癌基因Reg Ⅳ的研究进展

【关键词】 癌基因Reg Ⅳ；消化道肿瘤；信号转导通路；综述[文献类型]

再生基因Ⅳ（regenerating gene Ⅳ，Reg Ⅳ）是新发现的一个癌基因，其有可能参与肿瘤尤其是消化道肿瘤的发生和发展。作者拟就Reg Ⅳ基因的结构、功能及其所参与的信号转导通路作一综述。

　　再生基因（regenerating gene，Reg基因），又称胰石蛋白（pancreatic stone protein，PSP）、胰丝蛋白（pancreatic thread protein，PTP）和 Lithostathine，其表达于再生的胰岛，而在正常的胰岛中不表达。再生基因家族属钙依赖植物血凝素超家族，代表一组分泌蛋白，其功能相当于急性反应蛋白、抗凋亡因子或胰腺细胞和神经细胞的生长因子，与C型植物血凝素的碳氢化合物功能域有序列同源性。

　　Reg Ⅳ基因是2001年 Hartupee在研究炎症性肠病、胃腺癌和结肠腺癌时首次分离和报道的 ［1］。Reg Ⅳ 在急性 Crohn病或溃疡性结肠炎所致的黏膜损伤时表达明显上升。Hartupee 的研究结果显示，Reg Ⅳ 主要在胃肠道表达，包括结肠、小肠、胃和胰腺。组织芯片研究表明，Reg Ⅳ 在直肠中几乎没有表达。研究显示Reg Ⅳ 在近端消化道表达，但在组织受损时在其他部位异位表达。也有研究发现，Reg Ⅳ也在非消化系统肿瘤如前列腺癌中表达。1 Reg基因家族的结构和功能

　　1997年Tarazono等首次从大鼠再生胰岛β细胞中分离出RegⅠα，此基因编码一个含166个氨基酸的胰石蛋白(PSP)。研究显示PSP对胰管、胰岛β细胞及胃黏液细胞有促有丝分裂的作用。此后逐渐发现Reg基因家族有17种亚型，系Ctype Lectin 超家族，主要分为4型［2］：RegⅠα 和RegⅠβ、mouse Reg Ⅱ、human Reg Ⅲ和INGAP、human Reg Ⅳ。它们具有相似的基因结构，均含6个外显子及5个内含子，人的前3型主要定位于2号染色体短臂，但第4型human Reg Ⅳ则定位于1号染色体长臂。目前研究较多的是RegⅠ与Reg Ⅲ基因，人RegⅠ 基因是一个单拷贝基因，TATA 盒和CCAAT 盒位于转录起始位点上游的27 和100 bp。Reg I mRNA 主要在胰腺表达，在胃黏膜和肾也有较低水平的表达，在结直肠肿瘤中有该基因的异位表达。Reg Ⅲ 在神经细胞和消化道上皮细胞再生过程中起作用，而不是在胰腺β细胞。大量研究显示，RegⅠ基因在组织损伤、糖尿病、肿瘤及可能的抗凋亡因子方面扮演重要的角色。在组织损伤时RegⅠ、Reg Ⅲ基因表达都升高，它们的表达水平常常是损伤程度和疾病早期的灵敏标记物，可能是反映疾病严重程度的有效预后指标，轻中度损伤可能刺激RegⅠ蛋白（PSP）的合成，而重度损伤则会抑制它的合成［3］；在糖尿病方面，RegⅠ能通过RegⅠR诱导胰腺β细胞增殖，在正常生理条件下，RegⅠ蛋白在胰腺细胞是不表达的，但在胰岛再生过程中RegⅠ基因表达被激活，提示RegⅠ基因可能参与糖尿病的发生发展［4］。有关RegⅠ基因与肿瘤相关研究结果显示：RegⅠ 与胃癌的关系密切，表现在RegⅠ是一个在胃ECL细胞中表达的自分泌或旁分泌肿瘤抑制基因，它对ECL细胞的生长起负性调节的作用，RegⅠ的突变会导致ECL细胞的增殖失控而导致ECL瘤［5］；另外，RegⅠ在结直肠癌中也表达不同的水平，但RegⅠ在非肿瘤性食管、直肠、结肠黏膜是不表达的，从而推测RegⅠ的表达上调可能是消化道肿瘤与癌存在的一个早期生物标志物，RegⅠ蛋白异位表达在结直肠癌移行带的结直肠黏膜上就是很好的例证。在抗凋亡方面，RegⅠ是可能的抗凋亡因子，在TNFα导致急性胰腺炎时，它的表达被TNFα诱导，RegⅠ可能是通过TNFα通路实现抗凋亡机制的，而PAP1能介导TNFα活性，是凋亡抑制的一个效应器，细胞过表达PAP1时用TNFα干预只出现较少的凋亡。

