KAI1基因的肿瘤转移抑制作用
作者：李珊珊 方伟岗 沈琼
单位：李珊珊(河南医科大学第一附属医院病理科，河南省肿瘤病理学重点实验室 郑州；450052)；方伟岗(北京医科大学病理系 北京 100083)；沈琼(河南医科大学癌前期研究室 郑州 450052)
关键词：
河南医科大学学报000209 KAI1(Kang Ai 1)基因是最近发现的一个新的肿瘤转移抑制基因，1995年Dong等[1]首先发现并分离了该基因。KAI1基因位于人染色体11p11.2，编码一个由267个氨基酸组成的蛋白质，研究发现KAI1蛋白与CD82结构相同。CD82为一种白细胞膜糖蛋白[2]，在不同的实验室，又称为R2[3]、C33[4]、IA4[5]和4F9[6]。KAI1蛋白属于一个结构特殊的家族——TM4SF (transmembrane 4 superfamily or tetraspan superfamily)，TM4SF蛋白具有4个高度保守的疏水区(被认为是穿膜位点)及一个大的细胞外N-糖基化位点。这些蛋白在上皮细胞膜的定位和广泛的糖基化提示：它们参与细胞与细胞和/或细胞与细胞外基质的反应，其中任何一方面对于肿瘤细胞浸润和转移的发生都很重要。由于KAI1首先发现于前列腺癌细胞，因此KAI1基因被认为是前列腺癌转移抑制基因。
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1 KAI1基因的结构[7]
目前关于KAI1基因的结构也已明白。人类KAI1基因大约长80 kb。它的5′区长度为8 kb，有10个外显子和9 个内含子，第10外显子后延8 kb长度的DNA。编码起始部位位于第3外显子，终止于第10外显子。内含子1长约29 kb，大小几乎等于2～9内含子之和。它的5′-端富含CpG岛并一直延伸到第1外显子和第1内含子，长约1 086 bp,其中5′-启动子部分占735 bp，外显子1占79 bp，另外272 bp为内含子的一部分。这段1 086 bp的DNA中GC含量达68%，在紧接KAI1基因转录起始位点上游的217 bp区域G+C达80%。在KAI1基因启动子部位没有TATA或CAAT盒，但有许多潜在结合位点，能与多种转录因子结合，包括9个SP1位点和AP2位点。这一现象提示人类组织中KAI1的表达受多种机制的调节。KAI1转录起始位点位于翻译起始密码的第一个核苷酸上游181 bp处。
, 百拇医药 2 KAI1的肿瘤转移抑制作用
2.1 前列腺癌转移抑制基因——KAI1
KAI1最初是以前列腺癌转移抑制基因而被认识的。1995年Dong等发现在转移性人前列腺癌细胞中KAI1 mRNA低表达或不表达。而在有KAI1表达的癌细胞其转移能力受到抑制，但它们原发瘤的生长不受影响，在正常前列腺细胞中KAI1高表达，另外转染了KAI1基因的高转移小鼠AT6.1前列腺癌细胞，其转移能力也受到有效抑制，将这种转移抑制克隆接种到有严重联合免疫缺陷病的小鼠体内，其转移抑制作用依然存在。Dong等认为：KAI1功能部分或完全的丧失与前列腺癌发展到转移阶段有关。在另一项研究中也显示了良性前列腺增生组织及正常前列腺细胞中KAI1的高表达以及在所有转移性前列腺癌和部分原发性前列腺癌组织中KAI1表达降低[8]。Ueda等[9]认为前列腺癌的Gleason分级及它的临床分期与KAI1蛋白的表达呈负相关性，高Gleason级或临床晚期病例，KAI1的表达水平降低[10]。由此可见，随着前列腺癌的进展，KAI1的表达下调。但Dong未能证实进展期前列腺癌组织中KAI1表达降低与KAI1基因的突变以及等位丢失的关系[8]。而Kawana等[10]的研究显示，进展期前列腺癌，在含KAI1基因的第11号染色体短臂的着丝粒处常伴有杂合性丢失(LOH)或等位基因丢失。几个研究小组的研究结果还提示了KAI1蛋白的定位[8,9,11]。他们发现KAI1蛋白阳性定位于细胞与细胞交界的细胞膜上，间质成分不表达。这种上皮细胞膜定位提示：KAI1蛋白参与细胞与细胞间和/或细胞与细胞外基质间的反应。这种反应可能介导了细胞与环境之间的信号传递，从而影响细胞的运动和分化。
