HMGA2在腫瘤中的研究進展

勇宏，劉友勝，金山

(1.內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特；2.內蒙古醫科大學附屬醫院普外科，內蒙古 呼和浩特)

0 引言

非組蛋白染色質蛋白主要以高遷移率族(HMG)蛋白為主，根據HMG蛋白的DNA結 合 域分為HMGA、HMGB和HMGN等三個亞家族[1]。HMGA蛋白家族由四個成員組成，分別由HMGA1和HMGA2兩個基因編碼。HMGA1蛋白編碼三個轉錄本HMGA1a、HMGA1b和HMGA1c，而HMGA2蛋白只編碼HMGA2[2]。HMGA2蛋白可編碼108個氨基酸殘基，自身缺乏轉錄活性，但它可以通過調節多個基因轉錄而改變染色質結構[3]。其包含3個DNA結合域能與DNA分子中氨基端富含AT的小鉤結合成半月形結構，即所謂的AThooks[4]。HMGA2根據DNA中富含AT的結合位點的數量和間距的不同，以不同的結合方式影響DNA底物的構象，從而增強或抑制基因的轉錄活性，繼而影響各種生物過程[5]。

1 HMGA2在腫瘤中的表達

HMGA2在胚胎發育期間在胚胎細胞中表達，但在成人組織細胞中不表達或低水平表達[6]。HMGA2與人類生長有關[7]，干擾HMGA2可能導致胎兒生長受限[8]。動物實驗證明，雜合子HMGA2-/+小鼠和純合子HMGA2-/-小鼠表現出侏儒型，由于細胞生長減少，它們的體型分別為野生型的80%和40%[6]。距今為止，有多項研究表明，HMGA2在不同人類腫瘤組織中的表達失調，HMGA2的高表達可能是惡性腫瘤發病機制中的關鍵步驟。據報道，HMGA2在[9]腎癌，肺癌[10]，乳腺癌[11]，胃癌[12]中高表達。其異常的表達水平與腫瘤分期分級、淋巴結轉移、局部組織浸潤和生存率降低顯著相關[13]。此外，本課題組對正常甲狀腺組織、甲狀腺良性癌組織、伴有淋巴結轉移和無淋巴結轉移的甲狀腺乳頭狀癌組織進行了蛋白質組學研究發現，伴有淋巴結轉移的癌組織中HMGA2蛋白表達升高，這可能與甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉移有關[14]。腫瘤侵襲轉移機制中上皮間質轉化是重要性途徑之一。

2 HMGA2促進上皮間質轉化

上皮間質轉化(EMT)是胚胎發生、腫瘤侵襲和轉移中的關鍵步驟。它能將貼壁的上皮細胞轉化為可移動的間質細胞。其特征性變化是使E-cadherin蛋白(由CDH1編碼)顯著下調，使其維持上皮細胞-細胞粘附的功能喪失[15]。研究表明，在幾種癌細胞[16-18]中，隨著HMGA2過表達的上皮細胞特異性標志物的降低和間質標志物表達的增強，提示HMGA2參與了EMT的調控并與多個信號通路有關。

2.1 HMGA2與TGF-β/Smad信號通路

TGF-β途徑在癌變的早期起到腫瘤抑制作用，而在腫瘤晚期則顯著增強腫瘤細胞的侵襲和轉移能力[19]。研究表明，TGF-β途徑分別與TβRⅠ和TβRⅡ結合，且磷酸化并激活下游Smad2和Smad3，再與Smad4結合，形成復合體Smads。Smads復合體和其他轉錄因子(transcription factors，TFS)共同與DNA雙鏈結合，調控特定的基因轉錄[20]。HMGA2位于TGF-β/Smads通路的上游，HMGA2可使TGF-βRII的表達顯著上調和Smad3的磷酸化，從而激活TGF-β途徑，進而誘導EMT[21]。最新研究表明，在腎癌中HMGA2通過TGF-β/Smad2通路促進EMT。TGF-β通路在調控EMT機制中還包括非smad通路，如PI3K/AKT信號通路。沉默HMGA2通過減弱高糖誘導的HK2細胞抑制PI3K/AKT通路激活而阻止EMT[22]。上皮間質轉化涉及幾個主要調控因子，包括鋅指蛋白(snail)、鋅指蛋白(slug)、螺旋環螺旋蛋白(Twist)、鋅指E盒結合蛋白(ZEB)。HMGA2可與Smads形成復合物或直接與內源性Twist1和Snail啟動子結合，誘導目的蛋白表達，導致EMT[23-26]。異常的HMGA2直接與近端E-cadherin基因(CDH1)啟動子結合，與DNA甲基轉移酶3A共同導致E-cadherin表達沉默，導致EMT[27]。

