肝細胞核因子4α與肝細胞癌關系的研究進展

紀龍珊+孫學華+周振華

[摘要] 肝細胞核因子4α（HNF4α）是調節肝臟內特異性基因表達的轉錄因子，在肝細胞發育分化，肝臟脂質、膽固醇代謝及肝臟藥物代謝中起重要作用，并且抑制肝臟腫瘤的發生。HNF4α主要通過抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞分化、凋亡，逆轉肝細胞上皮-間質轉化等過程，影響肝細胞癌（HCC）的發生發展。本文對HNF4α的來源分布、結構特點、生物學功能及其在HCC發生發展中的作用進行了系統綜述，旨在探索HNF4α干預HCC的新思路。

[關鍵詞] 肝細胞核因子4α；肝細胞癌；調節；基因工程

[中圖分類號] R575 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）01（b）-0032-04

[Abstract] Hepatocyte nuclear factor 4α （HNF4α） is a transcription factor that regulates the expression of specific genes in the liver， plays an important role in hepatocyte developmental and differentiation， liver lipid and cholesterol metabolism， liver drug metabolism and inhibits the formation of liver tumor. HNF4α mainly affects the formation and development of hepatocellular carcinoma （HCC） by inhibiting the proliferation of tumor cells， promoting the differentiation and apoptosis of tumor cells， reversing the processes of hepatocyte epithelial-mesenchymal transition. In this paper， the origin， distribution， structural characteristics， biological function of HNF4α and the role of HNF4α in the formation and development of HCC were reviewed in order to explore a new approach to HNF4α intervening in HCC.

[Key words] Hepatocyte nuclear factor 4α； Hepatocellular carcinoma； Regulation； Genetic engineering

肝細胞核因子4（hepatocyte nuclear factor 4，HNF4）是1990年Sladek等[1]從大鼠肝臟中發現的，屬類固醇激素受體超家族成員。其DNA結合活性與α1-抗胰蛋白酶、載脂蛋白A1和丙酮酸激酶基因轉錄調控有關。HNF4包括HNF4α、HNF4β、HNF4γ和變異剪切體，與肝臟疾病相關的HNF4分子主要是HNF4α。本文就HNF4α的來源分布、結構特點、生物學功能，及其與肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）關系的研究進展進行綜述。

1 HNF4α來源及分布

HNF4來源于胚泡的原始內胚層，可持續表達于卵黃囊內臟內胚層。HNF4α在胚胎肝臟發育形成的第8天即可檢測到，其成體表達于肝臟、腎臟、胰腺、小腸、結腸以及睪丸中，在分化成熟的肝細胞高表達，與肝特異基因的表達密切相關[2]。

2 HNF4α的結構特點

人HNF4α編碼基因位于20號染色體長臂（20q13.12）。HNF4α含“鋅指結構”，其蛋白質三級結構由6個功能性結構域（A-F）組成[3]：A/B區（N端），包含激活結構域1（activation function domain1，AF1），其與啟動子特殊序列密切相關；C區含高度保守的“鋅指結構”，與D區（鉸鏈區）結合，形成可與靶基因特殊DNA序列激素反應元件結合的DNA結合域；E區為多功能配體結合域，包括激活功能域AF2和配體結合域；F區（C端）是特異性配體結合區，為HNF4α所獨有。

HNF4α有酰基輔酶A和游離脂肪酸兩個配體結合位點，分別以不同模式調節HNF4α的轉錄活性。HNF4α可由多種途徑調控激活，如磷酸化、乙?；痆4]或與細胞信號轉導蛋白4[5]結合等，與啟動子序列結合形成同源二聚體，調節染色體結構，激活靶基因的表達[6]。

3 HNF4α的生物學功能

Odom等[7]通過定位分析肝細胞中的HNFs基因組發現：HNF4α與人基因啟動子區域的基因結合的比例高達12%，其中，RNA聚合酶Ⅱ結合基因中有41%與HNF4α結合，說明HNF4α調控著大部分肝細胞基因的轉錄，與肝臟關系密切。

