RUNX3基因與惡性腫瘤關(guān)系的研究現(xiàn)狀

鄭子雯(綜述),安云婷(審校)

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2007級(jí);b.江西省婦幼保健院腫瘤科,南昌330006)

RUNT轉(zhuǎn)錄因子家族是一系列進(jìn)化相對(duì)保守的后生動(dòng)物蛋白。RUNT家族中的轉(zhuǎn)錄因子的氨基末端(N-)都有一個(gè)高度相似的RUNT結(jié)構(gòu)域(runt domain,RD),由128個(gè)氨基酸組成,起著與DNA結(jié)合和形成異二聚體化的重要作用[1]。RUNX及其輔因子PEBP2β/CBFβ組成的蛋白復(fù)合體最早發(fā)現(xiàn)于20年前,后來(lái)因其在腫瘤發(fā)生機(jī)制中發(fā)揮著重要作用而逐漸受到重視。在RD中包含一個(gè)S型免疫球蛋白折疊,介導(dǎo) RUNX蛋白與其DNA靶序列的結(jié)合,這種結(jié)合導(dǎo)致靶基因的激活或抑制[2]。RUNX家族基因在機(jī)體內(nèi)廣泛表達(dá),但卻因組織的特異性而表達(dá)各異。盡管在小鼠胚胎中觀察到它們的同源相似度很高[3],但已經(jīng)證實(shí)在不同組織類(lèi)型中存在的RUNX基因發(fā)揮著不同的功能,并受到各種因子的調(diào)控、如 Sgpp1、Ncam1、p21WAF 1等[4]。本文就RUNX3基因與惡性腫瘤關(guān)系的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 RUNX3基因的定位特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

RUNX3基因位于人染色體1p36,全長(zhǎng)67 kb[5]。1p36在多種癌癥當(dāng)中都是作為一個(gè)基因缺失熱點(diǎn)場(chǎng)所,在上皮癌、血液系統(tǒng)疾病以及神經(jīng)組織腫瘤中都觀察到了該染色體的基因缺失[6]。同樣,RUNX3基因的缺失和減少也出現(xiàn)在多種腫瘤當(dāng)中,如胃癌、膽管癌、胰腺癌及肺癌等[7]。因此,RUNX3基因的表達(dá)下降或缺失是惡性病變的早期提示,并表明了RUNX3作為抑癌基因而發(fā)揮作用的根據(jù)。在1p36上存在多種抑癌基因,如RIZ1、CHD5等[8],并有研究揭示了它們之間存在協(xié)同作用的關(guān)系[9],由此可以推斷,通過(guò)調(diào)整核染色質(zhì)結(jié)構(gòu)而抑制基因轉(zhuǎn)錄發(fā)揮抑癌作用的 RUNX3基因,是與其他同樣位于1p36上的核染色質(zhì)調(diào)控基因共同完成生物學(xué)行為。

RUNX3基因含有P1和P2 2個(gè)啟動(dòng)子,6個(gè)外顯子和1 290 bp的開(kāi)放閱讀框[3]。其轉(zhuǎn)錄主要由P2啟動(dòng)子操控。在該基因組中,P2啟動(dòng)子的GC含量約4.2 kb,周?chē)幸粋€(gè)明顯的CpG島,因此從理論上說(shuō)P2比P1更容易發(fā)生甲基化。啟動(dòng)子異常甲基化在基因表達(dá)調(diào)控、DNA修復(fù)、基因穩(wěn)定及基因抑制等方面起著重要的作用,它阻礙了轉(zhuǎn)錄因子與DNA之間的相互作用而抑制轉(zhuǎn)錄,使與細(xì)胞增殖和分化有關(guān)的基因表達(dá)異常,細(xì)胞對(duì)正常分化過(guò)程的調(diào)節(jié)時(shí)空,最后形成腫瘤。RUNX 3是由α亞單位和β亞單位構(gòu)成的含有415個(gè)氨基酸的異二聚體,RD位于α亞單位中,因此α亞單位承擔(dān)了RUNX 3基因的主要生物學(xué)功能;β亞單位起到穩(wěn)定RUNX 3基因,并增強(qiáng)RD與靶DNA結(jié)合的能力。RUNX 3基因的羧基末端富含脯氨酸和絲氨酸,在轉(zhuǎn)錄方面起重要作用[1]。

