配對盒8在人類生長發育及惡性腫瘤發生發展中作用的研究進展△

何倩，何愛琴

南通大學附屬腫瘤醫院婦瘤科，江蘇 南通 226300

配對盒（paired box，PAX）基因是首次在果蠅分段基因配對中發現的DNA 結構域，因其含有可以編碼128 個氨基酸的DNA 結合結構域——配對域得名，該結構在進化過程中高度保守[1]。隨后逐漸在小鼠、線蟲、海龜及人體內發現多種PAX基因及其同源物[2]。PAX 家族廣泛參與各組織及器官的胚胎發育，如PAX3、PAX9 在心血管系統發育成熟中發揮關鍵作用[3]；PAX5 參與中樞神經系統的形成及B 細胞的生長發育[4]；PAX2、PAX4、PAX6 參與胰腺的發育、分化及胰島素的合成分泌[5]；PAX8是甲狀腺、腎臟、生殖系統胚胎發育中的重要轉錄因子[6]，PAX8 也在多種惡性腫瘤中作為關鍵轉錄因子發揮促癌作用。本文對PAX8 在人類生長發育及惡性腫瘤發生發展中的作用進行綜述。

1 PAX8 概述

PAX 家族根據N 端結合區是否存在同源體區以及是否存在八肽序列而被細分為4 個亞組，分別為Ⅰ組（包括PAX1、PAX9）、Ⅱ組（包括PAX2、PAX5、PAX8）、Ⅲ組（包括PAX3、PAX7）、Ⅳ組（包括PAX4、PAX6）[2]，幾乎在人體發育過程中的各個組織中均可表達，在胚胎發育、細胞分化、器官和組織形成等過程中發揮關鍵作用，廣泛參與調控人體各個信號通路[7]。PAX基因主要在干細胞表達，多數情況下，PAX的表達在器官發育成熟后降低，其基因調控的關鍵發育過程包括增殖、干細胞自我更新、抗凋亡以及細胞遷移和侵襲，共同構成了Hanahan 和Weinberg 提出的上述四個特征[8]。

PAX8 是PAX 家族成員，與所有的PAX 家族成員一樣，PAX8 的表達在胚胎發育及腫瘤發生發展中發揮關鍵作用。PAX8攜帶一個N 端DNA 結合結構域和一個C 端反激活結構域，位于染色體2q14.1 上，具有6 個剪接體，由可變剪接（A～F）組成，這些亞型表現出不同的轉錄特性，但不改變DNA 結合結構域[9]。PAX8 主要在腎臟、甲狀腺、米勒管衍生組織（宮頸、輸卵管和子宮內膜）和男性生殖組織（精囊和附睪）等的發育中發揮重要作用[10]，同時也在不同類型惡性腫瘤中過表達，如甲狀腺癌[11]、腎癌[12]、上皮性卵巢癌[13]、子宮內膜癌[14]等。

2 PAX8 在人類生長發育中的作用

2.1 甲狀腺

哺乳動物甲狀腺由甲狀腺濾泡細胞和C 細胞組成，這兩種細胞分別起源于不同的胚胎，甲狀腺濾泡細胞起源于胚胎內胚層細胞，C 細胞來自神經外胚層，起源于胚胎發育早期的神經嵴[15]。哺乳動物甲狀腺的分化主要是由甲狀腺轉錄因子調控的，即NK2 同源盒-1（NK2 homeobox-1，NKX2-1）、叉頭框E1（forkhead box E1，FOXE1）、PAX8、造血干細胞表達同源框蛋白（hematopoietically expressed homeobox，HHEX）[16]。PAX8 是分化甲狀腺表型的主要調節因子，通過其128-氨基酸配對結構域與啟動子區域結合來調節甲狀腺球蛋白（thyroglobulin，Tg）、甲狀腺過氧化物酶（thyroid peroxidase，TPO）、碘化鈉同向轉運體（Na+/I-symporter，NIS）的表達[16]。Ruiz-Llorente 等[17]通過ChIP-seq 發現，PAX8 可以與參與三級DNA 結構和染色質重塑的蛋白質直接作用，共同調節NIS基因啟動子的轉錄激活，并且PAX8 會優先結合基因內區域和胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（CpG）島，作為甲狀腺功能的主要調節因子參與細胞周期調節、DNA 修復、細胞增殖和分化、細胞凋亡及細胞極性等。

