Glypican-3基因与生长调控及肿瘤的研究进展

作者:王莉,惠宁,满晓波

作者单位：1.上海长海医院，上海 200433；2.东方肝胆外科医院国际合作生物信号转导研究室，上海 200433         【摘要】  　　1996年Pilia等克隆到了过度生长综合征（Simpson?鄄Golabi?鄄Behmel syndrome, SGBS）患者Xq26区的磷脂酰肌醇蛋白聚糖?鄄3基因(Glypican?鄄3, GPC3)。GPC3在细胞的生长发育中起着重要的调控作用，正是由于该基因的突变导致了SGBS。最近还发现该基因与几种恶性肿瘤的发生有关。文章就该基因与生长调控及肿瘤的研究进展作一综述。

   【关键词】  磷脂酰肌醇蛋白聚糖　过度生长综合征　生长发育　肿瘤

　　肿瘤是机体在各种致病因素的作用下，局部组织的细胞在基因水平上对其生长的正常调控失控而导致的。磷脂酰肌醇蛋白聚糖?鄄3基因（Glypican?鄄3，GPC3）基因是1996年克隆出来的一种新型基因，对生长调控起着重要作用。由于该基因的突变导致了细胞增殖和凋亡失去平衡，可能是肿瘤发生的重要原因。本文就该基因目前的研究进展作一综述，旨在探讨该基因在生长发育相关疾病和肿瘤的临床诊断和治疗方面的作用。

    1 GPC3的结构

    1996年，Pilia等[1]在1例SGBS患者中克隆出了Glypican?鄄3基因，该基因定位于人染色体Xq26.10。GPC3基因组结构全长大于900kb，是人类基因组中最大的基因之一。其5＇端朝向端粒区，3＇端朝向中心粒区，由8个外显子,7个内含子组成。编码的GPC3蛋白质前体为580个氨基酸残基的蛋白质，分子量大小约为66kD。

    2 GPC3与生长调控

    GPC3基因编码的蛋白属于硫酸乙酰肝素类蛋白聚糖（heparan sulfate proteoglycans, HSPGs），通过糖基磷脂肽肌锚蛋白(glycosyl?鄄phosphatidylinositol anchor, GPI )锚定在细胞表面，可结合肝素结合型蛋白如生长因子、细胞外基质成分、细胞—细胞黏附分子和与降解通路有关的分子，调控着细胞生长、增殖等行为，在机体的生长发育中起着重要的作用。

    Pilia等[1]研究证实，正是由于GPC3的表达缺失导致了机体过度生长疾病——SGBS[2]。SGBS主要表现为产前、产后胎儿过度生长，伴有多脏器和骨骼系统发育异常，男性平均身高达195cm，多有粗糙面容，多乳头，上鄂裂特征性表现。其他伴随症状：先天性心房（室）间隔缺损，肾肿大，结构异常，隐睾，尿道下裂，疝，脊柱和肋骨异常，并指（趾）和死胎。Cano?鄄Gauci等[3]制备的GPC3基因敲除小鼠进一步验证了Pilia的观点。在敲除GPC3基因后，小鼠具备了SGBS综合征典型的症状。上述研究提示GPC3是细胞生长发育的负调控基因。

    Rosenblum等研究阐明了GPC3对肾小管分支发育的影响。在GPC3基因敲除小鼠模型中,由于该基因的缺失使皮质细胞 (CCD)和髓质细胞(MCD)在增殖、凋亡上的比例出现了明显的失调。在肾脏发育的早期皮质细胞的增殖增加了3倍，而在发育的后期髓质细胞的凋亡增加了16倍[4]。

    Khans等[5]利用原位杂交和免疫组化的方法研究了GPC3在胎盘滋养细胞中的表达情况，发现GPC3在细胞滋养细胞中仅有少量的表达，而在其分化为合体滋养细胞后表达量明显提高。提示GPC3在细胞滋养细胞分化及合体滋养细胞功能行使中起着一定的作用。

