TXNIP的腫瘤抑制作用與表觀遺傳沉默機(jī)制

張鵬幸，涂艷陽，張永生（第四軍醫(yī)大學(xué)：唐都醫(yī)院實(shí)驗(yàn)外科，唐都醫(yī)院，陜西 西安 70038）

·述評·

TXNIP的腫瘤抑制作用與表觀遺傳沉默機(jī)制

張鵬幸1，涂艷陽1，張永生2（第四軍醫(yī)大學(xué)：1唐都醫(yī)院實(shí)驗(yàn)外科，2唐都醫(yī)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(jié)合蛋白及其內(nèi)源性抑制因子，是細(xì)胞內(nèi)氧化還原應(yīng)激調(diào)控的一個(gè)重要元件．TXNIP在多種人類癌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，并且抑制 TXNIP表達(dá)會促進(jìn)腫瘤的惡性程度．本文主要闡述了 TXNIP和 TRX的蛋白結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)定位以及相互作用調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的功能，并闡明在多數(shù)實(shí)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(biāo)的潛在價(jià)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(rèn)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(zhuǎn)錄后修飾如乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化及ADP-核糖基化等表觀遺傳變化在實(shí)體腫瘤和血液惡性腫瘤的成瘤過程中都發(fā)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(jié)合蛋白（thioredoxin binding protein 2，TBP-2）和維生素 D3上調(diào)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(xì)胞HL-60中被克隆鑒定［3］，是 α-視紫紅質(zhì)抑制蛋白家族中唯一一個(gè)可以與硫氧還蛋白（Thioredoxin，TRX）結(jié)合的蛋白［4］．TXNIP是氧化還原系統(tǒng)中的一個(gè)重要的調(diào)節(jié)因子，它可以結(jié)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(xiàn)了TXNIP調(diào)節(jié)生物體內(nèi)氧化過程的功能［5］；此外，它可以獨(dú)立結(jié)合 TRX，并通過抑制蛋白區(qū)域介導(dǎo)的葡萄糖攝入及代謝重組受阻來抑制細(xì)胞生長［6－7］．從 TXNIP被鑒定為 TRX的結(jié)合蛋白及其內(nèi)源性抑制因子，就被作為細(xì)胞內(nèi)氧化還原應(yīng)激調(diào)控的一個(gè)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(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)定位以及相互作用調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的功能．主要闡明在多數(shù)實(shí)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(biāo)的潛在價(jià)值．

1 TXNIP與TRX的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

人TXNIP基因位于染色體1q21．1上，包括8個(gè)外顯子，全長4174 bp，編碼391個(gè)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(xué)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(gè)分子內(nèi)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(guān)重要的作用，當(dāng)TXNIP C247S突變足以廢除它對 TRX活性的抑制作用［8］．

TRX在細(xì)菌體到動植物等眾多生物中都是高度保守的，說明 TRX系統(tǒng)是細(xì)胞內(nèi)系統(tǒng)，對于細(xì)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(yīng)激條件下通過二硫化物還原酶活化保護(hù)細(xì)胞［11］．在哺乳動物細(xì)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(gè)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(gè)Cys殘基（Cys-32和-35）在該基序中負(fù)責(zé)還原活性．這個(gè)Pro是決定TRX的還原能力的關(guān)鍵殘基，而且用絲氨酸 Ser和蘇氨酸 Thr取代它會對蛋白質(zhì)的氧化還原能力和穩(wěn)定性能產(chǎn)生重 大 影 響［13－14］．