2.2 腎臟

腎臟的生長發育需要經歷一系列復雜的上皮-間充質轉化（epithelial- mesenchymal transition，EMT）過程，在小鼠腎臟發育過程中，PAX8 基本上全程與PAX2 發揮協同作用，參與后腎誘導、分支形態發生和腎單位分化過程等[18]。有研究表明，PAX8突變小鼠可以發育出正常的泌尿生殖系統，而PAX2突變小鼠由于腎導管尾部伸長缺陷而無法形成正常的泌尿生殖系統，由此可見，PAX2 可以彌補PAX8 在腎臟發育中的功能缺失[19]。PAX2敲除小鼠可形成前腎及中胚層，但無法形成腎上腺，PAX2、PAX8聯合敲除的小鼠甚至連前腎及中胚層都無法形成，這說明PAX8 主要在前腎及中胚層發育過程中發揮作用[20]。成年小鼠的腎延髓中，PAX8 可以結合編碼尿素轉運蛋白的溶質載體家族14 成 員2（solute carrier family 14 member 2，SLC14A2）的啟動子以維持體內的水和電解質穩定[21]，而在健康成年人腎臟、輸尿管、膀胱內均可檢測到PAX8 染色[22]。

2.3 女性生殖系統

女性生殖系統的發育是一個復雜的過程，在胚胎發育早期，泌尿生殖系統主要來源于胃腸道中胚層[23]，女性生殖道來自于一對稱為米勒管的管狀結構，它可發育形成輸卵管、子宮、陰道上皮，PAX8已被證明可在小鼠米勒管中表達[24]。在成年人體內，PAX8 也可在正常子宮內膜細胞、輸卵管分泌細胞中表達[25]。Adler 等[26]通過免疫組化法檢測27個正常卵巢組織中PAX8 的表達情況，結果發現，12 個正常卵巢組織中可見PAX8 的表達，其中9 個（占所有卵巢組織的33%）顯示中至強染色，其余15 個正常卵巢組織中未顯示PAX8 染色；此外，還通過聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）檢測66 個卵巢表面上皮細胞系中PAX8mRNA 表達情況，其中47 個細胞系中可以檢測到PAX8的表達。PAX8敲除模型由于甲狀腺及生殖道的嚴重發育不良呈現出典型的甲狀腺功能減退癥及不孕癥[27-28]。另外，Ferretti 等[29]還在人足月胎盤滋養層細胞中檢測到PAX8 的表達，其表達主要是由人絨毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）通過環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）依賴性機制調控，并可調節Wilms腫瘤抑制基因1（Wilms tumor gene 1，WT1）的表達。

2.4 男性生殖系統

男性生殖系統的主要功能是產生精子、儲存精子和分泌雄激素。睪丸、附睪、輸精管、射精管和精囊均來自中胚層導管，該導管在女性胚胎中退化[30]。在小鼠胚胎期，中胚層導管的衍生物開始形成連接睪丸和附睪上部的傳出導管，PAX8 在小鼠的中胚層中表達，成年期在附睪中表達，PAX8缺失小鼠的傳出導管及附睪萎縮變性，睪丸引流受阻導致生精上皮的繼發性紊亂及睪丸萎縮，隨著年齡的增長，最終導致成年人睪丸的混合萎縮，表現為與未分化的附睪初始段相關的不孕癥[31]。

