生長抑制因子5在腫瘤中的研究進(jìn)展

林香桃，談 順

生長抑制因子5在腫瘤中的研究進(jìn)展

林香桃，談 順

生長抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族屬于候選抑癌基因家族，包括ING1～5。ING5是ING家族的新成員，自首次報(bào)道以來已發(fā)現(xiàn)其有多種功能，如參與細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡和染色質(zhì)重塑等。研究發(fā)現(xiàn)，ING5與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切，其可能是抗腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。該文就ING5的生物學(xué)特性、腫瘤中的表達(dá)、與腫瘤惡性生物學(xué)行為的關(guān)系以及在腫瘤中的作用機(jī)制方面作一綜述。

腫瘤；生長抑制因子5；研究進(jìn)展；文獻(xiàn)綜述

生長抑制因子(inhibitor of growth, ING)家族屬于候選抑癌基因家族，目前共發(fā)現(xiàn)ING1～5五個(gè)成員[1]。研究表明，ING家族成員參與細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡和染色質(zhì)重塑等多種細(xì)胞功能[2]。ING5是美國Harris實(shí)驗(yàn)室于2003年發(fā)現(xiàn)的ING家族新成員，研究者發(fā)現(xiàn)ING5過表達(dá)明顯抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的克隆形成能力[3]。后來研究證實(shí)，ING5與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，現(xiàn)將ING5在腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 ING5的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性

ING家族的5個(gè)成員分別位于不同的染色體。ING5基因定位于人染色體2q37.3區(qū)帶，含有8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子，編碼的cDNA長5 233 bp，其1 068個(gè)核苷酸翻譯為由240個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量為2.8×104[4]。從氨基末端到羧基末端，ING5蛋白含有亮氨酸拉鏈樣(leucine zipper-like, LZL)結(jié)構(gòu)域、新保守區(qū)(novelconserved region, NCR)、核定位信號(nuclear localization signal,NLS)和植物同源結(jié)構(gòu)域(plant homeodomain, PHD)。不同的結(jié)構(gòu)域行使不同的功能。LZL已被證明能促進(jìn)DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡和染色質(zhì)重塑；NCR參與重塑染色質(zhì)；NLS指導(dǎo)核易位[5]。ING蛋白通過其PHD基序與甲基化核心組蛋白結(jié)合，特別是當(dāng)組蛋白H3的第4位賴氨酸2次或3次甲基化(H3K4me2/3)后，ING5可以識別組蛋白H3[6]。另外，ING5通過PHD鋅指基序參與兩種組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase, HAT)復(fù)合體的形成，包括H4-HBO1-JADE-ING5和H3-MOZ-MORF-BRPF-ING5[7]。兩種HAT復(fù)合物在人類細(xì)胞S期的DNA復(fù)制中發(fā)揮重要作用。H4-HBO1-JADE-ING5可協(xié)同微小染色體維持(minichromosome maintenance, MCM)復(fù)合物增強(qiáng)DNA的復(fù)制，因?yàn)镮NG5敲低使DNA不能合成，而HBO1敲低使S期細(xì)胞增多[3,8]。研究發(fā)現(xiàn)，ING5有5種不同的剪接變異體[9]。ING5作為連接組蛋白和HAT的橋梁分子，參與組蛋白修飾和染色質(zhì)重構(gòu)，提示ING5可能通過調(diào)控基因的表達(dá)而發(fā)揮抑癌作用。

