TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中研究新進展

郭 琦(綜述)，余英豪(審校)

(南京軍區福州總醫院病理科，福建醫科大學福總臨床醫學院，福州350025)

2005年 Tomlins等［1］首次報道 TMPRSS2-ETS基因融合在前列腺癌發展中的作用。隨后學者發現TMPRSS2-ETS基因融合發生于將近50%的前列腺癌中，而其中最常見的是跨膜絲氨酸蛋白酶2(transmembrane serine protease 2，TMPRSS2)基因與 ETS 基因亞類ERG基因的融合［2］。事實上，ERG基因被認為是前列腺癌中過表達常見的致癌基因［3］。現就TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中的研究新進展進行綜述。

1 TMPRSS2和ERG基因結構

1.1 TMPRSS2基因結構 TMPRSS2基因位于染色體21q22.3位置，編碼含有492個氨基酸的蛋白質，包括5個不同的區域，這些區域包含S1家族的一個絲氨酸蛋白功能區和一個富含半胱氨酸結構域的清道夫受體。TMPRSS2基因是Ⅱ型跨膜蛋白，對細胞生長和維持正常細胞形態具有重要作用。原位雜交表明TMPRSS2基因集中表達于前列腺基底細胞和前列腺癌細胞中［4］。

1.2 ERG基因結構 ERG(ETS-related gene)基因屬于ETS基因家族的ERG基因亞類，位于染色體21q22.2，包括一個保守的80個氨基酸的ERG DNA結合域，結合DNA的5'-GGA(A/T)-3'序列，通常位于基因的啟動子區域，與特異性DNA序列結合，上調或者下調基因的表達［5］;另外，ERG基因還包含保守的PNT蛋白作用區域［6］。ERG基因主要功能包括調控生長因子及其受體，參與信號轉導及細胞周期相關基因的調控，阻礙和誘導細胞凋亡，調節造血系統的發育和分化，并且通過參與染色體的易位導致腫瘤，如尤文肉瘤、白血病及其他惡性腫瘤的發生［7］。

2 TMPRSS2-ERG基因異常融合的特點

TMPRSS2-ERG融合基因首次被 Tomlins等［1］利用綜合計算和實驗研究法證實為異常基因。大約50%的前列腺癌和30%雄激素去勢抵抗疾病患者中出現TMPRSS2-ERG融合基因表達［8］。前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因的陽性率報道不一(40%～78%)，同時缺乏融合蛋白，TMPRSS2-ERG融合基因僅在少數病例中產生融合蛋白，即使產生TMPRSS2序列也很短，不參與生物學活動［9］。

TMPRSS2-ERG融合基因由TMPRSS2的5'非編碼區與ERG致癌基因的5'末端并接產生。通過以一種閉合鏈形式平衡易位(不發生基因丟失)，或者通過中間缺失發生基因融合［8］。TMPRSS2-ERG基因融合在融合轉錄方面具有顯著的多樣性，至今共有19種轉錄變異體，T1-E4(TMPRSS2基因的5'非編碼外顯子1與ERG外顯子4)基因融合是最主要的研究對象，而其他的還有 T1-E5、T1-E2、T2-E4和T2-E5［10］。

許多學者在TMPRSSS2-ERG與前列腺癌的腫瘤分期、Gleason分級和侵襲性等的相關性的認識上有分歧。Demichelis等［11］研究表明 TMPRSS2-ERG 融合基因陽性的前列腺癌可能更具侵襲性。另外，有報道ERG基因重排與腫瘤的風險指標，如腫瘤高分期和Gleason分級相關［12］，而其他一些學者研究并未發現TMPRSS2-ERG融合基因水平與術前血清PSA水平、TNM分期和Gleason評分相關［13］。

3 TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中作用機制

3.1 AR與基因融合 一般來說，基因融合要求兩基因結構組在空間上靠近，位于基因組的不同位置，首先雙鏈DNA斷裂，隨后進行DNA修復的錯配，進而導致異常 DNA 重組［14］。Wu等［15］發現由于雄激素的刺激增加了TMPRSS2基因和ERG基因的空間聯系，雄激素或雄激素受體(androgen receptor，AR)誘導染色體環化，致使TMPRSS2基因和ERG基因的共區域化導致基因融合。

