崔逸峰 宋瑞鹏 郭 晓 综述 陆朝阳 审校

CST1基因在肿瘤中的研究进展

崔逸峰 宋瑞鹏 郭 晓 综述 陆朝阳 审校

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin，CST)是对半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用的一类蛋白质，广泛分布于人体体液和分泌液中。目前研究表明CST超家族与肿瘤之间具有密切联系，其中，半胱氨酸蛋白酶抑制剂SN(Cystatin SN)为CST1基因所表达的产物，在多种肿瘤中表达异常。但其对肿瘤的发生发展以及侵袭转移等作用的具体机制目前尚不明确。本文通过对近年来国内外相关文献进行回顾性分析，对CST1基因在肿瘤中的研究进展做一综述。

半胱氨酸蛋白酶抑制剂；半胱氨酸蛋白酶抑制剂SN；肿瘤

半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin，CST)最初是由Anastasi[1]等利用亲和层析法首次在鸡蛋清中得到的一类蛋白质。该蛋白质对半胱氨酸蛋白酶具有抑制作用，因此被命名为半胱氨酸蛋白酶抑制剂。后期的研究发现，半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族，根据其分子结构的不同，可将其分成三大类[2]：(1)Stefins家族：主要为细胞内蛋白，由约100个氨基酸构成，分子量约为11～12 kD，不含二硫键和糖基，这类分子包括人stefinA、B等；(2)Cystatins家族：为分泌性蛋白质，由约120个氨基酸构成，分子量约13～14 kD，部分成员含有糖基，C末端含有两个特征性的链内二硫键，N末端带有19～28个氨基酸的信号肽[3]，这类分子包括人CystatinC、D、S、SA、SN；(3)Kininogens家族：也称激肽原，分布于血管内、血浆、关节液及羊水中，分子量约为60～120 kD，分为H-kininogen、L-kininogen及T-kininogen。近来国内外大量研究结果显示CST1基因与肿瘤的发生发展有着密切的联系，现对CST1基因在肿瘤增殖、侵袭转移的研究做一综述。

1 CST1基因的特点

半胱氨酸蛋白酶抑制剂SN(Cystatin SN)是由CST1基因所编码的分泌肽，其相对分子量约为14 kD。于1986年由研究者通过离子交换层析分离获得[4]。CST1基因所转录出的mRNA含有3个外显子和2个内含子，翻译出含有121个氨基酸残基的分泌性蛋白质。属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族中的2型亚家族，该亚家族系列变异多，包含多种类型的CST蛋白，而且分布极为广泛，该类蛋白质包括7个基因，均定位于常染色体20p11.2 300 kb的区域内，能够编码一种分泌肽前导序列并且具有70%以上的核苷酸相似度[5-6]。该家族包括大量同源性蛋白酶抑制剂，而且每个成员都拥有至少一个Cystatins结构域，该结构域为Cystatin的活性区域，典型的Cystatins结构域是由约100个氨基酸残基所构成一个楔形结构，该结构能够与半胱氨酸蛋白酶的活性部位相结合，从而抑制半胱氨酸蛋白酶的水解酶活性。CST蛋白广泛分布于人体体液和分泌液中，如唾液、泪液、尿液和精液中。但是在其他正常组织中表达极低甚至不表达，而CST1蛋白仅分布于颌下腺、胆囊以及子宫[7]。

2 CST1基因与肿瘤

恶性肿瘤的发生发展与基因的突变、基因表达的异常有着密不可分的关系，随着对肿瘤与基因之间关系的研究不断深入，现已初步获悉部分恶性肿瘤的发生机制，但恶性肿瘤的周围浸润及远处转移仍是当代医学治疗恶性肿瘤的一大棘手难题。而最近大量研究表明[8-10]，CST1基因的过度表达在恶性肿瘤的增殖、浸润及转移方面起到关键的作用。

