肿瘤转移抑制基因nm23与骨肉瘤
肿瘤转移抑制基因nm23与骨肉瘤
于秀淳 刘晓平
关键词：骨肉瘤；nm23(nonmetastasis23)；肿瘤转移抑制基因
肿瘤转移是恶性肿瘤的重要生物学行为，是恶性肿瘤治疗失败的重要原因，也是目前肿瘤研究中最重要而且又了解最少的一个方面。它由一系列复杂而有序的步骤所组成，一般分为四期：恶性肿瘤细胞从原发部位扩散到血液循环中；肿瘤细胞到达靶器官;肿瘤细胞浸润组织；肿瘤细胞在组织内扩增等。整个过程受与肿瘤发生所不同的一组基因控制，这些基因按其作用性质可分为正向作用的转移基因和反向作用的转移抑制基因。目前已分离出多种能抑制肿瘤转移的后选基因，其中研究最多和被认为最有前途的是nm23基因。nm23基因是美国国立癌症研究所的Steeg等[1]于1988年应用差异杂交(substractivehybridization)法，从鼠黑色素瘤细胞系cDNA文库4万个克隆中，筛选出24个cDNA克隆并将其作为探针，分别与7株具有不同转移能力的鼠K-1735黑色素瘤细胞的互补RNA杂交，结果发现只有第23个克隆显示与肿瘤转移能力密切相关，推测其具有抑制肿瘤细胞转移的能力，并命名为nm23(nonmetastasis23)。随后Leone等[2]的实验证实了nm23对肿瘤细胞转移的抑制作用。本文将对nm23基因的结构、功能、对肿瘤生物学行为的影响以及与骨肉瘤肺转移的关系进行综述。
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一、nm23基因的结构、产物及功能
人nm23基因分为nm23H1和nm23H2两个亚型，均定位于人17号染色体的着丝点附近，即17q21.3-22，它们被认为是具有不同调控方式的两种不同基因。其所编码的蛋白质为核苷二磷酸激酶(nucleosidediphosphatekinase,NDPK)，NDPK是一种广泛存在于人体内的多功能同质酶家族，主要定位于细胞浆，细胞核和膜仅有少量表达；由A、B两个亚基按不同比例形成六聚体，在不同的细胞环境发挥特异性功能；其中A亚基与nm23H1蛋白的氨基酸序列完全相同，而B亚基与nm23H2蛋白的氨基酸序列完全相同，证实了nm23基因的蛋白产物就是NDPK[3]。NDPK能将结合在蛋白质的二磷酸核苷(NDP)磷酸化为三磷酸核苷(NTP),调节细胞内的能量池大小，进而活化蛋白质，它被认为至少参与两个在肿瘤发育上起重要作用的功能[4,5]：微管的聚合和解聚以及G蛋白介导的细胞信号传导。微管的聚合和解聚需要由NDPK介导的转磷酸作用所提供的GTP，因此nm23蛋白的改变，一方面可能使微管聚合异常而引起减数分裂时纺锤体的异常，从而导致肿瘤细胞染色体非整倍体的形成，促进肿瘤的发展；另一方面，它可能通过影响细胞骨架而引起细胞运动，从而参与浸润转移过程和发育过程。NDPK的第二个功能是在信号传导过程中使GDP还原为GTP，从而使G蛋白激活，可以设想以这种方式能调节大量的蛋白介导的细胞信号传导反应，进而参与肿瘤的发生和发展。
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二、nm23基因对肿瘤细胞生物学行为的影响
肿瘤转移与细胞骨架形态和细胞表面结构改变关系密切,并且是一个复杂的过程。nm23基因参与这一过程;nm23基因的功能改变可导致正常作用途径紊乱，引起肿瘤形成和转移。
(一)nm23基因对肿瘤细胞运动的影响
细胞运动是肿瘤细胞转移克隆化的前提，nm23基因产物引起的细胞运动能力下降，可能是抑制肿瘤转移的基础。Kantor等[6]将nm23H1转染到MDA-MB-435和鼠K-1735细胞株后，这两种细胞失去了对各种化学诱导剂刺激引起的细胞运动反应能力，而且这种作用不能被蛋白激酶C的激活剂TPA所纠正。细胞固有的运动不受转染nm23H1的影响。显然，nm23的这种抑制外来刺激引起的细胞运动作用，不是发生在化学诱导剂与其特异受体结合的水平，而是在其下游控制细胞运动的信号传导途径上，是由于非NDPK磷酸化的影响所致的微管聚合及其稳定性改变的结果。
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(二)nm23基因对细胞表面分子的调节
