Survivin与脑胶质瘤

　　作者：王 飞 窦长武 张占普 作者单位：(内蒙古医学院附属医院神经外科，内蒙古呼和浩特 010050)

　　【关键词】 Survivin 脑胶质瘤

　　凋亡抑制蛋白 (inhibitor of apoptosis protein, IAP)是一类进化高度保守的蛋白，Survivin是其中的一员，它是一种具有双重功能的蛋白质，既是凋亡的抑制剂，同时又在细胞分化过程中起重要作用，主要表达于胚胎及未分化成熟的组织,同时在多数肿瘤组织中出现高表达,并与肿瘤的凋亡、增殖、血管生成及其预后和耐药性的产生有密切的关系,但在正常成人组织不表达(胸腺除外)[1]。Survivin对恶性胶质瘤凋亡抑制程度是其预后不良的标志之一[2]。本文就Survivin的结构和生物学特征、在胶质瘤中的分布及其对胶质瘤治疗的价值作一综述。

　　1 Survivin结构和生物学特征

　　Survivin由Ambrosini等[3]于1997年发现。Survivin基因由效应蛋白酶受体EPR-1cDNA在人类基因库杂交筛选分离出来,定位于人类染色体17q25,分子量16.4 kD,全长14.7 kb,由三个内含子和四个外显子组成,编码142个氨基酸,Survivin和EPR-1位于同一基因簇,并存在广泛的互补。Survivin是IAP家族中迄今为止发现的分子量最小、抗凋亡作用最强者。Survivin具有和其他IAP成员不同的独特的形态结构,仅包含一个部分保守的BIR序列而没有梭基末端的指环状结构。至今已发现 4种 Survivin的mRNA变体，共产生 5种蛋白亚型，即 Survivin、Survivin-2B、Survivin-δEx-3、Survivin-3B和 Survivin-2α。其中Survivin-δEx-3的抗凋亡活性与Survivin相同,而Survivin-2B则无抗凋亡活性,且有可能是Survivin的一种天然拮抗剂[4]。晶体结构显示Survivin N端结合有Zn2+的BIR结构域与C端65个氨基酸组成的两性α螺旋相连接[5-6]。Survivin通过分子间锌原子的对称相互作用形成二聚体,与二聚体相连的C端α螺旋相互作用形成大约70个氨基酸长的溶剂可接近的疏水表面。Survivin二聚体形式和围绕Asp-71的扩大的负电荷表面对阻碍凋亡和保护倍体型是必需的。这些发现为Survivin在抑制凋亡和调节细胞分裂中发挥作用提供结构基础。

　　Survivin主要通过以下几种机制发挥其抗凋亡功能[7]：(1)Survivin通过与 Smac/DIABLO结合，对抗其协助凋亡功能。Smac/DIABLO作为一种前凋亡蛋白，参与激活caspase-9，启动后继的凋亡程序，Survivin与其结合可拮抗凋亡程序的启动。(2)直接与细胞死亡蛋白激酶caspase-3及caspase-7相结合并抑制它们的激活,从而阻断下游细胞死亡的共同通路。(3)与细胞周期调控因子CDK4结合形成Survivin-CDK4复合物,使得p21waf1从p21waf1-CDK4的复合物中释放出来而与caspase-3结合,并抑制caspase-3的活性。而激活XIAP、抑制凋亡诱导因子AIF的核转位也可能是Survivin抑制细胞凋亡的机制之一[8]。(4)干扰 P53。Survivin通过干扰 P53的功能，阻碍细胞凋亡。(5)最新研究发现,在Survivin神经系统恶性肿瘤中不仅通过抑制caspases-3进而抑制细胞凋亡,还可能通过释放其他IAP家族的蛋白并通过这些间接抑制caspases-3,从而直接抑制caspases蛋白[9]。

　　Survivin在细胞 G1期检测不到表达，在 S期升高 6.2倍，在 G2-M期升高 40倍。这表明 Survivin主要在 G2-M期表达，是其调节基因，使细胞逃避 G2-M期校正点，加快细胞向 S期转换，抑制G1期静止，通过有丝分裂促进转化细胞异常增殖，避免肿瘤细胞凋亡的发生[10]。

　　研究发现Survivin参与血管形成,O'connor DS等[11]用血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)诱导静止期的内皮细胞分裂,发现血管内皮细胞Survivin表达量升高了16倍,而炎症因子、TNF、IL-1未能诱导血管内皮Survivin的表达,提示对Survivin的表达和功能的调控可以调节生理修复性或病理性的血管生成,Survivin对肿瘤细胞的浸润、迁移可能起重要作用。用反义 Survivin寡核苷酸作用于内皮细胞可抑制VEGF的作用[12]，提示 Survivin可能是血管形成中生长因子诱导的保护性基因，维持着血管内皮细胞的正常增殖。

