TXNIP的腫瘤抑制作用與表觀遺傳沉默機制

張鵬幸，涂艷陽，張永生（第四軍醫大學：唐都醫院實驗外科，唐都醫院，陜西 西安 70038）

·述評·

TXNIP的腫瘤抑制作用與表觀遺傳沉默機制

張鵬幸1，涂艷陽1，張永生2（第四軍醫大學：1唐都醫院實驗外科，2唐都醫院，陜西 西安 710038）

硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）作為硫氧還蛋白（TRX）的結合蛋白及其內源性抑制因子，是細胞內氧化還原應激調控的一個重要元件．TXNIP在多種人類癌細胞中表達下調，并且抑制 TXNIP表達會促進腫瘤的惡性程度．本文主要闡述了 TXNIP和 TRX的蛋白結構、細胞內定位以及相互作用調節氧化應激的功能，并闡明在多數實體腫瘤及血液惡性腫瘤中TXNIP被定義為腫瘤抑制基因（TSG），以及由于表觀遺傳修飾在腫瘤中被抑制，以此證明 TXNIP作為腫瘤分子治療的新靶標的潛在價值．

硫氧還蛋白互作蛋白；硫氧還蛋白；腫瘤抑制因子；表觀遺傳沉默

0 引言

異常的代謝模式被認為是惡性腫瘤的基本特征，通過研究人們越來越清楚地意識到除了遺傳異常，包括 DNA甲基化和組蛋白N-端尾巴轉錄后修飾如乙?；⒓谆⒘姿峄?、泛素化及ADP-核糖基化等表觀遺傳變化在實體腫瘤和血液惡性腫瘤的成瘤過程中都發揮著重要的作用［1－2］．

硫氧還蛋白互作蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP），又名硫氧還蛋白結合蛋白（thioredoxin binding protein 2，TBP-2）和維生素 D3上調蛋白 1（vitamin D3 up-regulating protein 1，VDUP1），于1994年在1，25-二羥維生素 D-3處理的人類白血病細胞HL-60中被克隆鑒定［3］，是 α-視紫紅質抑制蛋白家族中唯一一個可以與硫氧還蛋白（Thioredoxin，TRX）結合的蛋白［4］．TXNIP是氧化還原系統中的一個重要的調節因子，它可以結合到 TRX的活性半胱氨酸（Cysteine，Cys）殘基上，并抑制其抗氧化功能，體現了TXNIP調節生物體內氧化過程的功能［5］；此外，它可以獨立結合 TRX，并通過抑制蛋白區域介導的葡萄糖攝入及代謝重組受阻來抑制細胞生長［6－7］．從 TXNIP被鑒定為 TRX的結合蛋白及其內源性抑制因子，就被作為細胞內氧化還原應激調控的一個重要元件［8］得到廣泛的研究．

在本文中，我們將介紹 TXNIP和 TRX的蛋白結構、細胞內定位以及相互作用調節氧化應激的功能．主要闡明在多數實體腫瘤及血液惡性腫瘤中 TXNIP被定義為腫瘤抑制基因（Tumor Suppressor Gene，TSG），并由于表觀遺傳修飾在腫瘤中被抑制，以此證明 TXNIP作為腫瘤分子治療新靶標的潛在價值．

1 TXNIP與TRX的結構特點

人TXNIP基因位于染色體1q21．1上，包括8個外顯子，全長4174 bp，編碼391個氨基酸，蛋白Mr為46 000［9］．TXNIP基因高度保守，與斑馬魚和小鼠的核苷酸序列的同源性分別為 77%和 89%，這說明TXNIP很可能有重要的生物學功能［10］．TXNIP蛋白含有類抑制蛋白的 N端（10-152aa）及 C端（175-298aa），其Cys-63到 Cys-247之間的兩個分子內二硫鍵似乎對其與 TRX的有效相互作用及抑制 TRX活性有至關重要的作用，當TXNIP C247S突變足以廢除它對 TRX活性的抑制作用［8］．

TRX在細菌體到動植物等眾多生物中都是高度保守的，說明 TRX系統是細胞內系統，對于細胞生存和功能作用必不可少．TRX與NADPH、硫氧還蛋白還原酶 TrxR是重要的抗氧化體系，在氧化應激條件下通過二硫化物還原酶活化保護細胞［11］．在哺乳動物細胞中存在著兩種 TRX亞型，分別命名為 TRX1和TRX2．TRX1是含有二硫化物還原活性的12kDa普遍存在的蛋白［12］．TRX的主要特征是含有三個保守脯氨酸，都位于起催化作用的-Cys-Gly-Pro-Cys-基序的Cys殘基之間，兩個Cys殘基（Cys-32和-35）在該基序中負責還原活性．這個Pro是決定TRX的還原能力的關鍵殘基，而且用絲氨酸 Ser和蘇氨酸 Thr取代它會對蛋白質的氧化還原能力和穩定性能產生重 大 影 響［13－14］．

