肌球蛋白轻链9在恶性肿瘤中的研究进展

Abstract

Myosin light chain 9 (MYL9) is a regulatory light chain of myosin, which plays an important role in various biological processes including cell contraction, proliferation and invasion. MYL9 expresses abnormally in several malignancies including lung cancer, breast cancer, prostate cancer, malignant melanoma and others, which is closely related to the poor prognosis, but the clinical significance for its expression varies with different types of cancer tissues. Further elucidating the molecular mechanism of MYL9 in various types of malignant tumor metastasis is of great significance for cancer prevention and treatment. At the same time, as a molecular marker and potential target, MYL9 may have great clinical value in the early diagnosis, prognosis prediction, and targeted treatment of malignant tumors.

浸润性生长和远处转移是恶性肿瘤的病理特征，也是其预后差的主要原因。已知恶性肿瘤的侵袭、迁移等恶性生物学行为与细胞自身明显增强的细胞迁移息息相关，这提示与细胞运动相关的分子异常表达都极有可能促发肿瘤的迁移。肌球蛋白是一类ATP依赖型分子马达，对细胞的运动起重要作用。肌球蛋白轻链9(myosin light chain 9，MYL9)是组成肌球蛋白的调节性轻链，其与各种类型的恶性肿瘤的增殖、转移密切相关，这提示MYL9表达异常可能有助于癌变。本文就MYL9的结构、功能及其在各种恶性肿瘤中所发挥的作用，以及基于该基因抗癌的最新研究进展进行总结，以期为进一步深入研究奠定基础。

1. 肌球蛋白的结构与功能

肌球蛋白是基于肌动蛋白的蛋白质超家族，根据头部运动域的同源性已鉴定出人类总共表达40个肌球蛋白基因，分别代表12类(I、II、III、V、VI、VII、IX、X、XV、XVI、XVIII和XIX类)肌球蛋白^[1]。不管其来源如何，每个类别都具有N端运动域、“颈部”杠杆臂和C末端尾巴。其中，N端运动域具有极高的同源性，尤其是肌动蛋白和ATP结合的位点高度保守；杠杆臂由1~6个异亮氨酸-谷胺酰胺(isoleucine-glutamine，IQ)基序组成，可通过结合钙调蛋白而放大运动域的构象变化；而C末端尾巴最具多样化，广泛参与蛋白质之间的相互作用，是全酶的调节热点^[2]。肌球蛋白的分子结构包括重链(myosin heavy chain，MHC)和轻链(myosin light chain，MLC)，轻链又分为基础性MLC(MLC I)和调节性MLC(MLC II），其中MHC是运动域，而MLC I起到稳定MHC结构的作用，MLC II主调节肌球蛋白的活性，MHC和MLC结合，形成两个球状的头部和颈部可传递力的杠杆臂，催化ATP水解以促进丝状肌动蛋白的定向运动，即产生肌丝滑动^[3]。肌球蛋白不仅参与细胞收缩，为细胞运动提供动力，亦在细胞迁移、有丝分裂、细胞器固定、细胞质分裂、信号转导、黏附、物质运输以及组成细胞骨架结构等多种生物学过程中起重要作用。