2.1 CST1基因与肿瘤的诊断

Yoneda等[8]在结肠癌的研究中发现，CST1蛋白可以作为早期诊断结肠癌的一项分子生物学指标，并且该指标可以在结肠癌患者的尿液中检测出来。其研究的数据显示CST1蛋白检测结肠癌的敏感性和特异性分别为27.7%和95.0%。联合CEA和CA19-9其诊断敏感性可达62.9%，特异性为90.0%，对早期结肠癌的诊断有着突破性的意义。

2.2 CST1基因与Wnt信号通路

肿瘤是一类细胞增殖周期调控紊乱性疾病，信号通路在肿瘤的增殖、侵袭、转移等作用以及治疗中起到关键的调节点。Wnt信号通路与细胞的生长、发育和增殖有着紧密的联系，该信号通路的变异、异常激活与肿瘤的发生发展有关。Wnt信号通路中有两个重要信号分子，分别为β-链蛋白(β-Catenin)和T细胞因子(TCF)。β-Catenin作为具有多种功能的蛋白质，其主要作用一方面同上皮钙黏素(E-cadherin)结合构成细胞之间的连接；另一方面与TCF形成复合物，能够转移活化增殖基因、激活Wnt信号通路下游靶基因转录[9]。有研究表明，在卵巢子宫内膜样腺癌中，CST1是Wnt信号通路的下游调控位点[10]。研究中，当含有荧光素酶报告基因的CST1在卵巢癌细胞系——293细胞中稳定表达时，具有活性的突变体β-Catenin能够高强度地刺激该基因；而在CST1启动子中4个可能与TCF结合的部位发生突变，则会彻底失去其对β-Catenin的激活反应，与比较完整的CST1启动子片段相比，其他结构突变和缺失的启动子片段都表现出含有荧光素酶报告基因的活性降低。因此，CST1受到Wnt信号的激活调控，参与Wnt通路的下游信号，并进一步调控肿瘤细胞增殖。

2.3 CST1基因与肿瘤增殖

Choi等[11]研究表明，在胃癌中CST1基因的表达异常增高，通过小干扰RNA(siRNA)转染方法，沉默表达后的细胞数量低于对照组的细胞数量，表明CST1对胃癌细胞的增殖起到促进的作用。过表达的CST1可能参与TCF因子信号靶点促进胃癌细胞的增殖。在胰腺癌的研究中，沉默CST1基因后，促进肿瘤细胞增殖的基因，如增殖细胞核抗原(PNCA)以及磷酸化Akt(p-Akt)的表达也均有所降低。同时，与细胞恶性程度相关的蛋白，如细胞周期蛋白D1(cyclin D1)、细胞周期蛋白A2(cyclin A2)和细胞周期蛋白E(cyclin E)的表达水平也明显降低。在裸鼠皮下转移瘤模型中，将沉默CST1的PANC-1细胞做为实验组，种植皮下瘤一周后测量肿瘤大小，实验组肿瘤体积明显小于对照组肿瘤体积，说明CST1与胰腺癌的增殖密切相关[12]。

2.4 CST1基因与肿瘤转移

肖建如教授[13]通过体外筛选及培养，最终获得肺癌脊柱转移性最强的细胞系A549L6，并用RNA序列分析研究其如何被诱导侵袭转移。分析发现许多与癌症相关的基因都有所改变，其中CA12-5、CST1以及VEGFC的高表达，对肿瘤短期复发有着促进和诱导的作用，说明CST1基因的表达与恶性肿瘤的远处转移有着密切关系。当今医疗技术手段中，手术是治疗恶性肿瘤，改善患者生活质量，提高患者生存率有效且可行的办法。但是对于一些恶性肿瘤晚期的患者，因为肿瘤已有周围浸润或远处转移，丧失了手术根治的最佳时期，只能行姑息性切除。所以恶性肿瘤的周围浸润及远处转移仍然是当代医学治疗恶性肿瘤的一大棘手难题，同时也是导致手术失败、患者生存率低以及死亡的主要原因。因此，CST1对肿瘤侵袭转移的机制研究透彻后，将有望通过分子免疫、靶向药物等手段提高患者的治愈率以及远期生存率。但目前国内外研究中，尚无相关机制的研究。

