胎盘特异蛋白PLAC1的特性及研究进展

胎盘特异性基因1(Placenta-specific 1 gene，PLAC1)是一种胎盘特异性表达的基因，主要通过滋养层细胞谱系细胞表达，对胚胎及胎儿生长发育至关重要[1]。研究表明，PLAC1除了睾丸基本不表达外，在人类各种癌症疾病中高度表达[2]。PLAC1定位于胎盘X染色体的区域，其连锁基因主要作用于正常的滋养层细胞的功能，研究表明PLAC1有促进肿瘤的生长和浸润等功能的潜力，是正常胎盘和胚胎发育必不可少的基因，但其功能如何实现目前尚不能确定。Jackman S M等[3]研究表明PLAC1在正常胎盘组织和癌细胞中通过特定启动子区域驱动的表达。此外，PLAC1可以引发特异性免疫反应，可能影响一些癌症患者的生存，这表明它可作为一种癌症治疗的靶目标。本文综述了目前PLAC1的表达，调控及其在妊娠和癌症等方面中的研究。

一、PLAC1基因的鉴别

PLAC1是一个性连锁基因，该基因定位于人的染色体Xq26.3，全长92641 bp，含3个外显子，第3外显子为编码区，编码1.7 kb的mRNA，转录单位全长1126 bp，PLAC1蛋白含有212个氨基酸，第5-22个氨基酸为跨膜螺旋结构区域，第23-212个氨基酸为细胞外区域。细胞外区域的第29-119氨基酸与透明带蛋白3同源，而ZP3是一种细胞外的精子结合蛋白，与精卵结合和受精有关[4]。

人类的PLAC1最开始发现时认为仅仅是一个胎盘特异性表达的蛋白，因此命名为胎盘特异蛋白[4]，但后发现其具有睾丸癌抗原(Cancer testis antigens，CTA)家族的特性被归纳为CTA家族的新成员，称为CTA92[5]。CTA又称为癌睾丸抗原，在多种恶性肿瘤和睾丸中表达，其特征表现为[6-7]：(1)是一种肿瘤相关抗原，限制性表达在正常的睾丸、卵巢、胎盘等免疫豁免组织，在其他正常组织中不表达或低表达；(2)大多数CT抗原的编码基因主要定位于X 染色体；(3)CTA相关蛋白具有免疫原性，可以被表观遗传学药物所调控，是肿瘤免疫治疗的有效靶点；(4)CT抗原在不同类型的肿瘤中，其表达具有异质性；(5)许多CT 抗原具有肿瘤免疫原性[3]。第一个具有此类抗原特性的黑色素瘤抗原-1(melanoma antigen-1，MAGE-1)被发现，以后逐渐发现了更多MAGE抗原，现已形成拥有24个结构上相似的基因成员的家族[8]。

为进一步研究PLAC1只在胎盘滋养层和肿瘤细胞表达的特异性，有学者研究它的基因结构和转录模式。2011年Chen等[9]研究发现该基因有6个外显子，并且具有独特的特征：两个启动子P1和P2，由105 kb分离。在不同组织中由不同的优选启动子驱动。在胎盘中P2是优选的启动子，而各种肿瘤细胞系中则更倾向P2或是两者中的任意一个。PLAC1主要表达于滋养细胞层的合体层滋养细胞和少许细胞滋养细胞的胞质及胞膜上，在睾丸曲精小管管腔内也有少许表达，在管腔内表达的部位位于细胞之外，考虑PLAC1可能为一种分泌性膜蛋白[10]。PLAC1在滋养层细胞中的具体作用方式，目前还没有明确报道。