2 TXNIP與TRX的定位

TRX1可定位在細胞質、質膜 PM、細胞膜及細胞外，而 TXR2只定位在線粒體上．研究證明只有在氧化應激狀態下 TXNIP才會穿梭到線粒體上，以TRX2／TXNIP復合體發揮功能，而正常狀態下都在細胞核中［15］．最近，研究發現 TXNIP也定位在質膜上［16］．Poly-ADP-ribose polymerase 1（Parp1）被發現是 TXNIP在細胞核上的一個結合蛋白，抑制 Parp1可增加人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）質膜上 TXNIP的相關定位，這表明 TXNIP從細胞核移位到質膜只與Parp1的抑制有關．核運輸蛋白 importin-α已被確定為 TXNIP的結合蛋白，并且結合導致 TXNIP從細胞溶質移位到細胞核［17］．雖然還不確定 TXNIP是否可以像TRX1一樣會穿梭到細胞外，但是關于TRX／TXNIP系統的特異性定位為細胞內氧化還原相關的生物學功能的研究提供一個新的思路．

3 TXNIP的腫瘤抑制機制與信號通路

在很多重要的人類腫瘤組織和癌細胞系中通過不同的方法證明TXNIP表達下調或缺失，在臨床研究中，TXNIP表達水平隨著癌癥等級或胃癌、黑色素瘤、嗜鉻細胞瘤及膀胱癌等的惡性程度升高而降低［18－19］，這也說明 TXNIP有助于控制癌癥的惡性程度，TXNIP表達異常導致腫瘤發生且有時與疾病進展和不良預后相關［4，20］．

腫瘤抑制因子 p53在限制異常細胞擴張中發揮著重要作用，并被E3連接酶MDM2（mouse double minute 2）調控，MDM2靶向p53蛋白使得蛋白酶體降解，有研究表明 TXNIP可阻礙 p53-MDM2相互作用直接調控 p53蛋白增強其轉錄活性，并在氧化應激情況下通過調節細胞內 ROS水平維持造血干細胞能力［21］．而且 TXNIP通過阻斷 TRX介導的凋亡信號調控激酶 ASK1的抑制作用，并進一步激活下游JNK／p38mapk途徑或返回TRX介導的應激 ROS攻擊的自我防護［5］．此外，C-Jun激活域結合蛋白1（CJun activation domain-binding protein-1，JAB1）特異性結合 p27KIP1啟動核輸出并隨后在細胞質中引發蛋白酶體降解［22］．TXNIP與 JAB1蛋白C末端相互作用并阻礙 JAB1介導的 p27KIP1從細胞核到細胞質的轉移，從而穩定p27KIP1蛋白［23］．與此同時，TXNIP也抑制 JAB1調控AP1激活和細胞增殖［24］．由此可知，TXNIP-JAB1-p27KIP1途徑是 TXNIP重要的腫瘤抑制功能．同時也有研究表明TXNIP缺陷會促進 TNF-α誘導的 NF-κB激活，TXNIP通過結合Redd1可抑制 mTOR激活［25］，且 TXNIP缺失可加強Akt響應胰島素應激時的磷酸化反應［23，26］．

4 TXNIP在腫瘤中的表觀遺傳沉默

TXNIP在惡性腫瘤（如白血病、淋巴瘤）中低表達，然而，TXNIP的基因變異如缺失、易位或體細胞突變并不常見［27］．因此，腫瘤中異常的 TXNIP表達可能是通過轉錄后和翻譯機制調控的．

4．1 TXNIP基因的啟動子甲基化 細胞因子獨立生長的能力被認為是白血病惡性轉化的一個標志．TXNIP啟動子存在著高甲基化現象，其缺失或減少在氧化應激誘導的腎臟癌變過程中發揮著至關重要的作用［28］．研究發現僅在 IL-2不相關的成人 T細胞白血病（ATL）細胞系的啟動子區和外顯子1的CpGs被甲基化，并且在 TXNIP的啟動子區存在大于49%的GC堿基位于TATA-box區附近．甲基化抑制劑5-aza-CdR（5-aza-2-deoxycytidine）處理會使 1／3甲基化的CpGs脫甲基以及 TXNIP mRNA表達抑制減弱［29］．這些都表明 DNA甲基化與白血病中 TXNIP表達沉默密切相關．

