Capicua 在腫瘤中的研究進展

薛俊麟，孟慶輝，肖鵬，裴鐵民

作者單位：哈爾濱醫科大學附屬第一醫院肛腸外科，黑龍江 哈爾濱150001

惡性腫瘤是嚴重威脅人類健康和社會發展的疾病。國際癌癥研究中心發布的數據顯示，2012年全球惡性腫瘤新發病例約1 409 萬，死亡約820萬［1］，且惡性腫瘤的發病率呈逐年增高的趨勢。我國惡性腫瘤中死亡率排名首位的腫瘤為肺癌，其次依次為肝癌、胃癌、食管癌和結直腸癌［2］。腫瘤的防控形勢嚴峻。本研究以Capicua（CIC）為研究對象，探討CIC 在腫瘤發生過程中的分子機制，這對其相關癌癥的診斷和靶向治療有至關重要的作用。

1 CIC的結構和功能

高遷移率族蛋白（high mobility group-box，HMG-box）因子是細胞內功能多樣化的一系列核蛋白。含有HMG-box 串聯結構域的蛋白質通常只作為結構因子和染色質因子發揮作用，而不表現出DNA序列特異性。有些含有單個HMG-box的蛋白質，如性別決定基因相關基因（Sex-determining region of Y chromosome Related HMG-box genes，Sox）和 T 細胞因子（TCF）轉錄因子，能夠特異性結合于啟動子和增強子中富含 AT 的模體，調控生長發育過程［3］。CIC 屬于HMG-box家族的成員之一，在不同物種間高度保守。作為一種轉錄抑制因子，它與Sox 和TCF 緊密相關，但有別于Sox和TCF的HMG-box，CIC的HMG-box 另有兩個保守的模體——C1 和C2，分別位于其C端和中心部分，C1模體與HMG-box的相互作用可使DNA 的結合更加穩定［3］。由促前胸腺激素受體（Torso）和表皮生長因子受體（EGFR）激活的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路中，C2 模體作為MAPK 的停泊位點，通過與Rolled 相互作用而發揮MAPK 的作用［4］。C2 模體的突變可產生 CIC 衍生物，使Torso 和EGFR 激活的下游信號逃逸，產生類似于Torso和EGFR功能失活的表型［4］。人類CIC編碼至少兩種蛋白質亞型——CIC-S和CIC-L，它們的分子大小和N 端區域皆有差別。據目前研究可知，CIC 的活性主要與CIC-S 亞型有關，CIC-L 亞型的N端片段包含一個高度保守的延伸的未知功能域，其細胞作用尚不清楚［5］。

受體酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinase，RTK）信號通路能調節多種生物學過程，其信號傳導能引起各種細胞反應，如增殖、分化、代謝與遷移，RTK信號傳導異常則導致多種疾病，尤其在癌癥的發生機制中發揮重要作用。CIC 通過特異性識別T（G/C）AATG（A/G）A 序列［6］，抑制RTK 信號傳導通路中Torso，EGFR，Ras，Raf，MAPK 等信號傳導分子的應答基因表達，從而在組織形成和細胞增殖過程中發揮重要作用，并參與肺泡形成［7］和肝內環境穩定［8］等重要生理過程。當該級聯反應下游的MAPK信號處于靜止狀態時，CIC 組成性表達并抑制其目標基因。一旦MAPK磷酸化，CIC的表達迅速下降，從而誘導PEA3家族基因表達［9］。PEA3家族基因屬于E26轉錄因子（E26 transformation-specific，ETS）家族成員之一，包含 3 個家族成員：ETV1，ETV4 和ETV5，這些轉錄因子的過度表達與細胞侵襲性和轉移性密切相關，因而在腫瘤發生過程中發揮重要作用。據相關文獻報道，與基因融合和擴增有關的ETS轉錄因子ETV1，ETV4和ETV5過表達存在于乳腺癌和前列腺癌中，其中ETV1 與前列腺癌的侵襲性有關，并被確定為黑色素瘤的驅動突變基因［10-12］。正常情況下，CIC 的HMG-box 可結合于編碼ETV1，ETV4 和 ETV5 啟動子的 DNA 序列上，抑制 PEA3 的表達。EGFR 的激活直接或通過p90核糖體S6蛋白激酶（p90 ribosomal S6 kinase，p90RSK）激活HMG-box鄰近區域的Ser173位點，誘導MAPK依賴性CIC磷酸化，促進CIC與14-3-3蛋白的結合，抑制入核蛋白KPNA3定位于CIC的C端核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）；同時，CIC 與 14-3-3 蛋白的結合也使CIC與DNA的結合能力減弱［13］。此外，細胞外信號調節激酶（ERK）誘導的磷酸化會降低CIC 的轉錄抑制活性，促進磷酸化的CIC 從細胞核中輸出，最終導致CIC降解［14-15］，該降解方式是通過ERK依賴的泛素E3連接酶復合體Cullin1/SKP1/Archipelago 實現的［16］。值得一提的是，相當一部分RTK 信號的反應元件可與CIC 相結合，因此，RTK信號通路在CIC 的表達過程中扮演著很重要的角色。