2 RUNX3基因的抑癌機(jī)制

2.1 RUNX3基因在TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的功能

RUNX 3基因是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming grow th factor beta,TGF-β)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路下游的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。TGF-β是上皮細(xì)胞生長(zhǎng)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子,耐受TGF-β介導(dǎo)的生長(zhǎng)抑制作用是許多腫瘤發(fā)生的重要信號(hào),它廣泛參與細(xì)胞增殖分化、胚胎發(fā)生、血管形成、腫瘤發(fā)生、細(xì)胞外基質(zhì)形成及骨骼形成與重建等多種生物學(xué)事件[10]。TGF-β的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過(guò)激活Smad蛋白實(shí)現(xiàn)。目前已發(fā)現(xiàn)的Sm ad蛋白分為 3類(lèi):①受體 Smad(R-Sm ads),即Sm ad 1、2、3、5、8,是 TβR-Ⅰ 激酶底物 ;②協(xié)同Sm ad(Co-Smad),即 Sm ad 4,通過(guò)與 R-Smads的結(jié)合形成復(fù)合物移入細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄;③抑制性Smad(I-Smad),即Smad 6、7,它們以不同的方式抑制Sm ads的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]。TGF-β受體有Ⅰ型(TβR-Ⅰ)和Ⅱ型(TβR-Ⅱ)。當(dāng) TGF-β與細(xì)胞膜上的 TβR-Ⅱ結(jié)合后,形成 TGF-β/TβR-Ⅱ復(fù)合物,并迅速導(dǎo)致 TβR-Ⅰ磷酸化?；罨?TβR-Ⅰ與細(xì)胞內(nèi)R-Smads結(jié)合,并磷酸化;活化的 R-Sm ads與Smad 4結(jié)合成寡聚物,將 TGF-β的信號(hào)傳遞至細(xì)胞核內(nèi),調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄,并誘導(dǎo)下游基因的表達(dá)。由此可見(jiàn),TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的配體、受體和胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子Sm ad蛋白組成一個(gè)抑制腫瘤信號(hào)的通路。通路異常即可引起信號(hào)紊亂,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。目前研究表明,RUNX3可與R-Smads結(jié)合,而被激活的Smad復(fù)合物需要在RUNX3基因的指導(dǎo)下才能從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)特定靶位點(diǎn),并與RUNX3共同激活靶基因的轉(zhuǎn)錄,從而對(duì)細(xì)胞的分化、周期調(diào)控、凋亡和惡性轉(zhuǎn)化起作用,參與 TGF-β對(duì)上皮細(xì)胞生長(zhǎng)的負(fù)性調(diào)控作用[12]。

2.2 RUNX3基因在DNA修復(fù)中的作用

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、細(xì)胞周期調(diào)控及細(xì)胞凋亡過(guò)程,無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)DNA損傷,而DNA損傷的發(fā)生,無(wú)疑是加速了腫瘤的惡化。當(dāng)然,非正常的DNA修復(fù)更加劇了腫瘤惡變的風(fēng)險(xiǎn)。Chen P.C.等[13]的研究顯示,RUNX3基因與多種DNA修復(fù)機(jī)制有關(guān)。DNA錯(cuò)配修復(fù)元件的突變?cè)谀[瘤細(xì)胞中時(shí)常發(fā)生,尤其是M LH 3和PMS2更加速了癌癥的進(jìn)程,并指出許多轉(zhuǎn)導(dǎo)樣增強(qiáng)因子(TLE)基因族成員的過(guò)表達(dá)使得錯(cuò)配修復(fù)基因發(fā)生突變。Tle6與RUNX3相互作用后,RUNX3的超激活能力顯著下降。除了與錯(cuò)配修復(fù)有關(guān)外,RUNX3基因更直接參與DNA的修復(fù)機(jī)制。Tanaka Y.等[14]的研究發(fā)現(xiàn),RUNX3與DNA修復(fù)蛋白Ku 70有協(xié)同作用,Ku 70是對(duì)于雙鏈DNA的斷裂進(jìn)行非同源性?xún)?nèi)部修復(fù)的主要修復(fù)基因。

