DNA結合抑制因子與腫瘤關系的研究進展

摘要: DNA結合抑制因子(Id)是螺旋—環—螺旋轉錄因子家族的一員，具有廣泛的生物學作用，如抑制細胞分化、促進細胞增殖、調控細胞凋亡等。哺乳類動物細胞含Id1～Id4四種，通常分布于胚胎及未分化成熟的組織細胞中，正常細胞內Id蛋白隨著細胞分化成熟而逐漸降低。近年研究發現，Id蛋白家族與腫瘤相關的細胞周期調控、細胞衰老與凋亡，以及腫瘤的發生、發展、侵襲、轉移等有關，已成為研究細胞生命過程以及探尋治療人類疾病有效靶向藥物的一類重要分子，或可成為靶向藥物治療腫瘤的新靶點。

doi: 10．3969/j．issn．1002-266X．2015．13．043

基金項目: 2013年度山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金計劃(BS2013SW041)。

通信作者:王建華，宋曉彬

DNA結合抑制因子(Id)是螺旋—環—螺旋(HLH)轉錄因子家族的一員，通過負性調節堿性螺旋—環—螺旋(bHLH)轉錄因子活性來影響細胞的生長和分化 ［1］。Id蛋白作為一種轉錄調控因子，參與細胞周期調控過程，在細胞增殖、分化及腫瘤的發生、發展、預后等方面具有重要作用。本文結合文獻就Id蛋白的細胞學功能及其作用，主要是與腫瘤相關的細胞周期調控、細胞衰老與凋亡，腫瘤的發生、發展、侵襲、轉移以及對腫瘤干細胞的影響作一綜述。

1　Id的結構及分類

bHLH蛋白家族通常包含一個HLH二聚化作用域和一個相鄰的富含基本氨基酸的DNA結合域。bHLH蛋白主要分為兩類: A型bHLH，也被稱為E蛋白，呈廣泛性表達，如E2A、E2-2/ITF2和HEB/ HTF4基因; B型bHLH，其表達具有組織特異性，包括肌分化因子、肌細胞生成素和NeuroD/BETA2。二聚化過程為轉錄因子結合及轉錄調控所必需，DNA結合域與HLH基序相鄰的強堿性區域結合，然后參與細胞命運和細胞分化過程的基因調控 ［2］。Id是哺乳類HLH蛋白的另一種類型，Id家族有Id1 ～Id4四個成員，含119～199個氨基酸殘基;人類的Id1～Id4編碼基因分別定位于20q1、2p25、1p36和6p22-21號染色體上 ［3］。Id蛋白通常分布于胚胎及未分化成熟的組織細胞中，正常細胞內Id蛋白隨著細胞分化成熟而逐漸降低。

2　Id的生物學功能

Id蛋白家族具有廣泛的生物學作用，如抑制細胞分化、促進細胞增殖、調控細胞命運和細胞定向分化、促進胚胎和器官形成、誘導細胞凋亡、維持細胞存活、促進血管形成及腫瘤浸潤、發揮癌蛋白功能等。

2．1　Id與細胞周期調控　Id分子因本身缺乏DNA結合必需的堿性氨基酸序列，所以Id-bHLH(異)二聚體無法與DNA結合，進而抑制bHLH與DNA及其他組織特異性bHLH轉錄因子結合，對bHLH轉錄因子活性起負調節作用，從而抑制細胞分化、促進細胞增殖。事實上，Id蛋白在細胞周期G 0～S期的過渡階段中發揮作用，如靜止期成纖維細胞生長因子可以刺激誘導Id1～Id3的表達，反義寡核苷酸抑制Id蛋白質合成而阻止處于G 0期的成纖維細胞重新進入細胞周期循環。細胞周期素依賴蛋白激酶(CDK2)磷酸化阻礙了視網膜母細胞瘤抑制蛋白(pRB)結合并鈍化E2F轉錄因子，而E2F活化是進入S期所必需的 ［4］。G 1晚期，CDK2會使Id2、Id3磷酸化，使其活性發生改變甚至有可能與其他蛋白結合 ［5］。Id2-bHLH與pRB袋狀域結合并減弱其生長抑制的活性，Id2也可以通過抑制p130-E2F復合物(G 0期細胞生長的抑制復合物)的活性促進細胞周期進入S期。Id蛋白也可以和其他轉錄因子結合發揮抑制作用，如ETS、MIdA1、E1A蛋白及PAX家族 ［6，7］。