2 ING5與腫瘤

2.1 ING5在腫瘤中的表達(dá)和細(xì)胞定位 ING5在不同腫瘤、不同亞細(xì)胞中表達(dá)不同。61.3%的原發(fā)性口腔鱗狀細(xì)胞癌組織(19/31)中ING5 mRNA水平降低[9]；在肝癌和食管鱗狀細(xì)胞癌中ING5 mRNA表達(dá)量均下降[10-11]；ING5在乳腺癌組織和細(xì)胞系中的表達(dá)亦均下調(diào)[12]。而在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中，胞核ING5表達(dá)下降而胞質(zhì)ING5表達(dá)升高，這可能是由于ING5從胞核移位至胞質(zhì)導(dǎo)致，該變化與腫瘤形成和腫瘤細(xì)胞的分化有關(guān)[13]。研究發(fā)現(xiàn)，18例冷凍結(jié)直腸癌標(biāo)本中有14例ING5的表達(dá)較癌旁正常黏膜組織升高，光密度分析進(jìn)一步證實(shí)ING5蛋白在結(jié)直腸癌中高表達(dá)。胞核ING5在結(jié)直腸非腫瘤黏膜、腺瘤和腺癌中陽性率分別為85.1%、65.2%和64.1%，而結(jié)直腸癌胞質(zhì)中ING5的陽性率為84.6%，胞核和胞質(zhì)ING5共同陽性者占54.2%，ING5的異常表達(dá)和核質(zhì)轉(zhuǎn)移可能在結(jié)直腸上皮惡性轉(zhuǎn)化中起重要作用[14]。Xing等[15]在研究胃癌中發(fā)現(xiàn)，與胃非腫瘤黏膜相比，ING5 mRNA在胃癌中的表達(dá)較高，胞核ING5蛋白在胃癌和不典型增生中的表達(dá)較低。胞質(zhì)ING5蛋白在胃非腫瘤黏膜和轉(zhuǎn)移性癌中的表達(dá)高于胃癌和不典型增生，胞核ING5在腸型胃癌中的表達(dá)較彌漫型胃癌高。Gou等[5]的研究亦表明，ING5在胃癌中的表達(dá)高于正常黏膜。在肺癌中，ING5蛋白和ING5 mRNA在正常組織中的表達(dá)明顯高于肺癌組織，且胞核ING5的表達(dá)水平與Ki-67和胞質(zhì)ING5的表達(dá)呈正相關(guān)。在不同的肺癌組織學(xué)類型中，ING5的表達(dá)水平不同：小細(xì)胞癌<大細(xì)胞癌<腺癌<鱗狀細(xì)胞癌[16]。由此推測，ING5的表達(dá)及核質(zhì)移位與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，與某些腫瘤的組織學(xué)類型也有一定關(guān)系。

大量實(shí)驗(yàn)表明，ING5在腫瘤中很少發(fā)生突變。在口腔鱗狀細(xì)胞癌中，通過RT-PCR和DNA直接測序發(fā)現(xiàn)31例中有3例存在ING5基因錯(cuò)義突變，分別為2號外顯子中第33個(gè)密碼子和3號外顯子中第68、74個(gè)密碼子。2號外顯子上的突變位于LZL結(jié)構(gòu)域，該突變可能使ING5蛋白與凋亡和修復(fù)有關(guān)的功能喪失，進(jìn)而導(dǎo)致癌癥形成。3號外顯子上的2個(gè)突變均位于NCR結(jié)構(gòu)域，其可能影響ING5蛋白的三維結(jié)構(gòu)和ING5蛋白通過染色體重塑在下游基因中的作用[9]。

