連接蛋白26在腫瘤中的研究進展

陳德嘉 綜述 婁閣 校審

腫瘤作為現如今導致人類發病和死亡最重要的全球范圍內發病率和死亡率極高的一類疾病，其發生發展的機制一直是醫學領域的研究熱點[1]。早期診斷并予以有效的治療可以明顯改善腫瘤患者具有良好的生存率預后[2]，因此，尋找腫瘤篩查方法對腫瘤進行早期診斷及探索新興治療方法策略對腫瘤的防治具有重要的意義。經過多年的研究，現已確定連接蛋白(Connexins，Cxs)通過復雜而多樣的生物學功能介導參與腫瘤細胞間通訊，在腫瘤發生、侵襲轉移及化學耐藥過程中起著重要作用[3-4]。連接蛋白26(Connexin 26，Cx26)作為被廣泛研究的連接蛋白之一，被證實在多種癌癥中表達，進一步研究Cx26在腫瘤進展中的生物學機制及功能，有助于探索新的腫瘤標志物和針對轉移、化學耐藥患者的治療新靶標。

1 Cx26與間隙連接(Gap junction，GJ)的基本結構及功能

連接蛋白家族具有相似的結構[5]，它們由四個疏水跨膜結構域(Transmembrane domains1-transmembrane domains4，TM1-TM4)組成，該結構域由兩個細胞外環(Extracellular loop1-extracellular loop2，EL1-EL2)和一個胞質環(Cytoplasmic loop，CL)連接，連接蛋白還含有一個胞質N末端(cytoplasmic N-，NT)和一個C末端尾巴(C-terminal，CT)。這些結構分別介導不同生理功能，形成蛋白質的高級復合物，從而通過信號傳導途徑提高穩定性并調節細胞間的通訊[6]。Cx26也稱間隙連接蛋白β2(Gap junction protein beta 2，GJB2)，是連接蛋白家族的成員之一，因其分子量為26 kDa而命名，作為跨膜蛋白，通過形成質膜中的通道與細胞外環境或相鄰細胞進行分子交換。連接蛋白通過介導物質交換和信號轉導的調節功能在細胞生理中起重要作用[7]。Cx26同其家族其它成員一樣，主要以間隙連接細胞間通訊(Gap junctional intercellular communication，GJIC)、半通道和蛋白質-蛋白質相互作用這三種形式發揮其功能[3，8]。

GJ可能包含多達數千個細胞間通道，一個通道由兩個稱為連接子的半通道組成，而每個半通道由六個連接蛋白亞基組成[9]。GJ是相鄰細胞之間的直接通訊通道，允許<1.5 kDa分子(包括次級信使、代謝產物、肽和核苷酸)在相鄰細胞間運輸，對于調節細胞活性、控制細胞生長分化以及維持組織動態平衡至關重要[10]。目前可以確定的是，Cx26及其參與形成的GJ在癌癥發病機理和進展中起重要作用，并根據癌癥類型和疾病階段而顯示出不同生物學特性。

2 Cx26在腫瘤發生發展中的作用與機制

2.1 Cx26在腫瘤中的表達

現研究證實Cx26在多種腫瘤組織中異常表達，包括乳腺癌[11]、結直腸癌[12]、肺癌[13-14]、食管鱗狀細胞癌[15]、膀胱癌[16]、子宮內膜癌[17]及黑色素瘤[18]等，其表達及功能在不同癌癥類型和發展階段中各有不同。

研究表明[19]，包括乳腺癌在內的許多原發性腫瘤中，Cx26經常不表達或表達下調，提示Cx26在某些癌癥的早期發展過程中具有抑癌作用。Cx26的抑癌作用可能與其通過誘導腫瘤細胞凋亡而表現出的抗腫瘤細胞增殖作用有關[20]。為了進一步探索相關機制，Chandrasekhar等[21]通過比較不同腫瘤細胞系連接蛋白的表達，發現Cx26特異性地將環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)重新分配到所有細胞，消除了有絲分裂各階段cAMP水平的差異，從而抑制了增殖，這或許是其抑癌作用的生物學機制。