3 CST1基因与肿瘤患者预后

3.1 CST1基因与肺癌预后的关系

中山大学的专家们做了一项关于174名非小细胞肺癌(NSCLC)患者的回顾性研究。研究中[14]，绘制患者复发及转移危险比曲线，Cystatin SN高表达组与低表达组相比，有明显增高的复发率，尤其术后第三年高表达组复发比率最高，在所有非小细胞肺癌患者中两组复发率差异具有统计学意义(P<0.001)，单独分析肺腺癌患者中，同样具有显著差异(P<0.004)，然而在肺鳞状细胞癌患者中却没有统计学意义(P=0.093)。绘制患者生存曲线，同样发现无瘤生存期与总体生存期在高表达组与低表达组之间有显著差异(P<0.001)，肺腺癌中也同样如此(P=0.004)。并CST1可以作为独立的预后评估因素。而且最后推测CST1的表达不仅受CST1基因扩增的调控，同时还受到其他分子机制的调控，如转录调节。

3.2 CST1基因与食管癌预后的关系

同样出自于中山大学专家组的另一篇关于食管癌的研究中，却有着相反的结果[15]，即CST1在癌旁组织中呈高表达，而食管癌细胞中呈低表达。同样高表达组患者无瘤生存期与总生存期要比低表达组患者时间长(P<0.001)。为何CST1在食管癌中的作用会与在其他恶性肿瘤中的作用不同呢？该专家组认为最主要的可能是Cystatin SN在不同组织细胞内体现不同的特异性，同时样本也存在一定的选择偏倚。

3.3 CST1基因与其他肿瘤患者预后的关系

Choi等[11]的研究首次将CST1基因表达情况与患者pTNM分期结合起来，胃癌患者的临床病理pTNM分期越晚，患者癌组织内的CST1表达越高。同时CST1的表达与淋巴结转移高度相关，但是数据并没有统计学意义(P=0.053)。

王亚东等[16]通过荧光定量PCR、免疫组化和癌组织切片染色的方法，结合膀胱患者临床病例以及随诊资料，同样得出癌组织中CST1的表达量高于癌旁组织的结果，CST1的表达水平与肿瘤直径(P<0.001)、病理分期(P<0.001)、分级(P=0.016)和复发率(P<0.001)有关，而且分析还显示CST1表达高低是影响患者复发的独立因素，预示着CST1是一个可以预测膀胱癌复发的生物学标记物，并且有很高的临床价值。

4 小结与展望

虽然目前国内外研究进展表明，CST1对恶性肿瘤的形成以及侵袭转移有一定的作用，但其与肿瘤的形成以及通过何种途径转移之间的机制目前尚不明确。Feldman等[17]认为Cystatins家族成员有共同的结构域，生物体内存在着蛋白酶与CST的平衡调节，该平衡的失衡在肿瘤的发生、发展、侵袭以及转移中起到重要作用。Cathepsin是木瓜蛋白酶家族中的一员，为体内重要的组织蛋白酶，其家族成员有B、H、L、V等。在肿瘤中，能对癌组织周围的间质组织起到蛋白水解作用，干扰细胞外基质的重塑，从而使肿瘤细胞易于迁移、浸润、转移和血管生成。这是促使手术切除肿瘤后容易早期复发、造成癌症患者不良预后的主要因素。CST与半胱氨酸蛋白酶形成复合物，令半胱氨酸蛋白酶失去对细胞外基质的水解作用，从而抑制癌细胞的侵袭与转移[18]。Kim等[19]研究认为CST1和CST3有50%的同源性，可以与Cathepsin B竞争性结合CST3，而且CST1与CST3形成的复合体比CST3与组织蛋白酶B形成的复合体亲和性要高，该作用可以抵消CST3对组织蛋白酶的抑制活性，从而使细胞中组织蛋白酶活性恢复，促进肿瘤的进展。然而其具体的功能及致癌机制，是否参与EMT等生物学行为还有待于进一步研究。

CST1与恶性肿瘤的发生、发展以及侵袭转移有着密切的联系并起到重要的作用，虽然作用各有差异，但在大多数恶性肿瘤中，CST1对肿瘤的恶性增生、侵袭、转移等行为起到促进作用。而CST1在另一恶性程度较高的恶性肿瘤——肝癌中的表达情况、程度以及对肝癌的发生发展起到何种作用，目前尚无相关文献记载。

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2 Turk V，Bode W.The cystatins：Protein inhibitors of cysteine proteinases[J].Febs Letters，1991，285(2)：213-219.