　　2 Survivin在胶质瘤中的表达及意义

　　研究发现Survivin在脑胶质瘤中高表达,且表达量随胶质瘤病理级别升高而明显增高,Survivin与脑胶质瘤的形成和恶性演进均有密切的关系[13]。 Pan Y等[14]人运用免疫组化的方法测定Survivin在胶质瘤细胞胞质和胞核中的表达，发现随着病理级别升高，核表达增加，同时数据显示核表达与复发率有关。而胞质表达与临床病理特征无关。提示Survivin在胶质瘤细胞胞核中的表达水平与肿瘤的分化和复发有关， Kogiku M等[15]的报道与此相一致。Survivin在胶质瘤中的表达水平可作为预测病人预后的显著性因素。 Saito T等[16]认为对于恶性程度较高的胶质瘤患者，Survivin如同时表达于细胞质和细胞核，其存活率低于平均水平，表明Survivin 在细胞内的定位表达是评价患者预后的一个重要因素。尽管Survivin在胶质瘤细胞中的高表达被看做是胶质瘤预后的一个不利因素，最近又有发现称Survivin在肿瘤相关血管内皮细胞(tumor-associated endothelial cells derived from gliomas, TuBECs)中Survivin的过度表达却可以保护正常血管免受药物毒性的作用[17]。此外，Survivin在体内可产生自身抗体，Soling等[18]研究发现：使用 ELISA法测定外周血中的 Survivin抗体，有助于对脑肿瘤病人进行诊断与追踪观察。在药物治疗方面，Hassounah等[19]发现：环格列酮可下调胶质细胞 Survivin的表达水平，故认为其可作为潜在的胶质瘤治疗药物。

　　3 Survivin在胶质瘤靶向治疗中的作用

　　3.1 Survivin与药物治疗 Survivin是活性很强的凋亡抑制蛋白,抑制Survivin的功能可以促进肿瘤细胞凋亡而起到治疗肿瘤的作用。有研究证实了细胞周期蛋白cdc2激酶抑制剂flavopiridol可以通过阻断cdc2对Survivin的磷酸化作用而使之失活，从而促使肿瘤细胞凋亡。抗微管药物如长春新碱、硫酸长春新碱和诺考达哩，它们均可阻止Survivin蛋白结构中特定区域与微管结合，间接抑制Survivin[20]。有研究发现，用肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体的增敏剂白黎芦醇诱导细胞发生G1期阻滞时，Survivin表达降低，且肿瘤细胞更易发生凋亡[21]。Silibinin是一种无毒的天然存在的黄酮类化合物，能够下调Survivin mRNA和蛋白表达[22]。赫达霉素可以通过与Survivin启动子结合，阻止其基因转录，下调Survivin的表达。总之，靶向 Survivin治疗下调 Survivin的表达，不仅可以延缓肿瘤生长、提高肿瘤细胞的凋亡率，还可以增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[23-24]。

　　3.2 Survivin与基因治疗 腺病毒载体是各种基因治疗的基础，是目前多种基因治疗的主要手段和前提。通过腺病毒载体，运用RNA干扰技术抑制Survivin，能够诱导胶质瘤U251细胞凋亡，抑制肿瘤生长[25]。RNA干涉技术是一种崭新的基因封闭技术，利用双链RNA诱导的序列特异的转录后基因沉默。甄海宁等[26-27]观察针对 Survivin基因的短发卡RNA(shRNA)对人脑胶质母细胞瘤U251细胞在体外凋亡的影响，结果显示：U251-SR凋亡细胞明显增多，并呈现典型的细胞凋亡形态学改变;流式细胞术定量分析凋亡细胞数量，显示与U251(2.1 %)和U251-P(2.7 %)相比，U251-SR凋亡细胞增加约6倍，达14.4 %。表明针对Survivin基因的shRNA能够在体外诱导U251细胞发生大量凋亡。根据RNAi的这一特点，将与靶mRNA同源的小干扰RNA导入实验材料中，从而敲除特异基因，可在动植物体内实现抑制多种基因的表达。

