跨膜蛋白是一类存在于所有生物膜结构中的膜蛋白成分。TMEM家族蛋白特征性地存在跨膜结构域,作为细胞膜结构的组成部分参与线粒体、内质网、溶酶体和高尔基体的组成[1]。许多TMEM家族成员作为通道蛋白控制跨膜转运,其通过不断的构象改变来转运物质完成跨膜运动。近些年的研究发现,TMEM基因参与一系列重要的生物过程,涉及多种免疫性和肿瘤性疾病,与肿瘤的关系密切。然而TMEM蛋白的作用和机制依然不是十分清楚,本文就TMEM基因在消化系统肿瘤中的作用与机制相关研究进行综述。

1、TMEM家族成员与胃癌

国内一项研究采用免疫组化方法检测发现TMEM16A在254例胃癌组织和173例转移淋巴结中的表达水平显著高于癌旁胃黏膜组织。在癌组织高表达TMEM16A的病例中,TNM分期Ⅲ/Ⅳ期所占比例较高(高表达组vs低表达组,67.04%vs48.00%),提示TMEM16A表达水平与TNM分期正相关。此外,高表达TMEM16A的病例中,淋巴结转移阳性率高达74.30%(低表达组53.33%),且临床随访发现这些患者的预后显著差于TMEM16A低表达的患者,采用多因素分析法发现TMEM16A是患者预后的独立危险因素。该研究在胃癌细胞实验中证实,基因敲除TMEM16A能够显著降低划痕实验中该组的划痕愈合能力,减少胃癌细胞在迁移实验中成功穿过室膜的细胞数目;同时降低在Transwell细胞侵袭实验中成功穿过基质胶的细胞数目,这些结果提示敲除TMEM16A能够显著降低胃癌细胞的侵袭迁移能力。进一步蛋白调控机制研究发现下调TMEM16A的表达能够显著降低胃癌细胞分泌的TGF-β的水平,升高E-adhering的表达水平,并干扰E-cadherin/catenin复合体及TGF-β引导的上皮间质转化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT),进而对胃癌的细胞学功能发挥抑制作用[2]。另有一项细胞学研究表明外源miR-381能够作用于TMEM16A,并下调其在胃癌细胞中的表达,降低TGF-β的表达水平,抑制TGF-β诱导的EMT过程;在导入外源性miR-381的胃癌细胞中过表达TMEM16A,则能够逆转上述的TGF-β水平降低,由此证明TMEM16A的表达受miR-381调控。该研究还证实在AGS和BGC-823细胞内过表达外源miR-381能够在MTT实验中显著降低细胞的增殖活力;降低Transwell实验中迁移过室膜的细胞数目和穿过基质胶的细胞数目,抑制胃癌细胞的迁移和侵袭能力。此外,在小鼠体内的裸鼠成瘤实验中,过表达外源miR-381能够显著降低胃成瘤的速度,并减少肺内转移灶的数量[3]。两项研究共同证实了TMEM16A在胃癌中发挥促癌作用。

国内研究发现TMEM119同样在胃癌组织中表达水平显著高于配对的癌旁组织。采用siRNA干扰技术下调胃癌细胞中TMEM119的表达,能在CCK-8实验中显著降低细胞的增殖能力;并能通过促进Bax和Caspase-3等凋亡蛋白的表达,促进胃癌细胞发生凋亡[4];减少Transwell实验中穿过基质胶和室膜的胃癌细胞数量,抑制细胞中STAT3的磷酸化水平,进而通过抑制STAT3信号通路发挥抑制胃癌细胞侵袭和迁移的作用[5]。进一步结合临床病例资料发现,在78例随访患者中TMEM119高表达患者的预后显著差于低表达患者[5]。

青岛市立医院林彬等[6]在147例胃癌组织免疫组化结果中发现TMEM41A在83.67%胃癌组织中表达水平显著高于配对的癌旁组织。TMEM41A高表达的病例淋巴结转移率、远处转移率显著高于TMEM41A低表达的病例;TMEM41A高表达的病例中TNM分期Ⅲ～Ⅳ期的比例更高;在104例随访的病例中,TMEM41A高表达的病例其3年和5年的总体生存率显著低于低表达的病例。在胃癌细胞中采用siRNA干扰技术下调TMEM41A的表达,能够升高E-cadherin的表达水平,并降低N-cadherin的表达水平,进而抑制胃癌细胞的迁移能力,促进细胞自噬的发生。进一步该研究在裸鼠成瘤模型中证实,TMEM41A表达下调细胞组的肺部转移病灶更小,转移数目更少。以上研究提示,在胃癌组织中高表达的TMEM基因与肿瘤病理学特征关系密切,常与TNM分期及淋巴结转移相关;多可通过影响细胞的生物学功能如肿瘤细胞的迁移侵袭能力,在胃癌中发挥着促癌作用。

