Kail与肺癌的研究进展李远航
【文献标识码】 A 【文章编号】 1684-2030(2003)08-0702-02
1995年Dong等 [1] 自转导入鼠高转移细胞系AT6.1中的11号染色体中分析出特异性肿瘤转移抑制基因，命名为Kail(取自中文的抗癌Kang ai)。大量研究表明，Kail属4跨膜超家族(transmembrane4superfamily，TM 4 SF)成员，其编码产物为细胞膜糖蛋白，具有4个高度保守的跨膜结构区，主要存在于细胞表面，参与细胞增殖、粘附和运动的调节。此外，Kail蛋白对多种肿瘤的转移具有抑制作用，其表达下调与肿瘤的演进和预后关系密切。
1 Kail的分子生物学
Kail基因定位于人染色体的11p11.2，长约80kb，其cDˉNA片段为2.4kb。结构基因由10个外显子和9个内含子组成，5’端有8kb的前导区，第10个外显子后面有长约8kb的拖尾。该基因的一个显著特点是第1内含子约29kb，几乎相当于其他内含子长度之和。Kail的启动子长735bp，没有发现TATA盒和CCAAT盒，但存在9个SP1结合位点和5个AP2结合位点;引外，启动子区域还有TCE-1、Myb和MEP-1等结合位点，提示该基因表达受多种机制的调节。Kail基因启动子另一个明显的特点是富含CpG岛，这些富含CpG岛的区域还包括79bp的第1外显子，并且一直延伸到第1内含子的第272bp，共长1086bp，这段序列的C+G丰度为68%，在转录起始位点上游的217bp中C+G丰度甚至达到80%，CpG岛的过甲基化是多种抑癌基因缺失表达的原因，但该因素是否为Kail基因在多种肿瘤转移时表达下降的原因尚待研究 [2] 。
, 百拇医药
Kail基因转录的mRNA具有单一开放阅读框，起始密码子位于转录起始点下游181bp的第3个外显子的转录部分，编码区一直延伸到第10个外显子。其编码产物由274个氨基酸组成，相对分子量为29.6kD，是TM 4 SF家族成员之一。Kail所属的TM 4 SF的蛋白分子具有以下特点:(1)4个跨膜区、3个短的细胞浆区和2个不同大小的细胞外区相连接;(2)分子间的序列相似;(3)分子本身与其它膜表面蛋白相连。转膜区为高度保守的疏水区域，两侧为短的N-末端和C-末端，为胞浆结构区。大的细胞外区含有76～131个氨基酸，4个高度保守的半胱氨酸。小的细胞外区含有20～80个氨基酸。研究发现TM 4 SF蛋白成员转膜区序列的高度同源性，表明这些结构区对于其蛋白结构的完整性以及与其它细胞成分的反应是必需的 [3] 。
Kail在机体大多数组织中均有表达。其中，前列腺、肺、肝、膀胱、骨髓、胎盘等组织中表达较高，乳腺、胰腺、骨骼肌和胸腺中表达中等，脑、心脏、卵巢和胃肠之中表达较少。Kail的氨基酸序列在人、猴、狗、兔、牛与鼠中非常保守。这些结果提示Kail在机体正常生理活动中具有重要作用。Dong等 [4] 的研究表明，在正常前列腺组织及良性增生组织中Kail分子表现为高表达且定位于浆膜上，间质成分不表达，Kail蛋白主要定位于上皮细胞膜并表现广泛的糖基化，提示Kail蛋白参与细胞与细胞间、细胞与细胞外基质间的反应，这两种反应在肿瘤的侵袭和转移中起相当重要的作用。
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2 Kail表达与肺癌的关系
Adachi等 [5] 首先用RT-PCR方法检测了151例非细胞型肺癌(NSCLC)组织中Kail的表达，结果发现35例(23.2%)表达阳性，Kail表达与手术年龄、性别、组织学类型无显著相关性，而与淋巴结转移、肿瘤TNM分期和病理分期密切相关。Tagawa等 [6] 利用RT-PCR和免疫组织化学技术分别检测了49例肺腺癌中Kail、mRNA和蛋白表达，结果发现Kail在肺腺癌中表达下调，且mRNA表达与肺癌患者的年龄与肿块的大小无关，而与患者的性别、转移、组织学分级和病理分期显著相关。这些研究结果提示Kail异常表达构成非细胞肺癌演进的分子基础。
Shinohara等 [7] 将Kail cDNA导入Kail低表达的人肺癌细胞系SBC-3和PC-14中，而后将Kail转导细胞SBC-3/Kail和PC-14/Kail由静脉接种到自然杀伤细胞耗竭的SCID小鼠体内，结果发现Kail基因的转导促进了癌细胞的多器官转移，但不影响癌细胞的生长，从SCID分离出的癌细胞表面均表达Kail。该研究结果提示宿主的自然细胞毒性被抑制后，Kail可以促进肺癌细胞发生血行转移。