2.2 HMGA2與Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路是經典的Wnt信號途徑，多項研究表明，Wnt信號通路調控胚胎發育過程外，在促進腫瘤細胞侵襲能力的過程中發揮重要作用。當激活Wnt通路時，根據Axin2-Gsk3β-Snail1軸，β-catenin與T-cell factor結合成轉錄復合物來觸發EMT[28]。Wnt/β-catenin途徑在HMGA2的調控EMT中起到主要作用。HMGA2/WIF1融合轉錄表達細胞中HMGA2的上調和WIF1的下調激活了Wnt/β-catenin途徑[29]，表明HMGA2通過與Wnt/β-catenin途徑的相互作用而參與了EMT[28]。綜上所述，以上數據支持HMGA2有促進腫瘤侵襲轉移的作用，可以直接或間接促進EMT的形成。

3 HMGA2維持端粒長度

端粒是位于染色體末端的非編碼DNA序列，通常是由六個堿基(TTAGGG)序列重復構成[30]。當編碼序列的丟失時可以被端粒防止其降解。如果沒有端粒修復，當短端粒達到極限時，細胞就會開始衰老和凋亡[31]。端粒酶是端粒修復的關鍵復合物，它含有多種成分，包括催化蛋白亞單位端粒酶逆轉錄酶(HTERT)、人端粒酶RNA(HTR)、人端粒酶相關蛋白1(HTP1)、熱休克蛋白90(HSP90)、P23和dyskerin。幾乎90%的癌癥病例(148例)表現出端粒酶過度激活，這是癌變過程中的關鍵步驟。敲除HepG2細胞中HMGA2基因會導致端粒侵蝕，降低腫瘤形成能力[32]。此外，HMGA2可以直接結合端粒并維持端粒的穩定性[33]。HMGA2和hTERT在脂肪源性干細胞中的表達水平較低，而在脂肪瘤源性的間質干細胞中的表達水平較高[34]。然而，HMGA2如何調控hTERT表達的機制尚不清楚。提示HMGA2以蛋白質對蛋白質的方式抑制H3-K9的超乙?；瑥亩碳TERT活化，促進端粒修復。TRF2是端粒保護的關鍵調控因子，它可以直接與端粒的雙鏈TTAGGG重復序列相結合，通過兩步機制實現染色體末端保護功能[35]。Natarajan[34]等人發現，HMGA2通過其AT-Hook直接與TRF2啟動子結合，保護端粒免受損傷。