2.3 RUNX3基因參與誘導(dǎo)癌基因的衰老

眾所周知,癌基因的衰老誘導(dǎo)是癌前病變?cè)缙诘囊粋€(gè)特征性生物學(xué)功能。癌基因的衰老誘導(dǎo)是腫瘤抑制當(dāng)中重要的一種生物模式,它能有效地阻礙異常的增生信號(hào)。在白血病病例的研究中發(fā)現(xiàn),RUNX1和 RAS途徑經(jīng)常同時(shí)發(fā)生突變,并且RUNX1的缺乏通過(guò)上調(diào) Bm i-1和 Bcl-2以抑制p16Ink4a并表達(dá)p19Arf,從而抑制了N-RAS的衰老誘導(dǎo)和細(xì)胞凋亡[15]。RUNX3同RUNX家族中的其他基因成員一樣作為癌基因衰老誘導(dǎo)的中介物質(zhì)發(fā)揮作用,參與p14ARF→M dm2→p53致癌途徑的衰老誘導(dǎo)[16]。

2.4 RUNX3基因的生物學(xué)行為

RUNX基因家族在過(guò)度表達(dá)的時(shí)候會(huì)表現(xiàn)出癌基因的特性,RUNX 3也不例外[17]。在鼠類(lèi)的病毒感染實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)RUNX3基因的高表達(dá),并且在Salto Tellez M.等[18]的研究中,使用免疫組化技術(shù)觀察基底細(xì)胞癌組織,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中RUNX 3基因的強(qiáng)表達(dá)。此外,Nevadunsky N.S.等[15]還發(fā)現(xiàn)了RUNX3基因在卵巢上皮癌中同樣存在過(guò)度表達(dá),并指出RUNX3只能增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生存能力,并不能直接使其增殖。另外在對(duì)頭、頸部鱗狀細(xì)胞癌的研究中也觀察到了RUNX3基因的過(guò)度表達(dá),并與其惡性程度有關(guān),RUNX3基因的異常表達(dá)甚至抑制了化療藥物阿霉素的生物作用[19]。Guo W.H等[20]發(fā)現(xiàn),有的RUNX3基因在RD域存在突變,突變后的RUNX 3基因的活性降低或失活,不能抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)。

