陳彥玲，羅靜靜，李冠武

（汕頭大學醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室，腫瘤分子生物學開放實驗室，廣東 汕頭 515041）

TUSC3基因的研究進展

陳彥玲，羅靜靜，李冠武

（汕頭大學醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室，腫瘤分子生物學開放實驗室，廣東 汕頭 515041）

TUSC3基因是一種抑癌基因，位于染色體8p22，其沉默還會導致精神發(fā)育異常，而新近的研究發(fā)現(xiàn)它在大腸癌中表達上調，表明其可能具有促癌作用.本文對近年來國內外學者在TUSC3基因的功能多樣性，作用機制及其應用前景等方面的研究新進展進行綜述，為揭示TUSC3基因的作用定基礎.

TUSC3；腫瘤抑制基因；N-糖基化

0 引言

TUSC3基因位于染色體8p22，英文全稱為tumor suppressor candidate gene 3，廣泛表達于人體組織如腦、心臟、肺、肝臟等.由于其在結腸癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌和直腸癌等腫瘤細胞中表達水平下降，一直被認為是一種抑癌基因.TUSC3基因的序列與酵母蛋白OST3的編碼序列高度同源，OST3蛋白是酵母寡糖基轉移酶（oligosaccharyl transferase OST）的亞基之一，因此也認為TUSC3基因編碼的蛋白質是OST復合物的一個亞基.哺乳動物中OST蛋白編碼序列高度保守，由多個不同的多肽鏈組成，是一種膜內在蛋白，催化內質網N-糖基化的過程.N-糖基化是細胞中一種重要的翻譯后修飾機制，對于蛋白質的折疊、調節(jié)和穩(wěn)定具有重要作用.糖基化不足可引起內質網應激導致基因組損傷突變而致癌[1].另有研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因與睪丸中精子的產生相關，同時對鎂離子轉運及細胞內氧化還原反應具有重要作用，能有效地緩解內質網應激[2].在前列腺癌和卵巢癌中TUSC3基因的沉默可促進腫瘤細胞的生長、轉移及侵襲性.同時癌細胞低表達TUSC3基因可能意味著預后較差及較大的轉移浸潤幾率.然而在甲狀腺乳頭狀癌和大腸癌中TUSC-3基因的表達卻是上調的[3]，故其在癌癥的發(fā)生發(fā)展中所扮演的角色仍有待研究.

1 TUSC3 基因的功能

1.1 抑癌功能

TUSC3相關的致癌作用可能依賴于確定的遺傳背景和生物環(huán)境，例如：在乳腺癌、結直腸癌、多形性惡性膠質瘤、胰腺癌等多種腫瘤中出現(xiàn)TUSC3基因缺失.而不同組織中TUSC3基因缺失的機制不同.例如，在前列腺癌中是由于TUSC3基因純合或雜合缺失；而在卵巢癌中是由于TUSC3基因啟動子區(qū)的甲基化[2].在細胞癌變過程中基因啟動子區(qū)CpG島甲基化增高是許多抑癌基因失活和表達降低的機制之一.卵巢癌的發(fā)生原因之一可能是由于其細胞中TUSC3基因啟動子區(qū)高度甲基化，使得TUSC3基因表達降低引起.此外，研究發(fā)現(xiàn)TUSC3甲基化與年齡有關，推測其與DNA局部易感因素、基因表達水平和環(huán)境暴露的相互作用有關，因此隨著年齡增長，TUSC3基因甲基化增加可能是腫瘤形成的重要因素[7].在胰腺癌組織中TUSC3基因表達下調也可能與其增強NF-κB活性有關.甚至在不同的細胞系或同種腫瘤組織取材部位的不同，其低表達的機制也不同[2].