二、PLAC1在正常组织的表达及调控

1.PLAC1在正常组织中的表达研究进展

Cocchia M等[11]、Michael F等[12]和Nazari M等[13]采用Northern印迹法、斑点印迹法和ELISA法分别检测了成人组织(包括心、脑、肺、肝、骨骼肌、肾、胰、脾、胸腺、睾丸、前列腺、卵巢、小肠、结肠组织和外周血白细胞等)和胎儿组织(包括心、脑、肾、脾、胰腺等)，均未检测到PLAC1 mRNA；但是在妊娠8周直到整个孕期，以及动物实验中交媾后12.5～16.5 d的鼠胎盘组织中，均可检测到PLAC1 mRNA，证实PLAC1只在胎盘组织中表达。但是后来的研究表明，PLAC1不仅表达于胎盘组织，也能在其他正常组织中有轻微表达。Chang WL等[14]采取定量RT- PCR法检测PLAC1在人正常组织(膀胱，外周血白细胞，小脑，大脑，乳房，结肠，心，肾，肝，肺，黑色素细胞，卵巢，胰腺，胎盘，前列腺，骨骼肌肉，小肠，脾，胃，睾丸，胸腺，甲状腺，子宫)中的表达情况，证实PLAC1 mRNA最高表达见于胎盘，睾丸组织中PLAC1mRNA的表达居第二高的水平，其PLAC1 mRNA的表达水平相当于在胎盘中表达水平的13.1%，而在其他所有正常组织表现出非常低，约为胎盘中PLAC1表达水平的0～0.7%(中位数0.1%)，差异有统计学意义(P<0.05)。

2.PLAC1的调控

2002年Michael F等[15]通过绒毛膜细胞系BEWO作为实验模型，分别用角质细胞生长因子(KGF)和胰岛素样生长因子-II度(IGF-II)作为调控因子，发现在KGF的调控下，BEWO细胞系中PLAC1 mRNA增长2～3倍。与此相反，IGF-II对BEWO细胞系中PLAC1 mRNA水平无明显影响。Searle AG等[16]研究显示PLAC1并非通过去甲基化来表达基因，在乳腺癌细胞中的雌激素可以通过C/EBPb(CCAAT/enhancer binding protein b)和SP1(Specificity protein 1)两个结合位点激活PLAC1。

三、PLAC1在妊娠中的研究及重要意义

1.PLAC1在胚胎及胎盘发育中扮演重要角色

PLAC1在正常组织中特异性表达于胎盘。妊娠8周起，在孕妇外周血中可检测到循环PLAC1 mRNA，并且在妊娠22～40周胎盘PLAC1表达水平没有显著变化；在妊娠终止时，PLAC1 mRNA却快速廓清。另外和正常妊娠者相比，先兆流产孕妇外周血游离PLAC1 mRNA显著降低，而子痫前期患者外周血PLAC1 mRNA显著增高，同时敲除PLAC1的小鼠会引起胎儿畸形、巨大胎盘和胎儿生长受限[4]；HPRT基因座附近有磷脂酰肌醇聚糖3(GPC-3)和PLAC1基因，其中，GPC-3位于HPRT的一侧，PLAC1位于HPRT的另一侧，距离HPRT基因65 kb端粒，跨越700-300 kb，是目前能被识别的唯一基因[15]。2012年Jackman等[17]建立突变小鼠模型，通过PLAC1基因敲除和基因杂合等方式探讨PLAC1在胎盘和胚胎生长发育中的作用，研究表明PLAC1基因为父系印迹，它的缺失可导致胎盘过大，胚胎发育迟缓等。PLAC1与ZP3基因同源，推测PlAC1作为一种受体，可能参与形成或稳定胎盘与母亲的连接[11]。

2.PLAC1在病理妊娠及生殖方面的相关研究

鉴于PLAC1在妊娠中的重要性，作为一种妊娠期的特异性指标，研究者在病理妊娠和不孕不育等方面进行了各种研究。PLAC1基因从孕8周直到整个孕期，都可以在母体血清中特异性表达[12]。孕妇血浆中检测PLAC1 mRNA低水平可能与20周以前的先兆流产相关[18]。2006年FarinaA等[19]发现胎盘早剥的患者中PLAC1在孕妇外周血中的表达水平升高，且与疾病的发展有一定的相关性。子痫前期的患者其游离mRNA表达水平也升高，且与病程进展相关。

2011年Kodama M等[20]对早发型、晚发型子痫前期孕妇及健康孕妇的外周血血浆和胎盘中的PLAC1 mRNA的表达进行对比，发现早发型子痫前期孕妇血浆中PLAC1 mRNA的水平是晚发型子痫前期孕妇的5.5倍，但是这三组群体的胎盘中的PLAC1 mRNA的含量无显著差异。表明在母体血浆mRNA的浓度反映了损坏绒毛细胞泄露程度而不是在胎盘表达水平，早发型先兆子痫比晚发型先兆子痫绒毛细胞的损伤可能更严重，可以推测PLAC1在孕妇外周血中的浓度可以作为先兆子痫的预测指标。2013年Matteo M等[21]发现，在胚胎移植中反复出现不明原因的移植失败的不孕患者中，她们血清中的抗PLAC1抗体水平处于高水平。抗PLAC1抗体可以是不孕和IVF-ET后不明原因失败高概率的生物学指标，大大提高了不育夫妇诊断工作。

