Id4因子與腫瘤相關性的研究進展

吳 劍(綜述),史子敏(審校)

(南昌大學a.研究生院醫學部2008級;b.第二附屬醫院泌尿外科,南昌330006)

分化抑制因子(Id蛋白)家族屬于螺旋-環-螺旋(helix-loop-helix,H LH)轉錄因子成員,在堿性HLH(bHLH)蛋白的HLH結構域周邊,含有強堿性區域,具有高度保守性,此為DNA結合所必需。bHLH蛋白以同源二聚體或異二聚體形式與DNA中E盒(CANNTG)或者是相關的N盒(CACNAG)結合,從而對相關基因進行轉錄調控,是正性調節轉錄因子;然而Id蛋白因缺乏富含堿性氨基酸的DNA結合域,不能與DNA結合。但其可與bHLH蛋白形成異二聚體,并抑制bHLH結合DNA在轉錄調控上起負性作用,為bHLH轉錄因子的顯性負性調節物。Id因子參與促進細胞增殖、抑制細胞分化、腫瘤形成及腫瘤血管形成、腫瘤侵襲轉移等過程。除此之外還具有細胞定型和細胞結局決策作用、促進胚胎發育和器官形成、誘導細胞凋亡、參與細胞周期進程等功能[1]。Id4因子為Id轉錄因子成員之一,相對于其他Id因子(Id1、Id2、Id3),人們對Id4的研究較少。隨著人們對Id4研究的深入,發現其在多種人類組織器官及多種腫瘤中發揮獨特的作用,Id4基因啟動子異常甲基化導致沉默及異常過表達等與腫瘤形成、腫瘤預后密切相關,Id4有希望成為腫瘤預后標記及治療的新靶點。本文對近年來有關Id4在人類腫瘤中發揮的作用進行綜述。

1 Id4基因結構及其表達

人類Id4基因位于染色體6p22.3-p23,Id4 cDNA啟動子GC區含有覆蓋5′端的CpG島及開放讀框(ORF)。其中CpG島甲基化異常與多種腫瘤的發生、發展密切相關[2]。Id4基因表達受多個正向和負向調控元件調控,如糖皮質激素受體、環磷酸腺苷(cAMP)結合蛋白受體及雌激素受體等[3]。Id4基因廣泛表達于人體正常組織中,在成人組織中,如甲狀腺、胰腺、大腦、睪丸等組織器官中Id4呈高表達;在胚胎組織中,如腦、腎臟、肺等組織中呈高表達,而在肝臟中不表達,對細胞增殖、細胞分化、組織器官形成起調控作用[2]。一般在靜止期細胞中,Id4表達水平適中或少量表達,而在多種人類腫瘤細胞中,由于異常高表達或啟動子異常甲基化導致沉默等,與腫瘤發生、發展及預后密切相關。Id4充當了癌基因或是抑癌基因的角色,如在神經系統腫瘤星形細胞瘤、髓母細胞瘤中Id4高表達,而在大部分血液系統惡性腫瘤中,Id4常因異常甲基化呈低表達狀態。

2 Id4因子與細胞周期進程、細胞分化

Id4因子參與細胞周期進程并發揮重要作用,其通過兩條途徑對細胞周期調控:①非bHLH蛋白途徑:直接與Rb蛋白或p107和p130的袋狀蛋白相結合。Rb蛋白是目前已確認的腫瘤抑制因子之一,E2F因子是細胞由G1期向S期進展的重要細胞檢查點,非磷酸化狀態下的Rb蛋白與E2F因子形成二聚體,從而抑制細胞進程。Id4因子可與Rb蛋白結合,減弱Rb蛋白對E2F-DP1轉錄因子的抑制作用,促進細胞從G1期向S期進展。②bHLH蛋白途徑:通過抑制bHLH蛋白活性,抑制細胞周期依賴蛋白激酶抑制物(CKI)p21相關基因的轉錄表達,從而促進細胞周期進程[1]。

