MXD3基因與腫瘤相關性的研究進展

黃艷綜述；張艷亮，段勇審校

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院檢驗科，云南 昆明 650032)

·述 評·

MXD3基因與腫瘤相關性的研究進展

黃艷綜述；張艷亮，段勇審校

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院檢驗科，云南 昆明 650032)

MXD3(MAX dimerization protein 3)在髓母細胞瘤和膠質母細胞瘤中高表達，扮演著癌基因的角色；在前列腺癌、神經纖維肉瘤等實體瘤中低表達甚至缺失，起著抑癌基因的作用。MXD3在腫瘤的增殖、凋亡、侵襲和轉移過程中起到重要作用，因此有望成為新型腫瘤標志物和臨床上腫瘤治療的新靶點，可用于腫瘤早期診斷、治療及預后判斷。本文結合國內外最新報道，重點就MXD3轉錄因子的結構、生物學功能以及與腫瘤的關系等研究新進展作一綜述。

MXD3基因；腫瘤；調控

惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率逐年上升，在越來越多的經濟發(fā)達國家，惡性腫瘤是死亡的主要原因[1]。腫瘤的形成是一個多因素聯(lián)合作用、多基因綜合作用、多階段逐漸形成的復雜過程。既往MXD3在調控細胞增殖和凋亡方面的研究比較多。近年來，MXD3在惡性腫瘤細胞中發(fā)揮的作用得到越來越多的關注和研究，有望成為新型的腫瘤標志物和臨床腫瘤治療的新靶點。本文就MXD3轉錄因子的結構、生物學功能以及與腫瘤的關系等研究新進展作一綜述。

1 MXD3的生物學特性

MXD3(MAX dimerization protein 3)即 MAX 二聚體蛋白 3（又稱為 MAD3、bHLHcl3、MYX）為 Mad轉錄家族的成員之一，其編碼基因全長約為60kb。MXD3基因定位于人染色體5q35.3[2]。編碼的完整MXD3蛋白一般由206個氨基酸構成，分子量為23477Da，在四級結構中：MXD3基因的有效結合需要與另一種bHLH蛋白進行二聚化，結合DNA作為與MAX的異源二聚體，與Sin3A和Sin3B相互作用以及與RNF17相互作用。MXD3蛋白主要包含三個區(qū)域：⑴堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈區(qū) （basic helix-loop-helix leucine-zipper，bHLH-zip），該區(qū)域主要是結合DNA以及與其他bHLH-zip蛋白相互作用；⑵近氨基末端Sin3結合區(qū)（Sin3 interacting domain，SID），至少由13個氨基酸構成，可以募集Sin3-HDAC相關共轉錄抑制因子。⑶羧基末端保守區(qū)域（carboxy1 terminus，CT）[3]。 MXD3是堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉錄因子MXD家族的一員，在MYC/MAX/MAD轉錄網(wǎng)絡中，與Myc競爭同Max結合形成異二聚體；是一個在細胞周期的S期特殊表達的轉錄抑制因子[4]。Max-MXD3復合物的破壞將引起細胞增殖失控和腫瘤形成。

