田青松 熊会会 李新志

(三峡大学 附属仁和医院 骨科， 湖北 宜昌 443001)

线粒体融合基因2(mitofusin 2，MFN2)又名增殖抑制基因(hyperplasic suppress gene，HSG)，最初发现于血管平滑肌细胞，其蛋白产物线粒体融合蛋白2(Mfn2)定位于线粒体的外膜并参与线粒体融合过程。研究发现，Mfn2在多种细胞的代谢、增殖、分化、凋亡和自噬等方面均有重要作用，包括肿瘤细胞[1]。Mfn2可调控肝癌、胃癌、乳腺癌、膀胱癌等[2]，为肿瘤的靶向治疗提供了新的位点。尽管目前放疗、化疗及靶向治疗等已取得一定疗效，但消化道肿瘤的高复发率及不良预后仍亟待解决[3]。线粒体在细胞增殖和死亡中发挥关键作用，其表型的动态异质性促进了肿瘤细胞的代谢异质性和可塑性，为肿瘤精准治疗提供了新的药理靶点[4]。本文将围绕Mfn2的结构、功能及与消化道肿瘤的相关性展开综述。

1 Mfn2的结构特征

MFN2位于人1号染色体的短臂1p36.22位置，并在各种组织中表达[5]。该染色体位点是人类多种肿瘤的突变高发区域，特别是肝细胞癌[6]。MFN2编码产物Mfn2为757个氨基酸组成，约86 kDa，两次跨线粒体外膜的跨膜蛋白，其N端包含一个胞浆GTP酶结构域，紧接着为一个卷曲七肽重复序列(HR1)、一个脯氨酸富集区(PR)、两次连续跨线粒体外膜结构域(TM)，其C端是另一个七肽重复序列(HR2)[2]。值得注意的是，虽然Mfn2与Mfn1有80%的序列一致，但是脯氨酸富集区(PR)为Mfn2所特有，该区域为Ras结合位点，而这为Mfn2的特殊作用提供了结构基础[5、7]。

2 Mfn2的生理功能

2.1 生殖与胚胎发育

Zhang等[8]研究发现，对卵母细胞靶向敲除MFN2后，除了引起线粒体功能紊乱，还可导致卵母细胞成熟及卵泡发育受损而引起的不育症；缺乏Mfn2的卵母细胞表现为端粒短缩和凋亡增加，导致卵母细胞质量下降和卵泡衰竭。因此，Mfn2在卵母细胞成熟和卵泡发育过程中至关重要，对维持卵巢卵泡储备不可或缺。卵巢颗粒细胞中Mfn2低表达可能是卵巢储备功能减弱的年轻患者行辅助生殖技术不理想的原因之一[9]。Mfn2的低表达可能通过mTOR信号通路影响卵泡的发育[10]。Chen等[11]通过体内实验发现，Mfn1和Mfn2双缺失将导致孕早期胚胎死亡，而Mfn1或Mfn2单缺失的胚胎将会在孕中期死亡；在胎盘形成后，Mfn1缺失对其成年期生活无显著影响，但Mfn2缺失将严重损害小脑发育，导致新生小鼠的早期运动功能缺陷及早逝。上述研究表明Mfn1和Mfn2对胚胎发育不可或缺，且Mfn2更为重要。深入研究揭示，虽然Mfn1和Mfn2广泛表达，但存在组织差异性，心脏和睾丸组织中Mfn1表达占优势，而脑组织中Mfn2高表达、Mfn1表达量极微[12]。这种Mfn1和Mfn2表达的差异性可能是脑组织Mfn2缺失诱发小脑特异性损伤的原因。

2.2 线粒体融合

线粒体是一个动态变化的细胞器，其通过内部管状结构的转换而实现细胞内物质的转运。一簇动力学相关GTP酶蛋白通过线粒体膜的融合和分裂以调节线粒体形态。其中Mfn1和Mfn2参与调控线粒体外膜的融合过程[13]。Mfn1和Mfn2缺失均可引起线粒体形态异常，但是两者的缺失对线粒体形态的影响却各具特征。Mfn1缺失导致线粒体严重的片段化，而Mfn2缺失导致线粒体形成大小各异的球形或者椭圆形结构[11]。值得一提的是，MFN2敲除细胞过表达Mfn1或者MFN1敲除细胞过表达Mfn2，可以部分的弥补已敲除基因的缺乏，并促进线粒体融合过程；对野生型细胞过表达Mfn1或者Mfn2均可导致核周区域线粒体的异常浓聚[7]。上述研究表明，犹如在胚胎发育过程中的作用一样，Mfn1和Mfn2在线粒体融合中具有重要作用。