3 Ni J，Fernandez M，Danielsson L，et al.Cystatin F is a glycosylated human low molecular weight cysteine proteinase inhibitor[J].J Biol Chem，1998，273(38)：24797-24804.

4 Isemura S，Saitoh E，Sanada K.Characterization of a new cysteine proteinase inhibitor of human saliva，cystatin SN，which is immunologically related to cystatin S[J].Febs Letters，1986，198(1)：145-149.

5 Dickinson DP，Zhao Y，Thiesse M，et al.Direct mapping of seven genes encoding human type 2 cystatins to a single site located at 20p11.2.[J].Genomics，1994，24(1)：172.

6 Thiesse M，Millar SJ，Dickinson DP.The human type 2 cystatin gene family consists of eight to nine members，with at least seven genes clustered at a single locus on human chromosome 20.[J].DNA Cell Biol，1994，13(2)：97-116.

7 Dickinson DP，Thiesse M，Dempsey LD，et al.Genomic cloning，physical mapping，and expression of human type 2 cystatin genes.[J].Crit Rev Oral Biol Med，1993，4(3/4)：573.

8 Yoneda K，Iida H，Endo H，et al.Identification of Cystatin SN as a novel tumor marker for colorectal cancer[J].Int J Oncol，2009，35(1)：33-40.

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10 Choi EH，Kim JT，Kim JH，et al.Upregulation of the cysteine protease inhibitor，cystatin SN，contributes to cell proliferation and cathepsin inhibition in gastric cancer[J].Clin Chim Acta，2009，406(1)：45-51.

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14 Cao X，Li Y，Luo RZ，et al.Expression of Cystatin SN significantly correlates with recurrence，metastasis，and survival duration in surgically resected non-small cell lung cancer patients.[J].Scientific Reports，2015，5：8230.

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16 王亚东，孙亮，来永庆，等.CST1基因在膀胱移行细胞癌中的表达及临床意义[J].中华临床医师杂志(电子版)，2012，6(14)：3942-3946.

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18 Ray S，Lukyanov P，Ochieng J.Members of the cystatin superfamily interact with MMP-9 and protect it from autolytic degradation without affecting its gelatinolytic activities.[J].BBA-Proteins and Proteomics，2004，1652(2)：91-102.

19 Kim JT，Lee SJ，Kang MA，et al.Cystatin SN neutralizes the inhibitory effect of cystatin C on cathepsin B activity[J].Cell Death Dis，2013，4：e974.

(收稿：2017-03-15)

Research progress of CST1 gene in tumor

CUIYifeng，SONGRuipeng，GUOXiao，LUZhaoyang

Department of Hepatic Surgery，The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Key Laboratory of Hepatosplenic Surgery，Ministry of Education，Harbin 150001，China

Cystatin Cystatin(CST)is a class of proteins that inhibit cysteine proteases and are widely distributed in human body fluid and secretion.The present study shows that the CST superfamily is closely related to the tumor，in which the cysteine protease inhibitor SN is the product expressed by the CST1 gene and is abnormal expression in various tumors.However，its occurrence and development of tumor as well as effects of invasion and metastasis on the specific mechanism is not yet clear.In this paper，we retrospectively analyze the related studies in recent years and review the progress of CST1 gene in tumor.

CST；Cystatin SN；Tumor

国家自然科学基金(81602058)

哈尔滨医科大学附属第一医院肝脏外科，肝脾外科教育部重点实验室(哈尔滨 150001)

崔逸峰，男，(1988-)，硕士研究生，从事肝脏疾病的诊疗研究。

陆朝阳，E-mail：lzy76772005@163.com

R73

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.04.013