四、PLAC1在肿瘤方面的研究及临床意义

胎盘的成长是胚胎生长发育的关键，胚胎的植入及发育与肿瘤的侵入及生长之间有许多相似之处。首先，类似于恶性细胞，为了滋养发育中的胎儿，胎盘滋养层迁移和侵入子宫及其脉管[22]。同样，癌症和胎盘的另一个共同特点是能够下调免疫应答[23]。人体胎盘显示端粒酶活性，如大多数的癌症一样活跃，这点恰恰与人体多数组织的体细胞相反[24]，胚胎着床与癌症发展相似，PLAC1是一种在正常细胞中不表达的蛋白质，基因编码的细胞表面蛋白被高度表达于胎盘、睾丸和肿瘤细胞系，在胎盘发育中非常重要，研究表明此类基因对胎盘的迁移侵入、胚胎的发育、肿瘤的入侵和生长同样具有重要意义[25]。为了证明PLAC1基因在肿瘤细胞中的功能及意义，许多专家在各种类型的恶性肿瘤中做了大量前期研究。

1.PLAC1与胃癌

2016年范宜娟等[26]应用组织芯片技术及免疫组化方法探讨肿瘤/胎盘抗原1(PLAC1/CP1)在原发性胃腺癌组织中的表达及意义，实时荧光定量PCR方法，检测14例胃癌组织及其癌旁组织中PLAC1/CP1的mRNA水平，同时观察胃正常黏膜细胞与胃癌细胞株中PLAC1/CP1 mRNA的表达情况，结果PLAC1/CP1在109例原发性胃腺癌中的表达率为49.5%(54/109)，PLAC1/CP1表达率升高与分化程度、浸润深度、淋巴结转移相关，并且无论是在胃癌组织中还是在胃癌细胞株中都可检测到较高的PLAC1/CP1 mRNA水平。胃癌细胞中PLAC1/ CP1的mRNA水平显著高于胃正常黏膜上皮细胞，其差异有统计学意义(P<0.05)。PLAC1/CP1在原发性胃腺癌中的表达水平较高，其高表达可能与其有较高的转录水平有关，表明PLAC1/CP1可能成为原发性胃癌新的诊疗靶点。

2.PLAC1与肺癌

2007年Silva[10]分析了PLAC1在原发性非小细胞肺癌(NSCLC)患者中的表达。对156例非小细胞肺癌组织样本用非定量RT-PCR方法进行分析，发现有76.3% PLAC1mRNA表达(119/156)，其中例30.1%(47/119)PLAC1mRNA表达处于中等水平。PLAC1mRNA在非小细胞肺癌样本中的表达水平最高能达到在胎盘组织中表达的8.3%。而93名非小细胞癌的患者血浆中，采取ELISA方法检测抗PLAC1抗体，有62.5%的高阳性率，反映了PLAC1基因的免疫原性。

3.PLAC1与乳腺癌

2007年，Koslowski M等[27]在报告中指出PLAC1在原发性肿瘤标本中表达可以达到37.8%的可观水平，尤其在原发性乳腺癌及其肿瘤细胞系中分别达到82.3%和54.6%。他们使用PLAC1基因沉默技术发现，抗PLAC1抗体能抑制乳腺癌肿瘤细胞运动性、增殖性和侵袭性，认为PLAC1可能参与了肿瘤的进展。