2.5 其他

近年來，國內外多項研究致力于探討PAX8 在人體組織中的表達，其對人體器官發育的重要作用不僅局限于甲狀腺、腎臟、米勒管器官等。Tacha等[22]通過對1100 例正常組織進行免疫組化檢測發現，PAX8 在小腦、脾臟、淋巴結、胸腺、扁桃體、甲狀腺、輸卵管、腎臟、子宮、胰腺和尿道中均有不同程度的表達。

3 PAX8 在腫瘤發生發展中的作用

3.1 甲狀腺癌

甲狀腺癌是最常見的內分泌系統惡性腫瘤，占所有內分泌惡性腫瘤的90%，甲狀腺癌來源于甲狀腺濾泡細胞，大多數是分化良好的惡性腫瘤，甲狀腺乳頭狀癌是最常見的病理類型，約占甲狀腺腫瘤的80%，大多數甲狀腺乳頭狀癌患者預后良好[11]。100%的甲狀腺乳頭狀癌表達PAX8，91%～100%的甲狀腺濾泡狀癌表達PAX8，80%的間變性甲狀腺癌表達PAX8[32]。甲狀腺濾泡狀癌常發生染色體重排，其中t（2；3）（q13；p25）處的平衡易位最常見，該易位是PAX8 與過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ，PPARγ）結合，可產生PAX8-PPARγ融合蛋白，其是濾泡性甲狀腺癌PPARγ重排家族的主要成員，這種融合蛋白由PAX8 的羧基末端部分和完整的PPARγ融合，由PAX8啟動子驅動[33-34]。Lui 等[35]發現，PAX8-PPARγ融合蛋白過表達可以促進人甲狀腺細胞增殖，進而發揮融合蛋白的致癌作用。甲狀腺透明變梁狀腫瘤（hyalinizing trabecular tumor，HTT）是較為罕見的甲狀腺腫瘤，且大多是濾泡細胞起源的良性上皮腫瘤，有研究表明，PAX8-GLIS家族樣鋅指蛋白因子3（GLIS family zinc finger 3，GLIS3）融合蛋白幾乎存在于所有的HTT 中，可以作為診斷HTT 的輔助標志物[36]，過表達的PAX8-GLIS3 可以促進甲狀腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，其機制主要是PAX8啟動子上調了GLIS3 的表達，獲得了致癌特征并驅動了HTT 腫瘤的發生[37]。

3.2 腎細胞癌

腎細胞癌是泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一，惡性程度較高，起源于腎實質泌尿小管上皮系統，其最常見的組織類型為透明細胞癌[38]。Hu 等[39]通過對84 例腎透明細胞癌、66 例腎嗜色細胞癌、57例腎乳頭狀癌和16 例腎嗜色細胞癌的組織進行PAX8染色，結果發現，PAX8在腎透明細胞癌中的陽性表達率為92.85%（78/84），在腎嗜色細胞癌中為80.30%（53/66），在腎乳頭狀癌中為94.74%（54/57），在腎嗜色細胞癌中為93.75%（15/16）。Bleu 等[12]也通過大規模的功能基因組篩選確定PAX8為腎細胞癌的候選癌基因，沉默PAX8可以抑制腎癌細胞的增殖。