    有报道GPC3基因缺失突变导致机体生长发育失调控的机制在于它同胰岛素样生长因子（insulin growth factor 2，IGF2）之间的相互作用。IGF2是哺乳动物生长发育调控的中心环节。IGF2基因的过度表达是Beckwith?鄄Wiedemann 综合征(BWS)[6]的主要原因。BWS是另一种同SGBS临床表现极为相像的过度生长疾病。Weksberg等[7]推测GPC3是通过竞争IGF2的信号受体来下调IGF2的活性,也就是说GPC3的缺失突变相当于IGF2的过表达。Eggenschwiler等[8]也证实了这个观点,在制备的IGF2转基因小鼠模型中,小鼠除了具备BWS的典型表型外,还表现出了SGBS所特有的骨骼畸形。然而，目前并没有直接证据证明两者之间有明显关联。Chiao等[9]研究表明，在GPC3缺失并同时DeltaH19基因缺失导致IGF2双等位基因表达的情况下，与GPC3无关的症状加重了，而SGBS综合征的症状并未有明显加重；再比较分析了GPC3与IGF2,IGF1,或IGFRI型受体分别双突变后的症状，发现GPC3基因抑制机体的生长同IGF信号转导通路是相互独立的作用途径。Paine?鄄Saunders等[10]推测GPC3与BMP4之间相互作用来调控生长发育。Song等[11]则认为GPC3的缺失激活了经典的Wnt/beta?鄄catenin信号通路途径，进而促进细胞的生长增殖。关于GPC3调控生长发育的机制还有待于进一步研究。

    3 GPC3与恶性肿瘤

    3.1 GPC3与肝癌

    1997年Hsu等[12]报道了GPC3基因在肝癌中的表达情况，研究表明在154例肝癌组织中，74.8%检测到GPC3mRNA，而在正常肝和肝炎组织中只有3.2%检测到GPC3基因。Yamauchi等[13]进一步证实了GPC3蛋白在肝癌组织中的表达同基因水平相一致，在非癌肝组织中同样没有表达或表达量极低。在肝癌组织中GPC3基因及蛋白水平的双重升高给了这样一种提示：即 GPC3可能作为一种癌胚蛋白在肝癌的早期诊断中发挥重要的作用。Hippo等[14]在肝癌病人血清中特异性地检测到了可溶GPC3［sGPC3，GPC3的NH2末端部分在Arg(358)和Ser(359)之间被切开获得］，其表达量明显高于肝硬化病人及健康对照组病人，并且敏感度上要优于AFP。Capurro M[15]和Filmus J[16]分别分析比较了肝癌病人血清中GPC3和AFP的表达，结果显示在同一病人血清中两者的表达没有相关性，故而认为两者的联合诊断能够显著提高肝癌的早期诊断率。

    3.2 GPC3与胚胎性肿瘤

    胚胎性肿瘤，如Wilm’s 瘤、成神经细胞瘤、肝胚细胞瘤等，在4岁前较为高发。这些肿瘤呈现出临床和起源上的差异性，其分子学机制的研究目前知之甚少。Saikali[17]和ToretsKy等[18]证实在Wilm’s 瘤、成神经细胞瘤和肝胚细胞瘤中GPC3均高表达，而且所有高表达GPC3基因的组织中均高表达了IGF2，推测是由于其与IGF2的相互作用导致了胚胎性肿瘤。

    3.3 GPC3与黑色素瘤

    Nakatsura等[19]报道了GPC3 mRNA在80%以上的黑色素瘤中都有显著升高，并且GPC3蛋白在39.6%的黑色素瘤病人血清中都有表达，而在先天性黑色素痣和正常人的血清中则表达缺失。GPC3在黑色素瘤病人血清中的阳性表达率显著高于该肿瘤目前公认的的肿瘤标记物，并且GPC3的升高更为早期,在0期病人中即有表达。因此，该作者认为GPC3可能是黑色素瘤的一种新型的标志物，尤其在早期的诊断中发挥重要的作用。

  3.4 GPC3与卵巢癌

    LIN等[20]用RT?鄄PCR方法研究了GPC3基因在卵巢癌中的表达情况，13例卵巢癌细胞系中有4例细胞系GPC3基因表达缺失。将GPC3转染到不表达该基因的卵巢癌细胞系中，结果发现GPC3显著抑制了克隆集落的形成，即转染GPC3后导致肿瘤细胞生长抑制。以上提示在卵巢癌中GPC3可能发挥着抑癌基因的作用。该作者进一步分析了GPC3基因在卵巢癌中表达缺失的机制，发现GPC3启动子的甲基化导致了该基因的表达缺失，用去甲基化药物5?鄄aza?鄄2＇?鄄deoxycytidine（DAC）作用细胞后，表达开放。这一甲基化调控机制在其它一些恶性肿瘤中同样得到了验证。