研究表明，蛋白質糖基化的改變可能與致癌性如侵襲性、轉移性等有關.TUSC3基因編碼蛋白通過減緩糖蛋白折疊來提高糖基化效率.細胞表面生長因子受體，免疫反應的調控因子以及細胞外基質受體等均為腫瘤細胞N-糖基化的靶蛋白[5]，而TUSC3基因缺失或其啟動子高甲基化均導致其編碼蛋白數(shù)量減少，使腫瘤細胞其內質網N-糖基化過程受到影響，一方面使N-糖基化靶蛋白無法正常合成，影響細胞的信號轉導等方面的功能；另一方面，未折疊的蛋白質無法釋放，堆積于內質網中，將引起內質網應激及使機體產生一系列級聯(lián)反應.內質網應激是指由于某種原因導致細胞內質網（ER，endoplasmic reticulum）生理功能發(fā)生紊亂、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、錯誤折疊或未折疊的蛋白質在ER腔內聚集的一種亞細胞器的病理狀態(tài)，它能使錯誤的蛋白質恢復正確構象并能夠進一步加工，是細胞自我保護的機制.但是，如果ER應激狀態(tài)持續(xù)存在，ER功能就會受到嚴重損傷，并誘導細胞凋亡.在內質網應激狀態(tài)下，TUSC3基因的缺失可通過影響B(tài)IP和CHOP介導的細胞自噬或凋亡途徑來改變ER應激反應的后續(xù)信號通路，進而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[8-10].

新近研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因高表達則可抑制神經膠質瘤細胞的增殖及侵襲，然而當Akt信號通路受阻時，高度表達的TUSC3基因也不能抑制膠質瘤細胞增殖和侵襲，可見TUSC3基因通過Akt信號通路來調節(jié)神經膠質瘤細胞的致癌性.Akt信號通路在細胞凋亡的調控中起著重要的作用.細胞凋亡異常導致腫瘤細胞的大量增殖和突變基因的積累.Akt信號通路也可通過影響細胞生長和間充質轉化來促進癌癥發(fā)展.有關TUSC3基因如何調節(jié)Akt信號通路的具體機制仍不清楚，推測其可能與蛋白質N-糖基化相關[4-5].

此外，TUSC3基因的沉默會使E-鈣黏蛋白（E-cadherin）和ZO-1的表達降低，促進上皮細胞間質化，促進腫瘤轉移，使腫瘤的侵襲性增強[9].

1.2 促癌功能

以往研究一直認為TUSC3基因是一種抑癌基因，然而在大腸癌細胞中卻發(fā)現(xiàn)TUSC3基因的表達上調.當TUSC3基因在大腸癌中的表達上調時，大腸癌細胞增殖、轉移及侵襲能力均上升.而當TUSC3基因表達下調時，大腸癌細胞的增殖，轉移，侵襲能力也相應下降[11].

TUSC3基因的促癌機制可能與其激活MAPK，PI3K/AK以及Wnt/β-catenin蛋白信號轉導通路有關.研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因與β蛋白共存，β-catenin蛋白是Wnt信號通路的核心組件.TUSC3基因通過直接與β蛋白相互作用來調節(jié)Wnt/β-catenin信號通路. Wnt信號通路在調節(jié)不同組織生長、凋亡和分化過程中起著重要的作用.經典Wnt信號增強，增加了大腸癌細胞調控因子Snail的水平，調節(jié)上皮細胞間質化（EMT）過程及抑制E-鈣黏蛋白（E-cadherin）的表達，從而促進腫瘤局部浸潤.

下調TUSC3基因造成Akt和ERK1/2磷酸化水平顯著降低.相反，TUSC3基因過度表達導致在結腸癌細胞中Akt和ERK1/2持續(xù)磷酸化.同時發(fā)現(xiàn)TUSC3基因表達上調也使波形蛋白的表達增加，改變間葉細胞的表型，進而使上皮細胞間質化（EMT）導致基底膜的缺失.上皮-間充質轉變可以改變上皮癌細胞的粘附性，使他們可以從原發(fā)腫瘤遷移和入侵周圍組織，這有助于腫瘤轉移.在大腸癌中，這常常意味著不良預后.而MAPK/ERK的激活和PI3K/Akt通路則是EMT所必須的，關于MAPK信號通路可促進結直腸癌細胞的黏附、侵襲和轉移已有相關實驗證實[11].

