MEG3a和MEG3基因与无功能性垂体腺瘤的研究进展

作者:张晨冉,孙青芳,卞留贯

作者单位：上海交通大学医学院附属瑞金医院神经外科， 上海 200025            【摘要】  　　MEG3a是功能未知的母本印记基因MEG3的新型转录产物，研究表明MEG3a在正常垂体组织中高表达，而几乎在全部无功能性垂体腺瘤、大部分功能性垂体腺瘤中不表达。同时，该基因的异位表达能抑制许多癌细胞株的增殖，包括Hela细胞，MCF-7和H4组蛋白等，因而它可能是一种抑癌基因，其生物学功能与细胞增殖有关。本文就MEG3和MEG3a基因与无功能性垂体腺瘤的关系作简要综述。

    【关键词】  MEG3基因　MEG3a基因　垂体肿瘤

　　垂体腺瘤占颅内肿瘤的10%，人群发病率为20%，无功能性垂体腺瘤占垂体肿瘤的30%[1]。无功能性垂体腺瘤的细胞起源差异很大，确诊时往往肿瘤体积较大，肿瘤压迫致临床常继发出现垂体功能低下，视力下降及视野缺损等症状[2]。尽管无功能性垂体腺瘤大多数是良性肿瘤，但约5%~35%的肿瘤呈侵袭性生长，破坏硬膜、颅骨，侵入蝶窦或海绵窦；极少数是恶性肿瘤，转移到中枢神经系统以外的其他区域生长。肿瘤侵袭性生长的分子机制尚不清楚。目前，无功能性垂体腺瘤尚无有效的内科治疗手段。

　　1    分子生物学发病机制        　　分子遗传学研究表明：无功能性垂体腺瘤是单克隆起源[3]，其中少部分肿瘤表现为常染色体显性症状，即多发性内分泌肿瘤I型 （MEN1），其与肿瘤抑制基因MEN1的突变有关；其他肿瘤与染色体11q13的杂合子丢失相关[4]。30%的生长激素腺瘤发生Gas基因的显性突变，但该突变在其他垂体腺瘤中发生率较低[5]。有研究表明：在无功能性垂体腺瘤中，可有视黄醇类X受体、雌激素受体和甲状腺激素受体的下降，这可能与激素的调控有关。然而，这些因素与垂体腺瘤之间的关系仍不明确。表皮生长因子受体在80%的无功能性垂体腺瘤中过度表达[6]，而在功能性垂体腺瘤中不表达；在体外，表皮生长因子可促进无功能性垂体腺瘤的生长，而无功能性垂体腺瘤可上调表皮生长因子mRNA[7]。