Id4因子參與細胞定型,抑制細胞分化。在神經系統中,Id4因子在神經系統適時分化中是必須的,且發揮關鍵作用。Id4可促進有絲分裂及G1期向S期轉變,調節神經干細胞的增殖和分化。破壞小鼠Id4基因可導致神經管增殖缺陷、過早的成神經細胞分化、腦結構強烈破壞,全腦容量減少[4]。此外,Id4因子可與OLIG蛋白及E2A蛋白相互作用,介導骨形態發生蛋白(BMP)的信號效應,抑制少突膠質細胞譜系定型,誘導神經祖細胞減少生成少突膠質細胞并促進星形細胞的生成[5]。神經髓鞘形成過程中,需要髓磷脂參與,體內外研究發現少突膠質祖細胞中Id4因子過表達減少了髓磷脂基因啟動子活性,髓磷脂內源性表達下降,從而抑制髓鞘形成;而缺乏Id4因子則出現過早分化及細胞凋亡增加[6]。

3 Id4因子與腫瘤的關系

Id4因子在正常組織中參與細胞增殖、分化調控。而在腫瘤組織中,由于Id4基因的染色體易位、異常擴增及啟動子異常甲基化導致表達沉默、缺失等,在不同來源、不同性質、不同程度的腫瘤組織中表達程度不同,在不同腫瘤組織的不同時段發揮不同的作用。Id4基因既可作為潛在癌基因或促癌基因,也可作為抑癌基因,與腫瘤發生、發展及預后密切相關。

3.1 Id4因子過表達及促癌作用

在人類神經星形細胞瘤細胞系SNB19、成神經管細胞瘤、成膠質細胞瘤及少突神經膠質細胞瘤等神經系統腫瘤中Id4因子呈高表達,通過對細胞周期和細胞分化進行調控,能使正常星形細胞向惡性轉變,促進腫瘤形成[7]。Beger C.等[8]在早期研究中發現Id4因子能夠調節BRCA1基因表達,與乳腺、卵巢癌的發生具有相關性。隨后人們在小鼠乳腺癌細胞中發現Id4 mRNA表達水平上調,具有抑制乳腺上皮細胞分化、促進細胞增殖,促進腫瘤形成的作用[9]。Wu Q.等[10]對膀胱癌細胞系和膀胱癌組織中染色體6p22.3中及周邊的擴增基因(其中包括Id4基因)進行對比研究,發現Id4基因在正常膀胱組織和膀胱癌組織中表達無顯著差異,但在一小部分膀胱癌中Id4 mRNA轉錄增加并呈高表達,由此認為Id4基因為某一小部分膀胱腫瘤的癌基因,有時協同其他因子(如E2F3等)共同促進腫瘤發生、發展,有時侯能單獨促進腫瘤的發生。另外有報道稱在小細胞肺癌細胞核中發現Id4也有過表達,但其具體作用尚不明確[11]。

3.2 Id4啟動子區異常甲基化與抑癌作用

Id4基因可作為抑癌基因,由于基因啟動子甲基化導致表達沉默、缺失及后天失活,在若干種人類腫瘤中也被觀察到,如急性白血病、乳腺癌、前列腺癌、結腸癌、胃癌、食管癌、膽管上皮癌等。

大量研究顯示在小鼠和人類大部分血液系統腫瘤中,Id4基因起抑癌作用。利用基因組甲基化掃描技術(RLGS)對T/NK急性淋巴細胞白血病小鼠模型進行研究,發現Id4基因在正常人的骨髓細胞中呈高表達水平,而在急性白血病細胞中Id4基因啟動子異常甲基化導致Id4呈低表達狀態;再將Id4基因轉染急性白血病細胞系后,發現白血病細胞重新表達Id4時,出現腫瘤細胞生長受抑、凋亡增加,Id4起腫瘤抑制基因作用[12-13]。Id4甲基化程度可預示腫瘤預后情況,在骨髓異常增生綜合征中Id4基因的甲基化預示著轉變為白血病的風險增高[14]。但是也有個別報道顯示在B細胞前體急性淋巴細胞白血病中,由于染色體t(6;14)(p22;q32)易位導致Id4基因異位過表達,發揮促癌作用[15]。

