NM23基因的研究進(jìn)展

在我國(guó)，近幾年腫瘤的發(fā)病率和死亡率都呈增加趨勢(shì)，惡性腫瘤對(duì)人類(lèi)健康已造成嚴(yán)重的威脅。侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的重要生物學(xué)特性，也是導(dǎo)致腫瘤患者治療失敗及死亡的主要原因。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者一直致力于腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移早期診斷的研究，以最大限度的改善患者的預(yù)后，提高生存率。nm23基因具有腫瘤轉(zhuǎn)移抑制作用，其mrna或其基因產(chǎn)物的低表達(dá)與腫瘤轉(zhuǎn)移具有很高的相關(guān)性，因此，作為腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因，nm23基因一直是個(gè)研究熱點(diǎn)，本文就nm23的基礎(chǔ)研究情況及臨床研究意義作一綜述。?1nm23基因的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)?nm23基因是1988年美國(guó)國(guó)立癌癥研究所的steeg[1]等，首先從7株轉(zhuǎn)移潛能不同的小鼠黑色素瘤k-1735細(xì)胞系中，用差示雜交(differentialhybridization)等技術(shù)篩選鑒定的一種與腫瘤轉(zhuǎn)移能力相關(guān)的基因，他們發(fā)現(xiàn)2個(gè)低轉(zhuǎn)移細(xì)胞株比5個(gè)高轉(zhuǎn)移細(xì)胞株的雜交信號(hào)高10倍，并且，這7個(gè)癌細(xì)胞克隆對(duì)巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的敏感性無(wú)顯著差別，提示這些癌細(xì)胞克隆在轉(zhuǎn)移能力上的差別與鼠體免疫功能無(wú)關(guān)，他們將此基因命名為nm23(non-metastatic,第23株被檢測(cè)的基因克隆)。該基因廣泛存在于包括細(xì)菌、酵母、植物、果蠅、鼠和人類(lèi)在內(nèi)的多種生物物種中，是一個(gè)具有高度同源性的保守基因家族。?迄今為止，nm23基因家族已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了9個(gè)成員，分別是nm23-h1到nm23-h9,它們編碼11個(gè)蛋白[2]。根據(jù)發(fā)生系統(tǒng)和線(xiàn)性序列，該基因家族又可以分為兩組[3]。第一組包括nm23-h1~nm23-h4，第二組包括nm23-h5~nm23-h9。其中，第一組具有類(lèi)似的基因組結(jié)構(gòu)和由4~6個(gè)單聚體折疊而成的三維結(jié)構(gòu)，其ndp激酶區(qū)域都具有催化活性。第二組的基因序列存在較大的差異，編碼蛋白的活性區(qū)域也不是嚴(yán)格的保守位點(diǎn)。因此，除nm23-h6外，第二組只具有ndp結(jié)構(gòu)區(qū)域而缺乏ndp激酶活性，此外，nm23-h5、h7、h8、h9都表現(xiàn)出組織特異性，主要分布于睪丸與精母細(xì)胞中。?1989年，rosengard等發(fā)現(xiàn)了nm23-h1基因，該基因定位于人類(lèi)17號(hào)染色體(17q21．3~22)，長(zhǎng)度為18kb，含有5個(gè)外顯子及4個(gè)內(nèi)含子。編碼蛋白的分子量分別為18．5kd和17kd，主要位于細(xì)胞漿和細(xì)胞核，也可見(jiàn)于細(xì)胞膜[1]。該基因的全部編碼區(qū)由533個(gè)核苷酸組成，編碼的蛋白質(zhì)含有152個(gè)氨基酸。國(guó)內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)研究證明，在人類(lèi)的許多惡性腫瘤中nm23-h1等位基因的缺失與腫瘤轉(zhuǎn)移潛能呈明顯負(fù)相關(guān)。nm23基因的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制作用主要由nm23-h1發(fā)揮的。?1991年，stahl等[4]用鼠pnm23篩選人類(lèi)成纖維細(xì)胞cdna文庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了nm-h2基因。nm23-h2基因定位于17號(hào)染色體(17q21．3~22)，與nm23-h1基因相隔4kb。所編碼的蛋白產(chǎn)物其氨基酸序列與nm23-h1基因產(chǎn)物有88%的同源性，其蛋白高保守區(qū)有98%同源性，而兩基因在3’、5’端非翻譯區(qū)核苷酸序列同源性不到50%。nm23-h1和nm-h2基因編碼蛋白與核苷二磷酸激酶(ndpk)的a、b亞基分別相對(duì)應(yīng)，編碼蛋白的氨基酸序列與ndpk亞基的同源性分別為89%和97%,其分子量分別為17143da和1729da。nm23-h2基因被認(rèn)為具有上調(diào)c-myc的轉(zhuǎn)錄因子的作用，可能在細(xì)胞增殖方面發(fā)揮作用。