粘附分子的变化在免疫细胞和肿瘤细胞跨上皮迁移过程中发挥重要作用。nm23通过粘附分子的调节呈现抗肿瘤转移作用，同时受多种细胞因子调节。Parhar等[7]发现鼠黑色素瘤细胞株B16F10转染nm23后，向肺转移的能力降低，并且可溶性细胞间粘附分子产生减少，细胞的肿瘤-靶结合结构(tumor-targetbinding,TTBs)的调节呈抗肿瘤转移作用，以及淋巴因子激活的LAK、NK等效应细胞的细胞毒作用的敏感性增强。
(三)nm23基因与细胞的生长、增殖和分化
Howlett等[8]将nm23H1cDNA转染MDA-MB-435乳腺癌细胞后，在人工构建的基底膜上进行培养，过度表达nm23蛋白的细胞重新获得了正常表型：形成腺体样结构，并有基底膜结构成分，分泌的层粘蛋白及唾液粘蛋白呈极性分布，细胞生长受到抑制。所以认为在生理条件下，nm23可对乳腺的生长、发育乃至分化进行调节。
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三、nm23基因与肿瘤转移的关系
nm23基因的低表达已经在多种高转移潜能的肿瘤中被证实，通过分析发现在乳腺癌、胃癌、肝癌、结肠癌、直肠癌、肺癌、甲状腺癌、前列腺癌、喉癌等，均发现nm23基因及其产物的低表达，与疾病的进展及高转移潜能呈明显负相关，且预后也较差，自然生存期和总生存期均较短。
Kodera等[9]研究了nm23表达与胃癌侵袭程度的关系。发现原位癌与对照的正常粘膜比较，nm23H1mRNA的表达无明显差异，而在胃癌伴有粘膜受侵袭或侵袭至邻近的脏器及伴有淋巴结转移的nm23mRNA明显低调节。同时发现，nm23H1mRNA在低分化腺癌比高分化的、中等分化的腺癌、乳头状腺癌明显低表达。Nakayama等[10]运用免疫组化的方法对原发肝癌(HCC)nm23/NDPK的表达进行研究，发现原发灶nm23表达明显低于癌旁组织，转移灶nm23表达比原发灶更低。表明nm23/NDPK的表达与HCC转移呈明显负相关，其表达降低将导致转移潜能增高。Heimann等[11]研究了163例未经治疗,无淋巴结转移的乳腺癌，结果发现nm23基因高表达的患者15年生存率明显高于低表达者,认为nm23基因对患者的远期生存率有极其重要作用；Scambia等[12]对106例卵巢癌进行了研究，显示淋巴结阴性的患者中nm23H1阳性表达率高于淋巴结阳性患者；许多学者[13-18]应用不同的方法对肝细胞癌、肺癌、喉癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、黑色素瘤、子宫内膜癌等从不同水平证明了上述结论;并且认为nm23基因表达可用于指导临床选择手术方式，作为判断治疗和预后的指标。然而在对部分甲状腺癌、结肠癌、直肠癌、胆囊癌的研究中,出现了与此相矛盾的结果。Haut等[19]对nm23在结肠癌组织和具有高转移潜能的人结肠癌培养细胞系的表达未发现明显异常。在早期结肠癌及结肠息肉中nm23的含量均高于正常粘膜。Fujii等[20]对107例胆囊癌的免疫组化研究中发现，nm23表达与肿瘤分级或浸润深度之间无明显相关性，在伴有和不伴有淋巴结转移的病例中，nm23表达阳性率分别为60%和74%，两者无明显差异，表明nm23蛋白与胆囊癌转移能力无关;与位于肿瘤中央的癌细胞相比，在癌巢边缘侵犯基质的肿瘤细胞中58%显示nm23免疫活性降低，仅7%的病例在癌巢边缘肿瘤细胞中nm23表达提高，说明nm23表达降低可能在局部侵犯中起作用。对出现如此不同的结果，可能的解释是：由于特定组织的调节机制不同，导致nm23在不同病期的非均一性。另一种可能是由于这些肿瘤的nm23异构体存在。另外那些具有高转移潜能的肿瘤细胞nm23的高表达属于突变型还是野生型都有待于进一步探讨。Slamon[21]认为，进一步研究nm23的预后价值须扩大研究的样本，并进行多变量分析，以确定nm23是否能作为一个独立的预后指标；研究的方法和试剂必须标准化，以提高实验的可重复性和结果的可比性。
