DKK1与肿瘤发展

DKK1与肿瘤发展

Wnt信号通路通过促进肿瘤细胞转化、生长、侵袭转移和血管生成等过程在肿瘤发生发展过程中扮演着关键角色，已成为目前肿瘤研究的热点[1]。作为Wnt 信号通路中重要的分泌型抑制因子，DKK1在肿瘤中的作用亦得到了逐步重视。最新研究表明，分泌性蛋白DKK1（dickkopf-1）在多种肿瘤存在明显表达异常，并且其表达与肿瘤的病理分期及预后存在明显的相关性，提示DKK1有可能成为一个新的肿瘤标志物和治疗靶点，在肿瘤的诊断、治疗和复发监测中发挥重要作用[2-4]。在此本文就DKK1的结构、在肿瘤发生发展、诊断及治疗中的作用及其研究前景进行综述。

1 DKK1基因的发现及结构特点

DKK1为Dickkopf基因家族成员。1998年Andrei Glinka等在研究Xenopus 胚胎头部发育诱导机制的过程中首次发现、克隆并定义了DKK1及其家族，并发现DKK1是诱导胚胎头部发育的关键因子[5]。为了进一步研究其在人类胚胎发育中的作用，1999年Fedi P等[6]克隆了人类的DKK1基因。人类DKK1基因位于10q11.2，约3.5kb，编码一个长约266个氨基酸、分子量大小為28.7KDa 的分泌型糖蛋白[7]。在胚胎时期，DKK1在肾脏中表达最强，其次为肝脏和脑部；在出生后，主要表达于胎盘和前列腺中[8]。DKK1蛋白的亚细胞定位主要位于胞浆，结构上包含一个N端的信号序列、两个保守的富半胱氨酸区域（Dkk_N和辅脂肪酶折叠区域）和一个靠近蛋白质C端的N-糖基化位点。其中信号序列由20～30个氨基酸组成，负责DKK1肽链穿越粗面内质网膜和介导DKK1分泌至细胞外[8]；辅脂肪酶折叠区域是由一个多个短的β折叠和二硫键构成的类指结构，可与Wnt受体LRP5/6及另一类穿膜蛋白Kremen1/2结合形成三聚体、诱导其内吞而抑制Wnt信号通路，是DKK1蛋白发挥功能的平台[9-11]；Dkk_N区域为一个包含有一个保守半胱氨酸序列的富半胱氨酸区域，其在Dickkopf蛋白中位置的变化不但是Dickkopf家族不同成员间相互区别的标志，也是调节Dickkopf家族蛋白对Wnt信号通路正向或负向调控的关键结构[12]。DKK1的转录调节机制非常复杂，除Wnt信号途径本身能通过β-catenin诱导DKK1表达对其自身进行负反馈调节外[13]，野生型p53[14]、糖皮质激素[15]、孕激素[16]、DNA损伤[17]等均可诱导DKK1的表达，其精确的调节机制仍待进一步探讨。

2 DKK1的生物学功能

Wnt信号通路是细胞信号通路中最经典、最重要的信号通路之一，广泛参与了细胞的增殖、凋亡、细胞迁移及血管发生等过程，不仅在胚胎发育调控过程中发挥着中枢作用，而且与肿瘤的发生发展也具有密切关系[18]。DKK1作为Wnt 信号通路的重要调节因子，亦广泛参与了上述过程并对其产生着重要影响。

2.1 DKK1与细胞凋亡细胞凋亡（apoptosis）又称生理性细胞死亡（physiological cell death，PCD）是指机体为更好地适应生存环境，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。正常的细胞凋亡在胚胎时期能清除多余的和已完成使

