人分化抑制因子3的研究進展

仲愛芳綜述,李曉軍審校

(1.常州第一零二醫院 檢驗科,江蘇常州213003;2.南京軍區南京總醫院解放軍臨床檢驗醫學研究所,江蘇南京210002)

分化抑制因子,又稱DNA結合抑制因子(Inhibitors of differentiation/DNA binding,Id)屬于螺旋-環-螺旋(HLH)轉錄因子家族成員之一,對堿性HLH(bHLH)轉錄因子活性起負調節作用。哺乳動物細胞含四種Id分子(Id1-Id4)。Id3,作為血清誘導的立即早期基因1991年第一次在小鼠成纖維細胞系中被發現,該分子參與多種細胞生物學過程,本文就其表達的調控以及其生理和病理作用等方面作一綜述。

1 Id3的結構與基本功能

Id蛋白是一類分子量約13-20 kDa的小分子蛋白,這類蛋白有一共同類型的結構域:此結構域長40-50個氨基酸殘基,其中含兩個既親水又親脂的α螺旋,兩個α螺旋被一個不同長度和序列的連接環區分開。高保守螺旋區通過螺旋上疏水基團的相互作用形成同源或異源二聚體,從而發揮轉錄調控作用。大部分HLH蛋白有一個與HLH基序相鄰的強堿性區域,為DNA結合所必須,故此類HLH又稱為堿性HLH(bHLH)蛋白。Id分子是一類特殊的HLH蛋白,因其本身缺乏DNA結合必需的堿性氨基酸序列,與bHLH結合成異二聚體后,抑制bHLH與DNA及其他組織特異性bHLH轉錄因子(如E蛋白)的結合,對bHLH轉錄因子活性起負調節作用,影響細胞特異性基因的表達,從而抑制細胞分化。

Id3基因定位于染色體1p36上,由三個外顯子和兩個內含子組成,小鼠Id3基因的第一個外顯子包括 5＇端非編碼區(UTR)和前100個氨基酸殘基編碼區,在+357位置被一個105 bp的內含子所分割;第二個外顯子含19個氨基酸編碼區和26 bp的3＇端非編碼區,隨后的是506 bp的第二個內含子和第三個約500 bp UTR的外顯子 。人源的和鼠源的Id3在基因水平有75.8%的相似,氨基酸有95.8%的相似。

2 Id3表達的調控

2.1 Id3的表達

Id3的表達在胚胎發育過程中呈動態調控狀態,在細胞發育過程中,Id3基因大量表達于未分化的、增殖性細胞;隨著細胞分化和成熟,Id3基因表達逐漸減少。

Id3也表達于成熟期組織細胞中,如成纖維細胞、肌源性和成骨前體細胞、前脂肪細胞、滋養細胞、淋巴樣和成單核細胞系、星形細胞、前列腺上皮細胞等中都有表達。根據細胞和組織的類型不同,Id3的表達可以是組成性的,或者通過刺激誘導表達。Id3的表達水平一般在未分化細胞中比較高,在分化終末期的細胞Id3表達呈下調。另外,Id3的表達水平不是靜止不變的,而是隨著細胞的生長周期和生理狀態的變化而變化的,并且對細胞外的不同刺激做出不同的應答反應。因此Id3的表達可能既受控于通用的調節機制,又呈現一定的細胞類型特異性。

Id蛋白的外源性表達能抑制Ig同型轉換,對Id3轉導的B細胞基因組DNA分析表明,此類細胞的Ig類別轉換重排功能受到抑制。其成熟B細胞受到T細胞依賴性或非T細胞依賴性的抗原刺激后,免疫反應遭到損害,表現在特異性Ig同種型產生受到抑制,似乎提示Id3為Ig同型轉換所必需[1]。

2.2 Id3表達的調控

近年來的研究發現,Id3蛋白的表達受多種信號轉導途徑的調控。誘導Id3基因表達的因素包括:血小板衍生生長因子(PDGF)、甲狀腺刺激素(TSH)、胰島素、表皮生長因子(EGF)、肝細胞生長因子(HGF)、骨形成蛋白(BMP)、轉化生長因子β1(TGF-β1)、腫瘤壞死因子 α(TNF-α)、神經生長因子(NGF)、胰島素樣生長因子I(IGF-I)以及雌激素等。研究發現,胚胎干細胞中的Id3處于穩定低水平狀態,用BMP處理胚胎干細胞,可以誘導 Id1、Id2、Id3的表達。BMP可以Smad4依賴方式誘導上皮細胞持續性表達Id[2]。在骨髓B淋巴細胞形成過程中,骨髓基質細胞產生的BMP-6作用于B前體細胞和前B細胞,通過快速誘導Smad1/5/8磷酸化而上調Id1和Id3的表達[3]。上皮細胞用TGF處理后,會出現Id3表達水平的瞬間提高,其后Id3表達水平被長期抑制[4]。由此可見,不同的刺激因素作用于不同的組織細胞,通過不同的信號途徑,可導致Id3表達水平不同程度的升高或降低,即Id3的誘導表達呈現細胞特異性和雙向調節性。

3 Id3蛋白在正常細胞中的作用

3.1 Id3對正常細胞的增殖作用

有研究表明,Id3是血管平滑肌細胞(VSMC)生長增殖的重要調節分子。Id3反義核酸能通過增強p21Cip1蛋白表達而抑制VSMC增殖和進入S期 。大、小鼠血管損傷可引起VSMCs內Id3水平的上調表達[5]。12/15脂(肪)氧合酶可促進動脈VSMC的增殖,該過程至少部分是通過誘導Id3轉錄的增加[6]。用高脂血癥豬的血液和氧化LDL(ox-LDL)刺激血管平滑肌細胞,能促進細胞Id3蛋白的表達、VSMC細胞生長和S期細胞數量增加以及p21cip1表達的降低;高脂血癥豬的動脈VSMC中Id3表達明顯高于非高脂血癥豬。結果提示Id3通過抑制p21cip1的表達,而介導高脂血和ox-LDL的促有絲分裂原作用[7]。