3.1 肝臟發育分化、表型維持及肝細胞極化

Parviz等[8]研究發現，HNF4α表達缺失的小鼠肝細胞縮小，胞漿含量少、染色深，細胞核畸形并充滿異染色質，與細胞連接有關的蛋白分子表達缺失，細胞失去連接結構，細胞間出現異?？障?，無法形成肝竇狀隙等結構，表明HNF4α對肝上皮的發育和肝臟形態的發生是必不可少的。應用轉基因技術將HNF4α轉入人骨髓間充質干細胞[9]，或將表達HNF4α和HNF?4α shRNA的重組腺病毒轉染大鼠肝星狀細胞[10]，均可誘導特定細胞為成熟的肝細胞樣細胞（hepatocyte-like cell，iHep cell），這些分化的iHep cell具有典型的上皮細胞形態，表達肝細胞功能。在HNF4α表達缺失的小鼠中，組蛋白的甲基化和乙?；揎椄用黠@，這些修飾間接地影響肝臟表型相關因子的表達，導致肝細胞表型的改變，表明HNF4α可能是肝臟表觀遺傳修飾的主要協調者[11]。在肝細胞極化方面，Chiba等[12]發現HNF4α可參與肝細胞頂端極的形成，加速肝細胞膽小管微絨毛的形成。以上表明，HNF4α是肝細胞發育和分化，肝細胞表型維持以及肝細胞極化結構形成的重要轉錄因子。endprint

3.2 肝臟脂質和膽固醇代謝

Yin等[13]發現，HNF4α缺失致使脂質代謝的多個基因失調，HNF4α基因敲除的小鼠脂質代謝嚴重障礙，表明HNF4α是維持正常的脂質代謝必不可少的轉錄因子。HNF4α可能通過上調磷脂酶A2 GXIIB[14]或下調膽固醇酰基轉移酶2[15]和三磷酸腺苷-結合轉運子A1[16]等的表達調節肝臟脂質和膽固醇的正常代謝。

3.3 肝臟藥物代謝

CYP3A4是細胞色素P450的重要亞族，參與50%以上臨床用藥的Ⅰ相代謝，是肝臟中最多的藥物代謝酶。孕烷X受體（Progesterone X Receptor，PXR）與結構性雄烷受體共同調節CYP3A4的表達。Kamiya等[17]研究證實，HNF4α與PXR啟動子結合可激活胚胎肝細胞中PXR。Tirona等[18]發現HNF4α通過與CYP3A4基因增強子上的順式作用元件結合，調節CYP3A4的活化。此外，HNF4α也可激活藥物代謝酶CYP2A8、CYP2B6、CYP2D6、CYP3A5、CYP8B1以及藥物代謝酶膽鹽磺基轉移酶2A1[19]。有研究發現，在HNF4α表達缺失的大鼠肝內，藥物代謝和解毒相關基因如多藥耐藥基因B1、ABC?B11、三磷酸腺苷-結合轉運子C2等的表達下降。由此可見HNF4α對肝臟藥物代謝的重要性。

4 HNF4α與HCC的關系

Lazarevich等[20]發現，快速生長的去分化變體HCC細胞（fast-growing dedifferentiated variant，fgHCC）中HNF4α表達增強后，fgHCC侵襲性降低，增殖速度減慢，成熟肝細胞的結構和功能恢復；該細胞移植在同源小鼠中不形成腫瘤，表明HNF4α發揮強有力的抗腫瘤作用。研究認為HNF4α主要通過抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞分化、凋亡，逆轉肝細胞上皮-間質轉化（epithelial- to-mesenchymal transition，EMT）等過程，影響HCC的發生發展。現將HNF4α調控HCC發生發展的機制研究總結如下。

4.1 抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞分化和凋亡

研究發現YAP1-TEAD4可誘導HCC細胞增殖和分化，在HCC細胞中YAP1通過泛素-蛋白酶體途徑抑制HNF4α表達，而HNF4α通過與YAP1競爭性結合TEAD4，抑制YAP1-TEAD4的轉錄激活及其靶基因的表達，YAP1-TEAD4與HNF4α通過雙向負反饋機制調控HCC細胞的增殖和分化[21]。細胞凋亡信號調節激酶1（apoptosis signal regulated kinase，ASK1）是參與細胞凋亡的死亡受體，是HCC的抑制基因，但在HCC中表達下降，HNF4α與ASK1啟動子直接結合，激活并促進ASK1表達，抑制HCC發生發展并抑制HCC惡化[22]。鄧龍飛等[23]通過構建質粒pET28a-P-HNF4α，利用細胞穿膜肽PEP-1成功介導融合蛋白P-HNF4α進入Huh7細胞并定位于細胞核；P-HNF4α蛋白可促進Huh7細胞肝功能基因表達，誘導HCC細胞向成熟肝細胞分化，并顯著抑制HCC細胞增殖、遷移和侵襲，降低HCC細胞的惡性程度。mir-548p是HBx相關的HCC抑癌基因，mir-548p通過與HBXIP mRNA3′端-非翻譯區結合，抑制HBXIP蛋白表達；而HNF4α促進mir-548p表達的同時被HBx抑制，由此形成HBx/HNF4α/mir-548p/HBXIP通路抑制HCC細胞增殖，促進HCC細胞凋亡[24]。

