人類婆羅雙樹樣基因4在類風濕關節炎發病中的初步認識〔1〕

劉宇清,趙春苗,張冰瑩,范茹,胡曉榕,張芬,張升校,陳俊偉*

(1.山西醫科大學第二醫院,山西 太原 030001;2.西安國際醫學中心醫院,陜西 西安 710100;3.忻州市人民醫院,山西 忻州 034000;4.山西醫科大學,山西 太原 030001)

類風濕關節炎(RA)是一種慢性遷延性、對稱性、多關節受累的自身免疫性疾病,滑膜異常增殖與血管翳是其主要的病理特征,隨著病情的加重,可能造成骨與軟骨不可挽回的破壞,最終導致關節畸形與功能障礙[1]。類風濕關節炎的致病機制較復雜,其中基因對RA的發病及后續病情變化中的重要作用已被人們公認,而滑膜細胞增殖是RA主要病理特征,因此從基因水平研究RA滑膜細胞的增殖將給RA的診斷與治療帶來進一步的突破[2]。人類婆羅雙樹樣基因4(SALL4)作為轉錄因子的一種,在胚胎干細胞增殖與分化中起著不可替代的作用,而體細胞中表達的SALL4則會通過多條信號通路促進細胞的異常增殖,導致腫瘤產生,其中一些通路也參與了RA的發病與進展,提示SALL4可能與RA的滑膜細胞增殖有關,為RA診斷和治療提供新策略。

1 SALL4的生物學特性

轉錄因子婆羅雙樹基因(Spalt)最初發現于果蠅體內,之后在包括人在內的脊椎動物中發現多個婆羅雙樹基因的同源異型基因[3],它們可編碼高度保守的鋅指蛋白[4],與DNA,RNA和蛋白等相結合,在四肢、神經、腎臟、心臟等發育中發揮重要作用[5]。Spalt樣基因家族有SALL1,SALL2,SALL3和SALL4四個成員,各成員的功能并不完全相同,其中SALL4位于人類20號染色體q13.13-13.2上,它在人體多數組織如胚盤組織、干細胞、骨髓組織中均有表達[6]。SALL4在維持胚胎干細胞自我更新和多項分化潛能方面發揮關鍵作用。大量文獻指出[3,7],SALL4可通過介導Oct4與Nanog的相互作用形成的轉錄調控網絡,維持胚胎干細胞的自我更新,此外,SALL4還參與了造血的恢復與重建、造血細胞分化與增殖、骨髓再生以及早幼粒細胞的集落形成和植入的功能[8]。

2 SALL4在腫瘤中的作用

SALL4主要在胚胎和成人干細胞中表達,體細胞中幾乎不表達。當體細胞中SALL4過度表達時,該細胞往往展現出腫瘤的特質[9]。SALL4與血液系統、生殖系統、消化系統等的腫瘤密切相關。在血液系統中,骨髓增生異常綜合征、白血病和淋巴瘤均與SALL4過度表達有關[8]。在生殖系統中,SALL4作為一種癌基因的診斷依據在生殖細胞相關腫瘤的多個亞型中已有廣泛研究[10]。在消化系統中,SALL4可能在胎兒腸胃癌細胞中表達,有利于從肝細胞癌、肝母細胞瘤與膽管細胞癌中鑒別肝樣腺癌[11-12]。

SALL4能促進體細胞逆轉至干細胞增殖狀態,進而刺激腫瘤的發生,可能是腫瘤細胞的癌胚基因之一[9]。通過對熒光染色的癌細胞增殖測定可以發現,靶向抑制SALL4表達可減少DNA合成,顯著降低細胞周期(S期的細胞)、增加G1—G2期的細胞比例[13]。SALL4的啟動子中存在STAT3的結合域,下調STAT3活性可明顯抑制SALL4的表達,即SALL4可受到STAT3調節,而STAT3信號通路與腫瘤的關系也十分密切。此外,SALL4轉錄可有效激活經典的Wnt信號轉導通路,此通路在腫瘤發生發展過程中扮演重要角色[14]。

3 SALL4與JAK-STAT信號通路

JAK-STAT作為重要的細胞內信號轉導通路,是多種細胞因子發揮并整合功能的主要途徑之一[15]。大量細胞因子通過持續釋放刺激JAK-STAT信號通路,激活下游基因的轉錄表達,從而形成促進細胞增殖和抗凋亡的負反饋回路機制。JAK-STAT信號通路被證明是誘導異常造血干細胞發育、血液系統惡性腫瘤、自身免疫和某些免疫缺陷綜合征的關鍵。