2．2　Id與腫瘤細胞逃避衰老和凋亡　大多數腫瘤細胞都能逃避衰老而無限擴增，這增加了惡性腫瘤的易感性。如果把細胞衰老看作是癌癥的一個屏障，Id1和Id2的表達會隨細胞衰老呈明顯下降趨勢，在人類老化的成纖維細胞里，Id1與pRB協同結合突變體SV40大T抗原激活DNA合成，Id1過度表達可以延遲細胞老化或導致細胞永生化。目前認為，p16是參與細胞衰老的一個介導分子，p16Ink4a基因的表達受到Ets1/2的正性調控和Id1的負性調控。MAP激酶使Ets1/2轉錄因子磷酸化并活化，異常激活p16Ink4a基因表達，導致細胞過早衰老; MAP激酶信號通路作用于EGR1誘導Id1表達，Id1通過結合并抑制Ets1/2功能來抵消這種活性。在對多種腫瘤(如食管癌、鼻咽癌、前列腺癌等)的研究中，Id蛋白可以抑制腫瘤細胞凋亡并促進其存活，Id蛋白的異常水平與抗凋亡、促生存因子和抗凋亡信號因子抑制劑密切相關 ［8］。

2．3　Id與腫瘤血管再生　Id蛋白誘導促血管生成因子增強內皮祖細胞的增殖和遷移，促進腫瘤血管的形成，這些因子包括HIF-1α、VEGFA、FGFR1等，都能影響腫瘤微環境中其他類型細胞的生物學屬性 ［9，10］。Id1是一個新的促血管生成因子，其參與血管生成的機制是通過激活HIF-1α的活性，進而促進依賴VEGF的上皮細胞形成新的腫瘤血管內皮細胞。血小板反應蛋白被認為是Id1調節血管生成的一個下游靶基因，Id1失活可能抑制上皮細胞血管生成，這為臨床上使用Id蛋白抑制劑的抗血管生成療法提供了依據。

2．4　Id與腫瘤的侵襲和轉移　Id蛋白的轉移性定植功能是雙重的，即增加侵襲性和上皮細胞逆轉能力(MET)。金屬基質蛋白酶(MMP)通過降解基底膜和包繞腫瘤的基質來突破基質屏障，從而促進腫瘤侵襲和轉移。Id基因導入小鼠乳腺上皮細胞系SCp2后，可上調MMP的表達，促進腫瘤細胞的侵襲 ［11］。Id過度活化抗轉移基因，如腦信號蛋白3F的抑制劑能促進細胞遷移。在原發性上皮腫瘤中，可通過TGF-β超家族細胞因子激活Id基因表達，Id蛋白通過調節MET在腫瘤侵襲、轉移中起作用。

2．5　Id與腫瘤干細胞　腫瘤干細胞能啟動腫瘤并且保持腫瘤細胞系異質性，使得腫瘤對化療藥物的耐藥性有所增加，在由HRASV12原癌基因導致的腦腫瘤動物模型上，Id1～Id3等位基因的缺失降低了神經膠質瘤干細胞群，這阻礙了腫瘤的生長，延長了小鼠的壽命 ［12］。如果將Id基因缺失的腫瘤干細胞植入小鼠大腦后，這些具有自我更新能力的細胞就會完全喪失致瘤性。而如果Id基因是完整的，那么其依然保持潛在的致瘤性 ［13］。研究顯示，胚胎神經干細胞缺乏Id1～Id3時，會完全喪失自我更新能力和多潛能性 ［14］。Id1/3蛋白激活是TGF-β致癌反應的一部分，可以利用shRNA介導的Id1/3基因沉默和使用TGF-β受體抑制劑來抵消神經膠質瘤干細胞特性。Id4下調miRNA介導的SRY-box 2抑制劑，這會提升膠質瘤干細胞的致瘤性和耐藥性。與成體干細胞一樣，腫瘤干細胞錨定到一個生態位點，通過血管內皮細胞之間的細胞連結派生出黏附信號。當Id蛋白缺乏時，會下調RAS1GAP(bHLH編碼的抑制RAP1 GTPase)抑制RAS相關蛋白1，從而破壞這種細胞黏附。故RAS1GAP、Id2和Id3被認為是高分化膠質瘤預后的指標。總體來說，Id蛋白是維持干細胞特性的主調節器，其缺乏能夠影響腫瘤干細胞自我更新和腫瘤啟動能力。

