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癌睾丸抗原及其相关选择性剪接的研究进展

2019-09-10肖源

昆明医科大学报 2019年6期

摘要:癌/睾丸抗原(Cancer/Testis Antigen,CTA)是一类肿瘤相关抗原,在各种肿瘤组织表达,而在正常组织(除睾丸、卵巢和胎盘外)基本不表达。因其表达特异性和免疫原性,被视为理想的肿瘤免疫治疗靶点。目前多种肿瘤中均发现CTA存在剪接异构体,本文就围绕CTA及其选择性剪接的研究进展进行综述。

关键词:癌/睾丸抗原;剪接异构体;肿瘤治疗靶点

【中图分类号】R737.21    【文献标识码】A    【文章编号】2107-2306(2019)06-200-02

随着肿瘤的发病率逐年提高,传统的治疗手段难以得到满意的效果。目前,肿瘤免疫治疗因具有毒性小、特异性强的特点为人们所关注,然而开展该疗法急需解决的问题是选择合适的肿瘤抗原。1991年,有学者通过T细胞表位克隆从黑色素瘤细胞中分离鉴定出了第一个CTA基因MAGE-1,接着又发现了BAGE 、GAGE,并且他们发现这些基因只在正常的睾丸和多种肿瘤组织中表达。随后1995年通过肿瘤重组cDNA表达文库血清学分析(Serological identification of antigen by recombinant cDNA expression libraries,SEREX)技术鉴定出了SSX2 、NY-ESO-1和SCP-1等抗原,这些抗原在肿瘤患者血清中可出现相应抗体,而正常人血清为阴性或抗体出现率极低,因此这些抗体的出现很可能有助于肿瘤的辅助诊断和治疗。另一方面,肿瘤特异性剪接异构体因能产生可被免疫细胞靶向的新抗原而备受关注,提示肿瘤特异性剪接异构体也能成为一种新型肿瘤免疫疗法。

1 选择性剪接概述

选择性剪接(alternative splicing)又称可变剪接,是指从mRNA前体中通过不同的剪接方式产生不同的mRNA剪接异构体的过程,也是形成蛋白质多样性和复杂生物学功能的重要原因。目前已知剪接方式有选择性剪接(alternative splicing)和组成性剪接(constitutive splicing )两种,组成性剪接只产生一种成熟的mRNA,一般也只产生一种蛋白质产物,而选择性剪接则可通过不同的剪接方式产生不同的mRNA剪接异构体,并且最终的蛋白产物会表现出不同或者是相互拮抗的功能和结构特性。其中异常的可变剪接与疾病的发生发展存在着密切的联系。

2 癌睾丸抗原及其选择性剪接

自从发现第一个癌睾丸抗原基因MAGE-1,CTA就被应用于各研究领域中。至今癌-睾丸抗原数据(www.cta.lncc.br)中已有200多个CTA被发现和报道,但CTA及其选择性剪接的生物学功能尚未研究清楚,CTA基因的剪接異构体是否会影响其免疫原性也未可知。因此,这些问题值得我们深入的探讨。

2.1  LEMD1  LEMD1全名LEM domain-containing 1,根据其在CT家族中的排名又被命名为CT50;该基因位于人染色体1q32.1,包含11个外显子;2004年通过结直肠癌cDNA微阵列的全基因组表达谱分析,LEMD1基因首次发现并证实其在16例正常成人组织中仅在睾丸中表达,而在结直肠癌组织中高表达。近年来LEMD1在前列腺癌、间变性大细胞淋巴瘤和口腔鳞癌的研究中也发现其在肿瘤组织中表达,而在相应的正常组织中不表达。这表明LEMD1对肿瘤组织具有明显的特异性,提示LEMD1可能是肿瘤标志物靶抗原,具有良好的开发前景。