3 RUNX3基因與惡性腫瘤的關(guān)系

Li Q.L.等[2]研究中,剔除鼠胎中 RUNX 3基因后,小鼠出生不久便死亡,而在人胃癌組織中有45%～60%的患者RUNX3基因表達(dá)下調(diào)或缺失。因此,RUNX3基因是胃黏膜上皮主要的生長(zhǎng)因子,并指出RUNX 3基因的低表達(dá)或不表達(dá)與其啟動(dòng)子P2區(qū)域的甲基化有關(guān)(P＜0.05)。Wei D.等[21]研究發(fā)現(xiàn),恢復(fù)RUNX3基因表達(dá)可抑制動(dòng)物模型中人胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移,并顯示胃癌細(xì)胞周期停滯,凋亡增強(qiáng),侵襲性明顯減弱,因此RUNX3基因是一個(gè)重要的預(yù)后因素。在大腸癌的研究中,同樣研究顯示在癌組織中存在不同程度的RUNX3基因表達(dá)缺失或下調(diào),并存在啟動(dòng)子的高甲基化。Imam ura Y.等[22]還發(fā)現(xiàn)其甲基化與腫瘤細(xì)胞分化程度有關(guān)及腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)。在與肺癌的相關(guān)研究中,LiQ.L.等[2]指出RUNX3啟動(dòng)子區(qū)域CpG島甲基化在肺癌細(xì)胞系和原發(fā)性肺癌中均有發(fā)生,且甲基變異具有腫瘤特異性,在正常肺組織中未觀察到。RUNX 3甲基化與基因沉默相關(guān),并在使用甲基化抑制劑及脫乙酰酶抑制劑處理后,甲基化失活的基因能夠重新表達(dá)。姜 影等[23]研究表明,與良性乳腺疾病相比,在乳腺癌組織中RUNX3基因表達(dá)明顯下降,且與患者的臨床分期密切相關(guān),并通過(guò)隨訪發(fā)現(xiàn)術(shù)后生存時(shí)間越長(zhǎng)者,其RUNX3基因的表達(dá)率越高,同時(shí)ER、PR強(qiáng)陽(yáng)性的病例,RUNX 3呈較高的陽(yáng)性表達(dá)率,RUNX3基因表達(dá)與乳腺癌雌、孕激素水平呈正相關(guān),說(shuō)明RUNX3的表達(dá)可能接受雌、孕激素及其受體的調(diào)節(jié)。此外,RUNX3基因的缺失與失活還見(jiàn)于肝細(xì)胞癌、前列腺癌及子宮內(nèi)膜癌等[24]。表明 RUNX3基因甲基化見(jiàn)于多種惡性腫瘤。在 Nevadunsky N.S.等[25]對(duì) RUNX3基因與卵巢癌的研究中顯示,RUNX3在漿液性卵巢癌中的表達(dá)明顯高于正常卵巢上皮組織(P＜0.01),免疫組化著色顯示在卵巢癌組織中RUNX3表達(dá)主要位于細(xì)胞漿。QRT-PCR結(jié)果顯示,RUNX3 m RNA在卵巢交界瘤和惡性卵巢腫瘤中的表達(dá)顯著高于正常卵巢上皮組織(P=0.006、0.023)。在卵巢癌細(xì)胞(卵巢癌細(xì)胞株SKOV 3)中過(guò)度表達(dá)的RUNX 3基因由慢病毒基因傳遞,表達(dá)為突變型RUNX 3基因,在疾病發(fā)生發(fā)展的初期表達(dá)很少,無(wú)法檢測(cè)。隨著惡性程度的加深,而逐漸顯現(xiàn)出來(lái)(P=0.043)。而內(nèi)源性野生型的 RUNX3是由siRNA轉(zhuǎn)染進(jìn)卵巢腫瘤細(xì)胞(OVCAR429)中,該類(lèi)型在疾病的初期表達(dá)較高,并隨著疾病的進(jìn)展表達(dá)逐漸減弱(P=0.021)。由此可以推測(cè)RUNX3的突變可能導(dǎo)致了其功能的改變,從而失去了對(duì)細(xì)胞抑制的調(diào)控,表現(xiàn)為癌基因。因此,盡管RUNX3通常是作為抑癌基因而存在,也不能忽視它作為癌基因的一面。

4 結(jié)語(yǔ)

RUNX3基因能夠調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育和凋亡,對(duì)細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和其他生物學(xué)效應(yīng)有著重要而復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。關(guān)于其失活機(jī)制、抑癌機(jī)制、突變機(jī)制及其與惡性腫瘤關(guān)系的研究正在不斷深入,為RUNX 3基因在惡性腫瘤的臨床科研及應(yīng)用中賦予更大的價(jià)值和意義,使其有望成為腫瘤診斷標(biāo)志物和基因治療的靶點(diǎn)。

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