2 CIC在癌癥中的作用

2.1 CIC 作為轉錄抑制因子在癌癥中的作用轉錄因子及其轉錄抑制因子的生物學功能對維持細胞內環境穩態十分重要，在人類的癌癥研究中多可見轉錄因子和轉錄抑制因子的失調。CIC 對RTK/RAS/MAPK 信號通路下游靶基因的抑制作用表明，它可作為腫瘤抑制基因在腫瘤發生過程中發揮作用。CIC 作為一種轉錄抑制因子，其基因突變可導致多種人類癌變，如乳腺癌［17］、肺癌［9］、肝細胞癌［18］、胃癌［9］、血管肉瘤［19］、髓母細胞瘤［20］、少突膠質細胞瘤［21］等。

在腦腫瘤中，CIC 突變絕大部分發生于少突膠質瘤，而在星形膠質腫瘤中非常少見［22］。少突膠質瘤的CIC 突變與異檸檬酸脫氫酶（IDH1）和遠端上游元件結合蛋白（FUBP1）突變密切相關，這3 個基因在腫瘤發生中具有協同作用。在少突膠質細胞瘤中，CIC突變主要存在于HMG-box和C1結構域附近［3］。這種特征性的突變分布情況提示CIC的基因突變可能與HMG-box 及C1 模體相關，并影響其DNA的結合能力［3］。但在少數復發型少突膠質細胞瘤中并未發現CIC 突變，提示這種突變不是少突膠質瘤存活所必需的前提。

除腦部腫瘤外，CIC 還參與多種腫瘤的發生與發展過程。肝細胞癌中CIC的研究表明，CIC-ETV4-MMP1 軸參與肝細胞癌的演進過程。MMP1 是一種基質金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs），它可通過降解細胞外基質、活化生長因子、抑制細胞凋亡、誘導血管生成等作用促進腫瘤的發生。肺癌和胃癌中CIC 的研究表明，CIC-ETV4-MMP24 軸增加癌癥的侵襲和轉移能力［9］。急性T淋巴細胞白血病的研究表明，CIC可能通過CIC-ETV4軸誘導急性T淋巴細胞白血病［23］。

2.2 CIC-DUX4 融合基因在癌癥中的作用尤文氏腫瘤家族（Ewing's family tumors，EFTs）是一類發生于兒童和青少年的高度惡性腫瘤，包括尤文肉瘤、Askin 瘤和原始神經外胚層瘤［24］。細胞遺傳學認為，絕大部分EFTs的病變是由于5'端22q12位點的尤文肉瘤蛋白（Ewing sarcoma protein，EWS）基因與3'端的ETS 轉錄因子家族，如FLI1（11q24），ERG（21q22），ETV1（7p22），E1AF（17q12）或FEV（2q33）之間相互融合而成。Kawamura-Saito 等［25］在尤文氏肉瘤病人中發現CIC 與雙同源框蛋白4（Double homeobox 4，DUX4）相互融合，產生CIC-DUX4融合體。該融合體中大部分CIC 蛋白質如HMG-box、TLE 蛋白質的結合位點、MAPK 磷酸化位點都被保留。然而，DUX4相當一部分N端區域丟失，如DNA結合的同源結構域等。DUX4 加入于該融合體的C 端后，CIC 的抑制功能轉化為反式激活功能，從而導致PEA3 家族基因等靶基因的表達迅速升高。這種反式激活活性可能與p300/CBP有關［26］。CIC-DUX4融合體的C 端結構域可以通過招募p300/CBP 來獲得DUX4 的轉錄激活功能，逆轉CIC 的轉錄抑制能力，上調靶基因的表達，從而顯示出強致癌作用。此外，Okimoto 等［27］發現，在未分化的圓形細胞肉瘤中，CIC-DUX4 融合體能直接靶定于細胞周期蛋白E1（cyclin E1，CCNE1）和 ETV4，增加 CCNE1 和ETV4 的表達，從而加強腫瘤細胞的生存和侵襲能力。