postel[5]等研究證明nm23-h2蛋白就是c-myc基因轉(zhuǎn)錄因子(purinebindingtranscriptionfactor,puf)。?1995年，ventureth等從人慢性粒細(xì)胞白血病危象中分離出nm23-h3(dr-nm23)基因。dr-nm23定位于染色體16q13，基因全長(zhǎng)1．5kb，有6個(gè)外顯子和5個(gè)內(nèi)含子。該基因與nm23-h1、nm23-h2基因高度同源，只是在氨基末端多了17個(gè)氨基酸，這些氨基酸組成疏水基團(tuán)，位于表面使ndpkc具有膜鏈接活性[6]。dr-nm23過(guò)度表達(dá)可以抑制由粒細(xì)胞集落刺激因子刺激的骨髓干細(xì)胞的粒細(xì)胞分化并誘導(dǎo)凋亡。1997年robert等報(bào)告，dr-nm23不僅局限于造血細(xì)胞，在一系列實(shí)體腫瘤細(xì)胞系中，包括乳腺、結(jié)腸、前列腺及惡性膠質(zhì)瘤，發(fā)現(xiàn)了dr-nm23的存在。?1997年，nilon[7]在篩選人胃cdna文庫(kù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了nm23-h4.nm23-h4基因定位于染色體16q13．3，基因產(chǎn)物為含有18個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，該基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物具有和ndpk相同的功能區(qū)域，含有與核苷酸結(jié)合、催化相關(guān)的全部關(guān)鍵性氨基酸殘基，具有ndpk活性。另外，nm23-h4蛋白還含有其他的氨基末端區(qū)，該區(qū)域富含帶正電荷的殘基，可能與線(xiàn)粒體間的能量傳遞有關(guān)。?1998年，munier等[8]在睪丸胚胎細(xì)胞癌中發(fā)現(xiàn)了nm23-h5基因。該基因定位于染色體5q23-31。其基因編碼蛋白含有212個(gè)氨基酸，與nm23基因家族其他成員所編碼的ndpk有27%~31%的一致性。nm23-h5基因轉(zhuǎn)錄出1．1kb的產(chǎn)物，分別在睪丸、精子、精母細(xì)胞中特異表達(dá)。munier等人運(yùn)用原位雜交證實(shí)nm23-h5的mrna在精子發(fā)生的早期就已經(jīng)存在，又鑒于nm23-h5mrna不存在與成熟卵巢中，且在第一次減數(shù)分裂中也缺乏，可以推測(cè)nm23-h5蛋白在精子細(xì)胞發(fā)生的早期發(fā)揮著重要的作用。?nm23-h6基因定位于染色體3q21．3。其基因產(chǎn)物高度表達(dá)于心臟、胎盤(pán)、骨骼肌以及某些癌細(xì)胞中。tsuiki等[9]用免疫學(xué)定位及細(xì)胞碎片研究發(fā)現(xiàn)nm23-h6蛋白存在于線(xiàn)粒體中，并且用cre-loxp基因活化體系(cre-loxpgeneactivationsystem)誘導(dǎo)saos2細(xì)胞nm23-h6蛋白過(guò)表達(dá)，可以導(dǎo)致這些細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制以及形成多核細(xì)胞。流式細(xì)胞分析也表明，誘導(dǎo)nm23-h6過(guò)表達(dá)后，除出現(xiàn)多核細(xì)胞外，細(xì)胞核中含有多于4ndna水平的細(xì)胞所占比例也在細(xì)胞生長(zhǎng)方面及細(xì)胞周期過(guò)程中發(fā)揮作用。?nm23-h7在睪丸組織特異表達(dá)，其cdna編碼蛋白含有376個(gè)氨基酸。nm23-h7的c端含有3個(gè)ndp激酶結(jié)構(gòu)域，n端含有3個(gè)dm10結(jié)構(gòu)域。nm23-h7可能與微管ndpk系統(tǒng)的調(diào)節(jié)有關(guān)，從而影響微管的滑動(dòng)[10]。?nm23-h8蛋白是一種具有組織分布特異性的蛋白,主要存在于精子細(xì)胞中,所以也被稱(chēng)作sptrx-2蛋白。nm23-h8所編碼的蛋白由588個(gè)氨基酸組成，具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域：n-端包含105個(gè)殘基的硫氧還原蛋白結(jié)構(gòu)域；c-端包含3個(gè)重復(fù)的ndp激酶的結(jié)構(gòu)域。nm23-h8基因位于7號(hào)染色體(7p13-14)，跨越51kb包含17個(gè)外顯子。nm23-h8mrna在睪丸組織內(nèi)特異表達(dá)，主要存在于初級(jí)精母細(xì)胞[11]。antoniomiranda-vizuete等在對(duì)克隆小鼠的睪丸nm23-h8cdna表達(dá)量的動(dòng)態(tài)觀察中確認(rèn)nm23-h8是精細(xì)胞纖維鞘的一部分。鑒于精液特異表達(dá)nm23-h8，結(jié)合其染色體的位置分布，christinem.sadek等[12]認(rèn)為nm23-h8可能與微管異常和男性不育癥的表現(xiàn)(如：原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)不良癥)有關(guān)，同時(shí)認(rèn)為nm23-h8可能是精子的一種有機(jī)組成部分。