3.2 Id3對正常細胞的生長發育的作用

Id3在T、B淋巴細胞發育和成熟中發揮重要調節作用。T細胞在成熟過程中,TCR經陽性選擇而活化,進而激活RAS-ERK-MAPK途徑,誘導DP胸腺細胞內立即早期反應基因1(EGR1)mRNA的表達。EGR1的上調表達可快速誘導Id3 mR NA的表達,阻制E2A/HEB二聚體與下游分子SR G3啟動子中的 E框結合,下調SRG3表達,從而促進DP胸腺細胞的分化和成熟。Id3的過度表達能抑制SR G3的表達,導致原始胸腺細胞和未成熟胸腺瘤細胞抵抗GC誘發的細胞凋亡。Id3可能通過下調SRG3的表達,抵抗GC的作用而增強DP胸腺細胞的存活力[8]。小雞肝臟發育早期,Id3表達于胚肝細胞,并且促進細胞群的增殖。而在發育的后期,Id3負性調節白蛋白Albumin(胚肝,細胞分化成熟標志物)的表達,直到胚肝細胞對促進分化的信號產生應答時為止[9]。

4 Id3在腫瘤細胞中的作用

4.1 Id3對腫瘤細胞的分化增殖作用

Id3過度表達通過抑制分化,促進增殖影響腫瘤細胞的表型.Id3基因的異常表達造成體外培養的一些細胞例如肌肉細胞、甲狀腺細胞、鼠類紅白血病細胞等的分化抑制.免疫組化、原位雜交及western blot等技術已發現Id3在乳腺、結直腸、胰腺、以及鼻咽部、食管癌、中樞神經系統惡性腫瘤等腫瘤細胞中有高表達[10]。在成人大腦中,Id蛋白的含量很低,但是在中樞神經系統有惡變的細胞中,Id3的表達量顯著增加,惡病的膠質細胞大量地表達Id3蛋白,惡性程度越高的腫瘤Id3的表達量越高,在這些腫瘤中不僅癌細胞表達Id3而且血管內皮細胞也表達Id3,惡性度最高的神經膠質瘤由于具有豐富的血管因而Id3的表達量也最高[11]。這些研究表明Id3表達的上調在惡性轉化中發揮著一定的作用。但是也有研究發現在卵巢癌中Id3表達呈下降趨勢[12]。在肝癌中,Id3在分化良好的肝癌細胞中的表達要高于分化不良的肝癌細胞[13]。上述研究結果出現差異的現象表明,盡管Id蛋白在一些腫瘤組織中呈現明顯的高表達,但必須搞清腫瘤細胞的種類及其分化狀態,應選擇確定的、特異性高的檢測方法來分析Id 3在腫瘤中的表達情況.Id蛋白在許多腫瘤細胞分化時的短暫表達即可改變細胞的命運,從而也會對其表型產生影響。

4.2 Id3對腫瘤細胞的侵襲及轉移作用

腫瘤侵襲和轉移的一般過程通常是:癌細胞失去和其他細胞相互作用的能力,消化周圍基底膜,侵襲到血液中,跟隨血液循環到達其他組織器官后繼續增生并形成新生血管,繼而形成轉移瘤。Gupta等[14]研究發現,Id1和Id3在ER/PR/HER2均為陰性的乳腺癌中,無論在早期還是轉移灶中都能夠促進腫瘤細胞向肺部的轉移、定居,并能進一步使腫瘤細胞遷移至肺實質.在3種前列腺癌細胞系中研究促進腫瘤侵襲性相關基因金屬蛋白酶9(MMP9)和E-鈣黏著蛋白發現,Id1和Id3在E蛋白陰性或者陽性的細胞中均可調節E-鈣黏著蛋白的表達,同時還發現3種Id基因均可調節MMP9的表達[15]。用R NA干擾技術阻斷Id1和Id3的表達可使MKN45胃癌細胞的增殖率和遷移率及結合laminin的能力均明顯下降,抑制胃癌細胞向腹膜轉移的數量和大小[16]。上述研究表明Id3與腫瘤的侵襲和轉移相關。

4.3 Id3對腫瘤的血管內皮細胞的作用

血管生成是腫瘤的驅動力,因而近年來腫瘤的血管生成研究也成為了熱點。Id1和Id3雙敲除小鼠在腫瘤血管畸形嫁接時表現出血管內皮的缺陷,接種到小鼠體內的腫瘤中均表現出了生長及轉移的抑制[17]。Id3等位基因的單獨敲除也使腫瘤血管生成不能進行,表明Id 3表達水平的消減可以影響腫瘤的表型。這種血管的缺陷可能是由成纖維細胞生長因子受體1(FGFR-1)、金屬蛋白酶2(MMP2)介導的,并且依賴凝血酶敏感素1(thrombospondin-1,TSP-1)的表達調節[18]。另外,腫瘤細胞表達Id3蛋白時可以提高血管內皮生長因子(VEGF)的表達量[19]。

5 結語

Id3蛋白在不同來源及不同發育階段的細胞中有不同表達模式。Id3基因或蛋白水平和功能在許多生理和病理狀態下可能發生某些改變。進一步研究其在人類腫瘤中的分子機制,可為人類腫瘤中的診斷提供新的科學依據,為抗腫瘤藥物提供新的作用靶點,為治療人類疾病提供新的研究方向。

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