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2.2 KAI1在其它肿瘤的转移抑制作用
KAI1的肿瘤转移抑制作用除了前列腺癌之外，在其它多种组织学类型肿瘤中也具有转移抑制作用，已见报道的有肺癌[12～14]、胰腺癌[15,16]、乳腺癌[17,18]、结肠癌[19]、以及黑色素瘤[20]等多种肿瘤。
2.2.1 KAI1与肺癌：Adachi等[12]认为KAI1可作为评估非小细胞肺癌预后的因素。在有KAI1表达的病例预后好于无表达者，他们发现KAI1阳性的癌病例其生存率明显高于KAI1阴性病例，特别在肺腺癌病人。因此KAI1基因的高表达可认为是某些低转移潜能肺癌的特征[13]。检测KAI1表达有助于鉴别那些无淋巴结转移的高危病例，这部分病例常在早期复发[14]。
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2.2.2 KAI1与胰腺癌：Guo等[15]利用Northern blot、原位杂交法，观察了KAI1 mRNA在人胰腺癌组织中的表达，以了解KAI1基因在人胰腺癌是否具有转移抑制作用。结果显示：KAI1 mRNA表达水平与病人的临床分期有关，在早期阶段(Ⅰ、Ⅱ期)KAI1 mRNA表达明显高于进展期(Ⅲ、Ⅳ期)病例，后者均有淋巴结或远处转移(P<0.01)。KAI1 mRNA在无转移病例中的表达明显高于有淋巴结和远处转移病例，它的表达可能影响体内胰腺癌细胞的转移能力[16]，因而KAI1表达下调可使胰腺癌细胞扩展到淋巴结或远处器官。
2.2.3 KAI1与乳腺癌：Wei和Yang等[17,18]报道了KAI1在乳腺癌的转移抑制作用。Northern blot杂交结果显示了无转移性乳腺癌细胞中KAI1 mRNA的表达高于转移性乳腺癌细胞。基因转染方法也证实了KAI1与乳腺癌的转移呈负相关，将单拷贝正常人11号染色体引入高转移的乳腺癌细胞MDA-MB-435，这些细胞克隆在无胸腺裸鼠体内的转移能力明显低于它们的亲代细胞，这些亲代野生型MDA-MB-435细胞中KAI1 mRNA表达水平很低，而在含有11号染色体的neoll/MDA-MB-435.A3和neoll/MDA-MB-435.B1细胞中KAI1 mRNA的表达几乎是亲代克隆的2倍。在一株具有无限增殖能力形态正常的非肿瘤性乳腺上皮细胞系中也有很高的KAI1 mRNA水平。
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2.2.4 KAI1与结肠癌:人们利用基因转染技术，使KAI1基因的转移抑制作用在结肠癌中得到证实。Takaoka用两种稳定的转染子分析了KAI1基因对结肠癌细胞粘附、运动和浸润的影响，反义转染子BM314细胞，由于转染了反义KAI1cDNA ，KAI1 mRNA的表达受到抑制，正义转染子DLD-1细胞由于正义KAI1 cDNA的转染增强了它的KAI1 mRNA的表达。在这个研究中Takaoka等[19]发现：①KAI1基因的表达对结肠癌细胞BM314和DLD-1细胞的体外生长没有影响；②细胞聚集分析显示：KAI1增强了这些结肠癌细胞的Ca2+自主聚集能力；③细胞运动和浸润分析显示：KAI1基因可抑制这些细胞的运动和体外浸润能力；④KAI1表达抑制了这些细胞与纤连蛋白的结合以及它们在纤连蛋白铺衬平板上的移动。因此，Takaoka等认为：KAI1基因表达的降低可能与结肠癌细胞的浸润和转移能力有关。