STAT和SALL4作用相似,都是細胞轉化及凋亡方面的重要調節因子。有研究發現[16],STAT3是調控SALL4表達的轉錄因子。SALL4基因啟動子中包含STAT3結合位點,下調STAT3活性可導致SALL4基因表達明顯下降。在乳腺癌及病毒性肝炎相關肝癌中,SALL4被認為是STAT3的下游目標基因,抑制STAT3的表達可降低腫瘤細胞的生長速度,激活STAT3則會上調轉錄因子SALL4蛋白水平,誘導腫瘤細胞中高表達CD8+T淋巴細胞衰竭,從而起到免疫逃避的作用[17-18]。

4 SALL4與Wnt/β-catenin信號通路

5 SALL4參與RA發病機制

RA是一種以多關節慢性炎癥為主要表現特征的全身性異質性自身免疫性疾病,成纖維樣滑膜細胞(FLS)構成的滑膜組織的腫瘤樣增殖是RA病理機制中的重要一環,激活后的滑膜細胞具有生長相對無止境性和侵蝕性的特點[23]。SALL4的高表達參與誘導組織細胞展示出的腫瘤樣增殖也暗示RA與SALL4之間存在千絲萬縷的聯系。

RA的發生與促炎、抗炎細胞因子的失衡有關,白細胞介素(IL)-6和IL-22等細胞因子水平的明顯升高進一步引發自身反應性免疫,這些細胞因子均需通過JAK-STAT途徑發揮作用[24-25],如IL-6通過誘導JAK1和JAK2介導的STAT1和STAT3磷酸化,促進細胞分化及破骨細胞形成,加速RA的發展[25-26]。也有研究發現[25],IL-22通過激活STAT3來防止RA患者的成纖維樣滑膜細胞發生細胞凋亡。而STAT3同時也可以與SALL4的啟動子相結合,促進細胞從G0/G1期向S期轉化[13],提示JAK-STAT通路可以通過上調SALL4的表達加速RA患者滑膜細胞增生的進展。Chen和Zheng[21]的實驗證明SALL4可以通過與Wnt上游的CTNNB1啟動子相互作用,開啟Wnt信號通路的高表達,而Wnt信號通路恰好在RA的演變中扮演了不可或缺的角色[27]。有實驗發現[28],RA患者體內FSL細胞Wnt和Fz基因表達水平及Wnt1,Wnt5a和Wnt7b的分泌顯著高于正常人。隨著對Wnt通路的進一步研究發現[28-29],Wnt蛋白可作用于成纖維滑膜樣細胞表面的Fz/LRP復合體,與細胞核內的TCF/LEF轉錄因子相互作用,激活靶基因。與此同時,實驗也表明[29]Wnt信號通路激活會上調Wnt拮抗劑DKK1的基因表達,一方面增加纖維連接蛋白在FSL間的表達,促使滑膜增生;另一方面也會破壞成骨細胞-破骨細胞軸的平衡,抑制骨形成,增加骨吸收,發揮其基礎作用。上述實驗均說明SALL4通過CTNNB1與Wnt信號通路在功能上相結合,共同推動FSL細胞的增生以及骨破壞增加,而JAK-STAT信號通路作為SALL4的調節因素也參與了上述過程(見圖1)。

JAK:Janus激酶;STAT3:轉錄激活因子3;SALL4:人類婆羅雙樹樣基因4;LRP:脂蛋白受體相關蛋白;Fz:卷曲蛋白;DSH:蓬亂蛋白;GSK3:絲蘇氨酸蛋白激酶3;APC:腺瘤結腸息肉蛋白;Axin:β-catenin的同軸蛋白;TCF:T細胞因子。細胞因子如IL-6和IL-22等刺激細胞,與JAK蛋白結合導致JAK-STAT系統激活,而STAT3可與SALL4基因上游的啟動子結合,促進SALL4基因表達。另一方面,SALL4可結合CTNNB1啟動子并轉錄CTNNB1,上調Wnt/β-catenin蛋白信號傳導途徑的活性,促進滑膜細胞的增殖以及骨破壞,抑制骨形成,推動RA的發生與發展

6 展 望

隨著對RA的逐漸深入研究發現,RA的致病因素繁多,發病機制復雜多樣,雖然成纖維樣滑膜細胞腫瘤樣增殖的機制尚未完全明確,但SALL4可介導多種細胞信號通路促進細胞腫瘤樣增殖與分化,在腫瘤的增殖進程中扮演著不可或缺的角色。因此揭示SALL4在RA發生發展過程中起到的作用將有助于進一步闡述RA的發病機制,為RA的臨床治療提供新方向,開辟新途徑。