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此外，Shinohara等 [8] 还研究发现肿瘤坏死因子α(TNF-α)可以促进p53突变的肺腺癌细胞系PC-14中Kail的表达，将转录因子NF-kappaB抑制基因IkappaB alphaSR导入PC-14细胞中，可以消除TNF-α对Kail的表达上调作用，转导的PC-14/IkappaB alphaSR细胞中NF kappaB数量与细胞中Kail mRNA和蛋白表达呈正相关。此外，IkappaB alphaSR可抑制p53突变的肺腺癌细胞RERF-LC-OK中Kail高表达。这些结果说明NF kappaB激活可对肺癌细胞系中Kail表达调节起到重要作用，这种调节不依赖突变p53基因的存在，Kail表达可以受肿瘤微环境中旁分泌和自分泌TNF-α的调节。
Adachi等 [5] 首先于1996年报道Kail的表达与NSCLC患者预后的关系，发现Kail表达阳性者生存率为77.4%，显著高于表达阴性者的生存率38.5%(P<0.05)。尤其在腺癌患者比较差异具有显著性(生存率分别为73.4%和27.1%，P<0.05)，在鳞癌患者中差异无显著性(生存率分别为87.5%和62.8%，P>0.05)。Higashiyama等 [9] 将Kail在NSCLC中表达分为表达阳性、表达减少和表达阴性3组，3年生存率分别为86%、56%和66%，表达减少和表达阴性组之间生存率比较差异无显著性(P>0.05)，与表达阳性组相比差异有显著性(P<0.05)。从以上资料可以看出，Kail表达阳性的NSCLC患者预后好。
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3 Kail蛋白的作用机制
Mashimo等 [10] 分析研究了Kail基因的5′上游区结构，发现抑癌基因p53可通过与Kail的5′上游区相互作用直接激活Kail基因。但Duriez等 [11] 对一系列人细胞株的研究却发现p53对Kail表达的调节作用不显著，认为Kail基因不是p53的转录靶基因。Shinohara等 [8] 研究发现TNF启动信号转导系统，最终激活NF kappaB而提高Kail基因的表达。
目前对Kail蛋白的真正功能并不清楚。研究表明，Kail蛋白对细胞运动、转移和生长有影响，这些作用与Kail调节细胞粘附有关 [12] 。Kail蛋白为转膜连接蛋白，可影响其他细胞表面分子的分布和功能，可与补体、整合素等形成复合体 [10] 。因整合素也能调节细胞的粘附、生长和转移，Kail蛋白与整合素蛋白结合通过激活PKC和磷酸肌醇4激酶来调节肿瘤细胞的演进 [13，14] 。
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Dong等 [2] 的研究表明，Kail表达的癌细胞其原发瘤生长不受影响，但其转移能力受到抑制，Kail基因对肿瘤转移的抑制是直接的。Kail蛋白在上皮细胞膜的定位提示，它参与细胞与细胞间和细胞与细胞外基质间的反应，从而影响细胞的运动和分化。有研究表明，CD9、CD63、CD81和Kail之间以及这些分子与HLA-DR、MHC复合体和VLA-β1整联蛋白间组成4分子交联体网，促进组织细胞表面的蛋白定位，在信号传导、细胞粘附及运动方式方面起重要作用 [15] 。
4 小结与展望
Kail基因通过参与细胞粘附和细胞运动构成肺癌转移抑制作用的重要分子机制，是判断肺癌演进和预后的有效客观生物学指标。但Kail基因的调控机制、生物学功能和肿瘤转移的确切机制仍不清楚，特别是作为肺癌患者制定术后治疗方案的一个重要指标，即哪些肺癌患者会早期复发需进一步治疗，哪些不需辅助治疗，需要大量研究进一步探讨。随着Kail基础和临床研究的不断深入，不但可以深化肺癌浸润和转移分子机制的认识，而且为肺癌的分子诊断、基因治疗和预后评估提供新的分子靶点。
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参考文献
1 Dong JT，Lamb PW，Rinker-Schaeffer CW，et al.KAII，a metastasis suppressor gene for prostate cancer on hyman chromosome11p11.2.Sciˉence，1995，268(5212):884-886.