2.3 能量代谢

Mfn2对细胞代谢发挥重要的调节作用，对骨骼肌维持肌管结构至关重要。Chandhok等[14]研究发现，抑制L6E9大鼠骨骼肌细胞Mfn2表达后，可下调葡萄糖氧化水平和棕榈酸氧化速率，并与线粒体膜电位的降低相关。Bach等[15]研究亦证实了纤维细胞中Mfn2表达下调可导致葡萄糖氧化及氧耗量下降。Pich等[16]研究发现，L6E9细胞敲除MFN2后，将导致呼吸复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ的表达下调；宫颈癌HeLa细胞中过表达Mfn2，可引起线粒体的核周聚集，增加线粒体膜的膜电位和葡萄糖氧化水平，上调呼吸复合物Ⅰ、Ⅳ和Ⅴ的表达[16]。上述多细胞系的研究表明，Mfn2可通过调控呼吸相关复合物单元的表达量及活性而影响能量代谢，而这种对代谢的影响独立于线粒体融合过程[14]。

2.4 内质网线粒体接触以及内质网应激

Mfn2在线粒体与内质网的界面富集，尤其是线粒体内质网膜(mitochondrial endoplasmic reticulum，MAMs)。MAMs通过与线粒体外膜上的Mfn1或Mfn2的相互作用以实现线粒体和内质网之间的联系[17]。细胞增殖、自噬、钙信号传导、脂代谢、未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)等许多基础的细胞活动均与内质网线粒体接触有关[14]。此外，Mfn2也参与调节内质网应激反应。内质网应激可以提高Mfn2表达水平；而Mfn2缺乏将导致内质网应激相关蛋白的表达上调，进而导致内质网应激反应的增强[14]。Mfn2可直接与蛋白激酶样内质网激酶(protein kinase-like endoplasmic reticulum kinase，PERK)相互作用，通过调节PERK介导的UPR信号通路参与内质网应激反应[18]。

2.5 线粒体自噬和凋亡等功能

线粒体自噬对维持细胞内环境稳态极其重要[19]。Pink1(PTEN induced putative kinase 1)和泛素蛋白连接酶Parkin是线粒体自噬过程中两个重要调节因子。研究表明Mfn2通过Pink1-Parkin信号通路参与线粒体自噬过程[7]。线粒体是凋亡过程中的主要靶标，凋亡过程中线粒体的裂解是包括Mfn2在内的多种凋亡相关蛋白在线粒体内定位的动态变化介导[14]。尤为重要的是，Mfn2在线粒体自噬和凋亡过程中不仅仅是一种生理作用，在肿瘤性疾病的发生发展过程中也起着至关重要的作用。另外，Mfn2还参与轴突运输、细胞增殖等过程[7]。

3 Mfn2与疾病

Mfn2是功能蛋白，其生物学功能不仅限于调节线粒体形态，在细胞生理调节中起关键作用[14]。线粒体的异常可以导致多种疾病，这往往与Mfn2的缺陷引起受累细胞的能量代谢异常相关，常导致骨骼肌和神经肌肉系统的疾病[2]。Mfn2异常相关的非肿瘤性疾病，包括2A型腓骨肌萎缩综合征(charcot-marie-tooth 2A，CMTCMT2A)、阿尔茨海默病、帕金森综合征、肥胖症、糖尿病、高血压、心肌疾病等[7]。线粒体的异常亦可导致肿瘤性疾病，研究已经证实Mfn2与肿瘤的发生和发展相关联，这与调控细胞内的钙离子信号传导、生长因子、细胞周期、线粒体自噬、细胞坏死和凋亡等过程相关[4]。Mfn2在不同组织的肿瘤中作用不同。虽然大多数的研究认为其具有肿瘤抑制作用，但亦有研究提示其致癌作用[2]。