TMEM基因除在胃癌病变中发挥促癌作用外,尚有部分成员可以发挥抑癌作用。TMEM106A在胃黏膜组织中正常表达,而在胃癌组织中则频发甲基化改变,且其在胃癌组织中的表达缺失或降低与启动子区甲基化相关。此外,TMEM106A在胃癌组织中的甲基化阳性状态与淋巴结转移阳性呈正相关。在胃癌细胞中过表达TMEM106A,能够显著降低CCK-8实验中胃癌细胞的增殖活力;并能通过激活Caspase-2、Caspase-9和Caspase-3等凋亡蛋白,抑制多聚PARP的形成而诱导凋亡的发生[7]。此外,韩国的一项研究证实TMEM220在胃癌细胞和组织中表达水平较低,且在胃癌组织内频发甲基化改变;TMEM220的表达水平与甲基化状态呈负性相关,其在胃癌细胞中的表达同样受启动子区甲基化调控[8]。在胃癌中发挥抑癌作用的TMEM基因多与启动子区甲基化调控机制关系密切。

2、TMEM家族成员与结直肠癌

国内湘雅学院的系列研究在结直肠组织中采用PCR技术检测发现,TMEM8B的表达水平显著低于配对的癌旁组织;且存在淋巴结转移和远处转移病例较无转移病例的结肠癌组织内TMEM8B低表达比例更高(93.8%vs55.6%,P<0.05)[9]。进一步的研究发现TMEM8B启动子区在结直肠癌组织和细胞中频发甲基化改变,且在淋巴结转移的病例中甲基化率更高;应用去甲基化药物5-Aza-dC处理结肠癌细胞,能够改变TMEM8B启动子区的甲基化状态,恢复其表达。因而,TMEM8B在结直肠癌组织和细胞中表达水平较低是受启动子区甲基化调控的[10]。此外,研究证实在结肠癌细胞中过表达TMEM8B能够显著降低细胞的黏附水平;减少Transwell侵袭实验中透过基质胶的细胞数目,降低结肠癌细胞的侵袭能力。该研究还证实这可能与TMEM8B能够阻止β-catenin从细胞膜向细胞核和细胞质转移,通过抑制转录因子TCF-4,下调WNT信号通路基因c-myc、cyclinD1和COX-2的表达,而发挥抑制结肠癌的作用相关[11]。研究还发现结肠癌中TMEM8B能够抑制转录因子AP-1和Ets-1的表达,抑制JNK1的激活和核转移,导致细胞质内JNK1的聚集,进而可能通过影响JNK信号通路而发挥抑癌作用[12]。

国内解放军总医院研究发现TMEM176A在结直肠癌中的表达水平显著低于癌旁组织,且其表达受启动子区甲基化调控。在130例结直肠癌的组织标本中采用甲基化特异性PCR检测发现癌组织TMEM176A甲基化的病例中淋巴结转移阳性的比例更高,而TMEM176A低甲基化的病例中淋巴结转移阴性的比例更高;TMEM176A甲基化的患者5年总体生存率和无复发生存率显著低于非甲基化的患者,且TMEM176A甲基化是5年总体生存预后的独立影响因子。该研究进一步发现在结肠癌细胞株中恢复TMEM176A的表达能够显著降低MTT实验中细胞的增殖活力,并且能降低细胞克隆形成的数目,升高凋亡细胞的比例,提示该基因能够抑制结肠癌细胞的增殖能力,诱导凋亡的发生;在结肠癌细胞株中恢复TMEM176A的表达能够显著降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低结肠癌细胞的迁移侵袭能力;在裸鼠成瘤实验中则发现恢复TMEM176A表达的细胞组的成瘤能力显著降低[13]。此外,国外一项研究发现TMEM25在结直肠癌中的低表达也与启动子区甲基化呈正相关[14]。上述研究表明在结肠癌低表达的TMEM基因,往往受启动子区甲基化的调控,并在结肠癌中发挥抑癌作用。