2 Dong JT，Isaacs WB，Barrett JC，et al.Genomic organization of the huˉman KAI1metastasis-suppressor gene.Genomics，1997，41(1):25-32.
3 Imai T，Kakizaki M，Nishimura M，et al.Molecular analyses of the assoˉciation of CD4with two members of the transmembrane4superfamily，CD81and CD82.J Immunol，1995，155(3):1229-1239.
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4 Dong JT，Suzuki H，Pin SS，et al.Down-regulation of the KAI1metasˉtasis suppressor gene during the prog
ression of human prostatic cancer infrequently involves gene mutation or allelicloss.Cancer Res，1996，56(19):4387-4390.
5 Adachi M，Taki T，Ieki Y，et al.Correlation of KAI1/CD82gene expresˉsion with good prognosis in patients with non-small cell lung cancer.Cancer Res，1996，56(8):1751-1755.
6 Tagawa K，Arihiro K，Takeshima Y，et al.Down-regulation of KAI1messenger RNA expression is not associated with loss of heterozygosity of the KAI1gene region in lung adenocarcinoma.Jpn J Cancer Res，1999，90(9):970-976.
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7 Shinohara T，Nishimura N，Hanibuchi M，et al.Transduction of KAI1/CD82cDNApromotes hematogenous spread of human lung-cancer cells in natural killer cell-depleted SCID mice.Int J Cancer，2001，94(1):16-23.
8 Shinohara T，Miki T，Nishimura N，et al.Nuclear factor-kappaB-deˉpendent expression of metastasis suppressor KAI1/CD82gene in lung cancer cell lines expressing mutant p53.Cancer Res，2001，61(2):673-678.
9 Higashiyama M，Kodama K，Yokouchi H，et al.KAI1/CD82expression in nonsmall cell lung carcinoma is a novel，favorable prognostic factor:an immunohistochemical analysis.Cancer，1998，83(3):466-474.
, 百拇医药
10 Mashimo T，Bandyopadhyay S，Goodarzi G，et al.Activation of the tuˉmor metastasis suppressor gene，KAI1，by etoposide is mediated by p53and c-Jun genes.Biochem Biophys Res commun，2000，274(2):370-376.
11 Duriez C，Falette N，Cortes U，et al.Absence of p53-dependent inˉduction of the metastatic suppressor KAI1gene after DNA damage.Oncogene，2000，19(20):2461-2464.
12 Yang X，Welch DR，Phillips KK，et al.KAI1，a putative marker for metastatic potential in human breast cancer.Cancer Lett，1997，119(2):149-155.
, http://www.100md.com
13 Yauch RL，Hemler ME.Specific interactions among transmembrane4superfamily(TM4SF)proteins and phosphoinositede4-kinase.Biochem J，2000，351pt3:629-637.
14 Zhang XA，Bontrager AL，Hemler ME.Transmembrane-4superfamily proteins associate with activated protein kinase C(PKC)and link PKC to specific beta(1):integrins.J Biol Chem，2001，276(27):25005-25013.
15 Hammond C，Denzin LK，Pan M，et al.The tetraspan protein CD82is a resident of MHC classⅡcompartments where it associates with HLA-DR，-DM，and-DO molecules.J Immunol，1998，161(7):3282-3291.