4 Mfn2与消化道肿瘤

4.1 Mfn2与肝癌

Wang等[20]研究发现，Mfn2在肝细胞癌组织中低表达，并可作为独立因素以预测肝细胞癌的预后。在肝细胞癌中存在MFN2频繁的杂合性缺失，而这种缺失可能在肝细胞癌的发生发展中起重要作用[21]。Mfn2过表达可以诱导人肝癌细胞的凋亡、线粒体膜电位和内质网钙离子水平的降低以及细胞内活性氧的增加[22]。肝癌细胞中Mfn2可通过Bax信号通路实现其促进凋亡和抑制增殖的作用[23]，亦可通过PI3K/AKT、P53等经典信号通路而抑制肝细胞癌的发生发展[24]。Mfn2的调节作用与miRNAs密切相关。Zhou等[25]研究表明Mfn2是miR-761的直接靶点，miR-761在肝癌组织中高表达；miR-761抑制剂可通过上调Mfn2改变线粒体功能，并有效地抑制肿瘤的生长和转移。上述研究提示Mfn2既可以作为肝细胞癌预后的预测因子，也可以作为肝细胞癌的治疗靶点。

4.2 Mfn2与胰腺癌

Sun等[26]研究发现，在胰腺癌细胞中过表达Mfn2将促进细胞凋亡而对细胞周期无明显影响，通过抑制PI3K/AKT/mTOR而诱导胰腺癌细胞自噬，抑制肿瘤细胞的侵袭能力。在生存分析研究中发现，胰腺癌患者中癌组织Mfn2高表达组较低表达组具有更高的生存率[4]。同时，Mfn2还影响胰腺癌细胞的多种其他生物学功能。Pan等[27]研究发现，miR-125a可靶向抑制Mfn2的转录和翻译，促进人胰腺癌细胞的过度分裂，进一步激活线粒体相关的凋亡途径，导致细胞的能量代谢紊乱以及迁移障碍。Yu等[28]在动物实验中发现，Mfn2过表达可以促进线粒体融合，从而抑制胰腺癌的生长，其主要抑癌机制为增强线粒体自噬，进而影响线粒体质量和减少ATP生成。上述研究表明，线粒体对胰腺癌生长调控发挥重要作用。Mfn2是线粒体融合过程的主要参与蛋白，可作为胰腺癌治疗的靶点。

4.3 Mfn2与胃癌

Fang等[29]纳入141例胃癌患者研究发现，胃癌组织中Mfn2过表达与肿瘤浸润深度及分期呈正相关；Mfn2高表达组的总体生存率和无病生存率显著低于Mfn2低表达组；Mfn2过表达是较低总体生存率和无病生存率的独立预测指标；下调胃癌细胞Mfn2可抑制细胞的增殖和侵袭。Yan等[19]研究发现，Yap可增加Sirtuin 1(SIRT1)活性，进而促进Mfn2的表达，通过SIRT1/Mfn2/线粒体自噬途径调控胃癌细胞的生存和增殖；而Yap缺失将降低SIRT1的表达并抑制Mfn2介导的自噬。上述研究对MFN2在胃癌中的作用存在着争议，但是从机制角度分析，Mfn2可能作为Yap及P53的下游基因参与其抑癌作用。

4.4 Mfn2与食管癌及结直肠癌

Zhang等[30]在食管癌中研究发现，过表达巨噬细胞刺激1(macrophage stimulating 1，Mst1)可通过抑制ERK/Mfn2信号通路依赖的线粒体自噬，最终增强IL-24诱导的食管癌细胞死亡。Cheng等[31]在结直肠癌的研究中发现，过表达Mfn2可导致细胞周期G2/M阻滞，从而抑制生长、促进凋亡。目前Mfn2在食管癌及结直肠癌方面的研究尚匮乏，有待进一步深入探究。

5 小结

随着科学的发展和研究的深入，Mfn2的功能已经由线粒体融合拓展到了生殖与胚胎发育、能量代谢、内质网线粒体接触以及内质网应激、线粒体自噬和凋亡等。线粒体的功能异常在许多肿瘤性及非肿瘤性疾病中均有体现，具有重要研究价值。本文从常见的消化道肿瘤角度对Mfn2的功能及其机制进行综述，Mfn2在肝癌、胰腺癌、食管癌和结直肠癌中均具有抑癌作用，而在胃癌的研究中得出的结论却尚存争议。Mfn2有望成为消化道肿瘤潜在的治疗靶点以及判断预后的预测因子。