與在早期乳腺癌中將Cx26視作抑癌因子的觀點不同，最新的研究顯示[22]，定位于細胞核的Cx26在三陰性乳腺癌中的腫瘤干細胞(Cancer stem cells，CSCs)中高表達，并通過與多能轉錄因子NANOG和粘著斑激酶(Focal adhesion kinase，FAK)形成信號復合物來促進CSCs自我更新，證明了Cx26對CSCs的發生發展起到促進作用。關于原發性胃癌和大腸癌的研究證實了Cx26的不表達與生存期降低有關，也為這一論點提供了證據[23-24]。Cx26可在細胞中不同部位表達，其中細胞質Cx26被認為是腫瘤細胞中Cx26主要形式。研究證實在非小細胞肺癌中細胞質Cx26的過表達通過激活PI3K/Akt途徑促進腫瘤生長、上皮-間質轉化(Epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)和腫瘤細胞侵襲[13]。綜上所述，Cx26在腫瘤中的表達存在組織特異性，其功能特性可能隨腫瘤類型以及期別不同而發生改變。

2.2 Cx26與腫瘤的侵襲轉移

Cx26與腫瘤細胞的侵襲和轉移密切相關。其作用機制可能包括支持EMT和促進腫瘤細胞穿過血管壁[25]。研究發現Cx26介導的GJIC可通過減少細胞粘附分子促進癌細胞相互分離[26]，從而增強癌細胞遷移為單細胞的能力，這或許是其促進腫瘤細胞轉移的機制。

在原發性黑色素瘤的侵襲性血管周圍區域檢測到Cx26的高表達，表明異型GJ介導的細胞間粘附和通訊有助于黑色素瘤的轉移，且腫瘤浸潤深度與Cx26表達水平的相關性可能有助于確定或控制黑色素瘤的手術范圍[18]。實驗證明與原發性乳腺癌相比，轉移性淋巴結中Cx26表達增加，癌細胞的轉移潛能可能與GJ的形成相關[19]。還有研究表明原發性黑色素瘤和乳腺癌腫瘤中高Cx26信使核糖核酸(messenger RNA，mRNA)水平與癌癥復發和轉移的增加有關[27]。Ezumi等[28]在結直腸癌中發現，原發性腫瘤中較高的細胞質Cx26水平可能與促進靜脈浸潤及肺轉移相關。在甲狀腺癌中發現細胞質中Cx26高表達可能促進淋巴結轉移及腺內擴散[29]。Cx26在肺鱗狀細胞癌及食管鱗狀細胞癌中同樣可增強腫瘤細胞惡性潛能，并導致患者預后不良[13，15]?？傊?，腫瘤組織中的Cx26表達促進了轉移細胞表型及新腫瘤生態位的建立。以上研究表明，Cx26在促進腫瘤細胞侵襲轉移中起著重要作用。

3 Cx26在腫瘤診療中的應用前景

3.1 Cx26在腫瘤早期診斷及判定預后的應用

Cx26在腫瘤起始時的調控作用，提示其作為腫瘤早期診斷的生物標志物的可靠性。Li等[30]首先報道了在膀胱癌的發生發展過程中Cx26與H3K4去甲基化酶(H3K4 demethylase，KDM5B)之間的逆表達模式，Cx26免疫組織化學表達的負值和KDM5B免疫組織化學表達的正值可以輔助診斷膀胱惡性腫瘤，可作為膀胱癌診斷的新型聯合佐劑生物標志物。如前所述，Cx26的表達與乳腺癌、黑色素瘤及食管鱗狀細胞癌等癌癥的不良預后密切相關，有著評估腫瘤預后的巨大潛能。研究者發現乳腺癌患者新輔助化療后Cx26表達的顯著降低與更好的總生存期相關(P=0.011)，化療后Cx26表達的降低可能比HER2表達、分級、Ki-67指數等經典特征更有作為預后因素的前景[31]。除此之外，Cx26表達是根治性切除結直腸癌患者的獨立預后因素[21]，Cx26/NANOG/FAK標記也可能作為臨床上三陰性乳腺癌患者的新預后因素[24]。最近的一項基于TCGA數據庫的研究也證實了在肺腺癌患者中Cx26高表達[32]，表明Cx26可能是肺腺癌患者預后不良的一個潛在分子生物學標志物，但其生物學效應有待進一步的實驗證實。