作者单位:1 110042沈阳辽宁省肿瘤医院内科(现于中国医科大学附属第一医院攻读硕士研究生)
2 110001沈阳中国医科大学附属第一医院肿瘤研究所第四研究室
(收稿日期:2003-06-28)
(编辑 亦平), http://www.100md.com(郑华川(综述))
1995年Dong等 [1] 自转导入鼠高转移细胞系AT6.1中的11号染色体中分析出特异性肿瘤转移抑制基因，命名为Kail(取自中文的抗癌Kang ai)。大量研究表明，Kail属4跨膜超家族(transmembrane4superfamily，TM 4 SF)成员，其编码产物为细胞膜糖蛋白，具有4个高度保守的跨膜结构区，主要存在于细胞表面，参与细胞增殖、粘附和运动的调节。此外，Kail蛋白对多种肿瘤的转移具有抑制作用，其表达下调与肿瘤的演进和预后关系密切。
1 Kail的分子生物学
Kail基因定位于人染色体的11p11.2，长约80kb，其cDˉNA片段为2.4kb。结构基因由10个外显子和9个内含子组成，5’端有8kb的前导区，第10个外显子后面有长约8kb的拖尾。该基因的一个显著特点是第1内含子约29kb，几乎相当于其他内含子长度之和。Kail的启动子长735bp，没有发现TATA盒和CCAAT盒，但存在9个SP1结合位点和5个AP2结合位点;引外，启动子区域还有TCE-1、Myb和MEP-1等结合位点，提示该基因表达受多种机制的调节。Kail基因启动子另一个明显的特点是富含CpG岛，这些富含CpG岛的区域还包括79bp的第1外显子，并且一直延伸到第1内含子的第272bp，共长1086bp，这段序列的C+G丰度为68%，在转录起始位点上游的217bp中C+G丰度甚至达到80%，CpG岛的过甲基化是多种抑癌基因缺失表达的原因，但该因素是否为Kail基因在多种肿瘤转移时表达下降的原因尚待研究 [2] 。
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Kail基因转录的mRNA具有单一开放阅读框，起始密码子位于转录起始点下游181bp的第3个外显子的转录部分，编码区一直延伸到第10个外显子。其编码产物由274个氨基酸组成，相对分子量为29.6kD，是TM 4 SF家族成员之一。Kail所属的TM 4 SF的蛋白分子具有以下特点:(1)4个跨膜区、3个短的细胞浆区和2个不同大小的细胞外区相连接;(2)分子间的序列相似;(3)分子本身与其它膜表面蛋白相连。转膜区为高度保守的疏水区域，两侧为短的N-末端和C-末端，为胞浆结构区。大的细胞外区含有76～131个氨基酸，4个高度保守的半胱氨酸。小的细胞外区含有20～80个氨基酸。研究发现TM 4 SF蛋白成员转膜区序列的高度同源性，表明这些结构区对于其蛋白结构的完整性以及与其它细胞成分的反应是必需的 [3] 。
Kail在机体大多数组织中均有表达。其中，前列腺、肺、肝、膀胱、骨髓、胎盘等组织中表达较高，乳腺、胰腺、骨骼肌和胸腺中表达中等，脑、心脏、卵巢和胃肠之中表达较少。Kail的氨基酸序列在人、猴、狗、兔、牛与鼠中非常保守。这些结果提示Kail在机体正常生理活动中具有重要作用。Dong等 [4] 的研究表明，在正常前列腺组织及良性增生组织中Kail分子表现为高表达且定位于浆膜上，间质成分不表达，Kail蛋白主要定位于上皮细胞膜并表现广泛的糖基化，提示Kail蛋白参与细胞与细胞间、细胞与细胞外基质间的反应，这两种反应在肿瘤的侵袭和转移中起相当重要的作用。
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2 Kail表达与肺癌的关系
Adachi等 [5] 首先用RT-PCR方法检测了151例非细胞型肺癌(NSCLC)组织中Kail的表达，结果发现35例(23.2%)表达阳性，Kail表达与手术年龄、性别、组织学类型无显著相关性，而与淋巴结转移、肿瘤TNM分期和病理分期密切相关。Tagawa等 [6] 利用RT-PCR和免疫组织化学技术分别检测了49例肺腺癌中Kail、mRNA和蛋白表达，结果发现Kail在肺腺癌中表达下调，且mRNA表达与肺癌患者的年龄与肿块的大小无关，而与患者的性别、转移、组织学分级和病理分期显著相关。这些研究结果提示Kail异常表达构成非细胞肺癌演进的分子基础。
Shinohara等 [7] 将Kail cDNA导入Kail低表达的人肺癌细胞系SBC-3和PC-14中，而后将Kail转导细胞SBC-3/Kail和PC-14/Kail由静脉接种到自然杀伤细胞耗竭的SCID小鼠体内，结果发现Kail基因的转导促进了癌细胞的多器官转移，但不影响癌细胞的生长，从SCID分离出的癌细胞表面均表达Kail。该研究结果提示宿主的自然细胞毒性被抑制后，Kail可以促进肺癌细胞发生血行转移。