2. MYL9生物学特性

MYL9是组成肌球蛋白的调节性轻链，位于染色体20 q11.23，包含4个外显子。迄今为止，已有大量研究^[4-6]表明MYL9的功能发挥受到MLC激酶和MLC磷酸酶的双重调控，通过Rho同系物家族成员A/Rho相关蛋白激酶(ras homolog family member A/Rho-associated protein kinase，Rho/ROCK)信号通路对该分子头部/杆部连接处的丝氨酸19(serine 19，Ser19)位点进行快速且局限的磷酸化，以此激活肌球蛋白的运动活性，触发肌丝的组装和作用力的产生，同时，该基因磷酸化促使应力纤维组装和细胞迁移过程中的尾部收缩推进^[6]。Moreno等^[7]跟踪观察一对双亲为近亲婚姻的兄妹，该兄妹同患巨膀胱-细小结肠-肠蠕动不良综合征(megacystis-microcolon-intestinal hypoperistalsis syndrome，MMIHS)，表现出胃肠道和泌尿道平滑肌运动障碍以及瞳孔散大的临床症状，随着研究进一步深入，发现患者的MYL9基因外显子4纯合缺失，该基因的纯合缺失破坏了平滑肌中MLC的表达，且阻碍肌动蛋白-肌球蛋白的结合，导致细胞运动和收缩能力大大降低，最终表现为平滑肌收缩不足。MYL9不仅参与平滑肌细胞收缩，还可调控其增殖，实验^[8]证明该基因的表达依赖于心肌素相关转录因子A(myocardin-related transcription factor-A，MRTF-A)，MYL9是MRTF-A的下游靶标，通过Wnt信号通路参与调节平滑肌细胞的增殖和形态变化。在细胞分裂过程中，MYL9与肌球蛋白重链９(myosin heavy chain９，MYH9)、含IQ基序的GTPase激活蛋白1(IQ motif containing GTPase-activating protein 1，IQGAP1)等相关蛋白在卵裂沟处募集，促进收缩性放线菌素环的形成，从而调节细胞分裂^[9]。此外，最新研究^[10]表明MYL9在调节骨骼肌的生长和发育中亦发挥了重要作用，但目前对其作用机制的认识仍十分有限，有待进一步探索。

3. MYL9与恶性肿瘤相关性研究

3.1. MYL9与肺癌

肺癌是中国最常见以及美国第2常见的恶性肿瘤，作为全球癌症死亡的主要原因之一，约占所有癌症死亡的26%，被列为男性最致命和女性第2致命的癌症^[11]。尽管近年来肺癌的5年生存率随着时间的推移略有改善，但情况依然不容乐观。在大多数患者中，与肺癌相关的死亡主要是肿瘤转移所致，最常见于骨转移。Xu等^[12]采用甲基化DNA免疫共沉淀测序技术对肺癌患者进行了循环DNA甲基化分析，发现与健康对照组相比，肺癌患者的MYL9启动子的甲基化程度更高。Sheng等^[13]分析了402名非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)患者和231名健康对照者的RNA测序数据，发现在NSCLC组织中MYL9呈低表达。Cai等^[14]针对肺癌骨转移倾向建立了脊柱转移瘤动物模型，发现与肺癌原始细胞系相比，MYL9在脊柱转移瘤细胞系的表达明显增强，至于其与肿瘤细胞分化程度是否相关尚需进一步深入探索。因此，MYL9基因表达下调在肺癌中导致了与癌症相关的表观遗传失控，说明该基因可作为肺癌易感性与进展的生物标志物。由于异常甲基化的抑癌基因可以通过去甲基化药物重新激活，故MYL9亦具有成为肺癌有效的靶向治疗的靶标。此外，近年来放射疗法获得了国内外科学家的大量关注，经证实辐射对肿瘤免疫反应具有调节作用，辐射可上调肺癌细胞MYL9的表达水平^[15]，这意味着辐射治疗肺癌具有潜在的应用价值。

3.2. MYL9与结直肠癌

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是世界第3大最常见的恶性肿瘤，病死率高居第2位，西化的饮食习惯和久坐的生活方式导致了CRC的发病率持续上升 ^[16]。高发病率和高病死率迫切要求现代医学寻找更高效的诊疗策略。Qiu等^[17]研究发现MYL9上调与患者的不良预后相关，该基因上调使患者的总生存期(overall survival，OS)和无病生存期(disease-free survival，DFS)明显缩短，而低表达则延长了患者的生存时间。但Zhu等^[18]的研究表明MYL9是个抑癌基因，上调该基因不仅可以抑制肿瘤进展，并能促使肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)凋亡。近年来，CSCs备受关注，已有研究^[19]支持其具有致癌性，拥有无限增殖的潜能，并广泛参与肿瘤的侵袭、转移、复发和耐药性等重要环节。高复发率和高异质性决定了其是肿瘤形成的主要死亡原因之一，因此通过靶向CSCs以达到降低CRC的发病率和限制肿瘤的发展可能会成为有效的抗癌策略^[20]。但MYL9在CRC中的表达和功能目前仍存在较大的争议，Zhao等^[21]发现在早期患者中该基因呈高表达。然而，不可否认的是MYL9与CRC具有不可忽视的联系，有待进一步的研究加以佐证。