2 MXD3及其家族

MXD3作為Mad轉錄抑制蛋白家族的一員，主要是同Myc競爭與Max結合形成異二聚體，所形成的二聚體封閉了Myc依賴基因的激活轉錄而發(fā)揮生物學功能[5]。其家族成員主要有Mad1、Mad2(Mxi1)、Mad3(MXD3)、Mad4、Mnt/Rox、Mga[6]。 該家族都含有堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈結構 （basic-helix-loop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip）[7]。Myc 基因家族包括 C-Myc，N-Myc 和 L-Myc；Myc基因屬于編碼核蛋白的癌基因，3個基因都編碼一種與細胞周期調控有關的核內DNA結合蛋白，且3個基因是在70%的人類癌癥中過表達的主要轉錄調控因子[8，9]。Myc基因家族及其產物可促進細胞增殖，永生化，去分化和轉化等，在多種腫瘤形成過程中處于重要地位；而Myc基因家族中的3個成員在腫瘤形成方面的作用存在差異。目前認為，C-Myc的擴增與腫瘤的發(fā)生與轉歸以及在誘導細胞凋亡起重要作用，N-Myc的擴增對腫瘤的預后判斷有意義，與腫瘤患者的生存率呈負相關[10]。LMyc的擴增與腫瘤的易感性和預后在不同的腫瘤中表現(xiàn)不一樣。近年來，研究表明Mad基因家族蛋白及其相關蛋白Myc和Max可組成MYC/MAX/MAD網(wǎng)絡來調節(jié)細胞周期[11]。在MYC/MAX/MAD轉錄調控網(wǎng)絡中，胞外刺激信號被轉化為核內特定基因調控程序發(fā)揮作用，該網(wǎng)絡與一大類轉錄因子相關，這些轉錄因子通過蛋白之間的相互作用并結合到特定靶基因上啟動轉錄或產生抑制效應，該網(wǎng)絡調控的基因涉及細胞增殖、凋亡、分化、發(fā)育等多個方面，當這些調控因子發(fā)生異常時，將導致細胞增殖分化失控，形成腫瘤[12]。Mad家族作為一種具有轉錄調控功能的蛋白，具有拮抗CMyc的轉錄相關作用已經受到人們廣泛關注和重視[13]。C-Myc作為一種原癌蛋白，作用包括推進細胞周期、促進細胞轉化以及抑制細胞分化[14]，許多C-Myc靶基因產物控制細胞的生長和代謝[15]。CMyc通常和細胞內其他蛋白質結合，最主要的是Max和C-Myc形成異二聚體后再和DNA核心序列結合，控制DNA的轉錄，通過調控目的基因的表達，結合細胞所處的內外環(huán)境來影響細胞的生物學行為從而促進細胞增殖或誘導細胞凋亡[16]。MXD3同C-Myc競爭與Max結合形成的異二聚體識別 E-box的 5’-CAC[GA]TG-3’序列，其與 Myc相反的作用是通過mSin-histone緩解水解復合物來抑制轉錄的發(fā)生[17]，去乙?；谷旧w結構更為緊密，從而抑制DNA的復制和轉錄[18]。