在结肠癌中同样存在异常高表达的TMEM蛋白,常可发挥促癌作用影响结肠癌细胞的生物学功能。免疫组化检测发现TMEM97在结肠癌组织内的表达水平显著高于正常组织和癌旁组织;在转移灶中的表达水平高于原发灶;在40%的原发灶和37%存在转移的灶中,肿瘤侵犯的边缘区域内TMEM97的表达水平显著高于肿瘤内部区域;转移灶中高表达TMEM97的患者往往预后不佳。此外,在T分期较高的结直肠癌组织中TMEM97的mRNA水平显著高于其在T分期较低的结直肠癌组织[15,16]。国内中国医科大学的研究发现TMEM206在结直肠癌组织中的表达水平显著高于癌旁组织;在103例结肠癌中,该基因在T分期越高的结肠癌组织中高表达的比例越高;TMEM206高表达与结直肠癌的分化程度负相关。在结肠癌细胞中下调TMEM206的表达,能够促进结肠癌细胞发生G1周期阻滞,抑制细胞MTT实验中的活力和克隆形成的能力;降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,抑制结肠癌细胞的迁移和侵袭能力。此外,该研究采用免疫共沉淀方法发现TMEM206能够作用于AKT,通过促进该信号通路发挥促癌作用[17]。另有研究发现TMEM16A只在具有高转移特性的结肠癌细胞系如SW620、HCT116、LS174T中表达,而在原位癌细胞系中无表达。TMEM16A具有促癌作用,应用siRNA干扰技术下调其在细胞中的表达,能够抑制结肠癌细胞在MTT实验中的增殖活力,可诱导细胞发生G1周期阻滞;降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低结肠癌细胞的迁移侵袭能力[18]。

3、TMEM家族成员与肝细胞癌

国内湘雅三院在45例肝癌组织中采用PCR技术检测发现TMEM8B在癌组织中阳性率显著低于癌旁组织;TMEM8B阳性的病例中,肝癌TNM分期为Ⅰ期和Ⅱ期的比例更高,淋巴结转移阳性的比例更低[19]。另一项国内研究在96例肝癌组织中采用免疫组化法检测发现TMEM173在癌组织中的表达水平低于癌旁组织;TMEM173高表达的病例中TNM分期为Ⅰ期的比例高于低表达该基因的病例。尽管TMEM173高表达的病例中脉管受累的比例高,但TMEM173高表达的病例预后优于低表达的病例,且多因素分析提示该基因是肝癌预后较好的独立因素[20]。此外,北京大学欧迪鹏等[21]在90例肝细胞癌组织的免疫组化实验结果中发现TMEM100低表达的病例中肝硬化比例较高,肿瘤体积较大,脉管受侵的比例更高;但肿瘤数目较少,TNM分期Ⅰ、Ⅱ期的比例较高;然而进一步随访发现TMEM100高表达的患者5年总体生存期和无病生存期显著优于低表达的患者,且TMEM100是肝癌的独立预后因素。在肝细胞癌中过表达TMEM100,能够抑制结肠癌细胞在MTT实验中的增殖活力,诱导细胞发生G1周期阻滞;降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低结肠癌细胞的迁移侵袭能力。上述研究提示,在肝细胞癌中低表达的TMEM基因与肿瘤病理特征如TNM分期、脉管受累等情况关系密切,常可作为预后的标记物,并作为抑癌基因在肝细胞癌中发挥重要作用。

另有研究发现,在肝细胞癌中低表达的TMEM基因,常受DNA甲基化调控而发生表达下降。TMEM7在肝癌和肝癌细胞中表达水平显著低于癌旁正常组织;应用去甲基化药物和曲古菌素A能够恢复TMEM7在肝癌细胞中的表达,提示该基因在肝癌中的表达受DNA甲基化和组蛋白乙酰化调控。在肝癌细胞中过表达TMEM7,能够抑制肝癌细胞的增殖能力,减少克隆形成数目;并且能够降低Transwell实验中透过基质胶的细胞数目,降低肝细胞癌的侵袭能力。由于TMEM7的表达水平受IFN-α影响,应用1000IU/ml的IFN-α共培养肝癌细胞能够上调TMEM7的表达,显著减少Transwell实验中透过室膜的细胞数目,抑制肝癌细胞的迁移能力[22]。李红霞等[23]最新研究发现在肝细胞癌中TMEM176A的表达是受启动子区甲基化调控的;该基因高甲基化的患者中低分化的比例较高;并且高甲基化的肝癌患者3年总体预后显著差于低甲基化的患者,多因素分析发现TMEM176A甲基化是肝癌预后的独立因素。在肝癌细胞中过表达TMEM176A能够显著抑制MTT实验中细胞的增殖能力;诱导肝癌细胞发生凋亡;降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低肝细胞癌的迁移和侵袭能力;同时在裸鼠成瘤实验中能够降低成瘤的速度和大小。该研究还证实,TMEM176A在肝癌中通过抑制ERK信号通路发挥抑癌作用。

