DIO3基因在腫瘤發(fā)病機(jī)制中的作用研究進(jìn)展

張桂蝦?施飛熊?周宇

【摘要】碘甲腺原氨酸脫碘酶3（DIO3）基因是編碼3型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶的印跡基因。大量研究顯示，DIO3基因與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，特別是在腫瘤的發(fā)病中扮演重要角色。DIO3基因可影響腫瘤細(xì)胞增殖和分化，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，可能成為腫瘤藥物治療的新靶點(diǎn)。該文就DOI3基因在腫瘤發(fā)病機(jī)制中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

【關(guān)鍵詞】碘甲腺原氨酸脫碘酶3基因;脫碘酶;腫瘤發(fā)生

Research progress on the role of DIO3 gene in tumor pathogenesis Zhang Guixia， Shi Feixiong， Zhou Yu. Department of Gastroenterology， Affiliated Hospital of Guangdong Medical University， Zhanjiang 524000， China

Corresponding author， Zhou Yu， E-mail： ahdg2005@ 126. com

【Abstract】Type 3 iodothyronine deiodinase 3 （DIO3） gene is an imprinted gene encoding type 3 iodothyronine deiodinase. A large quantity of studies has demonstrated that DIO3 gene is associated with the incidence and progression of a variety of diseases， particularly in the pathogenesis of tumors. DIO3 gene can affect the proliferation and differentiation of tumor cells and participate in the occurrence and development of tumors， which possibly becomes a novel target for tumor drug therapy. In this article， the research progress on the role of DOI3 gene in tumor pathogenesis was reviewed.

【Key words】Iodothyronine deiodinase 3 gene;Deiodinase;Oncogenesis

腫瘤的發(fā)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，其機(jī)制仍未明了。碘甲腺原氨酸脫碘酶3（DIO3）基因是一種編碼3型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶（D3）的印跡基因，在多種腫瘤組織中表達(dá)異常，且與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，可能為腫瘤藥物治療的潛在靶點(diǎn)[1]。因此，深入了解DIO3基因在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制，對(duì)開(kāi)發(fā)相關(guān)的腫瘤治療靶向藥物有重要意義。現(xiàn)筆者對(duì)DIO3基因與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

一、DIO3基因結(jié)構(gòu)與功能

1998年至1999年，Hernández等[2]學(xué)者鑒定出DIO3基因位于人染色體14q32和小鼠染色體12F1，是一個(gè)長(zhǎng)度為1853 bp的單外顯子，其編碼區(qū)序列和啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)在不同物種中高度保守，并提出其可能在物種發(fā)育中起重要作用的觀點(diǎn)。此外，該基因位于翻譯起始位點(diǎn)78 bp內(nèi)的啟動(dòng)子區(qū)域，富含CpG（80%），且含有對(duì)其功能至關(guān)重要的TATA盒以及CAAT和GC盒。

甲狀腺激素脫碘酶有3種類(lèi)型：D1、D2和D3。3種脫碘酶形成具有同源催化結(jié)構(gòu)域的跨膜酶家族，共同參與甲狀腺激素的激活和滅活，從而發(fā)揮其對(duì)機(jī)體的調(diào)節(jié)作用。其中D3是由DIO3基因編碼的一種含硒代半胱氨酸的蛋白質(zhì)，是滅活T3和T4主要的脫碘酶，可催化T4向反T3轉(zhuǎn)化以及T3內(nèi)環(huán)脫碘產(chǎn)生125I和3，3-二碘甲狀腺氨酸，這2種反應(yīng)產(chǎn)物均無(wú)生物活性。D3通過(guò)調(diào)控局部甲狀腺激素水平，在機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育、免疫反應(yīng)、干細(xì)胞的活化以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等方面起重要作用[3]。

二、DIO3基因表達(dá)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系

不少研究者發(fā)現(xiàn)，DIO3基因在許多系統(tǒng)良惡性腫瘤中的表達(dá)均異常，提示其與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

