在乳腺癌中與erbB和CD133表達具有極強的相關性。在乳腺癌細胞中，mir-125b能夠調節(jié)MSI1表達參與腫瘤發(fā)生發(fā)展[51]。MSI1低表達造成乳腺癌腫瘤干細胞標記物CD44表達下降，細胞周期進程及增殖受到抑制，并通過下調EGFR及DNA修復相關蛋白DNA-PKcs降低乳腺癌放療抗性。以上研究表明MSI1可能作為乳腺癌不良預后指標，并為乳腺癌靶向治療提供新的靶點。

2.6 卵巢癌 卵巢癌是一種高發(fā)的惡性腫瘤，威脅女性健康。研究顯示，MSI1在卵巢癌中高表達，并通過靶向細胞周期蛋白P21、P27、P53促進細胞增殖[52]。并且MSI1的高表達在體內外均抑制卵巢癌細胞的凋亡。MSI1可能作為卵巢癌的獨立預后因子，是與臨床生物學行為和預后相關的重要腫瘤干細胞標記物，并且在宮頸癌中，MSI1的表達與ALDH-1高度一致[52]。MSI1敲低抑制卵巢癌的惡性特性和逆轉紫杉醇耐藥。

2.7 肝癌 研究顯示，MSI1在肝細胞癌組織中的表達比非腫瘤的癌旁組織高，過表達MSI1顯著促進其生長，促進細胞周期。MSI1的過表達降低Wnt/β-catenin信號通路分子APC，增加β-catenin的表達，表明MSI1在肝細胞癌中可能通過Wnt/β-catenin信號通路發(fā)揮作用[53]。臨床病理分析表明，MSI1的上調與轉移潛能和預后不良有關，可能有助于維持肝癌細胞的干細胞樣特征。原發(fā)性肝癌中，MSI1與CD44的表達呈正相關，且MSI1通過激活Wnt/β-catenin信號通路影響癌細胞的活力、遷移和侵襲能力[54]。

MSI1在其他癌種中的研究也逐漸深入，MSI1在骨肉瘤組織中較癌旁組織明顯升高，敲低MSI1表達后，骨肉瘤細胞P21，P27表達增加，細胞周期停滯于G0/G1期。表明MSI1調節(jié)骨肉瘤組織生長作用于細胞周期，而不是凋亡[55]。MSI1在胃癌組織及細胞中高表達，并與其不良預后相關，其表達與腫瘤生物學特性的關系可能取決于患者的年齡。與正常腎細胞和組織相比，腎癌的MSI1表達顯著升高，高水平的MSI1與腎癌患者的腫瘤分期和遠處轉移呈正相關，并在侵襲與轉移過程中具有重要作用[56]。MSI1的表達與Numb在腦轉移中成負相關，表明MSI1與Notch信號通路相關，并且可能參與腦轉移的發(fā)生發(fā)展。

3 結論

MSI1作為潛在的腫瘤干細胞標志物，通過調節(jié)轉錄后翻譯過程發(fā)揮作用，維持干細胞的特性，并在多種腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用，是不良預后的獨立預測因素，可能作為新的診斷標志物及治療靶點，但具體通路尚需進一步研究。