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四、nm23基因与骨肉瘤肺转移的关系
骨肉瘤是最常见的恶性骨肿瘤，尽管近年来新辅助化疗的临床应用及手术治疗的规范化，使骨肉瘤的五年生存率有了明显提高，但早期肺转移仍然是进一步提高骨肉瘤五年生存率的最大障碍。nm23基因的发现及其与其他恶性肿瘤术后转移关系的研究结果,使从事骨肿瘤研究的临床医生和病理学家看到了阐明骨肉瘤肺转移机制的希望,然而结果并非如此。
Honoki等[22]应用NorthernBlot检测nm23/NDPK在移植性鼠骨肉瘤中的转录水平，发现nm23/NDPK在高转移能力骨肉瘤中的转录水平明显高于低转移能力的骨肉瘤，而且随着肺转移灶数目的增加，nm23的表达水平也升高；未发现原发灶与肺转移灶之间NDPK的表达水平存有差异。Oda等[23]应用免疫组化方法对nm23在72例恶性骨肿瘤的表达进行了研究，其中骨肉瘤44例，结果发现骨肉瘤组织中nm23的表达水平明显高于良性骨肿瘤；nm23的表达水平与组织学类型无关；尽管治疗方法不同，但nm23的表达与骨肉瘤肺转移无相关性；对6例骨肉瘤原发灶与肺转移灶nm23表达的对比观察，得出了与Honoki相同的结果。哈力南等[24]应用nm23H1mRNA原位杂交及单克隆抗体免疫组化的方法对8例骨肉瘤标本进行了研究，nm23H1mRNA原位杂交结果发现8例骨肉瘤标本中6例为阳性;而单克隆抗体免疫组化分析结果发现其中7例为阳性；对1例骨母细胞型骨肉瘤患者的原发灶与转移灶分别进行了mRNA原位杂交和nm23H1mRNA单克隆抗体免疫组化分析，结果未发现原发灶与转移灶之间存有差异，因此认为nm23基因与骨肉瘤肺转移无相关性。廖威明等[25]应用nm23多克隆抗体对39例骨肉瘤标本进行免疫组化分析，发现19例为阳性(48.7%)，nm23的蛋白表达与骨肉瘤的病理分级、分型，肿瘤大小以及肺转移无相关性，并且发现有nm23蛋白表达的骨肉瘤具有较高的肺转移倾向，认为nm23基因在骨肉瘤中并无抑制肿瘤转移的作用。我们应用免疫组化的方法对33例骨肉瘤标本nm23蛋白表达的分析结果进一步证实了上述结论[26]。
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目前对nm23基因与骨肉瘤肺转移关系的研究结果均表明,该基因在骨肉瘤中无转移抑制基因的功能，这是否与骨肉瘤组织结构的特性有关，尚有待于进一步研究。我们相信随着对nm23基因与骨肉瘤肺转移关系研究的进一步深入,必将阐明该基因在骨肉瘤发生、发展中的作用。
作者单位：于秀淳(250031 济南军区总医院骨病科)
刘晓平(250031 济南军区总医院骨病科)
参考文献
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于秀淳 刘晓平
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一、nm23基因的结构、产物及功能
人nm23基因分为nm23H1和nm23H2两个亚型，均定位于人17号染色体的着丝点附近，即17q21.3-22，它们被认为是具有不同调控方式的两种不同基因。其所编码的蛋白质为核苷二磷酸激酶(nucleosidediphosphatekinase,NDPK)，NDPK是一种广泛存在于人体内的多功能同质酶家族，主要定位于细胞浆，细胞核和膜仅有少量表达；由A、B两个亚基按不同比例形成六聚体，在不同的细胞环境发挥特异性功能；其中A亚基与nm23H1蛋白的氨基酸序列完全相同，而B亚基与nm23H2蛋白的氨基酸序列完全相同，证实了nm23基因的蛋白产物就是NDPK[3]。NDPK能将结合在蛋白质的二磷酸核苷(NDP)磷酸化为三磷酸核苷(NTP),调节细胞内的能量池大小，进而活化蛋白质，它被认为至少参与两个在肿瘤发育上起重要作用的功能[4,5]：微管的聚合和解聚以及G蛋白介导的细胞信号传导。微管的聚合和解聚需要由NDPK介导的转磷酸作用所提供的GTP，因此nm23蛋白的改变，一方面可能使微管聚合异常而引起减数分裂时纺锤体的异常，从而导致肿瘤细胞染色体非整倍体的形成，促进肿瘤的发展；另一方面，它可能通过影响细胞骨架而引起细胞运动，从而参与浸润转移过程和发育过程。NDPK的第二个功能是在信号传导过程中使GDP还原为GTP，从而使G蛋白激活，可以设想以这种方式能调节大量的蛋白介导的细胞信号传导反应，进而参与肿瘤的发生和发展。