此外，CIC 融合體可存在于DUX4 以外的基因。在罕見的小圓形細胞肉瘤病例中可發現CIC與叉頭樣轉錄因子O4（FOXO4）的融合［28］；在中樞神經系統的原始神經外胚層瘤中發現CIC-NUTM1融合體［29］。另外，在120例血管肉瘤中，有9例血管肉瘤病人存在 CIC 突變以及 CIC-LEUTX 融合，在 CIC 突變病例中，PEA3 家族基因也被上調［19］。目前尚無相關研究闡明非DUX4 融合是否也改變了CIC 的抑制功能，但 HMG-box 在 CIC-FOXO4 和 CIC-NUTM1 融合體中都被保留，這表明在非DUX4 融合體中可能也存在類似的功能調整蛋白，這些功能調整蛋白可增強CIC的致癌作用［30］。

3 CIC在其他疾病中的作用

CIC 不僅能參與多種腫瘤的發病過程，也參與除腫瘤外的多種疾病。脊髓小腦性共濟失調1 型（CSA1）是一種遺傳性神經退行性疾病。有研究表明，聚谷氨酰胺擴增型人失調蛋白1（ATXN1）可與CIC 組成一個龐大的復合體，逆轉CIC 的轉錄抑制活性［5］，其可能原因是 CIC 的結合干擾了 ATXN1 的同源二聚化，并重構形成新的聚合物，進而改變了ATXN1-CIC復合體的構象或功能狀態［31］。CIC還可調節肝臟炎癥反應和膽汁酸穩態，CIC 失調會導致慢性肝性疾病及代謝紊亂［8］。此外，CIC可通過CIC-EVT5軸維持外周免疫系統的穩定并抑制濾泡性輔助T細胞的分化，從而維持自身免疫，CIC缺失會導致小鼠自身免疫性淋巴增生，從而導致自身免疫性疾病［32］。

4 基于CIC的分子靶向治療及未來方向

RTK/RAS/MAPK 信號通路是分子靶向治療的常見靶點，但針對該通路的分子靶向治療藥物多可見獲得性耐藥［33］。CIC作為RTK信號通路的下游修飾因子，可成為一個很好的替代治療靶點。由于CIC能抑制MAPK下游信號傳導，CIC表達量下調可能是靶向治療中產生耐藥機制之一。Bunda等［34］的研究發現，ERK 通路抑制劑PD98059和司美替尼的長期治療會減少CIC 的信使RNA（mRNA）表達量，這可能是上述藥物在膠質母細胞瘤的治療過程中易產生耐藥性的原因。MAPK誘導的CIC磷酸化會導致CIC 喪失轉錄抑制功能，因此抑制CIC 磷酸化是一個不錯的替代治療方法，比如使用可阻止CIC的C2 模體與p90RSK 相結合的基因類似物。COP9信號復合體亞基1b（CSN1b）以不依賴于MAPK的方式抑制CIC降解，從而發揮CIC的轉錄抑制作用，因此，利用CSN1b 基因類似物抑制CIC 磷酸化也可能是今后分子靶向治療方向之一。此外，檢測CIC 和ATXN1L的表達量可用來預測酪氨酸激酶抑制劑和絲裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制劑治療效果，指導后續治療。

綜上可知，在正常生理情況下，CIC可作為轉錄抑制因子參與細胞增殖和組織形成等生長及發育過程。CIC 突變會導致PEA3 家族轉錄因子、MMPs等轉錄異常，或通過CIC-DUX4等融合體導致CIC的反式激活，進而影響細胞生長、侵襲、轉移等能力。目前仍有許多疑問尚待解決：除了RTK 信號通路外，CIC是否還在其他調控通路中起作用？CIC-L亞型的細胞功能是什么？為何MAPK誘導的CIC磷酸化會減弱CIC的表達？對這些問題的進一步探究將有利于闡明CIC在正常生理狀態及疾病狀態的不同調控機制，為CIC 相關的癌癥的分子靶向治療提供理論基礎。