3.3 女性生殖系統腫瘤

女性生殖系統起源于米勒管，米勒管腫瘤包括子宮腫瘤及子宮外腫瘤[40]，目前普遍認為，PAX8 是鑒定米勒管腫瘤的高特異性標志物[41-42]，女性生殖系統腫瘤主要包括卵巢癌、宮頸癌、子宮內膜癌等，研究顯示，PAX8 在上皮性卵巢癌中的陽性表達率為95.00%（57/60）[43]，在子宮內膜癌中為98.06%（152/155）[25]，在宮頸癌中為96.97%（64/66）[44]。高級別卵巢漿液性癌（high-grade serous ovarian carcinoma，HGSC）是最常見的上皮性卵巢癌，約占上皮性卵巢癌的75%[45]，通常認為其起源于輸卵管上皮[13]。Elias 等[46]為探討PAX8在卵巢癌中的功能，敲低PAX8的表達后在HGSC 細胞系中進行RNA-Seq 分析，以確定PAX8直接調節的轉錄譜，結果發現，敲低PAX8的表達對輸卵管分泌上皮細胞系轉錄組幾乎無影響，但對卵巢癌細胞系的轉錄譜影響較大，PAX8靶基因在卵巢癌細胞增殖、血管生成和細胞黏附中顯著富集。此外，Corona 等[47]通過對232 個卵巢癌全基因組測序數據進行整合，90%的卵巢癌可通過PAX8位點的體細胞擴增、上游增強子的突變或結合位點的體細胞突變導致PAX8 通路的改變，進而可能導致PAX8 及其基因靶標的失調。Palma 等[48]的研究發現，PAX8 在卵巢癌細胞系中高表達，轉染短發夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）沉默PAX8后卵巢癌細胞SKOV3 的生長明顯受到抑制，將shPAX8 的SKOV3 細胞種植到裸鼠體內，觀察腫瘤大小，結果發現，腫瘤大小與單個個體PAX8 的表達水平密切相關。在子宮內膜癌中，有研究對229 例患者的臨床特征進行分析，PAX8 陽性表達與腫瘤高級別（P﹤0.01）、Ⅱ型非雌激素依賴型子宮內膜癌（P﹤0.01）和淋巴血管浸潤（P=0.019）相關；生存分析結果顯示，PAX8 與患者的5年總生存期相關（P=0.015），與患者的5年無病生存期也相關（P=0.020）[49]。López-Urrutia 等[50]研究顯示，宮頸癌組織及正常宮頸組織中PAX8mRNA的表達水平存在顯著差異，PAX8基因在宮頸癌組織中存在復雜的基因重排，并產生多種異常轉錄本。還有研究顯示，在人乳頭瘤病毒感染的宮頸細胞及組織樣本中均可檢測到PAX8 表達上調[51]。

3.4 男性生殖系統腫瘤

Ozcan 等[10]對正常組織、原發性腫瘤組織及轉移性腫瘤組織進行PAX8 免疫組化染色檢測，結果發現，男性生殖系統的所有精囊和附睪標本中都可見彌漫且較強的PAX8 染色，但在尿路上皮、生殖細胞、Leydig 細胞、Sertoli 細胞或前列腺上皮中均不可見PAX8 染色。研究顯示，PAX8 染色可見于由米勒管衍生器官轉化導致的原發性上皮腫瘤，如附睪漿液性囊腺瘤、睪丸癌等，免疫組化法檢測PAX8 的表達情況可將這些腫瘤與PAX8 表達陰性的男性生殖系統腫瘤（尿路癌、睪丸癌、前列腺癌等）鑒別開來[52]。

3.5 其他

在膽管癌中，有研究通過對73 例膽管癌患者PAX8 的表達情況進行免疫組化檢測，結果顯示，28 例（38%）患者的PAX8 有不同程度的染色，且遠端膽管癌中PAX8 的染色更強，且與T 分期呈弱相關[53]。研究顯示，肝癌組織中PAX8 的表達明顯上調，PAX8 表達上調可促進肝癌細胞增殖、遷移、侵襲及EMT[54]。此外，在非霍奇金淋巴瘤[55]、胃癌[56]、胰腺癌[57]、神經膠質瘤[58]中均可見不同程度的PAX8 強染色。

4 小結與展望

PAX8 是一種譜系標志物，在小鼠及人類甲狀腺、米勒管衍生器官等的生長發育中均可發揮重要作用。PAX8 廣泛參與胚胎發育及腫瘤的發生發展過程，可與不同蛋白伴侶相互作用，參與表觀遺傳重構、刺激增殖、抑制凋亡和血管生成等過程，可作為與PAX8 陰性腫瘤鑒別診斷的重要生物學標志物。但目前PAX8 在多種腫瘤發生發展中的分子機制尚不明確，仍需進一步開展多中心、大樣本研究，以探討其在不同腫瘤中的作用機制，預測其下游靶基因，為臨床診療提供思路。