2.2.5 KAI1与黑色素瘤:Takaoka研究小组利用转染技术又证实了KAI1在黑色素瘤细胞中呈阳性关系[20]。将人的KAI1 cDNA转入高转移的鼠黑色素瘤细胞B16-BL6，建立KAI1 mRNA不同表达水平的稳定转染克隆。结果显示：①细胞聚集分析实验：KAI1 cDNA转染与伪转染子相比，明显增加了Ca2+自主性引起的B16-BL6细胞的聚集；②与伪转染子相比，KAI1转染子在体内的吞噬活动能力及浸润能力明显降低，但KAI1的表达对B16-BL6细胞在体外或体内的增殖没有影响；③与伪转染子及亲代B16-BL6细胞相比，静脉注入的KAI1转染子在裸鼠肺内形成的克隆明显减少。这些资料提示了KAI1表达可以抑制黑色素瘤细胞B16-BL6的浸润和转移能力。在另一项研究中，5个来自转移性黑色素瘤的细胞系，其KAI1蛋白的表达明显低于正常黑色素细胞[21]。因此KAI1的下调可能促使黑色素瘤细胞的浸润和转移。
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2.2.6 KAI1与其它肿瘤细胞：White等[21]以Western blot分析了多种类型肿瘤细胞以及它们相应正常细胞中KAI1蛋白的表达，以了解KAI1在这些肿瘤细胞进展过程中的作用，包括前列腺癌细胞、卵巢癌细胞、膀胱癌细胞、子宫内膜癌细胞、肺癌细胞以及黑色素瘤细胞。在这些癌细胞中KAI1蛋白的表达均低于其相应的正常细胞。由此可见，在多种人类肿瘤的恶性进展过程中，KAI1基因下调表达很常见。White等认为可将KAI1低表达视为泌尿系肿瘤、妇科肿瘤、肺肿瘤和黑色素瘤转移发生的指征。他们认为在肿瘤的恶性进展过程中KAI1蛋白可能存在翻译后修饰-糖基化改变，从而引起转移能力的改变[21]。
2.2.7 KAI1与食管癌、胃癌：综上所述，KAI1的转移抑制作用可涉及多种组织学类型的肿瘤，但人们没有发现它对上消化道肿瘤的影响。在Guo等[22]的研究中，KAI1在正常食管及胃组织中的表达与食管癌、胃癌组织中的表达未见区别，且在转移性和非转移食管癌、胃癌中的表达也未见差异，另外肿瘤分级及肿瘤细胞的分化也与KAI1 mRNA水平无关。总之，Guo等未能证实KAI1与食管癌、胃癌转移的负相关性。由此可见食管癌、胃癌转移的发生与KAI1基因无关。
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3 KAI1抑制肿瘤转移的可能机制
KAI1蛋白属于TM4SF成员，TM4SF蛋白是如何参与影响肿瘤的浸润和转移的？鉴于TM4SF蛋白的结构特征，它可与多种成分结合并在细胞表面形成大的复合体，特别是与整合素的结合[23～25]，TM4SF蛋白通过调节整合素的功能从而影响细胞的粘附，除此之外，TM4SF蛋白本身也具有调节细胞粘附的作用。粘附在肿瘤转移中的作用越来越引起人们的关注，包括同型细胞间的粘附和异型细胞间的粘附，TM4SF蛋白不仅能够调节异型粘附(通过调节整合素的功能)，还具有促进同型粘附的作用。
KAI1基因作为TM4SF成员，它的肿瘤转移抑制作用的机制还有待进一步探讨。作为一个新的肿瘤转移抑制基因，KAI1越来越引起人们的关注。
基金项目：博士研究生课题
参考文献：
, http://www.100md.com
[1]Dong JT,Lamb PW,Rinker-Schaeffer CW,et al.KAI1,a metastasis suppressor gene for prostate cancer on human chromosome 11p11.2.Science,1995,268:884
[2]Lebel-Binay S,Lagaudriere C,Fradelizi D,et al.CD82,member of the tetra-span-transmembrane protein family,is a costimulatory protein for T cell activation.J Immunol,1995,155:101
[3]Gaugitsch HW,Hofer E,Huber NE,et al.A new superfamily of lymphoid and melanoma cell proteins with extensive homology to Schistosoma mansoni antigen Sm23.Eur J Immunol,1991,21:377