解析：鋁離子含有2個電子層,鋁原子含有3個電子層,則微粒的半徑大小為r(Al3+)＜r(Al),故A項正確。由于鋁的還原性小于鎂,無法通過鋁熱反應提取鎂,工業(yè)上通常采用電解熔融氯化鎂的方法獲得鎂,故B項錯誤。在鋁熱反應中,化學能除了轉化成光能,還轉化為熱能等能量,故C項錯誤。鋁熱反應中,被置換出的金屬的還原性必須小于Al的,如鐵的還原性小于鋁的還原性,故D項錯誤。本題答案應為A。

在TUSC3基因過表達的細胞中可觀察到腫瘤細胞增殖和遷移能力提高以及上皮-間充質轉化，因此推測TUSC3基因通過激活Wnt/β-catenin和MAPK、PI3K/Akt信號通路促進結直腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲性.

1.3 TUSC3基因在精神發(fā)育方面的功能[1，12-14]

精神發(fā)育遲滯（mental retardation，MR）是指在人的生長發(fā)育階段，以精神、智力發(fā)育障礙和社會適應行為缺陷為主要特征的一組疾病.研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因沉默與MR相關，其第六外顯子突變可能與患MR的風險增高有關[12].

此外，TUSC3基因與內質網N-糖基化過程相關蛋白質糖基化異?？梢鹣忍煨蕴腔。–GDS），即多聚糖合成及結合到蛋白質或脂質等復合體的過程發(fā)生障礙，患者表現(xiàn)為精神發(fā)育遲緩，共濟失調，凝血和畸形等.故可認為TUSC3基因沉默通過影響蛋白質N-糖基化的過程進而導致MR的發(fā)生.

此外，研究發(fā)現(xiàn)神經細胞中蛋白質磷酸酶1有如下作用：參與細胞信號傳導；對突觸結構的可塑性進行調控；與學習和記憶有關.而TUSC3基因可在大腦中與蛋白質磷酸酶1的催化亞基相互作用而調節(jié)其活性，當TUSC3基因沉默后，蛋白質磷酸酶1無法在在細胞信號傳導中發(fā)揮作用，導致神經元無法正常分化，進而影響神經系統(tǒng)的發(fā)育，最終導致患者的認知能力障礙.

細胞內鎂離子水平的提高可增強工作，學習能力，提高記憶力，即有利于建立短期和長期的記憶.研究發(fā)現(xiàn)其機制可能與細胞內NMDA-型谷氨酸受體的功能有關，此受體與記憶處理有關.而鎂離子可促進此受體的功能，而敲除TUSC3基因可使哺乳動物細胞中鎂離子濃度顯著降低，并且缺乏鎂離子的小鼠會表現(xiàn)出恐懼和情感記憶方面的障礙；增加鎂的攝入量則可改善此問題.因此推測TUSC3導致MR發(fā)生與鎂離子轉運系統(tǒng)有關，TUSC3基因的沉默可能導致機體鎂離子運輸系統(tǒng)紊亂進而導致患者記憶力低下.

1.4 促進精子的發(fā)生[15]

TUSC3基因參與精子在睪丸的發(fā)生，導致精子分化成熟，并可促進前列腺的發(fā)育.

通過分析比較2周齡的幼鼠和7周齡大白鼠間基因芯片數(shù)據，以及反轉錄聚合酶鏈反應和RNA印跡法表明，TUSC3基因在正常成熟的睪丸、前列腺、大腦和卵巢的表達是上升的.原位雜交和免疫組化也顯示睪丸精母細胞和睪丸間質細胞以及前列腺上皮細胞等間質細胞TUSC3基因轉錄的mRNA和表達的蛋白質的數(shù)量上升.這些事實表明TUSC3基因參與了精細胞分化、成熟及前列腺的發(fā)育.