4．2 組蛋白去乙?；閷У?TXNIP抑制 用于治療皮膚 T細胞淋巴癌（cutaneous T-cell lymphoma，CTCL）的兩種組蛋白脫乙酰酶（Histone deacetylase，HDAC）抑制劑：Suberoylanilide hydroxamic acid（SAHA）和 depsipeptide（FK228）臨床發展快速，但是其分子機制尚不明確．為此，Butler等對SAHA時間依賴方式誘導的前列腺癌細胞系 LNCaP進行了基因表達分析（gene expression programming，GEP），結果發現 TXNIP隨著處理時間的延長表達量增加，通過點突變實驗證明 NF-Y結合序列在此起到很重要的作用［33］．HDAC抑制劑誘導的TXNIP表達減弱了 TRX的表達和在腫瘤細胞中的活性，在普通細胞中無此現象，最終引起 ROS的累積［30－31］．因此，正常細胞對HDAC抑制劑的相對耐藥性，可能解釋HDAC抑制劑的選擇性靶向的原因．在腫瘤細胞中 RET呈高表達，它可以特異性的招募HDAC1到TXNIP靠近NFY的啟動 子區，形成 HDAC1／RET finger protein（RFP）／NF-Y復合體，從而使 TXNIP基因沉默［32］．因此，這些研究提供了詳細的證據證明HDAC在TXNIP表達抑制中的作用．

4．3 多梳抑制復合體 2介導的 TXNIP沉默 S-腺苷高半胱氨酸水解酶抑制劑3-Deazaneplanocin A（DZNep）會消耗EZH2和相應的H3K27me3，導致不同腫瘤模型中的細胞凋亡［33］．其作用機制根據Zhou等［4］在 AML細胞系 MOLM-14中鑒定被 DZNep影響表達的基因中 TXNIP表達上調倍數位于前三，EZH2或DZNep上調或缺失都會對TXNIP的表達產生顯著影響，從而調控TRX的活性和ROS的產生，最終影響細胞凋亡．多梳抑制復合體（polycomb repressive complex 2，PRC2）-介 導 的 TXNIP 啟 動 子 區H3K27me3直接導致TXNIP沉默．DZNep處理可減少 TXNIP啟動子區的甲基化并恢復 TXNIP的表達．以上研究表明 PRC2復合體對 TXNIP的表觀遺傳抑制導致白血病生成，以及組蛋白甲基轉移酶抑制劑如DZNep可能作為AML等疾病治療的新型藥物．

4．4 miRNA對 TXNIP的轉錄后調控 Yan等［34］在乳腺癌細胞 MCF7中通過穩定同位素標記的氨基酸蛋白組學方法證明 miRNA-373可下調TXNIP表達，且通過靶基因預測加上熒光素酶活性檢測證明TXNIP是它的直接靶標．但是miRNA-373不影響TNXIP的mRNA水平，只會通過翻譯抑制 TXNIP的蛋白表達．

4．5 TXNIP的轉錄下調 TXNIP的轉錄調控已經被廣泛研究，Elgort等［6］第一次證明TXNIP的轉錄下調在細胞周期進程和代謝重組過程中同樣重要．從靜止期 G0期到生長期 G1期，需要高效率的糖酵解、乳酸生成及蛋白、脂類和核苷酸的生物合成．在精確控制的細胞周期模型中，證明 TXNIP的轉錄下調是細胞生長和代謝重組必需的．有趣的是，在 G1期早期 TXNIP蛋白水平的降低優先于它的 mRNA．TXNIP蛋白的半衰期同樣是在G0和G1期，進一步研究發現，Ras-MAPK信號通路負責 TXNIP蛋白的轉錄抑制．

5 結語

TXNIP通過抑制 TRX的活性介導氧化應激信號通路，TXNIP缺失會促進細胞增殖及保護細胞避免細胞凋亡．經過廣泛的研究和臨床證明 TNIXP在很多惡性腫瘤中作為一種腫瘤抑制因子．腫瘤細胞的發生似乎有很多方式，如甲基化、組蛋白去乙酰化、組蛋白甲基化、miRNA轉錄后抑制，表明TXNIP的抑制作用在腫瘤發生過程中的重要性．因此，TXNIP的表達調控可能作為一種新的可行的表觀遺傳治療的方法．

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R730．2

A

2095-6894（2015）02-001-04

2014-12-20；接受日期：2015-01-18

張鵬幸．碩士，技師．研究方向：膠質瘤基因治療．Tel：029-84777469 E-mail：498163225＠qq．com

張永生．E-mail：zhangys＠fmmu．edu．cn