分化抑制因子1在腫瘤中表達及其作用的研究進展

陳玉北，王覓柱

(包頭醫學院第二附屬醫院，內蒙古 包頭 014000)

隨著人類社會的進步，醫學發生了巨大的變革，與此同時危害人類健康的主要疾病構成也發生了改變?，F代社會，腫瘤已經成為危害人類健康的一個重要因素，進一步深入地研究腫瘤的發生發展機制及腫瘤的早期診斷就顯得極為重要。分化抑制因子(Inhibitors of Differentiation or Inhibitors of DNA binding，ID)是最近幾年研究越來越廣泛的腫瘤調節因子，在調節細胞周期進展和細胞分化方面起著關鍵作用。哺乳動物ID家族包括四種成員，分別為ID1、ID2、ID3、ID4,其中ID1研究最為深入廣泛，其與腫瘤的發生和發展關系密切，在腫瘤細胞的增殖、分化、凋亡、轉移等過程中起重要作用，ID1的表達水平與腫瘤的分化程度、腫瘤的轉移情況、血管新生情況、腫瘤疾病分期及預后有很大關系。近年來，關于ID1的研究逐漸成為醫學研究的熱點問題，在此基礎之上，對ID1在腫瘤方面上的研究進展進行總結與分析具有重要意義。

1 ID1的結構及功能

ID1( Inhibitors of Differentiation or Inhibitors of DNA binding 1)即分化抑制因子1，是分化抑制因子(ID)家族的一個重要成員。在哺乳動物細胞中，目前的研究已經發現了多種分化抑制因子，它們分別是ID1、ID2、ID3、ID4，其分子量約為13～20 kD不等[1-2]，在人類染色體上編碼它們的基因分別位于以下位置：20q1, 2p25, 1p36以及6p22-21。分化抑制因子是HLH蛋白家族的成員之一，其結構特點與大多數HLH蛋白有相似之處。在HLH蛋白中都存在一個典型的螺旋環螺旋結構，這個螺旋環螺旋結構由位于兩端的α螺旋和位于中間的袢環構成，α螺旋連接一個袢環，袢環再繼續連接另外一個α螺旋，即構成螺旋-環-螺旋結構，在螺旋-環-螺旋結構中，α螺旋的氨基酸構成是相對恒定的，而袢環結構則保守性差，長度不定。我們知道，HLH蛋白可以同相同HLH蛋白或者不同HLH蛋白相互結合，從而形成二聚體，這一過程是通過位于α螺旋上的疏水殘基間的相互作用而實現的。調節二聚體的形成過程對于基因轉錄來說是一個重要的調節方式。通常情況下，大多數的HLH蛋白均存在一個堿性區域，該堿性區域位于螺旋環螺旋結構附近。堿性區域的作用是與相應的DNA結合。如果一種HLH蛋白含有這種堿性區域，這種HLH蛋白即為堿性HLH蛋白即bHLH蛋白。HLH蛋白家族的成員大部分是bHLH。一般來說，大部分bHLH均可以對基因表達起到調控作用，這種作用是通過上調基因的轉錄而實現的。ID蛋白作為HLH蛋白家族的一員，也擁有特征性的螺旋-環-螺旋結構，但不同之處在于，ID不含有強堿性區域，故不能與DNA發生作用,ID可以通過其螺旋-環-螺旋結構中的疏水基團與bHLH發生相互作用形成異二聚體，從而抑制bHLH與DNA結合以及抑制bHLH與其他組織特異性HLH轉錄因子結合，從而抑制bHLH功能，抑制細胞分化，促進細胞分裂[1-2]。ID是一類壽命較短的蛋白質，生理狀態下ID的降解方式為泛素化標記[3]。