2 TXNIP與TRX的定位

TRX1可定位在細(xì)胞質(zhì)、質(zhì)膜 PM、細(xì)胞膜及細(xì)胞外，而 TXR2只定位在線粒體上．研究證明只有在氧化應(yīng)激狀態(tài)下 TXNIP才會穿梭到線粒體上，以TRX2／TXNIP復(fù)合體發(fā)揮功能，而正常狀態(tài)下都在細(xì)胞核中［15］．最近，研究發(fā)現(xiàn) TXNIP也定位在質(zhì)膜上［16］．Poly-ADP-ribose polymerase 1（Parp1）被發(fā)現(xiàn)是 TXNIP在細(xì)胞核上的一個(gè)結(jié)合蛋白，抑制 Parp1可增加人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）質(zhì)膜上 TXNIP的相關(guān)定位，這表明 TXNIP從細(xì)胞核移位到質(zhì)膜只與Parp1的抑制有關(guān)．核運(yùn)輸?shù)鞍?importin-α已被確定為 TXNIP的結(jié)合蛋白，并且結(jié)合導(dǎo)致 TXNIP從細(xì)胞溶質(zhì)移位到細(xì)胞核［17］．雖然還不確定 TXNIP是否可以像TRX1一樣會穿梭到細(xì)胞外，但是關(guān)于TRX／TXNIP系統(tǒng)的特異性定位為細(xì)胞內(nèi)氧化還原相關(guān)的生物學(xué)功能的研究提供一個(gè)新的思路．

3 TXNIP的腫瘤抑制機(jī)制與信號通路

在很多重要的人類腫瘤組織和癌細(xì)胞系中通過不同的方法證明TXNIP表達(dá)下調(diào)或缺失，在臨床研究中，TXNIP表達(dá)水平隨著癌癥等級或胃癌、黑色素瘤、嗜鉻細(xì)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(dá)異常導(dǎo)致腫瘤發(fā)生且有時(shí)與疾病進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān)［4，20］．

腫瘤抑制因子 p53在限制異常細(xì)胞擴(kuò)張中發(fā)揮著重要作用，并被E3連接酶MDM2（mouse double minute 2）調(diào)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(diào)控 p53蛋白增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，并在氧化應(yīng)激情況下通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi) ROS水平維持造血干細(xì)胞能力［21］．而且 TXNIP通過阻斷 TRX介導(dǎo)的凋亡信號調(diào)控激酶 ASK1的抑制作用，并進(jìn)一步激活下游JNK／p38mapk途徑或返回TRX介導(dǎo)的應(yīng)激 ROS攻擊的自我防護(hù)［5］．此外，C-Jun激活域結(jié)合蛋白1（CJun activation domain-binding protein-1，JAB1）特異性結(jié)合 p27KIP1啟動核輸出并隨后在細(xì)胞質(zhì)中引發(fā)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(dǎo)的 p27KIP1從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而穩(wěn)定p27KIP1蛋白［23］．與此同時(shí)，TXNIP也抑制 JAB1調(diào)控AP1激活和細(xì)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(shí)也有研究表明TXNIP缺陷會促進(jìn) TNF-α誘導(dǎo)的 NF-κB激活，TXNIP通過結(jié)合Redd1可抑制 mTOR激活［25］，且 TXNIP缺失可加強(qiáng)Akt響應(yīng)胰島素應(yīng)激時(shí)的磷酸化反應(yīng)［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(dá)，然而，TXNIP的基因變異如缺失、易位或體細(xì)胞突變并不常見［27］．因此，腫瘤中異常的 TXNIP表達(dá)可能是通過轉(zhuǎn)錄后和翻譯機(jī)制調(diào)控的．

4．1 TXNIP基因的啟動子甲基化 細(xì)胞因子獨(dú)立生長的能力被認(rèn)為是白血病惡性轉(zhuǎn)化的一個(gè)標(biāo)志．TXNIP啟動子存在著高甲基化現(xiàn)象，其缺失或減少在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的腎臟癌變過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［28］．研究發(fā)現(xiàn)僅在 IL-2不相關(guān)的成人 T細(xì)胞白血?。ˋTL）細(xì)胞系的啟動子區(qū)和外顯子1的CpGs被甲基化，并且在 TXNIP的啟動子區(qū)存在大于49%的GC堿基位于TATA-box區(qū)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(dá)抑制減弱［29］．這些都表明 DNA甲基化與白血病中 TXNIP表達(dá)沉默密切相關(guān)．