2 Reg Ⅳ基因的结构

　　Reg Ⅳ是已发现的Reg基因家族17个成员中的最新成员，其基因序列与先前研究较多的RegⅠ部分同源，结构也有相似之处。人的 Reg Ⅳ基因位于1号染色体，属于单拷贝基因，有5个内含子及 6个外显子，编码 158个氨基酸，包括 22个氨基酸的信号肽及一个保守的钙依赖碳氢化合物识别域。此碳水化合物识别域（ carbohydraterecognition domain，CRD）即C型 lectin (CTL)，位于Reg Ⅳ蛋白的30155区［6］，有包括细胞识别、细胞迁移、细胞生长和细胞黏附在内多方面的生物学功能，从而使Reg Ⅳ和其他的Reg家族蛋白得以通过多种途径在肿瘤的发展过程中起作用。Lectin被认为在肿瘤和肿瘤转移过程中有表达水平的改变，已被考虑作为体内外的筛选、检测、诊断、预后和靶向治疗的生物标记物，并用以评估抗肿瘤治疗的风险与反应。

3 Reg Ⅳ基因的功能

　　基因表达的序列分析（serial analysis of gene expression，SAGE）结果得到：Reg Ⅳ在结肠正常黏膜、结肠腺癌、胰腺癌、胃癌和前列腺癌中均表达，尤其在结直肠腺瘤癌变区其转录水平上调特别明显，但是在结肠正常黏膜Reg Ⅳ基因呈低表达［6］。通过SAGE表达谱分析认为，Reg Ⅳ基因可能是消化系统癌微转移的特异性标记物［7］，其表达上调可能与预后不良有关。另有研究认为RegⅠ基因引导一种生理过程，此过程可能参与细胞凋亡信号的转导通路［6］。 Reg Ⅳ不仅序列与RegⅠ同源，结构有相似之处，且在结直肠癌中的表达水平上调也与RegⅠ相近。因此Reg Ⅳ可能也为抗凋亡因子，起癌基因的作用。

4 Reg Ⅳ基因与疾病

　　4.1 Reg Ⅳ基因与溃疡性结肠炎、结肠癌

　　同其它的Reg 家族蛋白在胃肠器官中显示出的生长因子作用类似，Reg Ⅳ蛋白在细胞生长过程中也发挥着重要的作用［89］。Nanakin等［10］发现Reg Ⅳ蛋白与结肠组织中的Reg Ia蛋白相似，可以表达于一些具有神经内分泌特征的上皮细胞的正常隐窝基底部，提示Reg Ⅳ蛋白在正常结肠黏膜中也具有一定功能。然而在溃疡性结肠炎组织中，Reg Ⅳ的表达明显增强，且Reg Ⅳ和嗜铬粒蛋白A的阳性分布无明显相关性，推测一部分Reg Ⅳ阳性细胞可能起源于溃疡性结肠炎黏膜的非内分泌性细胞。另一方面，Reg Ⅳ阳性细胞的分布与Ki67阳性细胞的分布相似，提示Reg Ⅳ的表达可能与溃疡性结肠炎黏膜中上皮细胞的增殖性相关。Lawrance等［1112］通过基因芯片分析，发现许多Reg家族蛋白在溃疡性结肠炎病人的结肠黏膜中显著上调。此外，也有研究表明Reg Ⅲ基因在溃疡性结肠炎黏膜中的表达增强［13］。

　　Nanakin等还发现许多生长因子的表达也是增强的，如bFGF 和HGF的mRNA。另外，TGFα mRNA的表达也呈上升趋势。并且Reg Ⅳ的表达水平与bFGF 和HGF的表达水平之间有正相关性。由于Reg Ⅳ表达于结肠的上皮细胞，而bFGF 和HGF 大多由间质细胞产生，以上发现表明上皮细胞和间质细胞所产生的生长因子间可能存在着相互作用。