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[4]Imai T,Fukudome K,Takagi S,et al.C33 antigen recognized by monoclonal antibodies inhibitory to human T cell leukemia virus type 1-induced syncytium formation is a member of a new family of transmembrane proteins including CD9,CD37,CD53,and CD63.J Immunol,1992,149:2879
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(收稿日期：1999-12-25), 百拇医药
单位：李珊珊(河南医科大学第一附属医院病理科，河南省肿瘤病理学重点实验室 郑州；450052)；方伟岗(北京医科大学病理系 北京 100083)；沈琼(河南医科大学癌前期研究室 郑州 450052)
关键词：
河南医科大学学报000209 KAI1(Kang Ai 1)基因是最近发现的一个新的肿瘤转移抑制基因，1995年Dong等[1]首先发现并分离了该基因。KAI1基因位于人染色体11p11.2，编码一个由267个氨基酸组成的蛋白质，研究发现KAI1蛋白与CD82结构相同。CD82为一种白细胞膜糖蛋白[2]，在不同的实验室，又称为R2[3]、C33[4]、IA4[5]和4F9[6]。KAI1蛋白属于一个结构特殊的家族——TM4SF (transmembrane 4 superfamily or tetraspan superfamily)，TM4SF蛋白具有4个高度保守的疏水区(被认为是穿膜位点)及一个大的细胞外N-糖基化位点。这些蛋白在上皮细胞膜的定位和广泛的糖基化提示：它们参与细胞与细胞和/或细胞与细胞外基质的反应，其中任何一方面对于肿瘤细胞浸润和转移的发生都很重要。由于KAI1首先发现于前列腺癌细胞，因此KAI1基因被认为是前列腺癌转移抑制基因。
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1 KAI1基因的结构[7]
目前关于KAI1基因的结构也已明白。人类KAI1基因大约长80 kb。它的5′区长度为8 kb，有10个外显子和9 个内含子，第10外显子后延8 kb长度的DNA。编码起始部位位于第3外显子，终止于第10外显子。内含子1长约29 kb，大小几乎等于2～9内含子之和。它的5′-端富含CpG岛并一直延伸到第1外显子和第1内含子，长约1 086 bp,其中5′-启动子部分占735 bp，外显子1占79 bp，另外272 bp为内含子的一部分。这段1 086 bp的DNA中GC含量达68%，在紧接KAI1基因转录起始位点上游的217 bp区域G+C达80%。在KAI1基因启动子部位没有TATA或CAAT盒，但有许多潜在结合位点，能与多种转录因子结合，包括9个SP1位点和AP2位点。这一现象提示人类组织中KAI1的表达受多种机制的调节。KAI1转录起始位点位于翻译起始密码的第一个核苷酸上游181 bp处。
, 百拇医药 2 KAI1的肿瘤转移抑制作用
2.1 前列腺癌转移抑制基因——KAI1
