PEA3轉錄因子在惡性腫瘤中的表達及作用

黃東良，謝菲嵐，劉 璐，劉錦濤※

(1.廣東醫科大學研究生學院，廣東 湛江 524023； 2.深圳市寶安區人民醫院消化內科，廣東 深圳 518101)

腫瘤是危害人類健康的重大疾病。研究數據顯示，2018年全球預計有1 810萬新發癌癥病例，其中有960萬人死于惡性腫瘤[1]。惡性腫瘤早期通常缺乏特異性癥狀，多數患者在確診時已處于中晚期，臨床治愈率較低。因此，早發現、早診斷、早治療是治愈癌癥，提高患者生存率的關鍵。腫瘤的發生機制非常復雜，它涉及多基因、多分子及多種信號途徑的共同作用。目前，尋找腫瘤相關特異性標志物，研究其作用機制，探索其臨床價值成為研究熱點。研究發現，多瘤病毒增強子激活劑3(polyomavirus enhancer activator 3，PEA3)在乳腺癌、前列腺癌、肺癌、結直腸癌等多種惡性腫瘤中異常表達，其高表達與腫瘤的侵襲性密切相關[2]。然而，針對PEA3與惡性腫瘤的研究往往局限于一些非特異性信號通路及信號因子，如胞外信號調節激酶-促分裂原活化的蛋白激酶-ETS(E26 transformation-specific)變異體4 軸激活調節基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2和MMP-9介導的上皮鈣黏素降解，促進食管鱗狀細胞癌的發生和轉移[3]。故研究PEA3轉錄因子相關信號途徑，利用藥物抑制信號通路上游或下游的相關基因，可能為腫瘤患者提供有效的靶向輔助治療?，F就PEA3的結構及功能，PEA3與惡性腫瘤之間的關系予以綜述。

1 PEA3概述

PEA 3又稱腺病毒增強子結合蛋白、ETS變異體4，屬于ETS轉錄因子家族。ETS轉錄因子是細胞內最大的轉錄調控因子家族之一，目前已發現的ETS調控靶基因超過200多個，這些靶基因參與細胞增殖、分化、凋亡，造血及組織重構等諸多重要生理過程，因此ETS蛋白的突變、基因易位、擴增等常伴隨腫瘤發生發展的過程[4]。

人的PEA3基因位于第17號染色體長臂區域(17q21.31)，其序列全長約為51 kb，包含13個外顯子和12個內含子，可編碼484個氨基酸。PEA3蛋白大致可分為3個區：N端區、中部區和C端區。其中，N端區和C端區各含有一個轉錄激活域，中部區含有一個高度保守的ETS結構域，ETS結構域能特異性識別并結合其靶基因DNA序列中的5′-GGAA-3′[5]。PEA3作為轉錄調控因子，存在分子內的負調控機制。在靜息狀態下，N端轉錄激活域和ETS結構域兩側的氨基酸序列能負向調控或抑制相鄰結構域的活性。與其他ETS轉錄因子類似，PEA3能通過轉錄后的修飾或結合其他蛋白而改變其分子構象，解除分子內的自抑制作用。研究發現，磷酸化、乙?；?、小泛素相關修飾物化修飾均可以激活PEA3的轉錄活性，其中以磷酸化修飾最為常見，且磷酸化修飾能促進PEA3的乙酰化和小泛素相關修飾物化修飾，并增強其轉錄活性[6]。此外，Greenall等[7]利用酵母單雜交系統發現，上游刺激因子1能結合到PEA3蛋白的ETS結構域協同活化上游刺激因子1和增強PEA3轉錄活性。