　　Zhang 等［6］建立了一个同时患有结肠腺瘤及结肠腺癌病例的正常结肠黏膜、腺瘤及腺癌3个差减文库，通过抑制性差减杂交筛选出差异表达基因Reg Ⅳ，并用反向Northern blotting证实，从而证明它的表达与腺瘤的形成、腺癌的发生有关。Violette等［14］报道Reg Ⅳ基因在71%的结直肠肿瘤中（尤其黏液性癌）有高表达，而在正常结肠组织低表达，与其他Reg家族基因在结直肠癌中的表达相比，Reg Ⅳ表现的更为突出。原位杂交结果也进一步证实，Reg Ⅳ 的高表达是结直肠癌发生的早期事件。有研究表明RegⅠα基因与炎性疾病有关，其表达可被诸如IFNγ 、IL6等致炎症细胞因子所增强［89］。Reg Ⅲ基因的表达也可被一些细胞因子所增强［15］。然而，Nanakin等发现在人结肠癌细胞株SW403中，TNFα、IL6、IFNγ或IL1β 不能增强Reg Ⅳ的表达，而bFGF 和HGF则能明显增强Reg Ⅳ的表达，EGF 和TGFα也有相同的作用。这些生长因子都是利用MAPK信号级联放大系统作为他们共同的信号通路。因此，bFGF 和HGF等增强Reg Ⅳ的表达可能部分依赖于MAPK信号通路的激活。另一方面，既然EGFR的表达或其它生长因子受体的表达可能会在溃疡性结肠炎或结肠癌组织中上调，那么不管是生长因子还是它们的受体都有可能与Reg Ⅳ的表达有关。因此，Reg Ⅳ的表达可能通过不同的分子、细胞因子和生长因子进行特定调节。

　　有关Reg Ⅳ参与的体外信号转导通路目前还不是很清楚。与RegⅠa相似，Reg Ⅳ蛋白对结肠癌细胞不仅有促有丝分裂作用，还有抗凋亡作用，并且有一部分是通过激活Akt信号通路发挥其作用。Bishnupuri 等［16］发现Reg Ⅳ蛋白可激活人结肠癌细胞株中的EGFR/Akt/AP1信号通路。他们对结肠癌细胞株HCT116 和 HT29中纯化的人类Reg Ⅳ重组体（rhR4）的效应进行了研究，结果显示：rhR4处理后的结肠癌细胞株和EGF处理后的相同，均可导致细胞呈现剂量依赖性增长。rhR4处理后还导致了EGFR在Tyr992 、Tyr1068位点及AKT在Thr308 、Ser473位点的迅速磷酸化。利用荧光素酶报道基因分析法证明Reg Ⅳ通过将信号传递给EGFR和AKT增加了AP1转录因子的活性。采用RTPCR和Western blotting技术分析显示随着AP1活性的增加，cJun、JunB、JunD和 FosB的表达都有一定量的增加。另外，rhR4处理后导致了Bcl2、BclXL、 survivin和 matrilysin的表达增加，与结肠癌的预后不良相关。提示Reg Ⅳ是结肠癌中EGFR/Akt/AP1信号转导通路的一个有效的激活剂，EGF/TGFα 和Reg Ⅳ蛋白之间可能是一个正函数环的关系，阻断Reg Ⅳ的信号可以应用于人类胃肠道腺癌的干涉性治疗。

　　Oue等［17］利用免疫组化技术检测了Reg Ⅳ在结直肠癌中的表达和分布情况，并采用酶联免疫吸附测定法对结直肠癌患者血清中的Reg Ⅳ水平进行了测定，结果发现：80例结直肠癌患者中有23例(29%)呈现出Reg Ⅳ免疫染色阳性；与不伴有肝转移的结直肠癌病例相比，伴有肝转移的病例在复发时显示出更高的Reg Ⅳ染色(P＝0.010 2)； Reg Ⅳ阳性的结直肠癌患者的存活率明显低于Reg Ⅳ阴性者(P=0.011 7)；0Ⅲ期结直肠癌患者术前血清中Reg Ⅳ浓度没有提高，而伴有肝转移的Ⅳ期患者其术前浓度显著增加。提示Reg Ⅳ可以预测低存活率，血清Reg Ⅳ浓度可能预测伴有肝转移的结直肠癌病例在肝脏中的复发。