3.3. MYL9与乳腺癌

乳腺癌(breast cancer，BC)是全球女性最常见的恶性肿瘤，雌激素与其发生具有直接关系，据美国癌症协会^[22]报道：近5年内美国乳腺癌发病率呈现逐年递增0.3%的趋势。MRTF-A是受Rho三磷酸鸟苷-肌动蛋白信号转导途径控制的转录因子，可促进癌细胞的侵袭和转移^[23]。He等^[24]研究MRTF-A在乳腺癌中呈过表达的同时，发现MYL9亦有显著上调。基于上述研究，可初步认为MYL9在乳腺癌中具有促肿瘤作用。其作用机制经验证是MRTF-A通过反式激活MYL9的启动子以激活肌球蛋白，进一步研究^[25]发现MRTF-A的促肿瘤活性是通过结合MYL9的基因启动子元件CArG盒来发挥肌球蛋白的运动作用，增强BC癌细胞的增殖与迁移能力的，且相较于远端CArG盒，其与近端CArG盒的结合能力明显增强，从而再次验证了MYL9调控癌细胞增殖、迁移而参与了BC的发展，它可能可作为治疗BC的目标靶点。值得一提的是，雌激素作为影响BC发生、发展的关键因素，已有证据^[26]表明雌二醇通过雌激素受体、G蛋白偶联雌激素受体以及磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和钙调蛋白依赖性蛋白激酶II(calmodulin-dependent protein kinase II，CaMPKⅡ)介导MYL9的磷酸化，从而增强细胞的收缩运动能力，但其具体机制尚未完全明确，有待深入挖掘。

3.4. MYL9与胃癌

胃癌(gastric cancer，GC)是全球癌症相关死亡的第2大原因，发病率位居第4位，大约5%的患者在40岁之前被诊断^[27]。由于影响GC发展的因素很多，因此寻找有效的关键分子标志物对患者的预后具有重大意义。Jin等^[28]研究发现相比于癌旁正常组织，GC中MYL9的表达水平显著增加；在用塞来昔布处理过的癌细胞中，该基因明显下调，这说明塞来昔布可能通过靶向该基因发挥抗癌作用，这可能与胃癌中MYL9在黏着斑和白细胞跨内皮迁移途径(transendothelial migration，TEM)中的显著表达相关。TEM通常在癌症进展过程中被激活，削弱了机体的抗肿瘤反应。由此可见，MYL9基因表达上调与GC发生、发展密切相关。但MYL9在GC中的作用尚有争议，Gu等^[29]通过微阵列鉴定出MYL9在GC和正常组织中有差异性表达，并利用PCR技术验证了该基因在GC中下调。目前国内外涉及MYL9在GC中的功能研究的报道较少，有待更深入的研究，但值得肯定的是该基因影响GC的进展，因此明确其在GC中的表达和功能对其是否能作为GC靶向治疗的新靶点至关重要。