Berger等［10］認為，DNA雙鏈的斷裂與組蛋白修飾的激活相關。AR肽結合區的TMPRSS2基因和ERG基因斷裂點，含有豐富的甲基化組蛋白H3K79和乙酰化組蛋白H4K16。近來Yu等［16］發現基因組相關的AR和組蛋白修飾的激活，在TMPRSS2-ERG融合基因陽性患者中靠近斷裂點。這些組蛋白修飾可能促進AR的結合和基因的融合。

此外，二氫睪酮限制性 AR募集酶能夠誘導DNA雙鏈的斷裂。Haffner等［17］研究表明，二氫睪酮激動劑能夠誘導AR介導的拓撲異構酶Ⅱβ募集至斷裂點，這種酶依賴雌激素和AR調節轉錄產生短暫DNA雙鏈的斷裂。二氫睪酮顯著提升胞嘧啶脫氨酶誘導激活劑的mRNA和蛋白表達，這種蛋白是一種淋巴組織特異性酶，能夠使胞嘧啶變為尿嘧啶，最終導致DNA雙鏈的斷裂［18］。然后，AR通過共激活劑Gadd45募集胞嘧啶脫氨酶誘導激活劑至核染色質，誘導基因融合。

DNA斷裂錯配修復有兩種主要方式，同源重組(HR)途徑和非同源末端連接(non-homologous end joining，NHEJ)途徑。在真核生物中，NHEJ途徑是雙鏈DNA斷裂修復的主要途徑［19］。通過雙氫睪酮(dilydrotestosterone，DHT)刺激和增加雙鏈DNA的斷裂，一些蛋白包括毛細血管擴張失調蛋白(ataxia telangiectasia-mutated，ATM)被募集至斷裂點，導致TMPRSS2-ERG基因融合。重要的是，藥物抑制劑和小干擾 RNAs以 NHEJ途徑部分為目標，減少了TMPRSS2-ERG融合基因的從頭合成途徑的形成［17］。

另外，Yu等［16］研究發現，ERG基因過表達顯著降低前列腺癌中AR激動劑活性，TMPRSS2-ERG基因融合產物可以通過多樣的和相互合作機制，包括直接抑制AR表達或者通過特異性基因位點降低AR信號，從而降低雄激素信號，抑制正常前列腺分化。

3.2 多聚ADP-核糖聚合酶1與基因融合 Brenner等［20］研究發現，TMPRSS2-ERG 融合基因，以非 DNA依賴方式與多聚(ADP-核糖)聚合酶1［enzyme poly(ADP-ribose)polymerase，PARP-1］和 DNA 蛋白激酶催化亞基相互作用，PARP-1和DNA蛋白激酶催化亞基表達和活化促使ERG基因轉錄和細胞侵襲性的發生。另外，PARP抑制劑可以抑制ERG融合基因蛋白活性，通過阻止ERG基因轉錄活性，抑制ERG基因相關侵襲性。然而，進一步研究發現，PARP抑制劑增強ERG基因介導的DNA損傷，況且ERG基因介導的轉錄是否直接與誘導DNA損傷相關，仍有待于深入研究。

3.3 核因子 κB與基因融合 核因子 κB(nuclear factor-κB，NF-κB)在前列腺癌的發生、血管形成、侵襲性以及患者生存率中發揮重要作用［21］。Wang等［22］報道TMPRSS2-ERG基因融合能夠通過增加絲氨酸536p65的磷酸化，激活NF-κB轉錄活性。并利用組織芯片免疫組織化學技術，發現絲氨酸536p65蛋白存在于大部分前列腺癌中，與ERG基因蛋白表達相關，表明p65磷酸化在調節前列腺癌的進展中發揮重要作用。隨后又進一步證實，Toll樣受體4(TLR4)在增強融合基因表達細胞中p65絲氨酸536磷酸化起重要作用。TLR4激活促使絲氨酸536p65磷酸化，同時TLR4與小發夾RNA結合降低TMPRSS2-ERG融合基因表達細胞中絲氨酸536的磷酸化。另外，Kundu等［23］研究顯示，革蘭陰性菌感染的前列腺組織細胞，釋放脂多糖激活TLR4，從而可能誘導腫瘤的發生。Wang等［22］研究表明，前列腺細菌感染可能促使高級別上皮內瘤變或者前列腺癌的發生，并且表達TMPRSS2-ERG融合基因。