2．6　Id與腫瘤的發生、發展及預后　Id在多種腫瘤細胞中高表達，如神經膠質瘤、神經母細胞瘤、甲狀腺髓質癌等 ［15］。Id蛋白不僅能夠保持腫瘤干細胞特性，而且涉及許多癌癥相關表型，可作為治療的靶基因或預后指標。用反義寡核苷酸在神經母細胞瘤、胰腺癌和乳腺癌中抑制Id表達可降低腫瘤細胞的增殖速率。在許多情況下，多個表觀遺傳事件和信號通路協同導致Id蛋白異常表達。在非小細胞肺癌(NSCLC)中，表皮生長因子受體和α7煙堿乙酰膽堿受體信號都聚集在SRC區域，通過BMP信號通路和MYC可以誘導激活Id1的轉錄，提高Id1的表達水平，促進NSCLC的細胞增殖、MET、遠處轉移以及化療耐藥性 ［16］。

Id mRNA水平受microRNAs調控。在NSCLC中，miR-381和miR-29b結合到Id1 3'非編碼區進而抑制Id1翻譯，從而抵抗由SRC誘導的Id1水平升高 ［17，18］;在神經母細胞瘤中，MYCN基因能夠促進Id2的聚集而miR-9和miR-103卻能抵制這種作用 ［19］;在乳腺癌細胞中，缺乏miR-335能夠維持Id4的表達 ［20］。通過與TCF3-Id3突變體對比發現，E蛋白作為Id蛋白的首要目標通常作為腫瘤抑制劑。

Id蛋白只能維持10～20 min，并通過泛素蛋白酶途徑降解，細胞分裂后期促進復合物/細胞周期體(APC/C-CDH1) E3泛素連接酶誘導Id1/2/4降解，另一種E3泛素連接酶——SMAD泛素化調節因子2 (SMURF2)，參與TGF-β信號通路降解Id1/3 ［21］。泛素特異性蛋白酶1過表達導致Id蛋白累積，促進細胞生長和保持干細胞樣特性 ［22］。因此，APC/C-CDH1 和SMURF2都有抑制腫瘤功能，了解其在腫瘤發生、發展中的作用有助于腫瘤治療設計。

Id過度表達常與腫瘤惡性程度及腫瘤細胞的組織學分級有關，Id高表達常預示預后不良。Id1蛋白的高表達可以使抑癌基因INK4α失活，影響腫瘤細胞增殖，Id1～Id3在高惡性星形細胞瘤中的表達水平明顯增高; Id2在分化良好的食管癌患者中高表達，而在低分化者中低表達，并且Id2高表達的食管鱗狀細胞癌患者預后良好，因此，Id1和Id2能夠作為獨立預測食管癌患者預后和生存期的指標; Id2表達升高與HCV相關的伴門脈侵犯的肝細胞癌有密切聯系，并認為Id2有可能成為其潛在的診斷和治療靶標; Id4在乳腺癌中可能是一種潛在的抑癌基因，能參與抑制腫瘤抑制基因BRCA1的轉錄;反之，BRCA1抑制Id4的轉錄，這構成了雌激素依賴性調節回路，從而平衡這兩個基因的表達 ［23］。

綜上所述，Id蛋白已成為研究細胞生命過程以及探尋治療人類疾病有效靶向藥物的一類重要分子，對Id蛋白生物學功能進行深入研究，可進一步揭示每一種Id蛋白在腫瘤細胞中的確切作用機制，從而將Id作為藥物作用靶點引入臨床，為臨床治療惡性腫瘤提供一種新的途徑。