細胞內鎂離子在細胞生化反應和形態(tài)學的改變上起著重要作用，在大鼠睪丸細胞中發(fā)現(xiàn)大鼠的雄激素酶活性收到鎂離子濃度變化的調節(jié)，并且發(fā)現(xiàn)細胞內鎂離子濃度上升能夠顯著提高雄激素的酶活性和血清睪酮濃度，而TUSC3基因表達得到的蛋白質能影響細胞膜鎂離子轉運系統(tǒng)，使鎂離子于胞內濃集，使雄激素的酶活性增強和血清睪酮的濃度提高，進而促進精子的發(fā)生，因此，TUSC3是通過調節(jié)鎂離子轉運系統(tǒng)來調節(jié)精子的發(fā)生，以及促進前列腺的發(fā)育.

2 研究意義

研究發(fā)現(xiàn)TUSC3基因表達水平在不同的肺癌病理類型中（包括小細胞肺癌、腺癌和鱗癌）與淋巴結轉移狀態(tài)呈負相關關系[3].同時在胰腺癌，卵巢癌等癌細胞中，亦發(fā)現(xiàn)TUSC3低表達預示著癌癥的不良預后[2].在腺癌和鱗癌中，對于患者不同病理分級的分層研究表明，病理分級越高的患者TUSC3基因的表達越低.組織病理分級越高則惡性度越高，說明TUSC3基因與腫瘤的預后有一定關系，且與疾病的惡性程度密切相關.因此，臨床上可測定TUSC3基因的表達狀況作為判斷預后的指標.

此外，TUSC3基因的沉默促進癌癥的發(fā)生多與細胞內各種信號通路相關，對TUSC3基因與這些信號通路進行更詳盡的研究可提高癌癥的診斷方法和進行靶向治療，提高現(xiàn)有化療藥物的療效.

3 研究前景及展望

綜上所述，TUSC3基因功能主要與N-糖基化、鎂離子轉運以及MAPK通路和WNT通路激活有關.尤其是TUSC3基因作為細胞內質網N-糖基化相關蛋白的編碼基因，與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，及精神發(fā)育情況具有密切關系.雖然人們對TUSC3基因在精神發(fā)育遲滯、促進腫瘤發(fā)生發(fā)展方面的作用機制，以及癌癥預后等方面有了一定的了解；但關于TUSC3基因的更多功能及其調控腫瘤的發(fā)生機制等尚未完全闡明.由于細胞在ER應急狀態(tài)下，可誘導細胞自噬，而細胞自噬是細胞內重要的清除未正確折疊蛋白質的途徑，我們推測TUSC3的部分功能與細胞自噬有關.TUSC3通過ER應激參與細胞自噬的功能和機制的研究，可能是未來TUSC3研究的熱點問題.

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Advances of TUSC3 Gene

CHEN Yanling,LUO Jingjing,LI Guanwu
（DepartmentofBiochemistryandMolecularBiology,MedicalCollege,ShantouUniversity,Shantou515041,Guangdong,China）

TUSC3 gene was identified as a potential tumor suppressor gene on the chromosomal band 8p22.Silence of TUSC3 has been found in families with non-syndromic autosomal recessive mental retardation.However,the newly published research revealed that upregulation of TUSC3 was involved in the proliferation of human colon cancers.Here we reviewthe progress of TUSC3 gene researches including its functions,mechanisms and application in cancer.

TUSC3 gene;tumor-suppressor gene;N-glycosylation

R349.52

A

2016-06-24

陳彥玲（1995—），女，本科生，E-mail：14ylchen3@stu.edu.cn

李冠武（1970—），教授，碩士生導師.E-mail：gwli@stu.edu.cn

國家自然科學基金項目（81172089）

1001-4217（2017）02-0047-06