2 ID1的表達與腫瘤及調控機制

大量研究發現，ID的異常表達與很多種腫瘤的發生發展有密切的關系，如乳腺癌、前列腺癌、宮頸癌、甲狀腺癌、鼻咽癌、肝癌、胃癌、結直腸癌等。ID1與腫瘤的發生發展有密切的關系。ID對于腫瘤的發生及腫瘤性疾病的進展具有促進作用，這種作用可通過多種方式實現。首先，ID1可以抑制細胞的分化。分化受到抑制是腫瘤產生及腫瘤性疾病進展的重要推動因素，仇超等通過研究證明通過抑制ID1基因，可以增強骨肉瘤細胞的分化能力，使其傾向分化成為成骨細胞[4]。其次，ID1可通過促進細胞增殖分裂促進腫瘤發生及發展。ID1對于腫瘤增殖的促進作用可以通過很多途徑實現：ID1可通過影響其下游血管內皮生長因子及缺氧誘導因子1α的表達而促進結細胞增殖，并且也可以通過調節PI3K/AKT通路來實現這一作用[5]；ID1可以影響骨肉瘤中AKT磷酸化過程，上調磷酸化AKT比率，進而促進其腫瘤細胞的增殖[6]；前列腺癌細胞的生長速度隨著ID1的表達增高而加速，當應用抑制劑抑制MEK1/2活性后，相比沒有應用抑制劑，ID1所表現出的加快細胞增殖速度的能力明顯降低，腫瘤細胞增值速度明顯減慢，這或許證明ID1的促進腫瘤細胞增殖的作用，也可通過調節MAPK通路實現[7]；另外，ID1可通過NF-κB通路促進腫瘤細胞增殖[8]也可通過對RB/P16INK4a通路信號傳導的抑制而促進細胞增殖[9]。腫瘤的發生及腫瘤性疾病的進展與腫瘤細胞的凋亡過程受到抑制有密切關系，且ID1具有這一作用。ID1的這一作用在很多研究中均有發現。有研究[10]表明，應用siRAN對小鼠骨肉瘤細胞進行ID1基因沉默后，細胞凋亡發生數量明顯增加，這證明ID1可以抑制其凋亡。ID1抑制細胞凋亡的機制是復雜的，目前有研究發現ID1的這種作用可能與wnt通路有關。當對人骨肉瘤細胞進行ID1基因敲除后，β-catenin含量發生明顯的降低，而β-catenin對于wnt通路的作用十分關鍵，同時可以觀察到骨肉瘤細胞凋亡明顯增多，這說明ID1的這種抑制凋亡作用可能與wnt通路相關[11]；同時ID1的這種作用也可能與AKT/mTOR通路和NF-kappaB通路有關[12-13]。ID1可延緩癌細胞老化及促進其永生化。p16蛋白對細胞的老化過程有關鍵性作用。有研究表明，ID1的這種延緩細胞老化作用可通過調低細胞內P16含量而實現[14]。ID1對細胞周期也有著一定的調控作用。有研究表明，ID1可通過上調cyclinD1表達、上調wnt2及β-catenin表達來使更多細胞由G1期進入S期，進而促進細胞增殖分裂[15]。沉默ID1基因后，食道癌細胞生長受到抑制，處于不同周期的細胞比率發生改變，S期減少，G0/G1期增加[16]。ID1表達量和腫瘤轉移過程及腫瘤細胞的浸潤能力有一定相關性。有研究發現[17]，腫瘤的浸潤轉移過程很大程度上依靠基質金屬蛋白酶(MMP)的分泌，MMP與細胞外基質間的作用極大地影響了其浸潤轉移能力，通常浸潤、轉移能力越強的腫瘤，往往其細胞也有相對強的MMP分泌能力。ID1蛋白可以調節前列腺癌細胞中MMP-9的含量，增加其表達量[18]，從而加速腫瘤的浸潤、轉移過程。另外ID1可通過調節E-cadherin和Vimentin表達調節細胞上皮-間質轉化而在腫瘤浸潤轉移中發揮重要作用[18-19]。有研究表明ID1在細胞內的含量與結腸癌的疾病分期、淋巴結轉移情況有相關性[20]。 ID1蛋白可通過促進血管新生促進腫瘤的產生及腫瘤性疾病的進展。血管的新生過程對于腫瘤有重要意義，腫瘤的生長離不開血管的供血，同時腫瘤的浸潤和轉移也是通過新生的血管而實現的。ID1可通過多種方式促進腫瘤血管新生。有研究表明，ID1可調節細胞內VEGF含量，增加它的表達，進而發揮上述作用[21]。另外，ID1也可通過抑制tsp-1表達及募集血管內皮細胞前體細胞的方式來促進血管生成[22-23]。