2 PEA3的生理功能

PEA3轉錄因子最重要的生理功能之一為參與組織器官的發育，與其他ETS成員不同，PEA3蛋白的表達具有明顯的時空特異性，在胚胎發育早期PEA3基因就開始表達，出生后其表達水平急劇降低，僅在腦、骨骼肌和結腸等少數組織和器官中存在[8]。PEA3參與組織器官發育的其中一個過程為分支形態的發生，這依賴于上皮細胞和相鄰間充質之間的相互作用并在原始上皮胚芽分支產生樹枝狀管或腺泡結構。腎臟、肺、乳腺等器官的發育均需要分支形態發生的參與，而PEA3被認為是調控這一過程的關鍵基因。原位雜交結果顯示，在小鼠胚胎發育的第9.5天，PEA3存在于中腎管的內皮頂端；第12.5天其廣泛分布在輸尿管芽分支及周圍間充質區域；此后隨著腎小球的分化，PEA3表達水平逐漸降低[9]。Lu等[10]發現，敲除PEA3基因后，部分小鼠胚胎腎臟發育不全甚至發育完全失敗。PEA3基因除影響胚胎的分支形態發育外，還參與神經元樹突和突觸的生長和分枝發育。Fontanet等[11]發現，PEA3主要在小鼠樹突和突觸形成期間大量表達，干擾或敲除PEA3基因均會影響樹突長度及其復雜性，損害小鼠的認知功能。此外，Laing等[12]發現，敲除PEA3基因將影響雄性小鼠的陰莖勃起和射精功能，故PEA3陰性表達的小鼠表現出雄性不育。

3 PEA3與惡性腫瘤

目前，已發現的PEA3調控靶基因包括MMP、骨橋蛋白、環加氧酶2、Muc4/Sialomucin復合物、血管內皮生長因子等，而這些靶基因的異常表達與腫瘤的發生發展密切相關[13]。PEA3的高表達促進上皮-間充質轉化，細胞喪失極性和黏附力，導致上皮細胞獲得遷移和侵入性，從而使腫瘤獲得侵襲和轉移的能力。目前，較為熟知的促分裂原活化的蛋白激酶信號通路被認為參與腫瘤的發展，其受多種受體酪氨酸激酶信號激活調節，PEA3轉錄因子位于這一信號通路的下游，一方面接受來自上游信號因子的調節，另一方面調控其下游的MMP、環加氧酶2等靶基因。下游相關靶基因的表達與腫瘤的發生進展有密切聯系，如MMP通過降解細胞外基質、釋放生物活性分子、調節生長因子和細胞因子信號、調控血管生成、調節炎癥作用、誘導上皮-間充質轉化等復雜過程，從而在腫瘤的發生發展中起重要作用。PEA3在成人正常組織和器官中不表達或表達水平較低，但在乳腺癌[14]、卵巢癌[15]、前列腺癌[16]等多種惡性腫瘤組織中出現異常表達，提示異常表達的PEA3是驅動腫瘤發生發展的重要因素。

3.1乳腺癌 高表達的PEA3轉錄因子在乳腺癌組織中較為常見，在臨床乳腺癌組織標本中，超過50%的乳腺癌組織樣本可以檢測到PEA3轉錄因子的存在[17]。Trimble等[18]在研究人類表皮生長因子受體2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2/Neu)基因誘導乳腺癌模型時發現，在乳腺癌組織中PEA3的表達量顯著提高，提示PEA3可能是HER2/Neu下游的效應蛋白。HER2/Neu屬于表皮生長因子受體家族，20%～30%的乳腺癌患者存在HER2/Neu異常表達[19]。臨床研究發現，在HER2/Neu過表達的乳腺癌患者腫瘤組織中，PEA3的表達水平也顯著提高，且與腫瘤級別和不良預后等密切相關[20-21]。為進一步驗證PEA3在HER2/Neu誘導乳腺癌過程中的重要性，Shepherd等[22]構建了一個過表達Neu和抑制PEA3功能的雙轉基因小鼠(MMTV-neu/ΔNPEA3En)。結果發現，MMTV-neu/ΔNPEA3En小鼠的乳腺癌發生時間顯著延遲，且較MMTV-neu小鼠腫瘤數量減少、腫瘤尺寸縮小。這提示，在HER2/Neu介導乳腺癌的發生發展過程中PEA3發揮重要作用。

HER2/Neu作為受體酪氨酸激酶能夠活化促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，其可使PEA3被磷酸化，從而激活PEA3的轉錄活性[23-24]。活化的PEA3能結合到PEA3和Neu基因的啟動子，進一步上調兩者的表達量。此外，PEA3還能調控多種MMP(MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7和MMP-9)、環加氧酶2等在乳腺細胞中的表達。因此，PEA3表達水平的提高能促進乳腺癌細胞的遷移和侵襲。