在人類正常乳腺上皮細胞中Id4有表達,但是在雌激素受體(ER)陽性的乳腺癌和癌前病變中其表達被抑制;相反,在ER陰性的腫瘤中卻表現為Id4陽性;說明Id4在人類乳腺中起腫瘤抑制因子作用,并且Id4在乳腺導管上皮細胞中的表達可能受雌激素調節[16]。原發乳腺癌樣本及乳腺癌細胞系中,Id4基因啟動子區異常甲基化,Id4因子表達低下或缺失,增加了乳腺癌淋巴結轉移風險,并是乳腺癌患者無復發生存率的不利因素[17-18]。而這些結果與上述在小鼠乳腺癌模型中的研究結果相矛盾,這是否預示人類與小鼠乳腺癌發生中Id4因子表達調控有所不同,目前不得而知,有待進一步研究。

Asirvatham A.J.等[19]發現Id4因子只出現在雄激素受體陽性的細胞中,在正常前列腺上皮細胞中,Id4基因可能起潛在的腫瘤抑制基因作用。而與此同時,Yuen H.F.等[20]卻發現原發前列腺癌中Id4在細胞核內的過表達顯著增加了患者病灶轉移發展風險,并認為Id4可能為遠端轉移的潛在預兆標志。隨后Carey J.P.等[21]再次對前列腺癌細胞系中Id4基因表達情況進行分析,發現前列腺癌細胞系Id4表達下調,Id4基因被甲基化,異位的Id4表達能導致細胞凋亡增加和減少細胞增殖,認為Id4在前列腺癌中起腫瘤抑制作用。然而關于Id4基因在前列腺癌中具體作用機制,Id4在前列腺癌中究竟發揮何作用,有待更多的研究去證實。

在消化道腫瘤中,亦有報道Id4扮演著腫瘤抑制基因的角色。在結腸、直腸腺癌中,Id4啟動子區CpG島被甲基化,導致Id4表達下調,促使腫瘤形成[22]。通過氧化偶氮甲烷誘導的小鼠結腸癌模型中存在Id4基因甲基化[23],Umetani N.等[24]研究認為Id4基因后天的超甲基化與結腸直腸癌的低分化程度及不良預后相關,可作為不依賴TNM評分的腫瘤預后標記。同樣,在胃腺癌中也發現因啟動子甲基化導致的Id4表達下調[25],在食管癌中也發現類似的變化[26]。

4 Id4因子與腫瘤血管的形成

Id4的表達可受突變的p53和E2F1協同調控激活,通過突變的p53、E2F1、Id4轉錄軸促進腫瘤新生血管形成;Id4很可能與血管生成因子3′端非編碼區形成核糖蛋白體復合物的形成,參與血管生成因子的轉錄后調控從而促進新生血管形成[27]。

5 Id4因子與細胞凋亡

Id4的過表達能夠誘導星形膠質細胞源性細胞聚集及凋亡[28]。在急性白血病小鼠模型中,Id4因子能誘導白血病細胞凋亡增多[12];人紅白血病K562細胞株中,Id4明顯增加K562細胞凋亡數,推測可能與Bcl-xl的表達有關[29]。關于Id4在腫瘤細胞中增加腫瘤細胞凋亡的具體調控機制尚不明確。

6 問題與展望

人們對Id4基因在多種正常組織及多種腫瘤的作用及其機制有了初步了解,Id4因子生物學功能具有復雜而多樣性,在不同系統腫瘤、不同類型腫瘤中發揮不同作用。Id4基因不能簡單描述為抑癌基因或是癌基因,目前關于Id4在人類腫瘤中作用的相關報道仍存在許多問題及不甚明了的地方,其在人類多種腫瘤中發揮的作用和調控機制有待進一步研究。Id4基因有望成為新的抗腫瘤治療靶點及輔助判斷腫瘤預后的分子標記。

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