2.2 ING5與腫瘤的生物學(xué)行為和預(yù)后的關(guān)系 腫瘤的惡性生物學(xué)行為包括其增殖活性、遷移和侵襲能力，與腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移關(guān)系密切。ING5的表達(dá)與腫瘤的生物學(xué)行為和預(yù)后有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，胞核ING5的表達(dá)與結(jié)直腸癌腫瘤大小、浸潤深度、分化程度和國際抗癌聯(lián)盟分期呈負(fù)相關(guān)，而胞質(zhì)ING5則呈正相關(guān)，ING5可能作為評估結(jié)直腸癌侵襲性的有效標(biāo)志物，但是Kaplan-Meier單因素分析顯示，患者累計(jì)生存率與ING5的亞細(xì)胞定位(胞核或胞質(zhì))無關(guān)[14]。在乳腺癌中，ING5過表達(dá)顯著抑制乳腺癌的細(xì)胞遷移、侵襲及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)[12]。劉兆紅等[17]發(fā)現(xiàn)ING5蛋白表達(dá)與乳腺癌的腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及p53、ER、PR水平有關(guān)，其可能為乳腺癌臨床治療和評估預(yù)后提供一定參考。ING5過表達(dá)抑制肺癌A549細(xì)胞的增殖和侵襲，而在肺癌H1299細(xì)胞中ING5敲低促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的惡性進(jìn)展。在異種移植瘤模型小鼠體內(nèi)，ING5過表達(dá)也抑制肺癌細(xì)胞的生長和侵襲能力。ING5轉(zhuǎn)染使肺癌細(xì)胞對化療藥物MG132、紫杉醇和SAHA不敏感，這與細(xì)胞凋亡的改變一致。胞核ING5表達(dá)與肺癌的臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)，而且胞核ING5高表達(dá)提示預(yù)后較好[2,16]。ING5基因表達(dá)抑制胃癌SGC-7901細(xì)胞株增殖和凋亡，誘導(dǎo)G1期阻滯，并抑制其遷移與侵襲，有效調(diào)控增殖、細(xì)胞周期、黏附相關(guān)基因與蛋白的表達(dá)，從而抑制胃癌的進(jìn)展[18]。Gou等[5]亦發(fā)現(xiàn)ING5過表達(dá)抑制胃癌細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲和片狀偽足的形成，并且誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞的自噬和分化。ING5轉(zhuǎn)染組顯示出對化療藥物曲西立濱、紫杉醇、SAHA、MG132和小白菊內(nèi)酯的耐藥性，這與細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)和耐藥相關(guān)基因的過表達(dá)呈正相關(guān)，ING5可能通過激活β-catenin、NF-κB和Akt通路誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡和化療抗性。另外，胃癌患者的累積生存率與胞核ING5的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，與胞質(zhì)ING5表達(dá)無關(guān)[15]。亦有研究表明，ING5的高表達(dá)能夠提高卵巢癌細(xì)胞系A(chǔ)2780對順鉑的敏感性，這可能為臨床評估卵巢癌患者預(yù)后提供新的分子標(biāo)志物[19]。

3 ING5在腫瘤中的作用機(jī)制

3.1 促進(jìn)p53的轉(zhuǎn)錄激活 免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)提示p28ING5與p53存在相互作用，其可增強(qiáng)p53第382位賴氨酸殘基(K382)的乙酰化，促進(jìn)p53的轉(zhuǎn)錄激活作用，從而促進(jìn)細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡[3]。p53是迄今為止研究最為廣泛的抑癌基因，其生物學(xué)功能包括誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)衰老、參與DNA損傷修復(fù)和調(diào)控細(xì)胞周期阻滯，p53蛋白能使細(xì)胞周期阻滯在G1晚期。p53作為一種轉(zhuǎn)錄因子，主要通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)下游靶基因發(fā)揮腫瘤抑制作用。p28ING5過表達(dá)可以通過調(diào)節(jié)p53激活p21/waf1啟動(dòng)子活性，使p21/waf1蛋白表達(dá)增加，引起克隆形成率下降和S期細(xì)胞減少[3]。p21/waf1是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，也是p53的下游靶基因。p53表達(dá)上升，促進(jìn)p21轉(zhuǎn)錄，其與p53共同構(gòu)成G1期檢查點(diǎn)，抑制G1期向S期轉(zhuǎn)換，減少受損DNA的復(fù)制和積累，從而發(fā)揮腫瘤抑制作用。

p53蛋白的翻譯后修飾是調(diào)控其靶基因表達(dá)的關(guān)鍵。當(dāng)細(xì)胞DNA損傷時(shí)，ING5可以輔助乙酰轉(zhuǎn)移酶Tip60(KAT5)而非hMOF(KAT8)使p53第120位賴氨酸殘基(K120)乙?；?，隨后與p53的凋亡相關(guān)靶基因BAX和GADD45結(jié)合，并促進(jìn)它們的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡[20]。

3.2 抑制EMT 研究顯示，ING5過表達(dá)通過抑制EMT而抑制肺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。EMT的抑制表現(xiàn)為E-cadherin的表達(dá)升高以及N-cadherin、Snail和Slug的表達(dá)降低[2]。通過EMT，上皮細(xì)胞來源的腫瘤細(xì)胞獲得間質(zhì)細(xì)胞的特征，從而變得更有活動(dòng)性和侵襲性，促進(jìn)腫瘤的惡性演進(jìn)。E-cadherin是鈣黏蛋白分子家族中跨膜蛋白亞型的一種，主要分布于各種上皮組織，對于維持上皮細(xì)胞間黏附力和正常上皮組織結(jié)構(gòu)完整性和極性十分重要。E-cadherin表達(dá)下降或缺失可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞間黏附性減弱，易發(fā)生脫落和轉(zhuǎn)移。N-cadherin與E-cadherin同屬于鈣黏蛋白分子家族，但其在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用相反。轉(zhuǎn)錄因子Snail是一種含有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合蛋白，可識別并與E-cadherin啟動(dòng)子結(jié)合，抑制E-cadherin基因的表達(dá)從而誘發(fā)EMT。Slug是Snail轉(zhuǎn)錄因子超家族成員之一，也可以抑制E-cadherin的表達(dá)，促進(jìn)EMT的過程。