　　反义技术的主要作用机制是其与靶基因mRNA结合，利用与目的基因互补的核苷酸片断，特异激活RNA酶H或空间位阻作用阻断靶基因的表达。Shankar等[28]采用Survivin反义寡核苷酸作用于人神经母细胞瘤MSN细胞和少突胶质细胞瘤TC620细胞，在2株细胞中均观察到Survivin呈剂量依赖性下调，且细胞生长减缓，凋亡细胞增加，细胞出现有丝分裂障碍。有学者利用核酶进行Survivin靶向治疗以提高靶向的准确性，核酶可对 Survivinm RNA进行切割，干扰其蛋白翻译过程，从而导致Survivin表达水平降低[29]。Survivin功能区突变体是胶质瘤基因治疗可采用的另一种Survivin分子拮抗剂。Survivin必须通过BIR结构域与其他蛋白相结合才能发挥其抗凋亡功能，该结构域的点突变将引起整个Survivin突变体分子的功能丧失。目前研究的显性负突变体是Survivin的34位苏氨酸突变成丙氨酸，这种突变体是细胞周期素依赖性蛋白激酶p34cdc2的磷酸化位点，该位点的磷酸化是保持Survivin抗凋亡功能的基础。

　　近年来，免疫基因治疗受到国内外越来越多研究者的关注。因为仅仅通过抑制肿瘤细胞增殖与促进肿瘤细胞凋亡的治疗策略还难以彻底清除机体内的肿瘤细胞，如果能在发挥上述基因治疗良好的抗肿瘤作用的同时充分激发机体对肿瘤的特异性主动免疫应答，那就能更强地发挥抗肿瘤作用并且产生对同种肿瘤的免疫力，解决传统治疗中存在的肿瘤复发的问题[5]。Reker等[17]研究了Survivin所激发的cTL对具有各种不同的HLA型别的肿瘤组织的特异性杀伤能力，认为在HLA-Al、HLA-A2、HLA-A3及HLA-All阳性的癌症中均有作用，可有效降低这些肿瘤的免疫逃避。Survivin也同时表达于活性的T细胞、CD34细胞和某些干细胞。在识别Survivin表达的特异肿瘤相关抗原之后就可以激发自体内源性cTL细胞[18]和体液免疫机制如Survivin抗体[19]。

　　4 展望

　　Survivin作为一种新的凋亡抑制蛋白,在肿瘤发病机制中的作用已受到广泛关注,其作为肿瘤诊断的标记物和治疗靶点的应用将对临床产生深远的影响。随着对Survivin的深入研究,神经外科医生应该意识到外科手术仅仅是治疗工作的一小部分,如何科学合理地应用肿瘤生物学、细胞动力学、放射治疗学、药物学和免疫学等多学科的有关知识,将手术治疗、药物治疗、放射治疗、基因治疗、免疫治疗有机结合结合起来才是提高胶质瘤治疗效果的关键。

　　【参考文献】

　　[1] Adida C, Crotty PL, McGrath J, et al. Developmentally regulated expression of the novel cancer anti-apoptosis gene survivin in human andmouse differentiation[J]. Am J Pathol, 1998, 152(1):43.

　　[2] Sun Y, Lin R, Dai J, et al. Suppression of tumor growth using antisense oligonucleotide against survivin in an orthotopic transplant model of human hepatocellular carcinoma in nude mice[J]. Oligonucleotides, 2006,16(4):365-370.

　　[3] Ambrosini G, Adida C, Altieri DC. A novel anti-apoptosis gene, survivin, expressed in cancer and lymphoma[J]. Nat Med, 1997, 3(8):917.

　　[4] Krieg A, Mahotka C, Krieg T, et al. Expression of different survivin variants in gastric carcinomas: first clues to a role of survivin-2B in tumour progression[J]. Br J Cancer, 2002,86(5):737-743.

　　[5] Muehmore SW, Chen J, Jakob C, et al. Crystal structure and mutagenic analysis of the inhibitor of apoptosis protein surviving[J]. Mol Cell, 2000,6(1):173-182.

　　[6] Verdecia MA, Huang H, Duti E, et al. Structure of the human anti-apoptotic protein survivin reveals a dimmeric arrangement[J]. Nat Struct Biol, 2000,7(7):602-608.

　　[7] Shin S, Sung BJ, Cho YS, et al. An anti-apoptotic protein human survivin is a direct inhibitor of caspase-3 and -7[J]. Biochemistry, 2001,40(4):1117-1123.

　　[8] Shankar SL, Mani S, O'Guin KN, et al. Survivin inhibition induces human neural tumor cell death through caspase-independent and -dependent pathways[J]. J Neurochem, 2001,79(2):426-436.

　　[9] Anna P, Genesio L, Andrea P, et al. Expression of Survivin,p53,and caspase3 in Barrett's esophagus carcinogenesis[J]. Human Pathology, 2006,37(1):16-22.