KAI1最初是以前列腺癌转移抑制基因而被认识的。1995年Dong等发现在转移性人前列腺癌细胞中KAI1 mRNA低表达或不表达。而在有KAI1表达的癌细胞其转移能力受到抑制，但它们原发瘤的生长不受影响，在正常前列腺细胞中KAI1高表达，另外转染了KAI1基因的高转移小鼠AT6.1前列腺癌细胞，其转移能力也受到有效抑制，将这种转移抑制克隆接种到有严重联合免疫缺陷病的小鼠体内，其转移抑制作用依然存在。Dong等认为：KAI1功能部分或完全的丧失与前列腺癌发展到转移阶段有关。在另一项研究中也显示了良性前列腺增生组织及正常前列腺细胞中KAI1的高表达以及在所有转移性前列腺癌和部分原发性前列腺癌组织中KAI1表达降低[8]。Ueda等[9]认为前列腺癌的Gleason分级及它的临床分期与KAI1蛋白的表达呈负相关性，高Gleason级或临床晚期病例，KAI1的表达水平降低[10]。由此可见，随着前列腺癌的进展，KAI1的表达下调。但Dong未能证实进展期前列腺癌组织中KAI1表达降低与KAI1基因的突变以及等位丢失的关系[8]。而Kawana等[10]的研究显示，进展期前列腺癌，在含KAI1基因的第11号染色体短臂的着丝粒处常伴有杂合性丢失(LOH)或等位基因丢失。几个研究小组的研究结果还提示了KAI1蛋白的定位[8,9,11]。他们发现KAI1蛋白阳性定位于细胞与细胞交界的细胞膜上，间质成分不表达。这种上皮细胞膜定位提示：KAI1蛋白参与细胞与细胞间和/或细胞与细胞外基质间的反应。这种反应可能介导了细胞与环境之间的信号传递，从而影响细胞的运动和分化。
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2.2 KAI1在其它肿瘤的转移抑制作用
KAI1的肿瘤转移抑制作用除了前列腺癌之外，在其它多种组织学类型肿瘤中也具有转移抑制作用，已见报道的有肺癌[12～14]、胰腺癌[15,16]、乳腺癌[17,18]、结肠癌[19]、以及黑色素瘤[20]等多种肿瘤。
2.2.1 KAI1与肺癌：Adachi等[12]认为KAI1可作为评估非小细胞肺癌预后的因素。在有KAI1表达的病例预后好于无表达者，他们发现KAI1阳性的癌病例其生存率明显高于KAI1阴性病例，特别在肺腺癌病人。因此KAI1基因的高表达可认为是某些低转移潜能肺癌的特征[13]。检测KAI1表达有助于鉴别那些无淋巴结转移的高危病例，这部分病例常在早期复发[14]。
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2.2.2 KAI1与胰腺癌：Guo等[15]利用Northern blot、原位杂交法，观察了KAI1 mRNA在人胰腺癌组织中的表达，以了解KAI1基因在人胰腺癌是否具有转移抑制作用。结果显示：KAI1 mRNA表达水平与病人的临床分期有关，在早期阶段(Ⅰ、Ⅱ期)KAI1 mRNA表达明显高于进展期(Ⅲ、Ⅳ期)病例，后者均有淋巴结或远处转移(P<0.01)。KAI1 mRNA在无转移病例中的表达明显高于有淋巴结和远处转移病例，它的表达可能影响体内胰腺癌细胞的转移能力[16]，因而KAI1表达下调可使胰腺癌细胞扩展到淋巴结或远处器官。
2.2.3 KAI1与乳腺癌：Wei和Yang等[17,18]报道了KAI1在乳腺癌的转移抑制作用。Northern blot杂交结果显示了无转移性乳腺癌细胞中KAI1 mRNA的表达高于转移性乳腺癌细胞。基因转染方法也证实了KAI1与乳腺癌的转移呈负相关，将单拷贝正常人11号染色体引入高转移的乳腺癌细胞MDA-MB-435，这些细胞克隆在无胸腺裸鼠体内的转移能力明显低于它们的亲代细胞，这些亲代野生型MDA-MB-435细胞中KAI1 mRNA表达水平很低，而在含有11号染色体的neoll/MDA-MB-435.A3和neoll/MDA-MB-435.B1细胞中KAI1 mRNA的表达几乎是亲代克隆的2倍。在一株具有无限增殖能力形态正常的非肿瘤性乳腺上皮细胞系中也有很高的KAI1 mRNA水平。