4.2 逆轉肝細胞EMT過程

有研究發現，HNF4α是肝臟microRNAs（如miR-192、miR-193a、miR-194和mir-802）表達必不可少的因子[25]。Mir-122是肝臟特異性的microRNA，受HN?F1α、HNF3α、HNF3β、HNF4α、HNF6、C/EBPα等轉錄因子調控，抑制HCC細胞侵襲、轉移，但在HCC中表達下調；HNF4α可通過保守的DR-I元件結合至mir-122啟動子區，正向調控其表達[26-28]。HNF4α通過上調靶基因miR-122[29]，或與β-catenin競爭性結合T淋巴細胞因子[30]，募集轉錄抑制因子與Wnt靶基因啟動子結合，抑制Wnt-β-catenin信號通路激活，從而逆轉EMT過程。同時，HNF4α可將β-catenin從細胞核內移至細胞膜上，參與上皮細胞間的黏附連接，增強細胞的上皮表型，逆轉EMT過程，促進肝細胞間質-上皮轉變[31-32]。

5 小結

綜上所述，HNF4α是抑制肝臟腫瘤的重要轉錄因子，利用基因工程手段或轉染技術誘導相關細胞分化為iHep cell，有望成為治療HCC的有效手段。進一步深入研究HNF4α的功能及其調控HCC的分子機制，全面揭示HNF4α與HCC的關系，是未來攻克HCC的新方向。

[參考文獻]

[1] Sladek FM，Zhong WM，Lai E，et al. Liver-enriched transcription factor HNF-4 is a novel member of the steroid hormone receptor superfamily [J]. Genes Dev，1990，4（12）：2353-2365.

[2] Hellerbrand C，Amann T，Schlegel J，et al. The novel gene MIA2 acts as a tumour suppressor in hepatocellular carcinoma [J]. Gut，2008，57（2）：243-251.

[3] Petrescu AD，Hertz R，Bar-Tana J，et al. Role of regulatory F-domain in hepatocyte nuclear factor-4alpha ligand specificity [J]. J Biol Chem，2005，280（17）：16 714-16 727.endprint

[4] Tsai TY，Wang WT，Li HK，et al. RNA helicase DDX3 maintains lipid homeostasis through upregulation of the microsomal triglyceride transfer protein by interacting with HNF4 and SHP [J]. Sci Rep，2017，7：41 452.

[5] Shi W，Wang H，Zheng X，et al. HNF-4alpha negatively regulates hepcidin expression through BMPR1A in HepG2 cells [J]. Biol Trace Elem Res，2017，176（2）：294-304.

[6] Schrem H，Klempnauer J，Borlak J. Liver-enriched transcription factors in liver function and development. PartⅡ：the C/EBPs and D site-binding protein in cell cycle control，carcinogenesis，circadian gene regulation，liver regeneration，apoptosis，and liver-specific gene regulation [J]. Pharmacol Rev，2004，56（2）：291-330.

[7] Odom DT，Zizlsperger N，Gordon DB，et al. Control of pancreas and liver gene expression by HNF transcription factors [J]. Science，2004，303（5662）：1378-1381.

[8] Parviz F，Matullo C，Garrison WD，et al. Hepatocyte nuclear factor 4alpha controls the development of a hepatic epithelium and liver morphogenesis [J]. Nat Genet，2003，34（3）：292-296.

[9] Hu X，Xie P，Li W，et al. Direct induction of hepatocyte-like cells from immortalized human bone marrow mesenchymal stem cells by overexpression of HNF4alpha [J]. Biochem Biophys Res Commun，2016，478（2）：791-797.

[10] Liu K，Guo MG，Lou XL，et al. Hepatocyte nuclear factor 4alpha induces a tendency of differentiation and activation of rat hepatic stellate cells [J]. World J Gastroenterol，2015，21（19）：5856-5866.

[11] Zhang Q，Lei X，Lu H. Alterations of epigenetic signatures in hepatocyte nuclear factor 4alpha deficient mouse liver determined by improved ChIP-qPCR and（h）MeDIP-qPCR assays [J]. PLoS One，2014，9（1）：e84 925.

[12] Chiba H，Sakai N，Murata M，et al. The nuclear receptor hepatocyte nuclear factor 4alpha acts as a morphogen to induce the formation of microvilli [J]. J Cell Biol，2006， 175（6）：971-980.

[13] Yin L，Ma H，Ge X，et al. Hepatic hepatocyte nuclear factor 4alpha is essential for maintaining triglyceride and cholesterol homeostasis [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31（2）：328-336.

[14] Guan M，Qu L，Tan W，et al. Hepatocyte nuclear factor-4 alpha regulates liver triglyceride metabolism in part thr?ough secreted phospholipase A（2）GXIIB [J]. Hepatology，2011，53（2）：458-466.

[15] Pramfalk C，Karlsson E，Groop L，et al. Control of ACA?T2 liver expression by HNF4α：lesson from MODY1 patients [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2009，29（8）：1235-1241.