命的细胞，维护胚胎的正常发育；在出生后能清除衰老和病变的细胞，保护机体的健康，是促进生物体进化、维持机体内环境的稳定和胚胎正常发育的重要机制。P53、c-myc、Bcl-2家族、Caspase家族等是调节细胞凋亡的主要基因[19]。上述基因表达失调或功能缺陷可导致细胞凋亡抑制而有利于肿瘤细胞的恶性转化和增殖，是肿瘤发生发展的重要机制。最近研究表明，DKK1在促进肿瘤细胞凋亡过程中发挥着重要作用。2000年美国佐治亚州立大学Jian Wang等[14]通过cDNA 消减杂交技术发现在P53过表达的人肺腺癌细胞系H1299中存在DKK1表达明显上调。对DKK1的转录启动子序列的进一步研究表明，在DKK1转录起始部位上游2.1 kb处存在P53蛋白的结合位点，并且只有野生型的P53而不是突变型P53能激活DKK1的转录，说明P53可能通过诱导DKK1的表达而抑制Wnt 信号通路、发挥其抑癌基因作用。2002年Jiang Shou等[17]进一步研究发现，在胶质母细胞瘤U87MG中转染DKK1表达质粒后可明显促进烷化剂BCNU、卡铂、喜树碱等诱导的细胞凋亡，细胞的凋亡与DKK1表达水平呈明显负相关。并且DKK1的过表达可降低胞内β-catenin和出现细胞端粒的缩短和活性降低，说明DKK1可通过对Wnt/β-catenin经典信号通路和端粒活性的调节而促进细胞凋亡。除了通过Wnt/β-catenin之外，DKK1还能通过Wnt/JNK等信号通路诱导细胞凋亡。2004年Amie Y. Lee等[20]建立了β-catenin表达缺失的间皮瘤细胞H28 DKK1过表达模型。发现即使在β-catenin表达缺失的情况下，DKK1的过表达仍然能有效地促进H28细胞的凋亡，并且其凋亡水平与DKK1过表达的肺癌细胞系H450（有β-catenin表达）相似，且均存在Wnt信号通路转录调节基因DVL-3和suvivin的表达下调。但间皮瘤细胞H28的凋亡在加入JNK特异的阻断剂SP600125后明显下降。说明DKK1能通过Wnt/β-catenin、Wnt/JNK等多条信号通路的途径调控细胞凋亡。DKK1促凋亡功能的缺失可能是部分肿瘤发生发展的重要机制。

2.2 DKK1与细胞增殖细胞过度增殖是肿瘤的主要特征，其机制主要来源于3个方面：细胞周期失控、生长接触性抑制的丧失和定着依赖性（anchorage dependence）的丧失。恢复肿瘤细胞的正常细胞周期、接触性抑制和定着依赖性可以达到抑制肿瘤生长、增殖，是目前肿瘤研究的热点。在肿瘤细胞中，过度激活的Wnt信号可通过上调C-MYC、Cyclin D1和下调细胞粘附因子而达到促进细胞周期失控、生长接触性抑制和定着依赖性的丧失的目的。作为Wnt信号的调控因子，DKK1在调节细胞的增殖过程中扮演这双重角色。在部分细胞中，DKK1是刺激细胞从生长停滞期进入对数生长期的关键蛋白。早在1997年Bruder 等学者就发现在体外培养人间充质干细胞（hMSCs）的过程中，hMSCs在进入对数生长期前都要经历3～5 d的生长停滞期，而将处于对数生长期的hMSCs的培养基加入刚替换新鲜细胞培养基的hMSCs中可促进其分裂增殖，这说明在对数生长期的hMSCs的培养基中存在某种刺激因子能促进hMSCs分裂增殖。为进一步明确其机制，2003年Carl A. Gregory 等采用包含[35S]-甲硫氨酸的培养对hMSCs进行培养，以标记和监测在细胞培养基中新出现的分泌性蛋白。结果显示，DKK1在hMSCs由生长停滞期进入对数生长期的过程中明显升高，并在hMSCs生长进入稳定期后逐渐降低。说明DKK1可能在诱导hMSCs分裂增殖的过程中发挥了重要作用。为了进一步验证这一设想，Carl A. Gregory等在处于生长停滞期的hMSCs培养基中加入了人工合成的DKK1蛋白。结果显示该培养基中hMSCs的增殖明显早于培养基中未加入DKK1蛋白的hMSCs，并且增殖速度