3 ID1與腫瘤的關系

3.1ID1與乳腺癌 檢測乳腺癌組織中的ID1表達情況可以發現，ID1表達的異常增加在乳腺癌組織中普遍存在，并且ID1的表達上調與乳腺癌病理分級相關，ID1的高表達通常預示著乳腺癌的病理分級相對高，這也就意味著惡性度高。因此，檢測ID1表達情況可輔助判斷乳腺癌的惡性程度及病理分級情況。應用經瓊脂糖凝膠電泳技術也可以發現：ID1相應mRNA在乳腺癌細胞中含量普遍有所增加，而其mRNA在正常細胞中難以檢測或含量極少，并且該mRNA含量的增加與腫瘤的分級高低有一定相關性，分級高的乳腺癌組織中其ID1mRNA含量也明顯增高，這個發現也佐證了上述假想[24]。并且，ID1表達可受到雌激素調節，雌激素刺激其表達。ID1也可能由黃體酮所調節，ID1的表達可能因黃體酮的增多而降低。有研究發現ID1的表達程度與乳腺癌侵襲性有一定相關性，并且，黃體酮可以阻止乳腺癌細胞增殖和侵襲[25]。這些證據或許表明，ID1與乳腺癌存在密切相關性。

3.2ID1與前列腺癌 有人提出，激素相關性前列腺癌中腫瘤細胞增殖、凋亡可受到相應的激素的調節，這種調控很可能是通過調節ID的表達高低來實現的，而在與激素無關的前列腺癌中則缺乏這種調控關系。與此同時，ID1和前列腺癌轉移的相關性也被注意到，通常高表達ID1的前列腺癌也會有著相對強的侵襲、浸潤、轉移能力。有研究發現，前列腺癌發生轉移時PSA和PSAP水平降低可能是由于ID1過度表達所致[25]。同時，ID1的表達高低和分化程度有著密切的關系。研究發現，前列腺癌組織中ID1高表達，而前列腺增生組織中ID1表達量很低，二者存在巨大差異，并且ID1的這種不同表達情況在不同分化的前列腺癌中仍然存在，高分化的組織往往ID1表達相對低；另外也有研究發現，ID1的表達程度與前列腺癌的分期有著密切關系，ID1的高表達往往發生于分期相對差的前列腺癌組織中，可見ID1的表達情況和前列腺癌的侵襲能力存在密切關系。因此，ID1可作為新靶點在前列腺癌診斷及治療中存在很大的潛力及意義[26]。

3.3ID1與宮頸癌 研究表明ID1表達異常在HPV引起的宮頸癌中普遍存在，ID1在其疾病發生及進展過程中有較大意義[25]。宮頸癌分化高低與ID1表達量之間存在一定相關性，高分化的組織往往表現出ID1的低表達，并且ID1的表達情況還與宮頸癌分期密切相關，ID1高表達通常說明腫瘤的分期也相對高。ID1的表達量在正常黏膜、宮頸上皮內瘤變、宮頸癌中存在明顯差異。宮頸癌組織中其表達量最高，正常黏膜組織中幾乎不表達，在上皮內瘤變中呈少量表達，并且細胞中ID1的mRNA含量也符合這種變化趨勢。除此之外,研究也發現ID1高表達的宮頸癌組織中，新生血管密度往往也相對較高，這也許說明ID1的表達與宮頸癌組織中血管新生過程存在一定關聯，腫瘤的產生及腫瘤性疾病進展的過程中，血管新生的意義不言而喻。因此，ID1是一種新的、快速、準確的試驗檢測方法，可以通過對ID1表達程度的檢測判斷腫瘤的惡性程度與評價患者的預后[27]。