3.4 富含半胱氨酸分泌蛋白3與基因融合 富含半胱氨酸分泌蛋白3(cysteine-rich secretory protein-3，CRISP3)由位于6p12.3染色體的基因編碼，包括245個氨基酸，屬于細胞外基質蛋白。Bjartell等［24］曾報道CRISP3與前列腺癌Gleason評分及前列腺癌的發生、發展相關。Ribeiro等［25］研究表明，ERG轉錄調節因子直接調節CRISP3表達，前列腺癌中高CRISP3的mRNA水平，同時也發現高ERG基因的mRNA水平和ERG融合基因，同樣表明ERG基因和CRISP3在前列腺癌中的作用具有一定的相關性。TMPRSS2-ERG融合基因與一些代謝酶的上調和細胞黏附的胞外跨膜蛋白，細胞基質的改變和信號轉導途徑相關。利用染色質免疫沉淀法，發現ERG基因可與CRISP3蛋白激動劑結合，表明ERG基因轉錄調節因子直接調節CRISP3表達，加強了其在TMPRSS2-ERG基因融合陽性前列腺癌中的相關性。CRISP3水平在TMPRSS2-ERG基因融合陽性前列腺癌中是前列腺良性病變的53倍，是融合基因陰性前列腺癌的40倍，表明TMPRSS2-ERG基因融合促使CRISP3過表達介導腫瘤的發生。

4 TMPRSS2-ERG融合基因檢測的臨床應用

Sun等［13］利用多探針熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization，FISH)技術檢測前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因，發現ERG重排出現于78%的前列腺癌患者中。近來有學者發現融合轉錄不僅能夠在前列腺標本中直接檢測，在直腸指診后的尿液中，用聚合酶鏈反應技術能夠準確檢測TMPRSS2-ERG融合基因［26］。Salami等［27］研究 45 例前列腺穿刺活檢標本，其中前列腺癌15例，非前列腺癌30例，檢測經直腸指診后尿液沉淀物中TMPRSS2-ERG融合基因，發現10/15例(67%)前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因為陽性，而26/30例非前列腺癌患者檢測為陰性，檢測前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因的特異度為87%。通過尿液檢測融合基因，相比于直接檢測，消除了患者在活檢時所產生的緊張情緒，這種非侵入性檢測更容易被大眾接受。

Furusato等［28］發現在前列腺全包埋的標本中，利用一種鼠抗ERG單克隆抗體，在區分前列腺癌病灶與正常前列腺組織具有高度特異性。近來檢測發現在前列腺癌中，用免疫組織化學檢測ERG蛋白表達與用FISH檢測ERG重組具有很大的相關性［29］，隨后Falzarano等［30］利用一種兔抗ERG單克隆抗體直接與TMPRSS2-ERG融合基因產物C末端結合，研究271例前列腺癌和112例前列腺非腫瘤病變患者，發現100例前列腺癌患者免疫組織化學檢測ERG蛋白陽性，其中99例患者經FISH檢測出現ERG基因重排，通過免疫組織化學檢測ERG蛋白來預測ERG基因重排的靈敏度和特異度分別為96%和99%。另外，112例前列腺非腫瘤性病變患者免疫組織化學和FISH檢測未檢測到ERG蛋白和ERG基因重排。Chaux等［31］研究表明，ERG蛋白免疫組織化學表達能夠準確定位前列腺癌中的TMPRSS2-ERG基因融合，進一步確定了ERG蛋白免疫組織化學在TMPRSS2-ERG基因融合中的地位［32］。另外，利用p63/ERG蛋白雙重免疫組織化學標記將p63蛋白的高敏感性與ERG蛋白的高特異性結合，可用于疑難前列腺活檢的診斷［33］。雖然，與融合基因具有重要關聯的蛋白已被應用于免疫組織化學檢測，仍需進一步的探索驗證。

5 結語

學者們研究發現，TMPRSS2-ERG融合基因通過與AR、PARP1 和 DNA-PKcs、NF-κB 和 CRISP3 的相互作用介導前列腺癌的發生，因此可以通過對中間環節進行調控，從而避免或者改變TMPRSS2-ERG基因的融合發生。例如，前列腺癌中ETS-PARP1靶向基因治療，盡管直接抑制轉錄因子，如ERG基因可能有困難，但是阻礙調節輔助因子(如PARP1)的功能是可行的［20］。因此，PARP1可以作為一個有前景的治療目標。然而，當前關于融合基因治療的靶基因尚未被證實，有待繼續研究。

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