    3.5 GPC3与肺癌、乳腺癌、间皮瘤、肾癌

    在肺癌、乳腺癌、间皮瘤、肾癌中，GPC3基因表达均缺失。Gonzalez等[21]研究发现GPC3能诱导间皮瘤细胞系Ⅱ14和乳腺癌细胞系MCF?鄄7凋亡，在突变掉其GPI锚蛋白使其不能锚定在细胞膜表面后凋亡作用丧失，而突变掉其结合GAG的蛋白位点则凋亡功能仍然存在，所以推测GPC3基因的凋亡功能可能与GPI有关，并且GPC3诱导的凋亡是有细胞特异性的，对NIH3T3和HT29大肠癌细胞系则无法诱导其凋亡。

    Kim等[22]用基因芯片的方法分析了吸烟者和不吸烟者的正常肺组织中GPC3的表达情况，发现GPC3基因在前者中的表达低于后者，进一步研究了肺癌组织和正常肺组织中GPC3的表达差异，GPC3在肺癌组织中的表达量显著低于正常肺组织。Murthy[23]报道GPC3基因在间皮瘤中表达缺失、Xiang[24]报道GPC3基因在乳腺癌中表达缺失，并且其缺失同样是由于甲基化引起的。在上述肿瘤中，GPC3可能是潜在的抑癌基因。Peters等[25]对这个观点进行了证实，将GPC3转染到乳腺癌细胞系?鄄LM3中，而后将GPC3?鄄LM3注射到BALB／c小鼠中，观察发现LM3?鄄GPC3克隆的侵犯能力降低，并且相对对照组来讲，肺转移也很少见。转染GPC3后细胞E?鄄cadherin 和 beta?鄄catenin的表达明显升高，这些分子的上调会抑制肿瘤的发生。

    总之，GPC3在不同组织来源的肿瘤中呈现不同的表达情况。在成人GPC3阳性表达的组织（如卵巢、肾脏、肺脏）中,GPC3在该组织恶变的过程中表达下降,这种下降似乎对恶性肿瘤显型的产生起作用，目前公认在这些肿瘤中，GPC3发挥着抑癌基因的作用。相反,在仅胚胎期表达GPC3的组织来源的肿瘤中（如肝脏）,GPC3的表达似乎在恶变时重新出现。GPC3的再表达在这些肿瘤进展中的作用目前尚未十分明确。Farooq 等[26]认为，在肝癌中GPC3同样发挥着抑制肿瘤细胞生长的作用，将肝癌细胞系Hep G2和Hep 3B中的GPC3基因反义介导基因敲除后，这两种细胞系的生长速度明显加快。而Capurro[27]则持不同的观点，他通过免疫共沉淀和细胞结合实验观察到肝癌细胞中GPC3结合Wnt途径信号分子的能力显著提高，认为GPC3通过自分泌和旁分泌的方式来增加经典Wnt途径中的信号分子从而刺激肝癌细胞的生长。另外也有观点认为在这些GPC3表达上调的恶性肿瘤中，GPC3仅仅表现为一种癌胚蛋白。一般来讲，癌胚蛋白在肿瘤的发生中不起关键作用,但是它们却可以被用作肿瘤标记物或作为免疫治疗的靶目标[28]。近期Nakatsura等[29]研究了以GPC3为靶向的免疫治疗的可行性。在BALB/c小鼠中鉴定出一种来源于GPC3的Kd限制性的CTL抗原肽。在转染入小鼠GPC3基因的s.c. Colon26肿瘤细胞中接种GPC3抗原特异性的CTL将导致体内对肿瘤的排斥，并且在经亚致死剂量照射的小鼠中静脉接种这些CTL，可显著抑制已形成的s.c肿瘤的生长。接种经这种抗原刺激的骨髓来源的树突状细胞可抑制s.c和脾C26/GPC3的生长，伴随着肿瘤中大量CD8+T细胞浸润。而在对肿瘤细胞发生排斥而存活的小鼠中，没有观察到任何自身免疫反应。因此认为癌胚蛋白GPC3具有强免疫源性，在不引起自身免疫的同时又起到有效的抗肿瘤免疫作用。

    4 展 望

    近年来大量的研究证明了GPC3在细胞的生长发育和恶变过程中起到关键作用。GPC3的功能是建立在它能够调节不同的生长、存活因子基础上的。目前我们面临的挑战性工作在于精确地找到这些生长/存活因子，并揭示这种调控的生化理论,以便为GPC3在临床疾病的诊断和治疗开拓广泛的空间。

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