DIO3基因在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)異常并影響其增殖和分化。研究顯示，DIO3基因在大腸癌組織中的表達(dá)高于健康腸組織，同時(shí)，在缺乏DIO3基因的情況下，過(guò)量的T3抑制大腸癌細(xì)胞增殖，并促進(jìn)大腸癌細(xì)胞和其來(lái)源的異種移植小鼠模型中細(xì)胞的分化，提示DIO3基因與大腸癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[4]。也有研究者發(fā)現(xiàn)，D3在增殖角質(zhì)形成細(xì)胞和小鼠及人類(lèi)基底細(xì)胞癌（BCC）組織中的表達(dá)增加，敲除DIO3基因引起裸鼠中的BCC異種移植物生長(zhǎng)減少[5]。在甲狀腺乳頭狀癌（PTC）中，D3的活性顯著增加并與DIO3 mRNA水平增加（約5倍）相平行，且在BRAFV600E突變的PTC組織中增加更顯著，提示DIO3基因與PTC有關(guān)[6]。然而，DIO3基因雖然在大部分腫瘤中的表達(dá)上調(diào)，但其在胃癌等一些腫瘤中的表達(dá)下調(diào)[7]。因此，DIO3基因在不同的腫瘤中可能存在不同的作用。

DIO3基因表達(dá)異常影響腫瘤患者的預(yù)后和某些臨床表現(xiàn)。研究顯示，D3活性增加與PTC大小呈正相關(guān)、與淋巴結(jié)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)[6]。在另一項(xiàng)研究中也顯示，沉默DIO3基因可使G1期細(xì)胞比例增加、S期與G2期細(xì)胞比例顯著降低，且在患者轉(zhuǎn)移瘤淋巴結(jié)組織中出現(xiàn)與原發(fā)腫瘤類(lèi)似的D3上調(diào)[8]。這些研究均提示DIO3基因的異常表達(dá)可能影響腫瘤的分級(jí)和分期，進(jìn)而影響患者預(yù)后。也有研究顯示，DIO3基因在某些腫瘤組織中的過(guò)度表達(dá)可能引起消耗性甲狀腺功能減退，并影響藥物療效。例如，在肝血管瘤中，這種副腫瘤綜合征的主要特征為FT4、FT3持續(xù)降低，TSH升高且不能被高劑量的左旋甲狀腺素（LT-4）抑制，對(duì)LT-4的替代治療反應(yīng)不佳，但手術(shù)切除原發(fā)腫瘤后，TSH恢復(fù)正常[9]。Baqui等（2003年）的研究解釋了D3的細(xì)胞外定位可能與這一副腫瘤綜合征的發(fā)生有關(guān)。

三、DIO3基因參與腫瘤發(fā)生的機(jī)制

1. DIO3基因通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和音猬因子（SHH）/GLI信號(hào)通路在腫瘤中發(fā)揮作用

MAPK信號(hào)通路由4個(gè)不同的級(jí)聯(lián)共享，包括細(xì)胞外信號(hào)相關(guān)激酶（ERK1/2）、Jun氨基末端激酶（JNK1/2/3）、p38-MAPK和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶5（ERK5），該通路異?？梢l(fā)包括癌癥在內(nèi)的多種疾病。SHH是一種形態(tài)發(fā)生素，經(jīng)典SHH信號(hào)通路是SHH與細(xì)胞膜上的受體蛋白Patched1（Ptch1）結(jié)合后觸發(fā)另一個(gè)膜受體蛋白Smoothened（Smo）釋放活化轉(zhuǎn)錄因子GLI鋅指家族（GLI1、GLI2、GLI3），繼而GLI識(shí)別并結(jié)合到DNA上的GLI結(jié)合位點(diǎn)而刺激靶基因轉(zhuǎn)錄，是細(xì)胞分化和增殖的關(guān)鍵通路之一，其異?；罨纱龠M(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展[10]。

