中心體擴增在結直腸癌中作用的研究進展

李雅麗，李袁飛

山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院腫瘤科，太原030000

結直腸癌是一種發(fā)病率和病死率均較高的惡性腫瘤[1]，其發(fā)生、發(fā)展大多遵循“腺瘤—癌”序列，從癌前病變進展至癌一般需要5～10年。然而，結直腸癌早期常無自覺癥狀，大部分患者出現(xiàn)典型癥狀就診時已發(fā)展至中晚期，而中晚期結直腸癌5年生存率相對較低[2]。因此，早期診斷并及時治療對提高結直腸癌預后至關重要。目前，結直腸癌的發(fā)病機制尚不完全清楚。近年研究發(fā)現(xiàn)，超過90%結直腸癌表現(xiàn)出染色體異常，其中一些反復出現(xiàn)的染色體異常是導致結直腸癌發(fā)生、發(fā)展的關鍵染色體改變，這種現(xiàn)象被稱為染色體不穩(wěn)定性(CIN)[3]。中心體擴增(CA)是指細胞中出現(xiàn)兩個以上的中心體或中心體體積異常增大的現(xiàn)象，包括數(shù)量擴增和結構擴增。有研究報道，CA是導致CIN的主要原因，不僅能促進腫瘤惡性轉化，還是腫瘤內異質性(ITH)的有力驅動因素[4-5]。本文結合文獻就CA在結直腸癌中作用的研究進展作一綜述。

1 CA概述

1.1 中心體結構與復制過程 中心體是由一對中心粒組成的小型細胞器。在每個細胞周期中，中心體只復制一次，以確保有絲分裂過程中雙極紡錘體組裝和染色體平等分離。中心體由兩個中心粒和中心粒周物質(PCM)組成。中心粒由九組呈輻射狀對稱排列的三聯(lián)體微管組成，而微管由微管蛋白組成，包括α/β/γ/δ/ε微管蛋白、中心體蛋白centrin和tektin絲狀體以及與其相連的結構蛋白[6]。圍繞中心粒的物質形成一種電子密度較高、無膜包圍的不定型結構，即PCM。PCM蛋白包括參與中心粒組裝、微管錨定和紡錘體形成的蛋白，這些蛋白隨細胞周期所呈現(xiàn)的動態(tài)變化可導致PCM周期性組裝和解離，在中心體復制和成熟、紡錘體組裝等方面起重要作用，并受多種有絲分裂激酶、磷酸酶和微管共同調控[7]。

中心體復制是中心粒組裝和PCM募集的過程。首先，定位于中心粒近端的Cep192和Cep152將Polo樣激酶4(PLK4)募集到母中心粒一側，PLK4在母中心粒近端的分布由環(huán)狀結構變成位于一側單個的點狀結構，這個點狀結構即中心粒組裝的起點[7]；PLK4將SAS-6、STIL帶到母中心粒，這兩種蛋白結合在一起形成一個9×2對稱車輪狀結構[8]。其次，SAS-6和STIL將CPAP招募到車輪結構外部，CPAP組裝并穩(wěn)定形成前中心粒的微管組織；中心粒延伸能夠持續(xù)至G2期，CPAP能夠與Cep135、Cep120、SPICE1、Cep110等蛋白相互作用，共同調控中心粒微管的延伸[7]。最后，在G2/M期Polo樣激酶1(PLK1)和Aurora激酶A(Aurora-A)開始招募許多PCM組分，從而促進中心體成熟。PLK1還能刺激γ微管蛋白募集，增加中心體的微管成核能力，這是有絲分裂期紡錘體裝配和功能所必需的[9]。在細胞分裂過程中，母中心體變成橢球體并分裂，產(chǎn)生兩個子中心體，子中心體向細胞的兩極遷移，并誘導有絲分裂紡錘體形成。

1.2 CA分類與功能 在人類惡性腫瘤中，CA包括數(shù)量擴增和結構擴增。

1.2.1 數(shù)量擴增 數(shù)量擴增是指細胞內超過兩個中心體或四個中心粒的現(xiàn)象，是惡性腫瘤最常見的中心體異常。有研究報道，胞質分裂失敗、細胞—細胞融合、中心粒過度復制、新生中心粒組裝等均能導致中心體數(shù)量擴增[10]。胞質分裂失敗會導致中心體數(shù)目與核分裂同時積累，能夠重新進入S期并產(chǎn)生后代，形成超過兩個中心體的多倍體細胞，從而促進腫瘤發(fā)生；當細胞受到融合病毒影響或其他應激因素影響時可導致細胞—細胞融合，其中心體數(shù)量可通過細胞融合而增加[11]；中心體復制周期失調可導致中心體失去調控后連續(xù)增殖，或在單個母中心粒模板上快速同時形成多個子中心粒，兩者都會導致在二倍體細胞中形成過多的中心粒。過多的中心體導致過多微管成核，致使有絲分裂缺陷和染色體分離錯誤，甚至是非整倍體發(fā)生，破壞了組織極性和細胞結構，從而導致惡性腫瘤發(fā)生。