　　4.2 Reg Ⅳ基因与胃癌

　　CEA和CA199是胃癌的两个有效肿瘤标记物，但它们并不适用于胃癌的早期筛查。而一些在肿瘤中特异表达的由基因编码的跨膜/分泌蛋白很可能是理想的诊断性生物标记物。一旦这些基因产物在肿瘤形成过程中起作用，它们很可能成为治疗的靶点。Mitani等［18］通过对胃癌病人基因表达的序列分析，发现了几个胃癌特异性基因，而Reg Ⅳ是肿瘤特异性表达的候补基因。定量RTPCR分析显示约50%的胃癌病人过表达Reg Ⅳ，且在他们先前的研究中也证实Reg Ⅳ在约30%的胃癌组织中表达并与肠内黏蛋白表型和神经内分泌分化相关。另外，作为一种分泌性蛋白，Reg Ⅳ很可能是胃癌的血清生物标记物之一。

　　由前述已知EGFR是结肠癌中EGFR/Akt/AP1信号转导通路的一个有效的激活剂，其激活调整了细胞凋亡的敏感性，所以EGFR可能是一种预测以5FU为基础的化学疗法的抗药性标记物。已有研究表明Reg Ⅳ的被动表达抑制了5FU诱导的凋亡，而凋亡的抑制过程中还涉及到BCL2和二氢嘧啶脱氢酶的诱导作用。在用小剂量5FU和顺铂联合治疗的胃癌病人中，Reg Ⅳ表达阳性者病情无变化。血清Reg Ⅳ浓度在健康人群和慢性活动性胃炎病人中是相似的，然而在胃癌病人的早期其浓度显著提高，尤其在第一阶段。血清Reg Ⅳ的诊断灵敏度高于CEA和CA199。由于Reg Ⅳ激活EGFR，有研究者已完成了161例胃癌病例中的Reg Ⅳ和EGFR表达的免疫组化分析，并用酶联免疫吸附分析法测定了胃癌病人血清中Reg Ⅳ的水平，用以研究Reg Ⅳ的测量结果对胃癌诊断的潜在作用。结果表明rhR4处理后也同样导致了EGFR在Tyr992 、Tyr1068位点及AKT在Thr308、Ser473位点的迅速磷酸化。利用荧光素酶报道基因分析法证明，Reg Ⅳ同样是通过将信号传递给EGFR和AKT，从而增加了AP1转录因子的活性，提示与胃癌病人的预后不良相关。

　　4.3 Reg Ⅳ基因与胰腺癌

　　胰腺癌在胃肠道肿瘤中死亡率最高，5年生存率仅为40%，唯一的治愈方法是早期手术切除。虽然CA199是一个很好的标记物，但它并不适用于胰腺癌的早期筛选。Sawaki等［19］研究表明Reg Ⅳ在胰腺癌细胞和血清中过度表达。他们初步统计了胰腺疾病患者包括胰腺癌患者血清中的Reg Ⅳ水平，并且评价了血清Reg Ⅳ对于胰腺癌的作用，结果显示Reg Ⅳ 水平在胰腺癌组和对照组间、在每个T分期组和控制组（T2和T3或T4 和控制组）间、在TMN的每个阶段组和控制组间都存在显著差异。提示血清中Reg Ⅳ可作为胰腺癌筛选试验的潜在指标，尤其是在早期胰腺癌中。Reg Ⅳ被认为是一个较CA199更有效的标记物。

　　4.4 Reg Ⅳ基因与前列腺癌

　　由于有肿瘤转移性疾病的患者缺乏有效的标记物，前列腺癌的诊断和治疗受到了阻碍。为了发现可能的新的前列腺癌标记物，有研究对比了激素依赖和激素抵抗的前列腺癌移植体的基因表达图像，1个候补基因在激素抵抗的移植体上呈过表达，即Reg Ⅳ，它特定表达于LAPC9激素抵抗的移植体上［20］。与其在激素抵抗的移植体上的上调一致，Reg Ⅳ在几个经新辅助疗法（激素消除疗法）治疗后的前列腺肿瘤中也是表达的。通过Reg Ⅳ的序列同源性可知其由瞬时转染细胞分泌，它也在两个高密度的组织微阵列所包含的大部分激素抵抗转移灶上明显表达。而且它只在40%原发性肿瘤中低表达，不表达于正常的前列腺组织。提示Reg Ⅳ可作为激素抵抗的转移性前列腺癌的候补标记物。

5 展　　望

　　目前关于Reg Ⅳ的研究还处于起步阶段，特别是对Reg Ⅳ及其上下游靶基因间相互作用的信号转导通路知之甚少。如何确定Reg Ⅳ上下游的作用靶点，明确其在肿瘤发生中的作用方式这一问题亟待解决。从而才能对Reg Ⅳ在肿瘤中的作用作出明确结论，并为其在肿瘤诊断、治疗和预防中的应用提供分子生物学基础。

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