Romitti等[6]的研究表明，在PTC中DIO3基因表達(dá)上調(diào)是MAPK途徑和SHH/GLI1途徑異常活化的結(jié)果。應(yīng)用MAPK級(jí)聯(lián)抑制劑U0126（ERK途徑）和SB203580（p38途徑）降低DIO3 mRNA水平;而且在BRAFV600E基因突變的PTC中，DIO3 mRNA水平和D3活性顯著升高，而B(niǎo)RAFV600E基因突變會(huì)誘導(dǎo)MAPK通路持續(xù)性激活，提示MAPK激活能上調(diào)DIO3 mRNA水平并增加D3酶活性。分別阻斷MAPK和SHH途徑均顯著下調(diào)GLI1和DIO3基因的表達(dá)，說(shuō)明除MAPK 途徑外，SHH/GLI1信號(hào)通路也參與PTC中DIO3的上調(diào)，且MAPK可能通過(guò)調(diào)節(jié)SHH途徑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)節(jié)DIO3的表達(dá)[8]。有關(guān)BCC的研究也顯示， GLI2蛋白和GLI2突變體與DIO3啟動(dòng)子結(jié)合后，能直接誘導(dǎo)DIO3轉(zhuǎn)錄，增加D3的表達(dá)量，而SHH也可以使D2表達(dá)減少，說(shuō)明SHH信號(hào)通路參與BCC的發(fā)生、發(fā)展[5]。D2和D3在BCC中共同表達(dá)，使局部細(xì)胞內(nèi)活性甲狀腺激素減少，影響細(xì)胞周期蛋白D1介導(dǎo)的進(jìn)入G1-S期的細(xì)胞比例，從而在細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用[11]。另一項(xiàng)研究亦表明，D3活性是BCC細(xì)胞增殖和生存的關(guān)鍵。D3缺乏或T3處理會(huì)誘導(dǎo)BCC細(xì)胞凋亡并減弱SHH信號(hào)，其具體機(jī)制是T3通過(guò)PKA依賴性機(jī)制損害GLI2蛋白穩(wěn)定性并減弱SHH信號(hào)來(lái)誘導(dǎo)BCC細(xì)胞凋亡[12]。因此，D3通過(guò)減弱T3的促分化和促凋亡作用以促進(jìn)BCC細(xì)胞的增殖和存活。

2. DIO3基因通過(guò)Wnt/β-連環(huán)素（β-Catenin）信號(hào)通路在腫瘤中發(fā)揮作用

β-Catenin是細(xì)胞間連接和經(jīng)典Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的重要組成部分，其進(jìn)入細(xì)胞核并與轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞因子（TCF）/淋巴增強(qiáng)因子結(jié)合而介導(dǎo)Wnt靶基因的激活，在維持腫瘤干細(xì)胞活性中起關(guān)鍵作用。

Kwon等（2001年）的干細(xì)胞研究顯示Notch對(duì)活性β-Catenin具有負(fù)性調(diào)控作用。而D3能抑制Notch活性，使Wnt/β-Catenin信號(hào)作用增強(qiáng)[13]。D3在各種CRC細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)，其機(jī)制可能是D3作為β-Catenin/TCF復(fù)合物的直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，活化的β-Catenin能下調(diào)D2和上調(diào)D3表達(dá)。因此，在CRC中，D3與Wnt/β-Catenin通路之間可能形成一個(gè)正反饋環(huán)路調(diào)節(jié)T3在局部組織中的濃度。而T3通過(guò)負(fù)向調(diào)節(jié)有絲分裂信號(hào)如β-Catenin和正向調(diào)節(jié)分化標(biāo)志物如E-鈣黏蛋白，發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞分化和抑制細(xì)胞分裂的作用[4]。因此，Wnt/β-Catenin通路的異?；罨蓪?dǎo)致DIO3基因表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而影響T3抑制腫瘤發(fā)生的作用。

3. DIO3基因通過(guò)Smad和MAPK依賴性轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）通路在腫瘤中發(fā)揮作用

與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的TGF-β信號(hào)通路也參與了DIO3基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[14]。有研究者發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在血管瘤細(xì)胞、胎兒上皮和人類(lèi)骨骼肌細(xì)胞中誘導(dǎo)內(nèi)源性D3表達(dá)[6， 15]。TGF-β通過(guò)Smad依賴性途徑刺激DIO3基因的轉(zhuǎn)錄，但該作用僅在表達(dá)內(nèi)源D3活性的細(xì)胞中出現(xiàn)，表明Smad對(duì)于D3誘導(dǎo)是必要但不充分的。TGF-β對(duì)D3的作用需要MAPK，并且與佛波醇酯和幾種通過(guò)受體酪氨酸激酶進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的促細(xì)胞分裂劑協(xié)同作用才能完成[15]。因此，TGF-β通過(guò)Smad和MAPK依賴性途徑的協(xié)同作用誘導(dǎo)DIO3基因表達(dá)。

