ATF1在腫瘤中的研究進展及臨床應用價值

彭述堂，林港鵬，黃丹燕，何志巍

(廣東醫科大學科研中心中美腫瘤研究所 東莞市表觀遺傳學重點實驗室，廣東 東莞523808)

癌癥是影響人類健康，導致患者死亡的重要原因，盡管放療、化療聯合手術治療等已經改善了癌癥患者的預后和生存期，但癌癥的難以治愈仍是目前困擾臨床醫師的主要問題。絕大部分腫瘤是環境因素與遺傳因素(基因)相互作用的結果，其中多種基因突變的累積在腫瘤的形成與發展中發揮關鍵作用。這些基因突變主要發生在具有代表性的幾類基因中，如癌基因、抑癌基因以及DNA修復相關基因等。p53基因是目前研究最為廣泛和深入的抑癌基因之一，約50%的人類腫瘤與p53基因的突變有關，且p53基因的缺失或突變可能是細胞癌變的原因之一[1]。明確癌基因和抑癌基因與腫瘤發生發展的關系，對于腫瘤的治療意義重大。目前，市面上已有大量針對腫瘤相關基因、蛋白的藥物上市，并取得了良好效果，如世界首個基因治療藥物“重組人p53腺病毒注射液”主要靶向于血管內皮生長因子受體2及其他酪氨酸激酶的小分子多靶點酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼等。

轉錄激活因子1(activating transcription factor 1，ATF1)屬于cAMP應答元件結合蛋白(cyclic AMP response element binding protein,CREB)家族成員。研究發現，ATF1在多種腫瘤中發揮著類似癌基因和抑癌基因的作用，其通過影響腫瘤發生、發展的細胞信號轉導通路，參與腫瘤細胞相關的生物學過程，如增殖、凋亡、血管生成、遷移、侵襲、免疫監視等，從而影響腫瘤的發生、發展。當CREB/果蠅zeste基因增強子同源物2軸的激活受到抑制，侵襲性神經內分泌前列腺癌細胞的神經內分泌分化及血管生成減少[2]。煙草亞硝胺通過調節CREB/ATF1的磷酸化表達，促進具有細支氣管Clara細胞特征的人肺腺癌細胞增殖[3]。有學者依據ATF1在各類腫瘤細胞的高表達及差異性表達，提出將其作為宮頸癌早期診斷及乳腺癌發生、發展的生物學標志物[4]。ATF1對腫瘤發生、發展的影響使其有望成為未來癌癥治療的強有力的作用靶點。現就ATF1在腫瘤中的增殖、凋亡、血管生成、遷移、侵襲、免疫等多種生物學過程及其臨床應用價值進行綜述。

1 ATF1的結構與功能

ATF1位于12q13.12，其結構和功能與腫瘤的觸發及進展密切相關。在多種腫瘤中，染色體12q13上存在高頻擴增與缺失現象，提示12q13上可能有癌基因與抑癌基因的存在[5]。12q上存在導致腫瘤細胞增殖和侵襲增強的信號轉導通路中上游或下游的成員[6]。在鼻咽癌中，12q13擴增子中潛在的鼻咽癌相關致癌基因的改變在腫瘤的發生中至關重要[7]。此外，人鼻咽癌12q13擴增子的相關基因在鼻咽上皮細胞中的過表達也可促進腫瘤細胞增殖[8]。另外，12q基因組擴增是多形性腺瘤惡性轉化的重要促進因素[9]。位于人染色體12q上的結腸癌過度表達蛋白-1(overexpressed in colon carcinoma-1，OCC-1)基因和銜接因子蛋白含pH域蛋白2基因鄰近基因與結直腸癌的發生、發展相關[10]。在乳腺癌中，12q上OCC-1D的過表達也可導致MCF7細胞中亞G1細胞群的增加[11]。OCC-1D突變體對銜接因子蛋白含pH域蛋白2的表達有抑制作用，且可以調節細胞周期[12]。鼠類雙微體2癌基因作為目前已知的調控p53基因的重要成員，也定位于人染色體12q13。

轉錄因子的過度表達或過度激活對于腫瘤的生存、無限生長以及轉移是必需的[13]。ATF1是CREB家族的重要成員之一。一方面，CREB家族自身所含有的亮氨酸拉鏈與其DNA結合區域特異性結合，從而影響相關靶基因的表達[14]。另一方面，ATF1與c-Fos、c-Jun等形成的二聚體激活蛋白(activator protein，AP)-1能夠靶向調控腫瘤相關基因，促進或抑制腫瘤的發生[15]。

ATF1作為尤文肉瘤(Ewing′s sarcoma，EWS)/ATF1融合基因首先是在軟組織惡性黑色素瘤(透明細胞肉瘤)中被發現的。軟組織惡性黑色素瘤(透明細胞肉瘤)的標志性易位染色體t(12;22)(q13;q12)能編碼EWS/ATF1融合蛋白[16]。EWS/ATF1融合蛋白無需其他ATF家族成員形成二聚體即可起反式激活作用，與靶蛋白的結合依靠ATF1的堿性亮氨酸拉鏈結構域，轉錄激活作用則有賴于EWS的活化結構[17]。另外，EWS/ATF1融合蛋白能夠靶向小眼畸形相關轉錄因子，促進透明細胞肉瘤的黑色素細胞增殖，EWS/ATF1融合蛋白是透明細胞肉瘤細胞生長所必需的[18]。