　　[10] Honda R,Korner R,Nigg EA. Exploring the functional interactions between Aurora B, INCENP, and survivin in mitosis[J]. Mol Biol Cell,2003,14(8):3325-3341.

　　[11] O'Connor DS, Schechner JS, Adida C, et al. Control of apoptosis during angiogenesis by survivin expression in endothelial cells[J]. Am J Pathol, 2000,156(2):393.

　　[12] Thirunavukkarasu M, Han Z, Zhan L, et al. Adeno-sh-beta-catenin abolishes ischemic preconditioning-mediated cardioprotection by downregulation of its target genes VEGF, Bcl-2, and survivin in ischemic rat myocardium [J]. Antioxid Redox Signal, 2008, 10(8): 1475-1484.

　　[13] 甄海宁,章翔,胡佩臻,等.生存素基因表达与脑胶质瘤恶性增殖及凋亡关系的研究[J].中华外科杂志,2005,43(13):885-888.

　　[14] Pan Y, Hu WH, Xie D, et al. Nuclear and cytoplasmic expressions of survivin in glioma and their prognostic value[J]. Zhonghua Yi Xue Za Zhi, 2007,87(5):325-329.

　　[15] Kogiku M, Ohsawa I, Matsumoto K, et al. Prognosis of glioma patients by combined immunostaining for survivin, Ki-67 and epidermal growth factor receptor[J]. J Clin Neurosci, 2008,15(11):1198-1203.

　　[16] Saito T, Arifin MT, Hama S, et al. Survivin subcellular localization in high-grade astrocytomas: simultaneous expression in both nucleus and cytoplasm is negative prognostic marker[J]. J Neurooncol, 2007,82(2):193-198.

　　[17] Virrey JJ, Guan S, Li W, et al. Increased survivin expression confers chemoresistance to tumor-associated endothelial cells[J]. Am J Pathol, 2008,173(2):575-585.

　　[18] Soling A, Plugge EM, Schmitz M, et al. Autoantibodies to the inhibitor of apoptosis protein survivin in patients with brain tumors [J]. Int J Oncol, 2007, 30(1): 123-128.

　　[19] Hassounah M, Lach B, Allam A, et al. Benign tumors from the human nervous system express high levels of survivin and are resistant to spontaneous and radiation-induced apoptosis [J]. J Neurooncol, 2005, 72(3): 203-208.

　　[20] Wall NR，O'Connor DS，Plescia J，et al. Suppression of surviving phosphorylation onThr34 by flavopiridol enhances tumor cell apoptosis[J]. Cancer Res，2003，63(1):230-235.

　　[21] Fulda S，Debatin KM. Sensitization for tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-induced apoptosis by the chemopreventive agent resveratrol[J]. Cancer Res，2004,64(1):337-346.

　　[22] Zhang T，Fields JZ，Ehrlieh SM，et al. The chemopreventive agent sulindac attenuates expression of the antiapoptotic protein surviving in colorectal carcinoma cells[J]. J Pharmacol Exp Ther，2004，308(2):434-437.

　　[23] Pennati M, Folini M, Zaffaroni N. Targeting survivin in cancer therapy [J]. Expert Opin Ther Targets, 2008,12(4): 463-476.

　　[24] Nandi S, Ulasov IV, Tyler MA, et al. Low-dose radiation enhances survivin-mediated virotherapy against malignant glioma stem cells [J]. Cancer Res, 2008, 68(14):5778-5784.

　　[25] Uchida H，Tanaka T，Sasaki K，et al. Adenovirus-mediated transfer of siRNA against surviving induced apoptosis and attenuated tumor cell growth in vitro and in vivo[J]. Mol Ther，2004，10(1):162-171.

　　[26] 甄海宁，章翔，章薇，等.靶向Survivin基因的短发卡RNA对U251细胞生长和凋亡的影响[J].中华实验外科杂志，2006，23(1):72-74.

　　[27] 甄海宁，章翔，杨彤涛，等.短发卡RNA特异性抑制Survivin基因在U251细胞中的表达[J].中华神经外科疾病研究杂志，2005，4(6):496-500.

　　[28] Shankar SL, Mani S, O'Guin KN, et al. Survivin inhibition induces human neural tumor cell death through caspase-independent and -dependent pathways [J]. J Neurochem, 2001,79(2): 426-436.

　　[29] Sun LQ，Cairns MJ，Saravolae EG，et al. Catalytic nucleic acids: from lab to applications[J]. Pharmacol Rev，2000，52(3):325-347.