3 MXD3在細胞增生和腫瘤形成中的作用機制

Myc的拮抗基因MXD3被認為是一種抑癌基因，MXD3蛋白的缺失或失活，導致體內MXD3-Max異二聚體數(shù)量的減少和Myc-Max異二聚體數(shù)量的增加，從而間接地提高了Myc蛋白的活性[19]。MXD3轉錄抑制因子與Myc轉錄激活因子之間相互作用，封閉了后者的激活結構域?，F(xiàn)在認為CMyc和MXD3蛋白均需與Max蛋白形成異二聚體而發(fā)揮其各自的生物學作用，Max蛋白在Myc蛋白調節(jié)轉錄的網(wǎng)絡中起中心作用[20]。C-Myc/Max異二聚體通過招募組蛋白乙酰轉移酶（HAT）活性激活細胞周期特異性基因的轉錄，促進細胞增殖。MXD3/Max異二聚體抑制 C-Myc的活性，MAD/MAX異二聚體通過招募組蛋白乙?；福℉DAC）的活性抑制轉錄，從而拮抗MYC/MAX導致細胞增殖停滯和細胞分化。Myc基因家族屬于核蛋白類調控基因，已證明其基因產物Myc蛋白在許多腫瘤中存在異常表達，在細胞周期變化、細胞的生長代謝、基因的不穩(wěn)定性、刺激血管生成、細胞惡性轉化、分化及凋亡中起重要的調節(jié)作用[21]。強調Myc原癌蛋白表達在腫瘤細胞生物學中的重要性，是因為它們的增強表達能促進細胞增殖和核糖體生物發(fā)生[22，23]，抑制末端分化程序[24，25]，并刺激腫瘤血管生成[26，27]。C-Myc參與細胞多方面的功能，包括增殖，生長，代謝，分化和凋亡[28]。以前的研究表明，C-Myc激活多種已知基因作為與Max的異二聚體復合物的一部分[28]。C-Myc可以通過RNA聚合酶Ⅲ（PolⅢ）來控制轉錄，RNA聚合酶Ⅲ對于許多短的必需RNA分子如5SRNA，tRNA和U6 RNA的轉錄是必需的[28]。多數(shù)情況下，C-Myc主要通過C端堿性螺旋-環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈區(qū) （basic-helixloop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip） 與同樣含有bHLH-zip結構的Max蛋白形成異二聚體，特異地識別其靶基因DNA序列中的CACGTG核心序列(E-box)并與之結合，使被調節(jié)的基因激活或轉錄增強[29]。目前研究認為，MXD3拮抗Myc的作用主要通過以下幾個途徑實現(xiàn)：⑴競爭性結合Myc轉錄依賴的Max蛋白；⑵結合Myc調控靶基因的E-box序列，通過募集Sin3A或Sin3B轉錄抑制因子，共抑制因子N-CoR及組蛋白去乙酰化，抑制Myc依賴基因的轉錄。⑶直接抑制C-Myc啟動子活化，抑制其表達[30-31]。Myc-Max異二聚體能夠激活含有E-box結構的DNA的轉錄從而促進細胞增殖、抑制細胞分化和凋亡；而MXD3-Max異二聚體則拮抗Myc-Max異二聚體的作用，阻止含有E-box結構的DNA的轉錄，抑制細胞增殖、促進細胞的分化和凋亡[32]。

4 MXD3在腫瘤中的研究現(xiàn)狀

MXD3基因在人髓母細胞瘤和膠質母細胞瘤中的作用研究比較全面，BarisoneGA等學者研究報道MXD3基因在人髓母細胞瘤細胞中異常高表達，在髓母細胞瘤生物發(fā)生、維持和增殖中起重要作用[33，34]。Satake等學者在急性淋巴細胞白血病的靶向治療中應用到了MXD3小干擾RNA[35]，進一步證實MXD3在惡性腫瘤中發(fā)揮關鍵的作用。在前列腺癌、神經纖維肉瘤等實體瘤中已經發(fā)現(xiàn)MXD3基因表達異常[36]。在小鼠髓母細胞瘤模型和大部分人類中樞神經系統(tǒng)腫瘤以及大約40%癌前細胞中MXD3表達水平上調，過表達的MXD3蛋白與Max異二聚體競爭結合DNA結合位點，抑制Myc蛋白的作用，導致細胞增殖失控和抑癌作用的下調[37，38]，這可能也是MXD3上調表達導致腫瘤發(fā)展的機制之一[39]。異常高表達的MXD3在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用不可忽視，其具體的全面的生物學效應有待進一步研究。

5 展望與小結

目前腫瘤仍是嚴重危害人類健康的疾病，很大一部分惡性腫瘤發(fā)現(xiàn)時已是晚期，早期診斷早期治療是腫瘤防治的重要策略。MXD3在多種惡性腫瘤中表達異常，影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，對腫瘤的診斷、治療和預后判斷有重要的意義，有望成為新的腫瘤標志物。其在腫瘤中發(fā)揮作用的具體機制尚不明確，需要更多相關研究去進一步探討。

[1]Lindsey A.Torre，MSPH；Freddie Bray，PhD，et al.Global cancer statistics 2012[J].CA Cancer JClin，2015，65：87-108.

[2]Barisone G，Satake N，Lewis C，et al.Abstract 3128：Mxd3 is required for proliferation of human neuroblastoma cells[J].Cancer Research，2013，73(8 Supplement)：3128-3128.