3.5. MYL9与肝细胞癌

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是人类最常见的恶性肿瘤之一，病死率位居癌症第4位，据国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer)^[30]报道：2018年约新发84万例HCC，死亡约78.2万。目前，HCC的有效治疗在临床中仍然是一大挑战，其不良预后和高病死率大大增加了临床医师的诊疗难度，主要归结于以下原因：1)HCC的生物学行为复杂，具有通过门脉系统在肝内转移的特性，为肿瘤的复发和转移提供了得天独厚的条件；2)多数患者确诊时已到达晚期，往往错过了最佳手术时机，而放射治疗、化学治疗、肝移植等手段在疗效或实际操作上具有局限性，难以获得理想的治疗效果；3)CSCs参与了肿瘤耐药性、复发和转移等关键生物学行为过程^[31]。因此，迫切需要寻找特异性分子标志物，研发新的靶向药物，尤其是对于不能通过手术切除肿瘤的患者而言，将具有十分重大的意义。Shen等^[32]在研究转移性HCC中发现MYL9参与Rho三磷酸鸟苷激酶(Ras homolog family-guanosine triphosphate，Rho-GTPases)激活ROCK途径，磷酸化后诱导HCC细胞迁移。最新研究^[33]表明：Rho-GTPases通路是调节和维持CSCs的可塑性和适应性的重要分子途径，参与各种不同类型癌细胞的运动，影响癌细胞的侵袭和转移。

3.6. MYL9与其他恶性肿瘤

除上述肿瘤之外，研究^[34]发现MYL9在食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cancer，ESCC)、胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)中表达上调，并与分化程度呈负相关，极大地降低了患者的OS和DFS，往往提示预后不良，此外MYL9的表达随着GBM的复发而明显增加。以上研究结果提示MYL9是影响ESCC与GBM治愈后OS的独立且重要的危险因素。而在前列腺癌(prostatic cancer，PC)中，MYL9的表达显著降低，并与年龄呈正相关，该基因低表达大大缩短了患者的OS^[35]。有趣的是，MYL9不仅参与NK细胞诱导黑色素瘤细胞的死亡过程，并且因为表达水平的差异使黑色素瘤细胞与NK细胞接触后呈现出两种不同的形态：MYL9上调的黑色素瘤细胞呈扭曲态而缓慢死亡，MYL9低表达的黑色素瘤细胞则呈圆形而在98 min内快速死亡。该发现说明下调MYL9可能有助于基于NK细胞的免疫疗法的疗效^[36]。尽管MYL9在多种恶性肿瘤中均有异常表达的证据，但具体的机制尚未阐明，需进一步鉴定不同类型恶性肿瘤中该基因发挥作用的相关途径，这将有助于提高其作为抗肿瘤药物的分子标志物的潜力。

4. MYL9在抗肿瘤治疗中的进展

细胞迁移是造成恶性肿瘤转移的关键，肿瘤细胞在Ser-19位点磷酸化MYL9以激活肌球蛋白II，使其与肌动蛋白相互作用，促发细胞运动。肌球蛋白的调节亚基活性主要是由MYL9的N末端受乙酰化和甲基化的双重修饰所调控，这两种翻译后修饰(post-translational modification，PTM)差异地影响MYL9的功能。Nevitt等^[37]研究发现：Nα-乙酰化促进MYL9作为细胞骨架调节剂的细胞质作用及其在Ser-19处的磷酸化，导致细胞骨架动力学增加，有利于细胞迁移；Nα-甲基化则具有抑制作用。这意味着靶向MYL9以达到抑制癌细胞的转移可能是抗癌的一大突破点。除了从细胞机械运动角度提出新的抗癌策略外，亦有学者从抗肿瘤免疫层面着手。Kimura等^[38]提出白细胞表面抗原69(cluster of differentiation 69，CD69)-MYL9系统参与调节免疫应答，且证明炎症时血管受损、血小板活化并产生MYL9网络结构以及各种凝血因子，血小板与白细胞纠缠在MYL9网中，MYL9作为CD69的配体可与CD69阳性的特异性T细胞结合，促使免疫细胞募集至炎症处，产生效应细胞因子和趋化因子，从而有效激活免疫反应。众所周知，在肿瘤微环境中，抗原特异性细胞毒性T细胞(cytotoxic lymphocytes，CTL)是机体抗肿瘤免疫的重要防线。CD69-MYL9系统可诱导肿瘤微环境中的效应T细胞衰竭，并削弱抗肿瘤免疫反应。目前认为其可能的作用机制如下：CD69的表达促进了CTL的滞留，使其受到肿瘤抗原的慢性刺激而导致T细胞衰竭；CD69介导的信号转导直接参与诱导肿瘤浸润T细胞衰竭^[39]。简言之，MYL9与CD69相互作用可有效激活免疫反应，MYL9网充当着效应T细胞迁移的“平台”，调控T细胞迁移和滞留，诱导肿瘤浸润T细胞衰竭，削弱了抗肿瘤免疫反应。因此，通过阻断MYL9和CD69之间的相互作用以减少CTL衰竭，有利于保持较高的抗肿瘤免疫反应，这意味着抗MYL9/CD69可能是癌症免疫疗法的理想治疗靶点，但仍需更深入的研究以阐明适用的癌症类型。