目前LEMD1基因共有5种剪接(V1-V5),其中LEMD1V1、V2、V3在睾丸和癌细胞中特异性表达,属CTA家族成员;V4和V5则在多种组织中广泛表达。研究表明在结直肠肿瘤干细胞(Colorectal Cancer Stem-Like Cells,CRCs)中下调LEMD1相应的剪接体能显著降低CRCs的增殖率和瘤球的形成速度,提示该基因的剪接体可能参与CRCs的增殖恶性生物学过程,可作为CRCs潜在的治疗靶标。相信随着LEMD1基因和其剪接的研究越来越多,选择性剪接在该基因中生物学功能的逐渐阐明,都将会指导LEMD1在肿瘤的治疗中起到巨大作用。

2.2  MMA1   MMA1基因又名DSCR8(Down syndrome critical region 8)或C21orf65,于2002年通过鉴别基因表达筛选;该基因在CT家族中排名CT25,长度为35kb,含有4个外显子,位于人染色体21q22.2,分布在DSCR区域。该区为判断发育性认知缺陷的区域,提示MMA1基因可能参与唐氏综合征的发生发展过程。

已有文献报道MMA1存在六个剪接异构体(MMA1A、MMA1B、MMA1C、MMA1D、MMA1E和MMA1F)。其中MMA1A由4个外显子转录剪接形成; MMA1B和MMA1E则在转录过程中剪切了第3外显子; MMA1C、MMA1D和MMA1F则是通过2号内含子保留的模式转录剪接。有研究发现在30例正常组织中MMA1A和MMA1B仅在睾丸组织中表达,而在其他正常组织中有少量表达甚至几乎不表达。因此,MMA1A和-1B被认为是癌睾丸抗原家族成员。同样通过对正常和肿瘤组织中MMA1转录本的表达筛选证实MMA1C、-1D和-1E 属于CTA家族,MMA1F由于在正常和肿瘤组织中均不表达(除一例黑色素瘤样本外)被认为不属于CTA家族。目前关于MMA1基因的剪接报道较少,其选择性剪接在肿瘤和正常组织的表达及影响也有待深入研究。

2.3   黑色素瘤相关抗原(MAGEs)  近年来随着T细胞表位克隆和血清学表达克隆技术(SEREX)等新方法的建立与应用,MAGEs基因家族成员不断扩充。根据其染色体定位和序列同源性,MAGEs主要划分为I型MAGEs(MAGE-A、MAGE-B、MAGE-C、MAGE-D)亞家族, II型MAGEs(MAGE-E~MAGE-L)基因家族[19]。研究证实,该基因家族绝大多数成员含有大量的CpG位点从而其表达会受到甲基化修饰的调控[20]。另外因MAGEs家族基因在各类型肿瘤中具有相对特异性,近年来针对该基因在肿瘤免疫中的作用不断取得新进展,但对其基因的功能还有广阔的研究空间。

目前MAGEs家族有多个CTA基因和相应的剪接异构体被报道,其中MAGE-A10是通过细胞毒性T淋巴细胞克隆识别的癌睾丸抗原基因[21],位于染色体Xq28,属于MAGE-A亚家族,在CT家族中排名CT1;其cDNA全长2.5kb,含有4个外显子,分子量约72kDa。MAGE-A10mRNA广泛表达于各肿瘤细胞,在正常组织中仅睾丸和胎盘内有表达,为肿瘤治疗的潜在靶点[22]。MAGE-A10所编码的九肽抗原GLYDGMEHL也可与HLA-A2特异性结合,经抗原细胞提呈后刺激特异性CTL产生并杀死肿瘤细胞[21]。有报道表明[23] MAGE-A10至少存在4种剪接,并且这些剪接体可能在维持mRNA稳定或转录本定位中发挥作用。MAGE4a基因是1994年被鉴定[24],定位于染色体Xq28,属于CT家族的CT1;它在多种肿瘤中表达,正常组织中限制性的表达于睾丸和胎盘。另MAGE4a的5' 末端包含了一个长达5.8 kb且有8个同源性外显子分布的区域,这些外显子通过拼接编码了一段317kd的氨基酸蛋白质,并且在睾丸、胎盘和肉瘤细胞系中发现该拼接的转录本至少在其中一种细胞系中表达[25]。以上研究提示,MAGEs基因家族的某些剪接体在人肿瘤细胞中均有不同程度的表达,同时也存在于正常组织中,剪接异构体在两者中发挥的作用是否有差异还有待我们大量的发掘与研究。