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2.2.4 KAI1与结肠癌:人们利用基因转染技术，使KAI1基因的转移抑制作用在结肠癌中得到证实。Takaoka用两种稳定的转染子分析了KAI1基因对结肠癌细胞粘附、运动和浸润的影响，反义转染子BM314细胞，由于转染了反义KAI1cDNA ，KAI1 mRNA的表达受到抑制，正义转染子DLD-1细胞由于正义KAI1 cDNA的转染增强了它的KAI1 mRNA的表达。在这个研究中Takaoka等[19]发现：①KAI1基因的表达对结肠癌细胞BM314和DLD-1细胞的体外生长没有影响；②细胞聚集分析显示：KAI1增强了这些结肠癌细胞的Ca2+自主聚集能力；③细胞运动和浸润分析显示：KAI1基因可抑制这些细胞的运动和体外浸润能力；④KAI1表达抑制了这些细胞与纤连蛋白的结合以及它们在纤连蛋白铺衬平板上的移动。因此，Takaoka等认为：KAI1基因表达的降低可能与结肠癌细胞的浸润和转移能力有关。
2.2.5 KAI1与黑色素瘤:Takaoka研究小组利用转染技术又证实了KAI1在黑色素瘤细胞中呈阳性关系[20]。将人的KAI1 cDNA转入高转移的鼠黑色素瘤细胞B16-BL6，建立KAI1 mRNA不同表达水平的稳定转染克隆。结果显示：①细胞聚集分析实验：KAI1 cDNA转染与伪转染子相比，明显增加了Ca2+自主性引起的B16-BL6细胞的聚集；②与伪转染子相比，KAI1转染子在体内的吞噬活动能力及浸润能力明显降低，但KAI1的表达对B16-BL6细胞在体外或体内的增殖没有影响；③与伪转染子及亲代B16-BL6细胞相比，静脉注入的KAI1转染子在裸鼠肺内形成的克隆明显减少。这些资料提示了KAI1表达可以抑制黑色素瘤细胞B16-BL6的浸润和转移能力。在另一项研究中，5个来自转移性黑色素瘤的细胞系，其KAI1蛋白的表达明显低于正常黑色素细胞[21]。因此KAI1的下调可能促使黑色素瘤细胞的浸润和转移。
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2.2.6 KAI1与其它肿瘤细胞：White等[21]以Western blot分析了多种类型肿瘤细胞以及它们相应正常细胞中KAI1蛋白的表达，以了解KAI1在这些肿瘤细胞进展过程中的作用，包括前列腺癌细胞、卵巢癌细胞、膀胱癌细胞、子宫内膜癌细胞、肺癌细胞以及黑色素瘤细胞。在这些癌细胞中KAI1蛋白的表达均低于其相应的正常细胞。由此可见，在多种人类肿瘤的恶性进展过程中，KAI1基因下调表达很常见。White等认为可将KAI1低表达视为泌尿系肿瘤、妇科肿瘤、肺肿瘤和黑色素瘤转移发生的指征。他们认为在肿瘤的恶性进展过程中KAI1蛋白可能存在翻译后修饰-糖基化改变，从而引起转移能力的改变[21]。
2.2.7 KAI1与食管癌、胃癌：综上所述，KAI1的转移抑制作用可涉及多种组织学类型的肿瘤，但人们没有发现它对上消化道肿瘤的影响。在Guo等[22]的研究中，KAI1在正常食管及胃组织中的表达与食管癌、胃癌组织中的表达未见区别，且在转移性和非转移食管癌、胃癌中的表达也未见差异，另外肿瘤分级及肿瘤细胞的分化也与KAI1 mRNA水平无关。总之，Guo等未能证实KAI1与食管癌、胃癌转移的负相关性。由此可见食管癌、胃癌转移的发生与KAI1基因无关。
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3 KAI1抑制肿瘤转移的可能机制
KAI1蛋白属于TM4SF成员，TM4SF蛋白是如何参与影响肿瘤的浸润和转移的？鉴于TM4SF蛋白的结构特征，它可与多种成分结合并在细胞表面形成大的复合体，特别是与整合素的结合[23～25]，TM4SF蛋白通过调节整合素的功能从而影响细胞的粘附，除此之外，TM4SF蛋白本身也具有调节细胞粘附的作用。粘附在肿瘤转移中的作用越来越引起人们的关注，包括同型细胞间的粘附和异型细胞间的粘附，TM4SF蛋白不仅能够调节异型粘附(通过调节整合素的功能)，还具有促进同型粘附的作用。
KAI1基因作为TM4SF成员，它的肿瘤转移抑制作用的机制还有待进一步探讨。作为一个新的肿瘤转移抑制基因，KAI1越来越引起人们的关注。
基金项目：博士研究生课题
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(收稿日期：1999-12-25), 百拇医药