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此外，Shinohara等 [8] 还研究发现肿瘤坏死因子α(TNF-α)可以促进p53突变的肺腺癌细胞系PC-14中Kail的表达，将转录因子NF-kappaB抑制基因IkappaB alphaSR导入PC-14细胞中，可以消除TNF-α对Kail的表达上调作用，转导的PC-14/IkappaB alphaSR细胞中NF kappaB数量与细胞中Kail mRNA和蛋白表达呈正相关。此外，IkappaB alphaSR可抑制p53突变的肺腺癌细胞RERF-LC-OK中Kail高表达。这些结果说明NF kappaB激活可对肺癌细胞系中Kail表达调节起到重要作用，这种调节不依赖突变p53基因的存在，Kail表达可以受肿瘤微环境中旁分泌和自分泌TNF-α的调节。
Adachi等 [5] 首先于1996年报道Kail的表达与NSCLC患者预后的关系，发现Kail表达阳性者生存率为77.4%，显著高于表达阴性者的生存率38.5%(P<0.05)。尤其在腺癌患者比较差异具有显著性(生存率分别为73.4%和27.1%，P<0.05)，在鳞癌患者中差异无显著性(生存率分别为87.5%和62.8%，P>0.05)。Higashiyama等 [9] 将Kail在NSCLC中表达分为表达阳性、表达减少和表达阴性3组，3年生存率分别为86%、56%和66%，表达减少和表达阴性组之间生存率比较差异无显著性(P>0.05)，与表达阳性组相比差异有显著性(P<0.05)。从以上资料可以看出，Kail表达阳性的NSCLC患者预后好。
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3 Kail蛋白的作用机制
Mashimo等 [10] 分析研究了Kail基因的5′上游区结构，发现抑癌基因p53可通过与Kail的5′上游区相互作用直接激活Kail基因。但Duriez等 [11] 对一系列人细胞株的研究却发现p53对Kail表达的调节作用不显著，认为Kail基因不是p53的转录靶基因。Shinohara等 [8] 研究发现TNF启动信号转导系统，最终激活NF kappaB而提高Kail基因的表达。
目前对Kail蛋白的真正功能并不清楚。研究表明，Kail蛋白对细胞运动、转移和生长有影响，这些作用与Kail调节细胞粘附有关 [12] 。Kail蛋白为转膜连接蛋白，可影响其他细胞表面分子的分布和功能，可与补体、整合素等形成复合体 [10] 。因整合素也能调节细胞的粘附、生长和转移，Kail蛋白与整合素蛋白结合通过激活PKC和磷酸肌醇4激酶来调节肿瘤细胞的演进 [13，14] 。
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Dong等 [2] 的研究表明，Kail表达的癌细胞其原发瘤生长不受影响，但其转移能力受到抑制，Kail基因对肿瘤转移的抑制是直接的。Kail蛋白在上皮细胞膜的定位提示，它参与细胞与细胞间和细胞与细胞外基质间的反应，从而影响细胞的运动和分化。有研究表明，CD9、CD63、CD81和Kail之间以及这些分子与HLA-DR、MHC复合体和VLA-β1整联蛋白间组成4分子交联体网，促进组织细胞表面的蛋白定位，在信号传导、细胞粘附及运动方式方面起重要作用 [15] 。
4 小结与展望
Kail基因通过参与细胞粘附和细胞运动构成肺癌转移抑制作用的重要分子机制，是判断肺癌演进和预后的有效客观生物学指标。但Kail基因的调控机制、生物学功能和肿瘤转移的确切机制仍不清楚，特别是作为肺癌患者制定术后治疗方案的一个重要指标，即哪些肺癌患者会早期复发需进一步治疗，哪些不需辅助治疗，需要大量研究进一步探讨。随着Kail基础和临床研究的不断深入，不但可以深化肺癌浸润和转移分子机制的认识，而且为肺癌的分子诊断、基因治疗和预后评估提供新的分子靶点。
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参考文献
1 Dong JT，Lamb PW，Rinker-Schaeffer CW，et al.KAII，a metastasis suppressor gene for prostate cancer on hyman chromosome11p11.2.Sciˉence，1995，268(5212):884-886.