3.4ID1與甲狀腺癌 檢測甲狀腺癌組織中ID1表達情況可以發現ID1表達異常上調普遍存在，而在正常腺體中ID1往往很少表達，這說明了ID1和甲狀腺癌存在一定相關性。但研究也表明，ID1表達的高低與甲狀腺癌的腫瘤大小、復發、轉移等無明顯關系，并且ID1表達的高低與甲狀腺癌病人預后的關系還不是很明確，需要進一步研究。在甲狀腺癌中，ID1的表達受到多種物質的調節比如：TSH、TF-1、PDGF、NGF、EGF、IGF-1、雌激素。已有研究表明ID1是TGF+的早期靶點，它可增加甲狀腺腫瘤細胞的侵襲性[28]。

3.5ID1與鼻咽癌 郭明明等人發現，ID1在20例鼻炎和88例鼻咽癌組織中的表達量存在較大差異，后者明顯相對前者呈現出ID1高表達，并且這種ID1在細胞中的含量高低與鼻咽癌分期及預后有一定關系，但與鼻咽癌患者年齡、性別、淋巴結轉移無顯著關系[29]。陳孝珍等人也得出了相似的結論[30]。

3.6ID1與消化系統腫瘤

3.6.1ID1與肝癌 ID1表達水平不僅在肝癌中很高，而且在丙型肝炎病毒感染的肝細胞中也具有高表達量，而在正常肝臟組織中，它們表達非常低。另外對于由乙肝病毒所引發的肝癌，ID1的表達高低對其預后有一定的影響，肝硬化患者中，ID1高表達的患者一般疾病進展較快且生存時間相對短。研究發現，ID1受 MAPK/ERK 通路調節，與肝癌中 c-Myc 水平上調存在一定關聯。另外ID1可以直接和c-Myc發生相互作用，從而調節其轉錄過程[28]。

對于肝癌細胞的實驗證明，設法調低ID1表達后，細胞的生長速度、遷移能力以及侵襲力都發生顯著的降低，并且與未調低ID1表達的肝癌細胞相比，化療藥物對其的毒性作用明顯增加，這也許說明阻斷ID1有助于腫瘤干性的逆轉，是值得進一步探索的治療靶點[31]。

3.6.2ID1與胃癌 有研究對比了胃癌組織、癌旁組織、正常胃黏膜間ID1表達差異，結果發現在胃癌組織中ID1呈現高表達，且其表達程度明顯高于癌旁組織，正常黏膜則呈現出幾乎不表達，并且在10 %～30 %腸化生伴有異型增生的組織中可檢測出ID1的表達，且ID1的表達在組織中不同部位存在顯著的差異。在胃癌中，ID1的高表達主要分布在細胞質，ID1在細胞核的表達量很少。另外，探索ID1表達情況與胃癌臨床病理的關系的研究也有一定的發現，ID1與分化高低存在明顯相關性，高分化胃癌中檢測到的ID1表達量明顯低于低分化者，且ID1與胃癌分期也存在一定關聯，分期越高，則ID1表達相對越多，由此可見在胃癌的發生及疾病進展中，ID1的表達升高起到了一定的促進作用[32]。