4. DIO3基因甲基化狀態(tài)與腫瘤發(fā)病機(jī)制的關(guān)系

DNA甲基化是一種表觀遺傳過(guò)程。機(jī)體患腫瘤時(shí)，DNA甲基化的紊亂表現(xiàn)為2種形式，即某些基因CpG島發(fā)生高甲基化，尤其是DNA啟動(dòng)子區(qū)域的CpG島，以及發(fā)生全局性5-甲基胞嘧啶丟失。Martin-Subero等[16]通過(guò)一項(xiàng)基于微陣列的DNA甲基化研究發(fā)現(xiàn)DIO3 CpG位點(diǎn)在B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和髓系惡性腫瘤中被高度甲基化，這可能在多種血液腫瘤的發(fā)展中起重要作用。周原等[17]綜述了包括多個(gè)增殖相關(guān)基因如GAS6、CDT1在內(nèi)的基因高甲基化會(huì)促進(jìn)腫瘤的惡性行為。因此推測(cè)，DIO3基因CpG的高甲基化也可能參與腫瘤的發(fā)病機(jī)制，可能影響腫瘤患者的預(yù)后。鋸齒狀腺癌（SAC）是一種特殊類(lèi)型CRC，具有獨(dú)特的表觀遺傳調(diào)控模式，預(yù)后比傳統(tǒng)CRC差。有研究顯示，SAC中DIO3 CpG的甲基化程度顯著高于傳統(tǒng)的CRC，并且證實(shí)qPCR高度甲基化導(dǎo)致mRNA表達(dá)水平降低，但免疫組織化學(xué)檢查結(jié)果顯示SAC癌細(xì)胞胞質(zhì)中D3顆粒染色強(qiáng)度高于CRC，提示可能是具有不同調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性的替代基因轉(zhuǎn)錄本翻譯的結(jié)果，或者可能存在一種負(fù)反饋機(jī)制，即D3在胞質(zhì)中的累積可能促進(jìn)甲基化驅(qū)動(dòng)的DIO3基因沉默，但這種推測(cè)尚未得到證實(shí)，仍需要進(jìn)一步研究[1]。因此，DIO3的高甲基化狀態(tài)可能對(duì)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有一定的影響，但更具體的機(jī)制尚未清楚。

5. 其 他

在胰島瘤細(xì)胞中，胰高血糖素樣肽-1通過(guò)cAMP-PKA-D3途徑上調(diào)DIO3基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)胰腺β細(xì)胞內(nèi)T3濃度和β細(xì)胞功能[18]。Di Girolamo等（2016年）的研究顯示，在BCC中，miR21通過(guò)抑制頭狀轉(zhuǎn)錄因子3表達(dá)而誘導(dǎo)DIO3的表達(dá)，減少腫瘤微環(huán)境中的甲狀腺激素而促進(jìn)腫瘤增殖，提示miRNA參與DIO3的致癌過(guò)程。缺血、缺氧通過(guò)誘導(dǎo)促進(jìn)Hsp40介導(dǎo)D3向核易位，促進(jìn)甲狀腺激素受體附近的甲狀腺激素失活。這種通過(guò)適應(yīng)性調(diào)節(jié)減少甲狀腺激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制，從長(zhǎng)期來(lái)看，可能會(huì)刺激局部細(xì)胞增殖，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。

四、結(jié) 語(yǔ)

DIO3基因不僅對(duì)正常機(jī)體發(fā)育起作用，而且與多種良惡性腫瘤的發(fā)生及發(fā)展密切相關(guān)。DIO3基因參與的腫瘤調(diào)控機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，不同調(diào)節(jié)通路之間往往存在交互作用。但通過(guò)調(diào)節(jié)DIO3基因的表達(dá)而改變局部活性甲狀腺激素濃度，繼而影響細(xì)胞的分化和增殖是許多腫瘤發(fā)生、發(fā)展的共同機(jī)制。關(guān)于DIO3基因在腫瘤中的具體調(diào)節(jié)通路方面仍有許多亟待解決的問(wèn)題。矯正DIO3基因的異常表達(dá)或增加活性甲狀腺激素濃度可能成為某些腫瘤治療的新途徑，但需要更多的研究提供支持。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2019-06-25）

（本文編輯：洪悅民）