1.2.2 結構擴增 結構擴增是指在中心粒數(shù)量不變的情況下，中心粒長度增加或PCM大小和組成發(fā)生變化，其中最易識別的結構缺陷是中心粒長度增加[9]。中心體結構擴增可分為兩種，即中心粒結構缺陷和PCM數(shù)量缺陷。中心粒結構缺陷與控制中心粒結構基因的表達改變有關。如中心體成分CPAP過表達可導致中心粒長度增加，繼而導致腫瘤細胞的中心粒發(fā)生結構擴增[12]；PCM數(shù)量缺陷是通過使用周中心蛋白標記物測量的中心體體積(或直徑)而得出的，PCM蛋白過表達和聚集在一起的中心粒均可表現(xiàn)為中心體體積增大，真正的結構擴增是PCM蛋白過表達而不是中心粒聚集，二者只能通過標記中心粒來區(qū)分。PCM蛋白在微管錨定中心體時發(fā)揮作用，可直接調控紡錘體形成。因此，不同數(shù)量的PCM或PCM片段自身會導致紡錘體極性喪失和多極紡錘體形成。中心粒周圍衛(wèi)星蛋白，如PCM-1、centrin-2和ninein，有助于形成高度保守的PCM結構[9]，這些蛋白中的任何一種從中心體中分離出來，都有可能形成多極紡錘體。

2 CA在結直腸癌中的作用

在結直腸癌中CA的檢出要早于大腸腺瘤到腺癌的低分化病變序列，低級別或高級別上皮內瘤變和浸潤性腺癌樣細胞的中心體數(shù)量明顯高于正常結腸上皮細胞，而在所有侵襲性腺癌標本中均表現(xiàn)出中心體定向和極化位置的完全喪失[13]。因此，CA可能是結直腸癌發(fā)生的早期事件，對結直腸癌早期診斷和預后評估具有重要的臨床價值。

ITH描述了在原發(fā)性腫瘤中存在不同遺傳亞群的細胞，這種異質性表現(xiàn)為腫瘤內基因的轉錄表達、拷貝數(shù)量或突變狀態(tài)等[14]?；蚪M不穩(wěn)定性可以啟動和維持腫瘤內的遺傳異質性，是腫瘤形成和進展的重要因素。基因組穩(wěn)定性喪失可增加發(fā)生致癌事件的概率，并創(chuàng)造了一個適應和進化能力增強的異質性細胞群體。結直腸癌主要由微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(15%)和CIN(85%)兩種基因組不穩(wěn)定類型組成[15]。CIN是指染色體改變可以通過在每個細胞分裂過程中反復的染色體“洗牌”而發(fā)生，從而導致高頻率的基因組變化。腫瘤細胞基因組的這種持續(xù)變化有助于細胞快速適應抗腫瘤治療環(huán)境，并產(chǎn)生具有生長優(yōu)勢的克隆，從而導致腫瘤進展[16]。高頻率的基因組改變與惡性腫瘤患者預后不良有關，并嚴重影響腫瘤進化和治療耐藥性[17]。有研究還發(fā)現(xiàn)，高CIN腫瘤主要為非黏液腺癌，表現(xiàn)為在結直腸黏膜上皮細胞中典型的表皮生長因子信號轉導基因過表達[18]。這一發(fā)現(xiàn)提示，CIN還可能通過增加抑癌基因染色體區(qū)域的丟失和(或)癌基因染色體區(qū)域的擴增，從而為惡性腫瘤細胞提供額外的生長優(yōu)勢。

有研究報道，大多數(shù)結直腸癌通過CIN途徑發(fā)生時，染色體異常表現(xiàn)為非整倍體和雜合性缺失，其中非整倍體是最常見的CIN表型[19]。非整倍體是指染色體數(shù)目不成倍數(shù)，可以為亞倍體或超倍體。如散發(fā)性結直腸癌攜帶額外的7號染色體拷貝，這種異常改變在腫瘤進展和衍生細胞系中持續(xù)存在[20]。然而VASUDEVAN等[21]研究報道，只有特定的非整倍體與腫瘤患者預后不良有關。因此，非整倍體不是惡性腫瘤的統(tǒng)一驅動因素，不同的非整倍體可以獨特地影響腫瘤進展，保持一個最佳CIN狀態(tài)對提高結直腸癌治療效果至關重要。