[3]Hurlin PJ，Queva C，Koskinen PJ，et al.Mad3 and Mad4：novel Max-interacting transcrip-tional epidermal differentiation[J].Embo J，1996，15(8）：5646-5659.

[4]Hardwick KG，Johnston RC，Smith DL，et al.MAD3 encodes a novel component of the spindle checkpoint which interacts with Bub3p，Cdc20p，and Mad2p[J].JCell Biol，2000，148(5)：871-882.

[5]Ayer DE，Lawrence QA Eisenman RN.Mad-Max transcriptional repression ismediated by ternary complex formation with mammalian homologs of yeast repressor Sin3[J].Cell(Cambridge，Mass.)，1995,80，767-776.

[6]Queva C.Sequential expression of the MAD family of transcriptional repressors during differentiation and development[J].Oncogene，1998，16（8）：967-977.

[7]Ayer DE，Kretzner L，Eisenman RN.Mad：A heterodimeric partner for Max that antagonizes Myc transcriptional activity[J].Cell，1993，72(2)：211-222.

[8]Nilsson JA，Cleveland JL.Myc pathways provoking cell suicide and cancer[J].Oncogene，2003，22(56)：9007-9021.

[9]Hurlin PJ，Dezfouli S.Functions of Myc：max in the control of cell proliferation and tum-origenesis[J].Int Rev Cytol，2004，238：183-226.

[10]Nesbit CE，Tersak JM，Prochownik EV.MYC oncogenes and human neoplastic dise-ase[J].Oncogene，1999，18：3004-3016.

[11]Hultquist A.Regulation and function of the Mad/Max/Mad network during neuronal and hem-atopoietic differentiation[J].Acta Universitatis Upsaliensis，2001.

[12]Grandori C，Cowley SM，James LP，et al.The Myc/Max/Mad network and the transcript-ional control of cell behavior[Review][J].Ann Rev Cell Developmental Biology，2000，16(4)：653-699.

[13]Ayer DE，kretzner L，Eisenman RN.Mad：a heterodimeric partner for Max that antagon-izes Myc transcriptional activity[J].Cell，1993，72(2)：211-222.

[14]Nie Z，Hu G，WeiG，et al.c-Myc Is a Universal Amplifier of Expressed Genes in Lymphoc-ytes and Embryonic Stem Cells[J].Cell，2012，151(1)；68-79.

[15]Blackwood EM，Eisenman RN.Max：a helix-loop-helix zipper protein that forms a sequence-specific DNA-binding complex with Myc[J].Science，1991，251：1211-7.

[16]Wang H，Teriete P，Hu A，et al.Direct inhibition of c-Myc-Max heterodimers by celastrol and celastrol-inspired triterpenoids[J].Oncotarget，2015，6(32)：32380.

[17]Sommer A，Bousset K，Kremmer E，et al.Identification and characterization of specific DNA-binding complexes containing members of the Myc/Max/Mad network of transcriptional regulators[J].J Biol Chem，1998，273(12)：6632-6642.

[18]Gallant P.Myc/Max/Mad in Invertebrates：The Evolution of the Max Network[J].Curr Top in Microbiol&Immunol，2006，302：235-253.

[19]Foley KP.Targeted disruption of the MYC antagonist MADI inhibits cell cycle exit during granulocyte differentiation[J].Embo J，1998，17（3）：774-785.

[20]Barisone GA，Tin N，Martin T，et al.Role of MXD3 in proliferation of DAOY human medull-oblastoma cells[J].Plos One，2011，7(7)：e38508.

[21]Barisone GA，Satake N，lewis C，et al.Loss of MXD3 Induces Apoptosis of Reh Human Prec-ursor B Acute Lymphoblastic Leukemia Cells[J].Blood Cells Molecules Diseases，2014，54(4)：329-35.

[22]Eilers M，Schirm S，Bishop JM.The MYC protein activates transcription of the alpha-prothymosin gene[J].EMBO J，1991，10(1)：133-141.