3.2卵巢癌 卵巢癌是女性常見的惡性腫瘤之一，其惡性程度高，容易發生腹腔轉移，晚期卵巢癌預后極差，病死率高。PEA3在正常卵巢組織中不表達，而在卵巢癌中表現為高表達[15]。Davidson等[25]發現，在大部分晚期卵巢癌標本的腫瘤細胞和基質細胞中PEA3均有表達，且基質細胞中過表達PEA3的比例更高；生存分析提示，PEA3的表達水平與患者存活期相關，故PEA3可作為預測卵巢癌不良預后的標志物，這對指導臨床病情評估及治療具有重要價值。上皮組織來源的惡性腫瘤常伴隨表皮生長因子受體的過表達。Cowden Dahl等[26]發現，表皮生長因子受體活化能促進PEA3在細胞核內的積累和增加MMP的轉錄表達，從而增強卵巢癌的侵襲轉移能力，提示PEA3在表皮生長因子受體介導的卵巢癌發生發展中發揮重要作用。另外，PEA3在激活血管內皮生長因子的過程中也發揮重要作用，血管內皮生長因子作為作用最強的一種促血管生長因子，不僅能調節腫瘤組織新生血管生成，還被報道與卵巢癌的進展及預后有關[27]。

3.3尤文肉瘤(Ewing′s sarcoma，EWS) EWS是一類小圓形細胞的低分化惡性腫瘤，也是兒童和青少年常見的惡性原發性骨腫瘤。EWS沒有特定的形態學表型，它的發生與染色體易位密切相關，易位使得第22號染色體長臂的EWS基因連接到不同的ETS基因上，形成EWS-ETS融合基因[28]。目前共發現5種EWS-ETS融合基因，其中EWS-PEA3較為罕見，它涉及t(17;22) (q12;q12)易位。目前EWS-PEA3的轉化活性和致瘤機制仍不清楚，其可能通過調節端粒酶活性致使端粒重復序列添加到染色體中。EWS-ETS融合蛋白的N端是EWS的轉錄激活域，其C端包含ETS的DNA結合域[29]。與ETS相比，EWS-ETS融合蛋白的轉錄活性更強，故EWS-ETS誘導細胞惡性轉化的能力更強[28]。

3.4前列腺癌 研究發現，50%～70%的前列腺癌患者存在染色體易位，易位使得不同ETS基因連接到跨膜絲氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2，TMPRSS2)基因的5′非翻譯區末端[30]。TMPRSS2基因啟動子存在雄激素響應元件，其在前列腺細胞中表達水平較高，因此易位后ETS基因在前列腺組織中的表達水平顯著提高[31]。體內和體外研究表明，融合基因TMPRSS2-ETS過表達能促進腫瘤細胞的增殖和惡性轉化[32]。在前列腺癌患者中，TMPRSS2-ETS相關基因融合突變最為常見(55%)，而TMPRSS2-PEA3頻率較低，占1.6%[33]。Qi等[34]通過研究148例前列腺癌組織標本發現，2例存在PEA3融合突變，45例存在PEA3過表達。提示，PEA3異常表達在前列腺癌中高頻存在，但與ERG不同，染色體易位并非PEA3過表達的主要原因。功能研究表明，沉默PEA3基因能夠抑制雄激素非依賴性前列腺癌細胞的增殖，而其他類型ETS與TMPRSS2基因融合后過表達對腫瘤細胞的增殖能力無影響[16]。因此，與其他ETS相比，PEA3對前列腺發生發展的影響更為復雜。

3.5肺癌 在非小細胞肺癌中，腫瘤表達了PEA3轉錄因子的信使RNA，而正常肺組織和腫瘤中存在的正常細胞中沒有PEA3信使RNA的表達。為檢驗PEA3轉錄因子在非小細胞肺癌中的生物學重要性，有學者將PEA3轉錄因子基因導入缺乏PEA3轉錄因子表達的非小細胞肺癌細胞系中，結果發現PEA3轉錄因子對非小細胞肺癌的細胞運動和侵襲性有重要作用[35]。另一項研究顯示，PEA3轉錄因子能激活Rho/Rho激酶通路，該通路的激活在PEA3轉錄因子誘導的細胞運動和侵襲以及非小細胞肺癌的形成和轉移中起重要作用[36]。此外，PEA3轉錄因子和半乳糖基轉移酶Ⅰ基因的表達與肺癌細胞高轉移表型有關，降低或干擾半乳糖基轉移酶Ⅰ的表達可抑制細胞黏附、體外侵襲潛能和黏著斑激酶的酪氨酸磷酸化[37]。雖然在PEA3亞家族中PEA3轉錄因子與肺癌關系最密切，但其相關報道極少，且在肺癌進展中的機制尚不十分明確。