CA導致的異常有絲分裂可歸納為兩個方面。①多極化有絲分裂。CA導致的多極紡錘體形成可引起子細胞染色體單體錯配，導致有絲分裂紡錘體不均勻牽拉，繼而引起CIN和非整倍體發(fā)生。②假雙極紡錘體形成(中心體聚集)。CA導致的中心體聚集現(xiàn)象，能夠引起腫瘤細胞多倍體化和基因組不穩(wěn)定性增加。因此，CA是導致CIN和腫瘤細胞結構喪失的主要機制。

額外的中心體導致多極紡錘體形成，可引起多極有絲分裂甚至細胞死亡。然而，腫瘤細胞可通過迅速啟動中心體聚集，將多余的中心體連同周圍附著物聚集成兩個極性群，最終組裝出一個假雙極有絲分裂紡錘體，以此來避免細胞死亡[22]。中心體聚集形成的假雙極紡錘體可導致動?！⒐芨街e誤進行，錯誤的動?！⒐芨街锓e累并促進染色體誤聚，即保持低水平的總染色體錯配率。這種染色體異常直接導致CIN結直腸癌發(fā)生，并使腫瘤細胞能夠在可耐受水平上繼續(xù)改變其核型，在不損害其生存能力的基礎上提供遺傳變異，從而進化為超侵襲表型。因此，中心體聚集是一個管理額外中心體負荷以及維持最佳CIN狀態(tài)的策略[22]。在非整倍體方面，中心體聚集時染色體錯誤分離會導致細胞群體具有廣泛的核型，易引起細胞惡性轉化，增加了結直腸癌的發(fā)生風險[23]；并且由此產(chǎn)生的后代細胞仍然是非整倍體，盡管處于較低的可持續(xù)水平，但仍是導致治療效果不佳或腫瘤進展的重要因素。因此，中心體聚集被認為是CIN和非整倍體的主要來源。

CA在結直腸癌中的分子作用機制仍需進一步闡明，功能性中心體異常可能是未來一個值得探索的方向，如中心體定位缺陷、蛋白質組成改變。

3 CA靶向治療在結直腸癌中的應用前景

雖然CA在腫瘤細胞中的作用一直受到學者們的關注，但是國內外針對CA的靶向治療鮮有報道，亦缺乏相關的臨床研究數(shù)據(jù)。目前認為，針對中心體聚集、數(shù)量擴增或結構擴增均能靶向治療CIN或高ITH結直腸癌。

3.1 靶向中心體聚集 中心體聚集是CA導致CIN的主要來源，多余的中心體聚集可以使CIN狀態(tài)持續(xù)存在，導致腫瘤細胞發(fā)生多極有絲分裂甚至細胞死亡。而中心體聚集需要多種蛋白協(xié)同參與，包括中心體復制蛋白、有絲分裂檢查點蛋白和皮質肌動蛋白等，形成龐大且復雜的分子系統(tǒng)?；诖耍琇EBER等[24]研究發(fā)現(xiàn)，染色體復合體中的蛋白質有助于穩(wěn)定多余的中心體聚集，如有絲分裂激酶Aurora-B，基因敲除或藥物抑制Aurora-B可導致中心體去聚集并最終引起細胞凋亡。這一研究為中心體去聚集的治療途徑開辟了一種新的思路。另外，RAAB等[25]研究發(fā)現(xiàn)，灰黃霉素衍生物GF-15可作為中心體聚集的抑制劑，其在體內外能夠抑制腫瘤細胞生長，未來期望對該新型小分子藥物進一步研發(fā)和評估。

中心體蛋白CPAP和微管蛋白相互作用的遺傳和化學紊亂會激活多余的中心體，從而破壞中心體聚集。MARIAPPAN等[12]研究發(fā)現(xiàn)了一種新型的微管蛋白結合物CCBO2，能夠與CPAP有效競爭微管蛋白的相同結合位點，使細胞內多余的中心體去聚集化，繼而導致多極有絲分裂直至細胞死亡。這一研究表明，CCBO2具有利用擴增的中心體選擇性靶向腫瘤細胞而不傷害正常細胞的潛力。更重要的是，CCBO2還可作為進一步破譯中心體聚集的分子基礎以及在腫瘤發(fā)生中作用的研究工具。