4.PLAC1与结直肠癌

2012年赵瑞等[28]应用免疫组织化学的方法探讨胎盘特异性基因PLAC1的表达与结直肠癌及肝转移生物学行为及预后，结果表明PLAC1表达在癌旁10 cm正常黏膜、结直肠癌组织、肝转移癌组织中的表达率分别为0(0/28)、56.5%(35/62)和61.5%(8/13)，结直肠癌和肝转移癌组织中的表达显著高于癌旁10 cm正常黏膜，其差异有统计学意义(P<0.01)；结直肠癌组织和肝转移组织比较，其差异无统计学意义(P>0.05)；PLAC1在女性表达高于男性；PLAC1表达增高与结直肠癌浸润深度、淋巴结转移、远处转移等因素相关，说明 PLAC1异常表达可能在结直肠癌及其肝转移的发生发展中起着重要作用。2015年项振飞等[29]研究PLAGL1在结直肠癌中的表达及其作用机制时，应用半定量反转录PCR(RT-PCR)、甲基化特异性PCR(MSP)法检测PLAGL1在结直肠癌细胞系及组织中的表达和甲基化状态，结果PLAGL1在结直肠癌细胞系HCT116和DLD1中呈完全甲基化，在SW620、SW480中呈半甲基化，在RKO中为非甲基化状态；PLAGL1在104例结直肠癌组织中的甲基化率为64.4%；PLAGL1甲基化与结直肠癌患者的TNM分期显著相关(P<0.001)，同时PLAGL1甲基化与结直肠癌患者的淋巴结转移显著相关(P<0.001)，而与结直肠癌患者的性别、年龄以及肿瘤分化程度未见显著相关性(P>0.05)；PLAGL1的恢复表达可以明显抑制HCT116细胞的增殖(P<0.05)，HCT116细胞的克隆形成数在PLAGL1恢复表达后明显减少；恢复表达PLAGL1后HCT116细胞在G1期的比率明显增加。

5.PLAC1与子宫内膜癌

2013年Devor等[30]研究PLAC1在子宫内膜癌中的表达情况。他们取4个正常子宫内膜组织，24个子宫内膜癌患者的癌组织(其中9个子宫内膜样子宫内膜腺癌，8个浆液性子宫内膜腺癌和7个子宫内膜癌肉瘤)通过RT-PCR方法进行PLAC1蛋白表达测定，发现PLAC1广泛存在于子宫内膜癌中。此外，他们发现PLAC1在期别更晚、更具侵袭性的子宫内膜浆液性腺癌和癌肉瘤中的表达明显高于子宫内膜样腺癌，分别超出6倍和16倍，结果表明PLAC1可作为子宫内膜癌的生物标志物以及潜在的预后指标。

6.PLAC1与前列腺癌

Ghods R等[31]采用微阵列的方法研究PCA PLAC1在前列腺上皮内瘤(组织)和前列腺增生(BPH)中的表达。结果胎盘特异性1(PLAC1)在BPH PCA中的表达水平最高，而在大多数正常组织中未检测到。研究表明前列腺增生与PLAC1表达呈正相关，PCA PLAC1与PSA表达负相关，PCA PLAC1对患者晚期疾病靶向治疗具有潜在用途。Nejadmoghaddam MR等[32]研究发现前列腺癌细胞中PLAC1高表达。PLAC1克隆抗体2H12C12在前列腺细胞中表现出了与重组PLAC1高度相似的表达和对PLAC1的选择性识别，但是在阴性对照LS180细胞中并没有表现出上述现象。PLAC1结合体在几分钟内诱导了抗体快速内化，并且在15分钟时达到50%，在1个小时内几乎达到了100%。当SN38与抗体结合时，抗体药物偶联(DAR)比例达到了5.5，并且抗体对细胞表面抗原的亲和力没有消极影响。另外，ADC保留了内在抗体的活性，并且表现出了增强的和选择性的细胞毒性，即62 nM时为IC50，这个数据要比自由药物低15倍。抗PLAC1 ADC在人类初级前列腺癌细胞和前列腺细胞系中可以诱导细胞凋亡，并且在体内动物安全试验中并没有观察到明显的细胞毒性影响。最后，研究指出新开发的基于抗PLAC1的ADCs也许为PCA病人的免疫治疗提供了可依赖的、有效的和新的治疗方法。

五、总结

PLAC1是一个新发现的X染色体连锁基因，其表达于胎盘组织、肿瘤细胞和睾丸组织。在妊娠期胚胎内，PLAC1水平变化与妊娠异常相关，如不孕、流产、子痫前期等，可以作为判断病理妊娠及胚胎移植预后的一种生物学指标。其与胎盘及胚胎的生长密切相关，在调节胎盘的形成和稳定胎盘与母体之间的连接起重要作用。PLAC1在大范围的恶性肿瘤组织及肿瘤细胞系中表达率高，具有免疫原性，而且正常组织除了胎盘和睾丸外基本不表达，这种特异性使得它可能构成有源和无源癌症免疫治疗的目标。虽然PLAC1的肿瘤生物学功能还不是研究很清楚，但其基因在肿瘤组织表达及胎盘组织细胞表面蛋白定位起到非常重要的作用，是一种膜蛋白并具有一定的免疫原性，根据其特点，后续研究可能将其定位于具有潜在的治疗性单克隆抗体介导的肿瘤免疫药物，并开发成疫苗应用。

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