3.7ID1與結直腸癌

3.7.1ID1在結腸癌發生發展中的作用 目前大量證據表明，ID1在結腸癌的發生及結腸癌疾病進展中發揮了很大的促進作用，其促進作用可通過多種方式實現。主要促進方式如下：(1)促進腫瘤增殖。有研究表明在結腸癌細胞HT-29中導入表達ID1的質粒后，隨著腫瘤細胞ID1表達上調，VEGF的表達也有所增加，同時細胞增殖速度明顯增加；相反，抑制ID1表達后，細胞內VEGF含量減少，細胞增殖速度減慢，這說明ID1可以促進HT-29細胞增殖，這種作用可能與上調VEGF表達有關[33]。同時也有研究表明，ID1促進結腸癌細胞增殖可能與HIF-1α、VEGF 和PI3k/Art通路有關，高表達ID1的結腸癌細胞中通常可發現HIF-1α、VEGF含量也相應增加，并且該種細胞增殖能力也明顯增加，但加入PI3k/Art抑制劑后，可以發現HIF-1α、VEGF表達明顯下調[34]。陳慧菁等發現應用7-羥基異黃酮后，結腸癌細胞表達ID1可明顯下調，與此同時細胞增殖能力減弱，并且survivin和PCNA表達明顯下調，這可能提示ID1促進細胞增殖可能與survivin和PCNA有關[35]。(2)促進腫瘤浸潤、轉移：對結腸癌細胞SW620的一項實驗發現，設法敲除其ID1基因后，細胞內β-catenin及MMP2的表達明顯下降，上皮黏蛋白含量明顯增加，并且細胞侵襲力下降、轉移能力受到削弱，這可能證明，在結腸癌細胞中，ID1可能會影響其上皮-間質轉化，通過這種方式，進而增加SW620細胞的侵襲及轉移傾向[36]。同時也有研究表明，在應用siRNA敲除ID1基因，可觀察到結腸癌細胞MMP-9表達明顯下調，同時通過劃痕實驗與遷移實驗證實，其侵襲能力明顯下降，這可能說明，ID1也可通過上調MMP-9表達的方式起到上述作用[37]。(3)影響腫瘤血管新生過程：血管的新生對于腫瘤的增殖、浸潤、轉移過程有著極為重要的意義，這種意義具體體現在兩個方面，一方面腫瘤生長過程依靠新生血管提供血供，另一方面腫瘤的浸潤轉移過程也依靠腫瘤血管的發生。對結腸癌細胞HT-29進行的實驗表明，應用質粒提高其ID1表達后，隨著ID1的表達明顯增加，細胞中VEGF的表達以及HIF-1α的表達也相比正常HT-29細胞明顯增加，并且應用該細胞培養液培養人臍靜脈內皮細胞時發現，該培養液下，人臍靜脈內皮細胞所表現出的血管形成能力明顯比正常培養液下強，應用該種ID1高表達的HT-29細胞進行動物實驗時發現，該細胞所形成的腫瘤組織中微血管密度明顯高于正常HT-29細胞[38]。這也許說明ID1可以通過促進血管生成來促進結腸癌發生發展，其作用可能與調控VEGF的表達以及HIF-1α的表達有關。且有研究表明，ID1調控VEGF的表達以及HIF-1α的表達可能與PI3k/Art通路有關[34]。(4)調控細胞周期、抑制細胞凋亡：陳慧菁[35]等發現應用7-羥基異黃酮作用于結腸癌細胞后，ID1表達明顯下調，與此同時細胞cyclin D1和cyclin E表達較之前減少，細胞S期數量較之前有所減少且凋亡細胞數明顯增加，這也許說明，ID1可調控結腸癌細胞周期和抑制其凋亡，通過這種方式，ID1可促進結腸癌的發生及疾病進展。

3.7.2ID1在結腸癌中的表達 曹磊等[39]發現在結腸癌的分化程度高低與細胞ID1表達量存在一定的關系，檢測低分化的結腸癌組織可以發現其組織中ID1表達情況呈現為高表達，而針對高分化或者中分化結腸癌進行同樣的檢測，可發現其ID1表達量明顯小于低分化者，呈弱表達狀態。李文煉等[40]證明ID1的表達程度與結腸癌的浸潤程度、分化程度、分期情況存在關系，ID1高表達往往發生在分化相對低、分期相對差、浸潤較深的結腸癌中。而ID1的表達與患者年齡、性別、腫瘤直徑不存在明顯的關系。

綜上所述，ID1在多種腫瘤中表達均有升高，可通過多種方式作用于多條通路發揮其促進腫瘤發生發展的作用，但目前關于ID1在腫瘤的發生及進展中的具體作用及其作用原理仍不十分明確，對ID1進行深入細致研究很有必要且意義重大。深入研究ID家族及其成員在腫瘤中的作用機制，有望進一步闡明腫瘤的發生發展機制，從而能找到新的，快速的，準確的腫瘤治療靶點，并開發新藥，對腫瘤的治療意義重大。