　　2    MEG3a和MEG3基因的发现        　　为了明确垂体腺瘤的分子生物学发病机制，Zhang等[8]利用cDNA-RDA方法比较正常垂体组织和无功能性垂体腺瘤间基因表达的差异。他们克隆出一cDNA，该cDNA在无功能性垂体腺瘤中不表达，是已被发现但功能未知的母本印记基因MEG3的新型转录产物；印记基因MEG3在正常人促性腺激素细胞中有表达，而在促性腺激素细胞起源的无功能性垂体腺瘤中不表达；Northern Blot和RT-PCR分析进一步表明：MEG3在功能性垂体腺瘤及许多癌细胞株中也不表达。此外，MEG3的异位表达能抑制许多癌细胞株的增殖，包括Hela细胞、MCF-7和H4组蛋白等。基因分析表明：MEG3定位于染色体14q32.3。Miyoshi等[9]于2000年首次发现MEG3基因是一小鼠基因Gtl2的人类同系物。众所周知，小鼠12号染色体远端的父系副本可致晚期胚胎死亡并促进细胞生长，而母系副本可致晚期胚胎死亡且抑制生长[9]。人类14号染色体的父系或母系单亲二倍体与小鼠12号染色体远端是相似的，已有报道表明：该区域对生长、智力活动和肌肉骨骼的多态性有一定的印记效应。为了分离该区域的印记基因，Miyoshi等[9]从小鼠MEG基因中分离出7个候选克隆产物，其中之一就是MEG3，其与Gtl2基因相同。由于小鼠MEG3或Gtl2基因和人类MEG3均无明显的开放读码框，故这些基因的功能尚不清楚。最近报道12号染色体有插入突变的转基因小鼠Gtl2LacZ，当其转基因来自父系时可表现为胎儿期和出生后的生长迟缓[10]；随后，Schuster-Gossler等[11]从转基因整合位点附近分离出Gtl2基因，认为其是父系等位基因的特异性表达产物。小鼠MEG或Gtl2基因和人类MEG3基因是分别在小鼠12号染色体远端和人类第14号染色体长臂发现的首例印记基因。MEG3或Gtl2的功能尚不明确，其大转录产物为7kb，有开放读码框，编码产物可能为一177氨基酸的蛋白质；然而在起始ATG附近并无Kozak共有序列，且与已知蛋白间无同源性。Schuster-Gossler等[11]已阐明小转录产物 （1.9 kb） 和其他转录产物的开放读码框更小，也无Kozak共有序列。研究Gtl2和MEG3基因的功能，鉴定小鼠12号染色体和人类14号染色体长臂邻近的印记基因，对于研究基因疾病的发病原理和印记基因的作用机制均有极大帮助。随后几个研究小组报道Gtl2或MEG3基因与另一个印记基因Dlk1密切相关[12]。Dlk1编码包含6个表皮生长因子重复序列的跨膜蛋白，但Glt2或MEG3基因的功能还不明确。

　　3    MEG3a和MEG3的差异        　　Zhang等[8]在利用cDNA-RDA技术比较分析了正常垂体组织和垂体腺瘤，发现并克隆了MEG3a cDNA片段，其在不同组织中表达亦不相同，在正常垂体组织中表达高，而在无功能性垂体肿瘤中低表达或不表达[13]。MEG3a是MEG3的一种亚型，用该cDNA片段去筛选一人胎儿肝脏基因库，得到的阳性克隆产物再进行亚克隆，并分析其DNA序列。所有阳性cDNA克隆产物均含有与先前报道MEG3相似的DNA序列，然而并非完全相同。因为MEG3a在MEG3 cDNA中间插入一段141 bp的DNA序列。他们将此特殊的cDNA称为MEG3a，其序列已被提交到GenBank（登记号为AY314975）。MEG3和MEG3a 的cDNA序列中均含两个开放读码框,但两者均无一致的Kozak序列。在菌落形成和生长速率分析中，MEG3a能极大抑制细胞生长和分化，即使是恶性程度很高且生长迅速的恶性肿瘤细胞，例如宫颈癌的海拉细胞株，乳腺癌的MCF-7及神经胶质瘤H4[8]。但目前还不明确,该基因的生长抑制作用是受RNA转录产物介导或未知翻译蛋白质的调控；尚无直接证据表明：MEG3a能调控垂体腺瘤细胞的生长，或MEG3a表达缺失会导致垂体肿瘤的形成。然而，MEG3a能极大抑制细胞生长，且在正常促性腺激素细胞中表达，而在促性腺细胞来源的无功能性垂体腺瘤中不表达，均表明它在维持正常促性腺细胞生长中意义重大。如果能够比较MEG3和MEG3a，对了解MEG3基因与肿瘤形成间的关系意义深远。因为MEG3a在正常垂体细胞和成纤维细胞中高表达，而在垂体肿瘤和大多数癌细胞中不表达，所以我们推断MEG3的生物学功能与控制细胞增殖有关。