[23]Gomez-Roman N，Grandori C，Eisenman RN，et al.Direct activation of RNA polymeraseⅢtranscription by c-Myc[J].Nature 2003，421(6920)：290-294.

[24]Freytag S，Geddes TJ.Reciprocal regulation of adipogenesis by Myc and C/EBP alpha[J].Science，1992，256(5055)：379-382.

[25]La Rocca SA，Crouch DH，Gillespie DA.c-Myc inhibitsmyogenic differentiation and myo e-xpression by amechanism which can be dissociated from cell transformation[J].Oncogene，1994，9(12)：3499-3508.

[26]Pelengaris S，Khan M，Evan GI.Suppression of Myc-induced apoptosis in beta cells exposes multiple oncogenic properties of Myc and triggers carcinogenic progression[J].Cell，2002；109(3)：321-334.

[27]Baudino TA，Mc Kay C，Pendeville-Samain H，et al.c-Myc is essential for vasculogenesis and angiogenesis during development and tumor progression[J].Genes Dev，2002，16(19)：2530-2543.

[28]Dang CV.c-Myc target genes involved in cell growth，apoptosis，andmetabolism[J].Mol Cell Biol，1999，19（1）：1-11.

[29]Morales M.Identification of Mxd3 as a novel N-Myc effector in cortical neural precursors[M].Dissertation Theses-Gradworks，2012.

[30]Grandori C，Cowley SM，James LP，et al．The Myc/Max/Mad network and the transc-riptional control of cell behavior[J]．Annu Rev Cell Dev Biol，2000，16：653－699．[31]Foley KP，Eisenman RN．Two MAD tails：what the recent knockouts of Mad1 and Mxi1 tell us about the Myc/Max/Mad net-work[J]．Biochim Biophysica Acta，1999，1423(3)：M37－M47.

[32]鄭文嶺.Myc-Max二聚體及其功能調控[J].醫(yī)學分子生物學雜志，1994(1)：16-21.

[33]Duong C，Chen C，Yoshida S，et al.Abstract 5423：Novel targeted therapy for neuroblasto-ma：Silencing the MXD3 gene using siRNA[J].Cancer Research，2014，74：5423-5423.

[34]Barisone GA，Ngo T， Tran M，etal.Role ofMXD3 in Proliferation of DAOY Human Medulloblastoma Cells[J].PLoS ONE，7(7)：e38508.

[35]Satake N，Duong C，Chen C，et al.Targeted therapy with MXD3 siRNA，anti-CD22 antibody and nanoparticles for precursor B-cell acute lymphoblastic leukaemia[J].Br J Haematol，2014，167(4)：487-99.

[36]Barisone G，Satake N，Lewis C，et al.Abstract 3128：Mxd3 is required for proliferation of human neuroblastoma cells[J].Cancer Res，2013，73(8 Supplement)：3128-3128.

[37]Nair SK，Burley SK.Structural Aspects of InteractionsWithin the Myc/Max/Mad Ne-twork[J].Curr Top Microbiol Immuol，2006，302(302)：123-143.

[38]Luscher B.Function and regulation of the transcription factors of the Myc/Max/Mad net-work[J].Gene，2001，277(1-2)：1-14.

[39]Laherty CD，Yang WM，Sun JM.Histondeac-etylases associated with themSin3 corepressormediate Mad transcriptional repression[J].Cell(Cambridge，Mass)，1997，89：349-356.

R523

A

1674-1129(2017)05-0635-03

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.05.001

國家自然科學基金資助項目（81160292）、（81460325）云南省衛(wèi)生高層次人才培養(yǎng)計劃（L-201202）

黃艷，女，1990年生，昆明醫(yī)科大學臨床檢驗診斷學在讀碩士，主要研究生物化學與分子生物學。

段勇，男，1964年生，教授，碩（博）士研究生導師，主要研究肺癌發(fā)病機制等，Email:duanyong7@139.com

2017-04-18；

2017-08-10)