Zhao等[12]研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中ING5通過抑制PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制EMT的進(jìn)展。PI3K/Akt信號通路是細(xì)胞內(nèi)重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一，通過調(diào)節(jié)多種下游分子，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮抑制凋亡、促進(jìn)增殖、血管生成和細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移等作用。

3.3 ING5與其他蛋白的相互作用 p28ING5可以與HAT復(fù)合物的組成成分p300相互作用，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡[3]。ING5在急性髓細(xì)胞白血病中的生長抑制作用取決于其與細(xì)胞周期蛋白A1抑制因子(inhibitor of Cyclin A1, INCA1)。ING5通過與INCA1結(jié)合，抑制細(xì)胞克隆形成和細(xì)胞增殖，增加Fas抗體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮腫瘤抑制作用；反之，無INCA1，ING5出現(xiàn)致癌作用。ING5有不同生物學(xué)行為的機(jī)制可能包括在不同的細(xì)胞背景下發(fā)生的選擇性剪接、翻譯后蛋白修飾和蛋白-蛋白相互作用[21]。

3.4 ING5作為抑癌基因的兩面性 前面已闡述ING5在不同腫瘤中的表達(dá)差異以及INCA1對ING5的影響。此外，以胃癌SGC-7901細(xì)胞為研究對象，發(fā)現(xiàn)ING5過表達(dá)可以上調(diào)PI3K的表達(dá)，從而調(diào)控Akt1/2/3轉(zhuǎn)化為磷酸化激活狀態(tài)，然而ING5過表達(dá)可以活化NF-κB的表達(dá)，上調(diào)BCL-2、XIAP進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡；Western blot結(jié)果顯示轉(zhuǎn)染pEGFP-N1-ING5后c-myc mRNA及蛋白表達(dá)均升高，其可能是ING5過表達(dá)調(diào)控細(xì)胞周期阻滯的機(jī)制；ING5通過上調(diào)β-catenin和下調(diào)MMP-9的表達(dá)從而抑制胃癌細(xì)胞遷移與侵襲；細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示ING5表達(dá)抑制胃癌細(xì)胞的增殖和凋亡。以上說明ING5作為抑癌基因具有兩面性[18]。

4 結(jié)語

ING5蛋白參與細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡、DNA損傷修復(fù)和染色質(zhì)重塑等多種生物學(xué)過程，ING5蛋白功能失調(diào)可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。研究表明，ING5與腫瘤的增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移、治療和預(yù)后有關(guān)，但是腫瘤的發(fā)生是一個(gè)多步驟、多階段的復(fù)雜過程，ING5的表達(dá)與惡性腫瘤發(fā)生之間的因果關(guān)系還不是很清楚，其在特定細(xì)胞中的確切作用和分子機(jī)制還有待進(jìn)一步闡明。深入研究ING5與腫瘤的關(guān)系，將為探索新的腫瘤治療靶點(diǎn)提供新思路和方向。

[1] Tallen G, Riabowol K. Keep-ING balance: tumor suppression by epigenetic regulation[J]. FEBS Lett, 2014,588(16):2728-2742.

[2] Zhang F, Zhang X, Meng J,etal. ING5 inhibits cancer aggressiveness via preventing EMT and is a potential prognostic biomarker for lung cancer[J]. Oncotarget, 2015,6(18):16239-16252.

[3] Shiseki M, Nagashima M, Pedeux R M,etal. p29ING4 and p28ING5 bind to p53 and p300, and enhance p53 activity[J]. Cancer Res, 2003,63(10):2373-2378.