antoniomiranda-vizuete等[13]認(rèn)為nm23-h8可能與一系列生殖功能和過(guò)程有關(guān)，包括：附睪內(nèi)精子的成熟，精子的過(guò)動(dòng)現(xiàn)象和獲能過(guò)程，受精過(guò)程以及合子的發(fā)育。?nm23-h9是一種融合蛋白，其基因區(qū)域位于染色體的3q22-23，基因全長(zhǎng)28kbp，有11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)顯子組成。在人的睪丸和肺組織中含量最高，屬于第二類(lèi)的nm23蛋白家族，與微管的連接活動(dòng)密切相關(guān)，在其n端具有硫氧還原蛋白的結(jié)構(gòu)域緊接著的是ndp激酶區(qū)域。nm23-h9是人體中第二種同時(shí)包含ndp和硫氧還原結(jié)構(gòu)單位的蛋白，因此又被成為硫氧還原樣蛋白(txl-2)。nm23-h9與nm23-h8有著高度的同源性，所不同的是在nm23-h8的硫氧還原蛋白結(jié)構(gòu)域后連接著三個(gè)ndp激酶結(jié)構(gòu)域。在人類(lèi)txl-2mrna的3-utr包含重復(fù)短片段元件的插入序列，經(jīng)證實(shí)為alu家族跨越1156-1439這段堿基。有意思的是，在nm23-h6的mrna的3-utr也存在著有同樣的重復(fù)序列，在靠近c(diǎn)-端的ndp激酶結(jié)構(gòu)域附近出現(xiàn)類(lèi)似結(jié)構(gòu)提示它與nm23家族的ndp激酶活性有可能有關(guān)聯(lián)[14]。?2nm23基因生物學(xué)特點(diǎn)?nm23基因是一個(gè)多功能基因，除了具有腫瘤轉(zhuǎn)移抑制作用，對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、個(gè)體發(fā)育也具有調(diào)控功能。這些功能可能是由nm23蛋白參與微管聚合與解聚、囊泡運(yùn)輸和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過(guò)程[19]介導(dǎo)的。nm23家族蛋白產(chǎn)物都具有ndpk活性，能通過(guò)一種乒乓機(jī)制將5’ntp的γ-磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到5’ndp上。因此推測(cè)nm23基因以ndpk介導(dǎo)的轉(zhuǎn)磷酸作用為微管聚合和解聚提供必須的gtp,并對(duì)正常的紡錘體形成有維持作用，若nm23基因發(fā)生變化則容易導(dǎo)致癌細(xì)胞染色體非整倍體的形成，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。在9個(gè)家族成員中，轉(zhuǎn)移抑制功能主要由nm23-h1和nm23-h2體現(xiàn)。而dr-nm23與細(xì)胞分化關(guān)系較為密切；nm23-h4基因產(chǎn)物ndpk-d在細(xì)胞線(xiàn)粒體中表達(dá)，氨基酸序列與nm23-h1和nm23-h2基因產(chǎn)物ndpk-a、ndpk-b有58%~59%的同源性[20]；nm23-h5、nm23-h7、nm23-h8在睪丸，尤其是生殖細(xì)胞、精母細(xì)胞和精原細(xì)胞中特異表達(dá)，可能與精子的發(fā)生和發(fā)育有關(guān)；此外nm23-h8、nm23-h9都具有氧硫還原蛋白結(jié)構(gòu)域，多在鞭毛和纖毛結(jié)構(gòu)中表達(dá)，與細(xì)胞的分化與運(yùn)動(dòng)相關(guān)。?3nm23基因和腫瘤的關(guān)系?3．6nm23與胃癌最近一個(gè)對(duì)人類(lèi)胃癌和結(jié)腸癌nm23家族中nm23-h4、nm23-h6和nm23-h7表達(dá)的研究利用定量rt-pcr和免疫組化檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)成員在人類(lèi)胃癌和結(jié)腸癌組織表達(dá)量比正常組織高，尤其是nm23-h4、nm23-h7，在胃癌組織的腸道腫塊中大量表達(dá)，而在轉(zhuǎn)移的腫瘤標(biāo)本中表達(dá)量沒(méi)有上升。因此推測(cè)，nm23-h4、nm23-h7可能與胃癌和結(jié)腸癌細(xì)胞分化相關(guān)，而與轉(zhuǎn)移抑制無(wú)明顯相關(guān)性。?3．7nm23與乳腺癌sirotkovic等應(yīng)用免疫組化技術(shù)檢測(cè)了良、惡性乳腺癌標(biāo)本中nm23蛋白的表達(dá)，結(jié)果顯示兩組的陽(yáng)性率無(wú)顯著性差異，但在惡性組中nm23表達(dá)與乳腺癌的大小及轉(zhuǎn)移率呈負(fù)相關(guān)。?3．8nm23與宮頸癌周正平等學(xué)者在宮頸鱗癌的研究中發(fā)現(xiàn)，nm23蛋白在宮頸鱗癌組織中的陽(yáng)性表達(dá)與在正常宮頸鱗狀上皮中的不表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)急文，但與cin中的表達(dá)無(wú)顯著性，與病理學(xué)分級(jí)、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)。這表明nm23-h1基因參與了宮