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3 Imai T，Kakizaki M，Nishimura M，et al.Molecular analyses of the assoˉciation of CD4with two members of the transmembrane4superfamily，CD81and CD82.J Immunol，1995，155(3):1229-1239.
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4 Dong JT，Suzuki H，Pin SS，et al.Down-regulation of the KAI1metasˉtasis suppressor gene during the prog
ression of human prostatic cancer infrequently involves gene mutation or allelicloss.Cancer Res，1996，56(19):4387-4390.
5 Adachi M，Taki T，Ieki Y，et al.Correlation of KAI1/CD82gene expresˉsion with good prognosis in patients with non-small cell lung cancer.Cancer Res，1996，56(8):1751-1755.
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7 Shinohara T，Nishimura N，Hanibuchi M，et al.Transduction of KAI1/CD82cDNApromotes hematogenous spread of human lung-cancer cells in natural killer cell-depleted SCID mice.Int J Cancer，2001，94(1):16-23.
8 Shinohara T，Miki T，Nishimura N，et al.Nuclear factor-kappaB-deˉpendent expression of metastasis suppressor KAI1/CD82gene in lung cancer cell lines expressing mutant p53.Cancer Res，2001，61(2):673-678.
9 Higashiyama M，Kodama K，Yokouchi H，et al.KAI1/CD82expression in nonsmall cell lung carcinoma is a novel，favorable prognostic factor:an immunohistochemical analysis.Cancer，1998，83(3):466-474.
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10 Mashimo T，Bandyopadhyay S，Goodarzi G，et al.Activation of the tuˉmor metastasis suppressor gene，KAI1，by etoposide is mediated by p53and c-Jun genes.Biochem Biophys Res commun，2000，274(2):370-376.
11 Duriez C，Falette N，Cortes U，et al.Absence of p53-dependent inˉduction of the metastatic suppressor KAI1gene after DNA damage.Oncogene，2000，19(20):2461-2464.
12 Yang X，Welch DR，Phillips KK，et al.KAI1，a putative marker for metastatic potential in human breast cancer.Cancer Lett，1997，119(2):149-155.
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13 Yauch RL，Hemler ME.Specific interactions among transmembrane4superfamily(TM4SF)proteins and phosphoinositede4-kinase.Biochem J，2000，351pt3:629-637.
14 Zhang XA，Bontrager AL，Hemler ME.Transmembrane-4superfamily proteins associate with activated protein kinase C(PKC)and link PKC to specific beta(1):integrins.J Biol Chem，2001，276(27):25005-25013.
15 Hammond C，Denzin LK，Pan M，et al.The tetraspan protein CD82is a resident of MHC classⅡcompartments where it associates with HLA-DR，-DM，and-DO molecules.J Immunol，1998，161(7):3282-3291.
作者单位:1 110042沈阳辽宁省肿瘤医院内科(现于中国医科大学附属第一医院攻读硕士研究生)
2 110001沈阳中国医科大学附属第一医院肿瘤研究所第四研究室
(收稿日期:2003-06-28)
(编辑 亦平), http://www.100md.com(郑华川(综述))