[16] Ohoka N，Okuhira K，Cui H，et al. HNF4alpha increases liver-specific human ATP-binding cassette transporter A1 expression and cholesterol efflux to apolipoprotein A-I in response to cholesterol depletion [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2012，32（4）：1005-1014.endprint

[17] Kamiya A，Inoue Y，Gonzalez FJ. Role of the hepatocyte nuclear factor 4alpha in control of the pregnane X receptor during fetal liver development [J]. Hepatology，2003， 37（6）：1375-1384.

[18] Tirona RG，Lee W，Leake BF，et al. The orphan nuclear receptor HNF4alpha determines PXR- and CAR-mediated xenobiotic induction of CYP3A4 [J]. Nat Med，2003， 9（2）：220-224.

[19] Kamiyama Y，Matsubara T，Yoshinari K，et al. Role of human hepatocyte nuclear factor 4alpha in the expression of drug-metabolizing enzymes and transporters in human hepatocytes assessed by use of small interfering RNA [J]. Drug Metab Pharmacokinet，2007，22（4）：287-298.

[20] Lazarevich NL，Cheremnova OA，Varga EV，et al. Progression of HCC in mice is associated with a downregulation in the expression of hepatocyte nuclear factors [J]. Hepatology，2004，39（4）：1038-1047.

[21] Cai WY，Lin LY，Hao H，et al. Yes-associated protein/TEA domain family member and hepatocyte nuclear factor 4-alpha（HNF4alpha）repress reciprocally to regulate hepatocarcinogenesis in rats and mice [J]. Hepatology，2017，65（4）：1206-1221.

[22] Jiang CF，Wen LZ，Yin C，et al. Apoptosis signal-regulating kinase 1 mediates the inhibitory effect of hepatocyte nuclear factor-4alpha on hepatocellular carcinoma [J]. Oncotarget，2016，7（19）：27 408-27 421.

[23] 鄧龍飛，丁晨虹，謝渭芬，等. PEP-1介導的重組肝細胞核因子4α蛋白轉導對肝癌細胞的抑制作用[J].第二軍醫大學學報，2015，36（9）：929-935.

[24] Hu XM，Yan XH，Hu YW，et al. miRNA-548p suppresses hepatitis B virus X protein associated hepatocellular carcinoma by downregulating oncoprotein hepatitis B x-interacting protein [J]. Hepatol Res，2016，46（8）：804-815.

[25] Lu H，Lei X，Liu J，et al. Regulation of hepatic microRNA expression by hepatocyte nuclear factor 4 alpha [J]. World J Hepatol，2017，9（4）：191-208.

[26] Zhu H，Mi Y，Jiang X，et al. Hepatocyte nuclear factor 6 inhibits the growth and metastasis of cholangiocarcinoma cells by regulating miR-122 [J]. J Cancer Res Clin Oncol，2016，142（5）：969-980.

[27] Zeng C，Wang R，Li D，et al. A novel GSK-3 beta-C/EBP alpha-miR-122-insulin-like growth factor 1 receptor regulatory circuitry in human hepatocellular carcinoma [J]. Hepatology，2010，52（5）：1702-1712.

[28] Wu Q，Liu HO，Liu YD，et al. Decreased expression of hepatocyte nuclear factor 4alpha（Hnf4alpha）/microRNA-122 （miR-122） axis in hepatitis B virus-associated hepatocellular carcinoma enhances potential oncogenic GALNT10 protein activity [J]. J Biol Chem，2015，290（2）：1170-1185.

[29] Wang SC，Lin XL，Li J，et al. MicroRNA-122 triggers mesenchymal-epithelial transition and suppresses hepatocellular carcinoma cell motility and invasion by targeting RhoA [J]. PLoS One，2014，9（7）：e101 330.

[30] Yang M，Li SN，Anjum KM，et al. A double-negative feedback loop between Wnt-beta-catenin signaling and HNF4alpha regulates epithelial-mesenchymal transition in hepatocellular carcinoma [J]. J Cell Sci，2013，126（24）：5692-5703.

[31] Wu N，Zhang YL，Wang HT，et al. Overexpression of hepatocyte nuclear factor 4alpha in human mesenchymal stem cells suppresses hepatocellular carcinoma development through Wnt/beta-catenin signaling pathway downregulation [J]. Cancer Biol Ther，2016，17（5）：558-565.

[32] Yao D，Peng S，Dai C. The role of hepatocyte nuclear factor 4alpha in metastatic tumor formation of hepatocellular carcinoma and its close relationship with the mesenchymal-epithelial transition markers [J]. BMC Cancer，2013，13（1）：432.

（收稿日期：2017-09-14 本文編輯：李岳澤）endprint