5. 结语与展望

目前恶性肿瘤仍是困扰全人类的一大难题，由于恶性肿瘤易发生侵袭和转移，导致高复发率和病死率，因此限制肿瘤细胞转移是抗肿瘤治疗的重要突破口。MYL9作为肌球蛋白的调节性MLC，是激活肌球蛋白运动活性的关键环节，为细胞运动提供动力。近年来在一些恶性肿瘤中已经发现MYL9呈异常表达，初步阐述了该基因在促进癌细胞的增殖、迁移中发挥了重要作用，并与不良预后密切相关。MYL9参与肿瘤细胞侵袭和迁移的作用机制是通过RhoA/ROCK信号通路在MYL9的Ser-19位点进行快速且局限的磷酸化，这是激活肌球蛋白发挥功能的必要条件。但MYL9在各类型肿瘤中的表达和功能不尽一致，该基因在BC、HCC、ESCC和GBM中表达上调，而在肺癌和PC中则是个抑癌基因。需注意的是，该分子在CRC和GC中的表达存在分歧，目前国内外相关研究较少，仍有很大的挖掘空间。

随着当代基因芯片和高通量测序技术的不断发展与成熟，基于mRNA表达水平的基因标记在癌症转移与预后相关方面展现出巨大的潜能。虽然目前国内外针对MYL9抗癌的临床实践经验尚浅，但其作为各类肿瘤治疗的靶标的可能性已得到了越来越多的证据支持，无论是直接靶向MYL9，抑或靶向其上下游的相关分子从而间接靶向MYL9，都将是具有极大应用价值的抗癌手段。根据现有研究，MYL9在多种类型恶性肿瘤中表达上调，参与肿瘤的发生、发展，为癌细胞迁移提供动力，提示MYL9具有作为抗肿瘤靶向治疗的新靶标的极大潜能，这将对改善患者的预后意义重大。而对于部分癌症类型如CRC，该分子低表达与患者较好的预后相关，加之MYL9发挥着抑癌基因的作用，无疑需要进一步的实验以阐明MYL9低表达患者是否对放射治疗或者化学治疗更加敏感。另外，雌激素与乳腺癌密切相关，且对MYL9磷酸化具有正向调节作用，而BC中MYL9过表达且与癌细胞增殖和迁移密切相关。那么靶向MYL9联合阻断雌激素治疗对BC患者(尤其是ER阳性的各期BC患者)是否能取得更好的疗效值得进一步研究。此外，MYL9作为CD69的配体参与诱导肿瘤微环境中的T细胞衰竭，从而削弱抗肿瘤反应。但目前尚不明确靶向MYL9/CD69是否适用于所有类型的恶性肿瘤。

基金资助

福建省科技创新联合资金项目(2019Y9069)。

This work was supported by the Joint Funds for the Innovation of Science and Technology, China (2019Y9069).

利益冲突声明

作者声称无任何利益冲突。

原文网址

http://xbyxb.csu.edu.cn/xbwk/fileup/PDF/2021101153.pdf