[4] Gunduz M, Gunduz E, Rivera R S,etal. The inhibitor of growth (ING) gene family: potential role in cancer therapy[J]. Curr Cancer Drug Targets, 2008,8(4):275-284.

[5] Gou W F, Shen D F, Yang X F,etal. ING5 suppresses proliferation, apoptosis, migration and invasion, and induces autophagy and differentiation of gastric cancer cells: a good marker for carcinogenesis and subsequent progression[J]. Oncotarget, 2015,6(23):19552-19579.

[6] Linzen U, Lilischkis R, Pandithage R,etal. ING5 is phosphorylated by CDK2 and controls cell proliferation independently of p53[J]. PLoS One, 2015,10(4):e123736.

[7] Unoki M, Kumamoto K, Takenoshita S,etal. Reviewing the current classification of inhibitor of growth family proteins[J]. Cancer Sci, 2009,100(7):1173-1179.

[8] Doyon Y, Cayrou C, Ullah M,etal. ING tumor suppressor proteins are critical regulators of chromatin acetylation required for genome expression and perpetuation[J]. Mol Cell, 2006,21(1):51-64.

[9] Cengiz B, Gunduz E, Gunduz M,etal. Tumor-specific mutation and downregulation of ING5 detected in oral squamous cell carcinoma[J]. Int J Cancer, 2010,127(9):2088-2094.

[10] 路美玲, 陳 斐, 王勤婉, 等. ING5在肝癌中表達(dá)的研究[J]. 胃腸病學(xué), 2010,15(2):86-89.

[11] 趙春陽, 徐廣全. ING5在食管鱗癌中的表達(dá)及意義[J]. 高師理科學(xué)刊, 2013,33(3):71-72.

[12] Zhao Q Y, Ju F, Wang Z H,etal. ING5 inhibits epithelial-mesenchymal transition in breast cancer by suppressing PI3K/Akt pathway[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(9):15498-15505.

[13] Li X, Nishida T, Noguchi A,etal. Decreased nuclear expression and increased cytoplasmic expression of ING5 may be linked to tumorigenesis and progression in human head and neck squamous cell carcinoma[J]. J Cancer Res Clin Oncol, 2010,136(10):1573-1583.

[14] Zheng H, Xia P, Xu X,etal. The nuclear to cytoplasmic shift of ING5 protein during colorectal carcinogenesis with their distinct links to pathologic behaviors of carcinomas[J]. Hum Pathol, 2011,42(3):424-433.

[15] Xing Y, Yang X, Xu X,etal. The altered expression of ING5 protein is involved in gastric carcinogenesis and subsequent progression[J]. Hum Pathol, 2011,42(1):25-35.

[16] Zhao S, Yang X F, Shen D F,etal. The down-regulated ING5 expression in lung cancer: a potential target of gene therapy[J]. Oncotarget, 2016,7(34):54596-54615.

[17] 劉兆紅, 齊鳳杰. ING5在乳腺癌中的表達(dá)及意義[J]. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué), 2015,36(18):67-69, 96.

[18] 楊雪峰, 勾文峰, 趙 爽, 等. ING5基因表達(dá)對胃癌細(xì)胞生長抑制作用的研究[J]. 中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2016,45(7):577-582.

[19] 孫正偉, 馬 蓉, 萬 安, 等. ING5在對順鉑不同敏感性的卵巢癌細(xì)胞中的表達(dá)及其影響[J]. 安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2016,52(1):56-59.

[20] Liu N, Wang J, Wang J,etal. ING5 is a Tip60 cofactor that acetylates p53 in response to DNA damage[J]. Cancer Res, 2013,73(12):3749-3760.

[21] Zhang F, Baumer N, Rode M,etal. The inhibitor of growth protein 5 (ING5) depends on INCA1 as a co-factor for its antiproliferative effects[J]. PLoS One, 2011,6(7):e21505.

中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院病理科，?？?570208

林香桃，女，碩士研究生。E-mail: linxiangtaozi@163.com 談 順，男，碩士，主任醫(yī)師，通訊作者。E-mail: lsbyfzhxt@126.com

時(shí)間：2017-8-20 15:27 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170820.1527.016.html

R 730

A

1001-7399(2017)08-0904-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.08.016

接受日期：2017-04-20