除上述基因外,尚有部分TMEM基因被发现在肝细胞癌组织中表达水平较高,并具有促癌作用。国内Sun等[24]在肝细胞癌免疫组化芯片检测中发现TMEM74在多种肿瘤中表达升高,尤其是肝细胞癌。该基因的高表达患者预后较差。国内武汉大学近期的一项研究在肝细胞癌组织中采用PCR法检测TMEM9的表达,发现在癌组织中其表达水平异常高于正常肝组织。在肝癌细胞中下调TMEM9的表达能够在CCK-8增殖实验中抑制肝癌细胞的活力;促进细胞发生G1周期阻滞,并诱导细胞发生凋亡。下调TMEM9还可减少Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低肝细胞癌的迁移和侵袭能力[25]。另一项韩国开展的关于TMEM165的基础研究发现,TMEM165在30例肝细胞癌组织中mRNA的表达水平异常高于正常配对肝组织;TMEM165表达高的病例,其AFP标记物升高的比例更高;血管和包膜受侵的比例也显著高于TMEM165低表达的病例。在肝癌细胞中下调该基因表达能够降低MMP-2蛋白的水平,进而减少transwell实验中透过基质胶的细胞数目,抑制肝癌细胞的侵袭能力[26]。

4、TMEM家族成员与其他消化系统肿瘤

TMEM家族基因在食管癌中的研究比较少。国内研究发现TMEM166与TMEM176A在食管癌中的表达水平显著低于癌旁组织;TMEM176A在食管癌中的表达受DNA甲基化调控。甲基化的食管癌病例中,肿瘤的低分化的比例较高;甲基化的食管癌患者5年总体生存率显著低于非甲基化的患者,多因素分析提示TMEM176A甲基化是食管癌预后的独立因素。在食管癌细胞中恢复TMEM176A表达能够抑制食管癌细胞的克隆形成能力,增加食管癌细胞凋亡的比例;并可降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低肝细胞癌的迁移和侵袭能力[27,28]。

陶明等[29]研究发现TMEM166基因主要分布在胰岛α细胞内,在正常胰腺腺泡细胞中无表达,但在胰腺疾病中常发生异常的表达。该研究应用免疫组化法证实TMEM166在胰腺导管细胞癌、胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤、黏液囊腺瘤、乳头状肿瘤和神经内分泌瘤中的胰岛细胞内无表达,而在癌旁组织中的胰岛细胞内则存在表达。此外,尽管胰腺炎的组织中胰岛形态改变较为严重,但胰腺炎病例的胰岛细胞内TMEM166呈高表达。新近的研究发现部分TMEM基因在胰腺癌中高表达,并作为促癌基因发挥作用。国内瑞金医院的研究证实TMEM45B在胰腺癌组织和细胞中表达水平显著高于正常胰腺细胞和组织。在SW1990和PANC-1细胞中,下调该基因的表达能够抑制CCK-8实验中胰腺癌细胞的增殖活力,诱导细胞发生凋亡和G1周期阻滞;降低Transwell实验中透过室膜和基质胶的细胞数目,降低肝细胞癌的迁移和侵袭能力[30]。另一项国外研究发现TMEM16J在胰腺癌细胞和组织中常高表达,siRNA干扰下调TMEM16J能够显著抑制EGFR的表达和ERK信号通路,进而抑制胰腺癌细胞的增殖活力。TMEM16J高表达的患者预后明显较低表达的患者差,TMEM16J是胰腺癌预后的独立因素[31]。此外,另有TMEM16A虽然被发现在胰腺癌细胞中呈高表达,但与在其他TMEM基因不同,抑制该基因在细胞中的表达并不影响胰腺癌细胞的生物细胞学功能[32]。

5、结语

TMEM基因家族成员与消化系统恶性肿瘤关系密切,表现为在癌和癌旁组织中基因表达存在显著差异,且其异常表达往往与TNM分期、淋巴结转移和脉管受累等肿瘤病理特征显著相关。多个研究表明异常表达的TMEM基因能够作为消化系统恶性肿瘤独立的预后因素,因而部分TMEM基因家族成员可能是潜在的可用于指导肿瘤治疗和预后的标记物。例如TMEM98基因的表达与肝癌术后高复发率以及不良预后相关。Ng等[33]通过比较化疗敏感和化疗抵抗的肝细胞癌的全基因表达谱发现TMEM98在67.8%的化疗抵抗肝癌患者中表达上调;在肝癌切除术后的患者中,TMEM98高表达的患者接受栓塞化疗的比例显著高于TMEM98低表达的患者;而在接受栓塞化疗治疗后效果不佳的患者中,TMEM98的表达水平明显高于治疗效果较好的患者[33]。此外,以上研究发现部分TMEM基因在消化系统恶性肿瘤中的表达缺失或降低,是受DNA甲基化的调控,并且DNA甲基化作为一种可检测的生物学标记状态,在这些消化系统恶性肿瘤疾病中具有潜在的临床诊断和预测价值。

郭玉霖,曹锋,李非.跨膜蛋白基因家族与消化系统恶性肿瘤关系的研究进展[J].解放军医学院学报,2020,41(02):199-203.