2.4   XAGE-1   XAGE-1属GAGE家族,在CT家族中排名CT12;该基因定位于染色体Xp11.21- Xp11.22,由3个内含子和4个外显子组成[26]。有研究发现XAGE-1基因在正常睾丸中高度表达[27],而在多种肿瘤组织尤其是各类型的肉瘤中大量表达,这很可能是由于XAGE-1在睾丸和癌组织中的表达由于其启动子甲基化水平的不同而导致。

XAGE-1基因共包含4种剪接体,分别是 XAGE-1a、XAGE-1b、XAGE-1c和XAGE-1d,其中XAGE-1a、 -1c和-1d的表达谱较窄,XAGE-1b相比其他3种亚型具有更广泛的表达谱、更高的表达率和更强的免疫原性而备受关注。XAGE-1b长度约为5145bp,其产物是一种含有81个氨基酸的蛋白质,并且包含一个功能性的双向核定位信号以及C末端酸性转录激活样结构域,在核酸水平上XAGE-1b与GAGE基因家族具有50%的同源性,但是蛋白间同源性较差,仅C端有部分同源区域。近年来多个研究表明,XAGE-1b被异常激活,XAGE-1b mRNA大量表达于不同类型的肿瘤组织中,但在睾丸、胎盘和脑组织以外的正常组织中几乎不表达,这预示着XAGE-1b的表达对肿瘤可能具有重要意义。另外XAGE-1b的mRNA和蛋白表达水平并不一致,其蛋白表达水平相比其mRNA表达水平更具有特异性,这可能是XAGE-1b基因的表达受转录后水平的调控及翻译后修饰等多种因素的影响。有研究显示肝癌组织中XAGE-1b、-1c和-1d都表现出高频率及特异性的表达,但在相应的癌旁组织中不表达,另外XAGE-1b阳性患者的2年生存率明显较低,XAGE-1b可作为预测肝癌患者预后的指标,是肝癌特异性免疫治疗的新靶点。同时也有研究发现XAGE-1b mRNA高表达的肝癌患者1年复发率明显高于XAGE-1b mRNA低表达的患者,XAGE-1b 与肝癌细胞的侵袭性生物学行为密切相关,可能是肝癌诊断和预后的潜在生物标志物,进一步为XAGE-1b作为肿瘤治疗的靶点提供了依据,研究XAGE-1b的作用机制将会为肿瘤的诊断和治疗找到新的突破点。

3 展望

目前治疗恶性肿瘤的传统治疗方法仍存在许多问题,治疗效果也不尽人意,而肿瘤免疫治疗因其具有副作用小的的特点使之成为治疗癌症的一个重要里程碑。现阶段CTA基因中的选择性剪接研究说明其在肿瘤的辅助诊断和判断预后中具有一定的参考价值,或许我们可以通过检测肿瘤组织中CTA的剪接体表达,筛选出患者中特异性表达的某个剪接,对其采取更有利、更有效的个体化治疗;另一方面,CTA基因的特异性表达特点提示我们可以将CTA的剪接异构体作为肿瘤免疫治疗的新靶点来研究。同时我们也要认识到目前关于CTA基因的选择性剪接分子作用机制研究较表浅,其在肿瘤中的作用还需进一步的探讨。相信随着CTA基因及其可变剪接研究的不断深入,有望拓展和深化肿瘤发病机制和免疫治疗的研究。

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作者简介:

肖源,女,1995年3月出生,本科学历,民族:汉;籍贯:湖南涟源;研究方向:主要从事肿瘤生物学研究。