4    MEG3a和MEG3基因的组织分布        　　Zhang等[8]为了解从EST数据库获得的MEG3与人DNA基因库筛选得到的MEG3a之间的差别，他们把这些cDNA序列与人类基因组列相比较 （http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/ genome/seq/）。通过扩展搜索人类基因组序列，得出MEG3基因定位于染色体14q32.3。比较MEG3 cDNA亚型序列和该区域的人类基因组序列，得出了MEG3的基因组结构。MEG3a和MEG3序列的区别在于MEG3a中插入了一段141bp的DNA片段，而这是由于MEG3a cDNA使用外显子5所造成。在人类基因组中，我们只发现一段高度匹配的基因序列，提示MEG3是单拷贝基因。Zhang等[8]同时利用MEG3 cDNA N'末端一段200 bp序列作为探针检测其在不同组织中的分布情况，表明MEG3在垂体和小脑中高表达，大脑的其他区域也有表达；同时，胎盘、肾上腺、胰腺和子宫中也有MEG3的表达。        　　Miyoshi等[9]利用小鼠MEG3或Gtl2序列在dbEST中进行扩展查询，发现几个匹配度较高的人类EST克隆产物，这些EST克隆产物已被绘制到人类14号染色体长臂上。随后他们对4个EST克隆产物进行基因序列分析，确定了人类MEG3基因的cDNA结构为一1 574 bp的转录产物；除了与小鼠外显子4和外显子6，7，8相对应的序列外，其与小鼠MEG3或Gtl2具有极高的同源性 （67%），其中前者在人类MEG3序列中缺失,而后者则被完全不同的序列所替代。同时也发现在成年人中，人MEG3在脑组织中表达，而在其他组织如心脏、肾脏、脾脏、肝脏和结肠中不表达。

　　5    MEG3a和MEG3基因缺失的机制        　　Zhao等[14]研究了人类无功能性垂体腺瘤中MEG3基因表达缺失的潜在机制。他们在被检肿瘤中未发现基因组的异常，并提出表观遗传学的改变与MEG3基因的表达缺失密切相关。通过与正常垂体组织比较，他们在不表达MEG3的垂体肿瘤中发现，在第一个外显子的前方及其上游大约1.6~2.1kb内的2段5'侧翼区发生了超甲基化；而且，用甲基化抑制剂处理后能够恢复人类癌细胞株表达MEG3。因此，他们得出结论认为：MEG3基因调控区的超甲基化与无功能垂体腺瘤中MEG3基因表达的缺失密切相关。

　　6    存在的问题        　　尽管上述研究表明：MEG3或MEG3a基因在促性腺激素细胞来源的无功能性垂体腺瘤 （占所有无功能性垂体腺瘤的40%~79%） 中无表达，但目前尚无证据反映MEG3或MEG3a基因在其他细胞来源的无功能性垂体腺瘤，如非瘤样细胞腺瘤、嗜酸细胞腺瘤、静止的促皮质激素细胞瘤和生长激素细胞瘤中的表达情况；同样，至今仍没有证据表明MEG3基因表达产物是否在蛋白质水平。该基因抑制细胞增殖的作用究竟是由RNA转录产物介导，还是受一未知翻译蛋白质的调控；同样，目前尚无直接证据表明MEG3a能控制垂体肿瘤细胞的生长，或是MEG3a表达产物的缺失导致垂体腺瘤的发生、发展。研究MEG3和MEG3a的关系很有意义，因为MEG3a在正常垂体组织中高表达，而在几乎全部无功能性垂体腺瘤、大部分功能性垂体腺瘤及人类癌细胞中不表达。构建MEG3基因剔除的动物模型将有助于明确MEG3基因不仅与无功能性垂体腺瘤，还与其他肿瘤的发生密切相关，明确其抑制细胞增殖的作用机理，从而加深对该基因在临床应用价值方面的认识，对指导无功能性垂体腺瘤的早期诊断与治疗具有重大贡献。

【参考文献】  　　[1] MORENO C S, EVANS C O, ZHAN X, et al. Novel molecular signaling and classification of human clinically nonfunctional pituitary adenomas identified by gene expression profiling and proteomic analyses [J]. Cancer Res, 2005, 65(22): 10214-10222.　　　　[2] LOSA M, FRANZIN A, MANGILI F, et al. Proliferation index of nonfunctioning pituitary adenomas: correlations with clinical characteristics and long-term follow-up results [J]. Neurosurgery, 2000, 47(6): 1313-1319.

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