4．2 組蛋白去乙?；閷?dǎo)的 TXNIP抑制 用于治療皮膚 T細(xì)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(fā)展快速，但是其分子機(jī)制尚不明確．為此，Butler等對SAHA時(shí)間依賴方式誘導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞系 LNCaP進(jìn)行了基因表達(dá)分析（gene expression programming，GEP），結(jié)果發(fā)現(xiàn) TXNIP隨著處理時(shí)間的延長表達(dá)量增加，通過點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證明 NF-Y結(jié)合序列在此起到很重要的作用［33］．HDAC抑制劑誘導(dǎo)的TXNIP表達(dá)減弱了 TRX的表達(dá)和在腫瘤細(xì)胞中的活性，在普通細(xì)胞中無此現(xiàn)象，最終引起 ROS的累積［30－31］．因此，正常細(xì)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(xì)胞中 RET呈高表達(dá)，它可以特異性的招募HDAC1到TXNIP靠近NFY的啟動 子區(qū)，形成 HDAC1／RET finger protein（RFP）／NF-Y復(fù)合體，從而使 TXNIP基因沉默［32］．因此，這些研究提供了詳細(xì)的證據(jù)證明HDAC在TXNIP表達(dá)抑制中的作用．

4．3 多梳抑制復(fù)合體 2介導(dǎo)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(yīng)的H3K27me3，導(dǎo)致不同腫瘤模型中的細(xì)胞凋亡［33］．其作用機(jī)制根據(jù)Zhou等［4］在 AML細(xì)胞系 MOLM-14中鑒定被 DZNep影響表達(dá)的基因中 TXNIP表達(dá)上調(diào)倍數(shù)位于前三，EZH2或DZNep上調(diào)或缺失都會對TXNIP的表達(dá)產(chǎn)生顯著影響，從而調(diào)控TRX的活性和ROS的產(chǎn)生，最終影響細(xì)胞凋亡．多梳抑制復(fù)合體（polycomb repressive complex 2，PRC2）-介 導(dǎo) 的 TXNIP 啟 動 子 區(qū)H3K27me3直接導(dǎo)致TXNIP沉默．DZNep處理可減少 TXNIP啟動子區(qū)的甲基化并恢復(fù) TXNIP的表達(dá)．以上研究表明 PRC2復(fù)合體對 TXNIP的表觀遺傳抑制導(dǎo)致白血病生成，以及組蛋白甲基轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄后調(diào)控 Yan等［34］在乳腺癌細(xì)胞 MCF7中通過穩(wěn)定同位素標(biāo)記的氨基酸蛋白組學(xué)方法證明 miRNA-373可下調(diào)TXNIP表達(dá)，且通過靶基因預(yù)測加上熒光素酶活性檢測證明TXNIP是它的直接靶標(biāo)．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(dá)．

4．5 TXNIP的轉(zhuǎn)錄下調(diào) TXNIP的轉(zhuǎn)錄調(diào)控已經(jīng)被廣泛研究，Elgort等［6］第一次證明TXNIP的轉(zhuǎn)錄下調(diào)在細(xì)胞周期進(jìn)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(xì)胞周期模型中，證明 TXNIP的轉(zhuǎn)錄下調(diào)是細(xì)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(yōu)先于它的 mRNA．TXNIP蛋白的半衰期同樣是在G0和G1期，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Ras-MAPK信號通路負(fù)責(zé) TXNIP蛋白的轉(zhuǎn)錄抑制．

5 結(jié)語

TXNIP通過抑制 TRX的活性介導(dǎo)氧化應(yīng)激信號通路，TXNIP缺失會促進(jìn)細(xì)胞增殖及保護(hù)細(xì)胞避免細(xì)胞凋亡．經(jīng)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(xì)胞的發(fā)生似乎有很多方式，如甲基化、組蛋白去乙?；⒔M蛋白甲基化、miRNA轉(zhuǎn)錄后抑制，表明TXNIP的抑制作用在腫瘤發(fā)生過程中的重要性．因此，TXNIP的表達(dá)調(diào)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(zhì)瘤基因治療．Tel：029-84777469 E-mail：498163225＠qq．com

張永生．E-mail：zhangys＠fmmu．edu．cn