4 HMGA2影響細胞周期及增殖

細胞增殖需要穩定的細胞周期，否則某個細胞周期會發生停滯，這是導致細胞轉化為腫瘤的原因之一。由于HMGA2的過表達促進癌細胞增殖，因此認為HMGA2會影響癌細胞周期的進程。敲除HMGA2會導致卵巢癌細胞停滯在G1期[36]和白血病細胞停滯在G2/ M期[37]。 HMGA2直接與細胞周期蛋白cyclinA2的cAMP結合，取代了復合物p120E4F，從而誘導cyclinA2表達并促進細胞周期進程[38,39]。HMGA2還通過促進AP1的轉錄誘導cyclinA2的表達增強。HMGA2調節細胞增殖過程中轉錄因子激活蛋白-1(AP1)至關重要；AP1復 合 物 由Jun蛋 白(JUN，JUNB和JUND)，FOS蛋 白(FOS，FOSB和FRA1)和FRA2的成員組成[40]。在缺乏HMGA2的細胞中，JUNB和FRA1的表達完全受到抑制[41]。相反，當HMGA2異位過表達時，這些基因表達相應上調[41]。視網膜母細胞瘤蛋白(pRB)作為一種腫瘤抑制蛋白，通過與E2F1轉錄因子協同來把控細胞G1-S期的進程[42]。細胞處于G1期時，pRB被磷酸化并失活以釋放E2F1，從而導致細胞周期進程[43]。提示HMGA2可以使組蛋白脫乙?；?脫離pRB的磷酸化或直接作用于E2F響應性DNA元件，從而促進E2F1的活化并導致促進細胞周期進程[44]。P16INK4A和p21CIP1/WAF1是細胞周期蛋白依賴性抑制劑，在通過抑制釋放E2F1轉錄因子來限制細胞周期進程中扮演重要角色。HMGA2的高表達直接激活(PI3K)/AKT/mTOR/p70S6K信號通路，隨后促進cyclinE并抑制p16INK4A和p21CIP1/WAF1的活性，導致細胞增殖[45]。cyclinD1/CDK4/CDK6的激活負責pRB磷酸化。敲除HMGA2會顯著降低cyclinD1的合成，而異位表達HMGA2具有相反的作用，這表明HMGA2還通過影響cyclinD1/CDK4/CDK6/pRB-E2F1軸來調節細胞周期進程[46,47]。此外，由ccnb2基因編碼的cyclinB2蛋白是一種細胞周期依賴性蛋白，可控制G2/M期過渡[48]。HMGA2蛋白能夠與ccnb2啟動子結合并增強cyclinB2的表達以增加細胞生長[49]。

5 HMGA2促進化療耐藥性

化療耐藥是人類治療腫瘤失敗的主要原因之一。癌細胞面對化療刺激的反應，啟動了一系列防御機制來保護自身免于死亡并產生化療耐藥。腫瘤干細胞(cancer stem cell，CSC)具有增強DNA修復損傷的能力[50]。Summer[51]等人證實HMGA2具有內在的5’-脫氧核糖磷酸(DRP)和脫嘌呤/脫嘧啶(AP)位點裂解活性，從而提高了細胞依賴堿基切除修復(BER)途徑的DNA損傷的抵抗力，這種保護與HMGA2的表達水平直接相關[52]。另一項研究報道，HMGA2通過促進共濟失調-毛細血管擴張-突變蛋白(ATM)和Rad 3相關激酶及其下游靶點檢測點激酶1的磷酸化過程，從而增強DNA損傷修復，阻止G2/M期轉化進而抑制細胞凋亡或衰老來保護腫瘤細胞不受基因毒物的損害[53]。最新研究表明，HMGA2通過激活Dvl2/Wnt通路增強大腸癌對5氟尿嘧啶(5-FU)的耐藥性[54]。此外，HMGA2是Let-7a在胰腺癌中的重要下游靶點，HMGA2過表達可以恢復被Let-7a所抑制的胰腺腫瘤細胞的增殖、侵襲轉移和化療耐藥性[55]。

6 展望

迄今眾多研究表明，HMGA2在胚胎發育過程中起著關鍵作用，但在成體細胞中表達時，被視為是一類癌蛋白。HMGA2通過影響細胞生物學過程，從而增強了腫瘤細胞的侵襲轉移能力和化療耐藥性，導致多數腫瘤治療以失敗告終。同時是腫瘤患者生存率降低的主要原因之一。越來越多的證據表明，HMGA2是惡性腫瘤的獨立預后標志物，并且HMGA2的表達水平與某些化療藥物的療效有關。因此，檢測腫瘤組織中HMGA2的表達水平可為臨床工作者提供重要的預后數據，但還需進一步深入研究如何影響腫瘤預后。深入研究HMGA2在腫瘤發生發展中的重要機制，對研制出HMGA2靶向藥物有重大意義。