中心體去聚集還可通過降低紡錘體張力，如接觸GF-15后有絲分裂細胞的紡錘體張力顯著降低，但要保證GF-15維持在一個對微管蛋白聚集沒有顯著影響的水平。許多微管靶向化合物具有這種活性，這也部分解釋了它們對腫瘤細胞的選擇性[26]。此外，BOND等[27]利用一種強效的有絲分裂阻滯劑通過破壞雙極紡錘體形成，選擇性地誘導腫瘤細胞凋亡，被阻滯的細胞顯示出由周中心蛋白、γ微管蛋白和Aurora-A組成的多個微管組織中心形成，但沒有明顯的中心體數(shù)量擴增。這一研究表明，某些有絲分裂抑制劑可能通過抑制多余的中心體聚集來抑制CIN。

3.2 靶向中心體數(shù)量擴增 腫瘤細胞生存需要中心體過度復制，故抑制其復制可能有助于恢復正常的中心體數(shù)量，從而抑制腫瘤細胞的增殖和存活。大多數(shù)情況下，中心粒過度復制是由細胞周期信號異常引起的，與APC、CTNNB1/β-catenin、p53等癌基因或抑癌基因的突變有關。如在正常細胞中，中心粒復制失敗可導致中心體丟失，繼而引起細胞周期阻滯，而腫瘤細胞可通過抑制p53功能繞過這一監(jiān)視通路而存活[28]。由此可見，p53激活劑能夠增強靶向CA的治療效果，甚至能夠逆轉CA，從而改善患者預后。

PLK4是Polo激酶家族成員，作為觸發(fā)中心粒復制起始的關鍵酶，其蛋白表達受到嚴格調控。PLK4過表達會引起中心粒過度復制，形成花環(huán)狀結構，而其低表達會使中心粒復制受阻[7]。ZHAO等[29]研究表明，單獨使用PLK4抑制劑或與其他藥物聯(lián)合使用具有顯著的抗腫瘤作用。在PLK4過表達的惡性腫瘤中抑制PLK4活性以逆轉CA是可行的。中心酮是一種可逆的選擇性PLK4抑制劑，在具有不同水平CA的細胞系中可耗盡中心體，逆轉高CA表型[30]。近年有研究發(fā)現(xiàn)，中心體蛋白Cep131過表達能夠增強PLK4穩(wěn)定性，進一步導致CA發(fā)生[31]。未來可研發(fā)Cep131抑制劑，通過降低PLK4穩(wěn)定性來抑制中心體過度復制，從而阻止中心體數(shù)量擴增。

在G2/M期中Aurora-A可通過自身磷酸化招募許多PCM組分，從而促進中心體成熟，調節(jié)染色體分離。LIN等[32]研究發(fā)現(xiàn)，Aurora-A抑制劑不僅可作為治療藥物殺傷腫瘤細胞，還可作為輔助藥物與其他化療藥物或放療相結合，從而提高治療效果。目前，第二代Aurora-A抑制劑MLN8237已進入Ⅲ期臨床試驗階段。未來通過對上述基因表達的調控來靶向中心體數(shù)量擴增是否可增強基因突變型耐藥性結直腸癌的治療效果，還有待于進一步驗證。

3.3 靶向中心體結構擴增 CPAP作為一種細胞周期調節(jié)蛋白，其微管蛋白二聚體結合活性是中心粒延長所必需的。過量的CPAP可誘導中心體過度延長，從而導致中心體結構擴增。因此，篩選和開發(fā)抑制CPAP功能的藥物可能對CA的結直腸癌治療有效。另外，定位于中心粒遠端的CP110則可抑制中心粒微管過度延伸，并拮抗CPAP功能[7]。LI等[33]確定了一個中心粒去泛素化酶——USP33，其定位于中心粒，能夠特異性地去泛素化中心體蛋白CP110，破壞中心粒穩(wěn)定性并抑制中心粒延長。因此，USP33激動劑通過靶向中心體結構擴增來改善相關腫瘤預后有可能成為一個新的研究方向。

DAHL等[34]研究發(fā)現(xiàn)，中心體蛋白Cep135的剪切亞型通過限制Cep135結合蛋白(SAS-6、CPAP)和γ微管蛋白的中心粒定位來抑制中心粒重復。Cep135同工型在細胞周期中表現(xiàn)出獨特且互補的中心體定位，故加強該蛋白對中心粒重復的抑制是靶向中心體結構擴增新的研究方向。

綜上所述，在結直腸癌細胞中，CA通過聚集中心體來避免多極有絲分裂產(chǎn)生，從而避免腫瘤細胞死亡，并通過促進非整倍體和CIN發(fā)生，使腫瘤細胞獲得ITH和耐藥性，進化為更具侵襲性的表型。針對中心體聚集、數(shù)量擴增或結構擴增能夠靶向治療CIN或高ITH結直腸癌，但目前國內外針對CA的靶向治療鮮有報道，亦缺乏相關的臨床研究數(shù)據(jù)，尚需進一步研究。