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二、nm23基因对肿瘤细胞生物学行为的影响
肿瘤转移与细胞骨架形态和细胞表面结构改变关系密切,并且是一个复杂的过程。nm23基因参与这一过程;nm23基因的功能改变可导致正常作用途径紊乱，引起肿瘤形成和转移。
(一)nm23基因对肿瘤细胞运动的影响
细胞运动是肿瘤细胞转移克隆化的前提，nm23基因产物引起的细胞运动能力下降，可能是抑制肿瘤转移的基础。Kantor等[6]将nm23H1转染到MDA-MB-435和鼠K-1735细胞株后，这两种细胞失去了对各种化学诱导剂刺激引起的细胞运动反应能力，而且这种作用不能被蛋白激酶C的激活剂TPA所纠正。细胞固有的运动不受转染nm23H1的影响。显然，nm23的这种抑制外来刺激引起的细胞运动作用，不是发生在化学诱导剂与其特异受体结合的水平，而是在其下游控制细胞运动的信号传导途径上，是由于非NDPK磷酸化的影响所致的微管聚合及其稳定性改变的结果。
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(二)nm23基因对细胞表面分子的调节
粘附分子的变化在免疫细胞和肿瘤细胞跨上皮迁移过程中发挥重要作用。nm23通过粘附分子的调节呈现抗肿瘤转移作用，同时受多种细胞因子调节。Parhar等[7]发现鼠黑色素瘤细胞株B16F10转染nm23后，向肺转移的能力降低，并且可溶性细胞间粘附分子产生减少，细胞的肿瘤-靶结合结构(tumor-targetbinding,TTBs)的调节呈抗肿瘤转移作用，以及淋巴因子激活的LAK、NK等效应细胞的细胞毒作用的敏感性增强。
(三)nm23基因与细胞的生长、增殖和分化
Howlett等[8]将nm23H1cDNA转染MDA-MB-435乳腺癌细胞后，在人工构建的基底膜上进行培养，过度表达nm23蛋白的细胞重新获得了正常表型：形成腺体样结构，并有基底膜结构成分，分泌的层粘蛋白及唾液粘蛋白呈极性分布，细胞生长受到抑制。所以认为在生理条件下，nm23可对乳腺的生长、发育乃至分化进行调节。
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三、nm23基因与肿瘤转移的关系
nm23基因的低表达已经在多种高转移潜能的肿瘤中被证实，通过分析发现在乳腺癌、胃癌、肝癌、结肠癌、直肠癌、肺癌、甲状腺癌、前列腺癌、喉癌等，均发现nm23基因及其产物的低表达，与疾病的进展及高转移潜能呈明显负相关，且预后也较差，自然生存期和总生存期均较短。
Kodera等[9]研究了nm23表达与胃癌侵袭程度的关系。发现原位癌与对照的正常粘膜比较，nm23H1mRNA的表达无明显差异，而在胃癌伴有粘膜受侵袭或侵袭至邻近的脏器及伴有淋巴结转移的nm23mRNA明显低调节。同时发现，nm23H1mRNA在低分化腺癌比高分化的、中等分化的腺癌、乳头状腺癌明显低表达。Nakayama等[10]运用免疫组化的方法对原发肝癌(HCC)nm23/NDPK的表达进行研究，发现原发灶nm23表达明显低于癌旁组织，转移灶nm23表达比原发灶更低。表明nm23/NDPK的表达与HCC转移呈明显负相关，其表达降低将导致转移潜能增高。Heimann等[11]研究了163例未经治疗,无淋巴结转移的乳腺癌，结果发现nm23基因高表达的患者15年生存率明显高于低表达者,认为nm23基因对患者的远期生存率有极其重要作用；Scambia等[12]对106例卵巢癌进行了研究，显示淋巴结阴性的患者中nm23H1阳性表达率高于淋巴结阳性患者；许多学者[13-18]应用不同的方法对肝细胞癌、肺癌、喉癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、黑色素瘤、子宫内膜癌等从不同水平证明了上述结论;并且认为nm23基因表达可用于指导临床选择手术方式，作为判断治疗和预后的指标。