3.6消化道惡性腫瘤 晚期消化道惡性腫瘤的5年生存率極低，這在很大程度上是由于缺少有效的靶向治療，而PEA3與消化道惡性腫瘤的發生發展有潛在關聯。在正常結直腸和胃組織中，PEA3不表達或表達量極低，而在結直腸癌和胃癌組織中，PEA3的表達水平顯著提高，且與腫瘤分期、淋巴結或遠端轉移、復發及生存期密切相關[38-39]。結直腸癌最重要的一個病因為結直腸腺瘤的癌變，正常結腸組織從腺瘤到惡性腫瘤的轉化過程中，PEA3的表達量明顯提高[40]。研究表明，PEA3過表達能促進上皮-間充質轉化和MMP的表達，從而增強結腸癌細胞的侵襲和轉移能力[38,41]。胃腸道間質瘤是一類起源于消化道間葉組織的腫瘤，占消化道腫瘤的0.2%[42]。PEA3在胃腸道間質瘤中的表達水平與有絲分裂越活躍程度、轉移和耐藥等惡性特征密切相關[43]。敲低胃腸道間質瘤細胞的PEA3能夠抑制腫瘤細胞的增殖、侵襲及小鼠體內腫瘤的生長；過表達PEA3則促進了細胞周期蛋白D1的表達，活化Wnt/β聯蛋白信號通路，提示PEA3在胃腸道間質瘤的惡性轉化過程中發揮重要作用。

目前，針對PEA3與食管癌的研究極少。研究認為，與正常食道上皮相比，食管鱗狀細胞癌組織中PEA3的表達異常增多，且其表達水平越高，TNM分期越高，患者生存期越短[44]。進一步研究發現，敲低PEA3能夠下調原癌基因蛋白激酶B的磷酸化和MMP-13的表達，抑制食管鱗狀細胞癌的增殖、遷移和侵襲，以及增加對化療藥物阿霉素的敏感性。同樣，PEA3轉錄因子在食管腺癌中也存在過表達。一項研究利用食管癌細胞系OE33展示了PEA3轉錄因子在促進食管腺癌細胞侵襲和增殖方面發揮的重要作用，而參與這個過程的一個重要下游調控因子為MMP-1，激活其表達可能增加腫瘤細胞的侵襲力，影響患者的預后[45]。

3.7其他 除乳腺癌、卵巢癌等惡性腫瘤外，PEA3在肝癌[46]、胰腺癌[47]、口腔鱗狀細胞癌[48]等腫瘤組織中也存在高表達。目前普遍認為，MMP是PEA3參與腫瘤惡性轉化和進展的重要成員之一，PEA3能夠通過特定的信號通路途徑，上調MMP的表達，促進腫瘤細胞的惡性轉化[3]。在一項針對PEA3與肝癌的研究中，PEA3-MMP-1軸被證明在肝癌的進展中扮演重要角色[49]。理論上，研發能夠抑制MMP表達的藥物在一定程度上可以延緩惡性腫瘤疾病的發展，延長患者的生存時間。然而，類似肝癌、胰腺癌這些常見且惡性程度高的腫瘤，相關基因的研究極其缺乏，故PEA3可能成為研究的一個新方向。

4 小 結

PEA3轉錄因子作為ETS轉錄因子PEA3亞家族的成員，在正常生理活動及組織器官的形成過程中發揮重要作用；同時，它是異常信號通路的參與者，促進了惡性腫瘤的發生和進展。PEA3與乳腺癌、前列腺癌、結直腸癌等諸多腫瘤細胞的增殖、浸潤轉移密切相關，是驅動腫瘤發生發展的重要基因。此外，PEA3的表達水平與腫瘤惡性程度、臨床分期、淋巴轉移情況等密切相關，其可作為預測惡性腫瘤進展及生存期等指標。目前，PEA3促進腫瘤發生發展的分子機制尚未完全闡明，有待進一步研究。PEA3調控機制的研究將有助于靶向藥物的開發，從而阻斷PEA3介導的惡性轉化，改善腫瘤患者的預后。未來，PEA3轉錄因子有望作為某些惡性腫瘤的早期診斷及生存和預后的預測指標，并可能成為腫瘤治療的新靶點。