3.2 Cx26在腫瘤治療中的應用

越來越多的研究將連接蛋白作為癌癥治療的靶標，包括連接蛋白靶向藥物、肽模擬物、連接蛋白靶向半通道和GJIC減毒抗體。GJIC的恢復和/或激活已應用于基因治療、放射治療和化學治療中。相關治療方法主要基于依賴GJIC的旁觀者效應，這是一種將細胞毒性分子從靶細胞轉移到鄰近細胞的機制，此機制一般用于增強藥物和放射療法對腫瘤的治療效力[33-34]。如胰腺癌細胞中的Cx26的過表達增強細胞間通訊，促進吉西他濱毒性代謝物的細胞間交換，從而增強了藥物的旁觀者效應，強化了吉西他濱的抗腫瘤作用[35]。

盡管現今腫瘤治療研究取得了較大進展，但治療的成功與否仍極大地受限于化療耐藥性，腫瘤患者幾乎會對所有的抗癌藥物產生耐藥性，導致腫瘤復發、轉移甚至是患者死亡。因此，探究腫瘤產生治療抗性的具體機制有助于改善腫瘤治療效果。而連接蛋白對多種化療藥物抗性的影響在許多研究中都已得到驗證，GJIC的上調和連接蛋白的過表達可被用于增強藥效和降低耐藥性。例如泛素特異性蛋白酶14(Ubiquitin-specific protease 14，USP14)抑制的連接蛋白32(Connexin 32，Cx32)內化調節卵巢癌細胞中的順鉑抗性，可作為抑制化療耐藥性的潛在藥物靶標[36]。而Cx26則可通過不依賴GJIC的獨立機制產生化療抗性，這一觀點已得到Yang等[13]的證實，實驗結果表明肺腺癌細胞的耐吉非替尼的亞系顯示Cx26表達增加卻不顯示GJIC。該實驗同樣提示Cx26可與PI3K/Akt信號通路連接進而激活EMT，使非小細胞肺癌細胞獲得吉非替尼耐藥性。顯而易見，Cx26可能是克服腫瘤治療中化學藥物耐藥性的誘人靶標。

癌癥基因療法是用于癌癥治療的重要且潛在的治療方法。因此，使用新型藥物遞送策略來增強基因治療的療效對于癌癥治療至關重要。而納米技術與連接蛋白的聯合使用無疑是對腫瘤新型療法探索的一大突破[34]，將連接蛋白藥物和肽置入納米顆粒而免于被降解，不僅能提高其穩定性，克服藥物輸送過程中的生物學障礙，還可實時監測藥物作用。納米技術可使連接蛋白療法更具有同工型特異性，最大程度地降低治療的副作用，而這恰恰是癌癥治療中需要解決的一個關鍵問題。動物實驗在小鼠異種移植膀胱癌模型中利用納米級氣泡遞送酵母胞嘧啶脫氨酶胸苷激酶/連接蛋白26(Yeast cytosine deaminase thymidine kinase/Connexin 26，YCD-TK/Cx26)，發現其可通過誘導腫瘤組織壞死從而抑制腫瘤生長，且YCD-TK/Cx26觸發了明顯的旁觀者效應，進而擴大了抗腫瘤作用，此實驗證實了納米氣泡傳遞的YCD-TK/Cx26基因治療系統作為膀胱癌治療策略的可能性[16]?？偠灾?，Cx26作為靶點的基因治療及聯合治療是極具研究價值的。

4 小結與展望

近年來，連接蛋白及其介導的細胞間通訊在腫瘤進展的生物學機制已成為研究焦點，而Cx26也展示了作為診斷和治療靶標的巨大潛力。Cx26通過不同機制參與調控腫瘤的發生發展及治療抗性的產生過程。因此，將Cx26作為診斷性生物標志物或可提高腫瘤的早期診斷率，且Cx26可參與評估大多癌種的不良預后。盡管Cx26作為可能的克服腫瘤治療抗性的誘人靶標，目前仍存在局限性，不僅要求研究者充分了解Cx26在癌癥不同階段的作用機制，還要避免因損害正常細胞的生理功能而產生嚴重的副作用。而未來研究的關鍵則是明確相關機制，確定其與癌癥有關的組織特定作用，并研制通過調節特異性表達的Cx26而起效的新藥。就目前而言，抗連接蛋白策略似乎在治療特定腫瘤方面比在整體治療上更有效，并且與其他藥物聯合治療比單獨應用更有效[6]。因此，納米技術與Cx26的聯運療法或許會成為腫瘤治療的重要轉折點，提示我們應該以更個性化的方式開發針對Cx26功能的治療策略?？傊?，Cx26在腫瘤治療中的價值同樣值得期待。