然而在对部分甲状腺癌、结肠癌、直肠癌、胆囊癌的研究中,出现了与此相矛盾的结果。Haut等[19]对nm23在结肠癌组织和具有高转移潜能的人结肠癌培养细胞系的表达未发现明显异常。在早期结肠癌及结肠息肉中nm23的含量均高于正常粘膜。Fujii等[20]对107例胆囊癌的免疫组化研究中发现，nm23表达与肿瘤分级或浸润深度之间无明显相关性，在伴有和不伴有淋巴结转移的病例中，nm23表达阳性率分别为60%和74%，两者无明显差异，表明nm23蛋白与胆囊癌转移能力无关;与位于肿瘤中央的癌细胞相比，在癌巢边缘侵犯基质的肿瘤细胞中58%显示nm23免疫活性降低，仅7%的病例在癌巢边缘肿瘤细胞中nm23表达提高，说明nm23表达降低可能在局部侵犯中起作用。对出现如此不同的结果，可能的解释是：由于特定组织的调节机制不同，导致nm23在不同病期的非均一性。另一种可能是由于这些肿瘤的nm23异构体存在。另外那些具有高转移潜能的肿瘤细胞nm23的高表达属于突变型还是野生型都有待于进一步探讨。Slamon[21]认为，进一步研究nm23的预后价值须扩大研究的样本，并进行多变量分析，以确定nm23是否能作为一个独立的预后指标；研究的方法和试剂必须标准化，以提高实验的可重复性和结果的可比性。
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四、nm23基因与骨肉瘤肺转移的关系
骨肉瘤是最常见的恶性骨肿瘤，尽管近年来新辅助化疗的临床应用及手术治疗的规范化，使骨肉瘤的五年生存率有了明显提高，但早期肺转移仍然是进一步提高骨肉瘤五年生存率的最大障碍。nm23基因的发现及其与其他恶性肿瘤术后转移关系的研究结果,使从事骨肿瘤研究的临床医生和病理学家看到了阐明骨肉瘤肺转移机制的希望,然而结果并非如此。
Honoki等[22]应用NorthernBlot检测nm23/NDPK在移植性鼠骨肉瘤中的转录水平，发现nm23/NDPK在高转移能力骨肉瘤中的转录水平明显高于低转移能力的骨肉瘤，而且随着肺转移灶数目的增加，nm23的表达水平也升高；未发现原发灶与肺转移灶之间NDPK的表达水平存有差异。Oda等[23]应用免疫组化方法对nm23在72例恶性骨肿瘤的表达进行了研究，其中骨肉瘤44例，结果发现骨肉瘤组织中nm23的表达水平明显高于良性骨肿瘤；nm23的表达水平与组织学类型无关；尽管治疗方法不同，但nm23的表达与骨肉瘤肺转移无相关性；对6例骨肉瘤原发灶与肺转移灶nm23表达的对比观察，得出了与Honoki相同的结果。哈力南等[24]应用nm23H1mRNA原位杂交及单克隆抗体免疫组化的方法对8例骨肉瘤标本进行了研究，nm23H1mRNA原位杂交结果发现8例骨肉瘤标本中6例为阳性;而单克隆抗体免疫组化分析结果发现其中7例为阳性；对1例骨母细胞型骨肉瘤患者的原发灶与转移灶分别进行了mRNA原位杂交和nm23H1mRNA单克隆抗体免疫组化分析，结果未发现原发灶与转移灶之间存有差异，因此认为nm23基因与骨肉瘤肺转移无相关性。廖威明等[25]应用nm23多克隆抗体对39例骨肉瘤标本进行免疫组化分析，发现19例为阳性(48.7%)，nm23的蛋白表达与骨肉瘤的病理分级、分型，肿瘤大小以及肺转移无相关性，并且发现有nm23蛋白表达的骨肉瘤具有较高的肺转移倾向，认为nm23基因在骨肉瘤中并无抑制肿瘤转移的作用。我们应用免疫组化的方法对33例骨肉瘤标本nm23蛋白表达的分析结果进一步证实了上述结论[26]。
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目前对nm23基因与骨肉瘤肺转移关系的研究结果均表明,该基因在骨肉瘤中无转移抑制基因的功能，这是否与骨肉瘤组织结构的特性有关，尚有待于进一步研究。我们相信随着对nm23基因与骨肉瘤肺转移关系研究的进一步深入,必将阐明该基因在骨肉瘤发生、发展中的作用。
作者单位：于秀淳(250031 济南军区总医院骨病科)
刘晓平(250031 济南军区总医院骨病科)
参考文献
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