ATF1也可作為非融合蛋白在腫瘤中發揮作用。在多種腫瘤中，高表達的AP-1轉錄因子亞基可促進腫瘤的發生，而ATF1能與FRA-1(Fos-related anti-gen 1)的啟動子結合，調控FRA-1轉錄[19]。葡萄糖代謝率升高是腫瘤細胞生長所必需的，ATF1能增強己糖激酶Ⅱ的表達，提高葡萄糖代謝率[20]。ATF1在淋巴瘤細胞及激活的淋巴細胞中表達升高，提示其可能在細胞的生長及分化中起重要作用[21]。

2 ATF1對腫瘤的作用機制

2.1ATF1與腫瘤細胞增殖 近年來，ATF1與腫瘤細胞增殖的關系越來越明確。鼻咽癌的發生與ATF1的過度磷酸化有關，而ATF1的磷酸化與Pin1有關。Pin1具有結合和催化特定脯氨酸前Ser/Thr磷酸化基序的作用[22]，多種癌蛋白的表達和腫瘤抑制因子的作用受特定脯氨酸前Ser/Thr磷酸化(pSer/Thr-Pro)調節[23]。研究表明，Pin1能與Thr 184和Ser 198在ATF1處的磷酸化位點特異性結合，穩定ATF1高表達水平，上調Bcl-2蛋白的表達水平[24]。細胞周期蛋白D1是一種轉錄水平和蛋白質水平均受Pin1調控的基因。Pin1能增強c-Jun/c-Fos的激活以及β聯蛋白向細胞核的轉運，從而增加細胞周期蛋白D1轉錄的能力[25]。細胞周期素依賴性激酶3在絲氨酸63處磷酸化時，ATF1的轉錄活性增強。因此，ATF1能促進鼻咽癌細胞增殖。在小鼠結直腸癌細胞中，有活性的磷酸化的CREB升高[26]，p300能輔助CREB磷酸化，激活調控腸上皮細胞增殖的腸干細胞轉錄因子，包括Myb[27]。推測ATF1通過p300-Myb-CREB軸參與人結直腸癌細胞增殖。此外，ATF1基因缺失能將食管鱗狀細胞癌EC1和Kyse 450細胞株的細胞增殖周期阻滯于S期[28]。

2.2ATF1與腫瘤細胞凋亡 目前，臨床抗癌藥物藥效的發揮與誘導腫瘤細胞凋亡有關，如奧沙利鉑通過增強腫瘤細胞的凋亡敏感性達到治療結直腸癌的目的。ATF1也可作用于腫瘤細胞凋亡信號轉導通路。Liang等[29]發現，ATF1能升高Bcl-2/Bax的比值，抑制胃黏膜上皮細胞凋亡信號轉導通路，促進胃癌的發生。近年來有研究直接將EWS斷點區域1的功能與癌細胞中的特定基因聯系起來[30]。EWS斷點區域1的表達可減弱野生型p53下游p21報告基因啟動子的活性。p53可通過上調Bax蛋白、調節凋亡誘導蛋白1[31]或下調Bcl-2蛋白，促進細胞凋亡的發生[32]。在染色體22q12上發現，EWS斷點區域1具有與cAMP反應元件ATF1融合的傾向[33]。推斷ATF1在細胞凋亡中發揮作用。

2.3ATF1與腫瘤血管生成 ATF1為內皮富集基因，在內皮細胞中豐富表達。Jones等[34]通過互補DNA文庫分析和基因表達系列分析發現，ATF1基因在內皮細胞中高表達，在小鼠主動脈環實驗中出現的抗血管生成現象與ATF1的缺失有關。ATF1的磷酸化可使癌性血管生成。ATF1的磷酸化可由血管內皮生長因子誘導，Keravis等[35]研究發現，在離體血管生成模型中，飛燕草素能特異性抑制內皮細胞血管內皮生長因子受體2信號通路介導的內皮細胞增殖，從而抑制黑色素瘤細胞腫瘤血管生成，這與飛燕草素能阻斷血管內皮生長因子誘導的ATF1的磷酸化有關。Melnikova等[36]也證實，血小板活化因子可刺激轉移性黑色素瘤細胞中ATF1的磷酸化，而血小板活化因子能通過與G蛋白偶聯受體結合引發腫瘤血管生成[37]。綜上，ATF1參與腫瘤細胞的血管生成。

2.4ATF1與腫瘤細胞轉移 ATF1與腫瘤細胞轉移密切相關。黑色素瘤細胞的轉移表型與CREB/ATF1的過表達和功能有關[38]。黑色素瘤黏附分子本身可通過調節DNA結合抑制因子1參與黑色素瘤的轉移。Braeuer等[39]研究表明，CREB/ATF1調節AP-2α的表達，AP-2α缺失和CREB/ATF1的過表達導致黑色素瘤細胞黏附分子的過表達，轉錄因子AP-2α在高轉移黑色素瘤細胞(AP-2α陰性)中的重新表達導致腫瘤生長和轉移潛能受到抑制。Melnikova等[40]在人轉移性黑色素瘤細胞中也發現ATF1的表達明顯增高。但ATF1并不是在所有腫瘤中都參與腫瘤細胞的轉移。Huang等[41]研究發現，ATF1的表達與腫瘤細胞轉移無相關性。

2.5ATF1與腫瘤細胞侵襲 抑制凝血栓蛋白-1(thrombospondin-1，TSP-1)能夠抑制與血管生成相關的蛋白質，TSP-1通過調節血管生成等影響腫瘤侵襲[42]。ATF1與TSP-1啟動子中cAMP反應元件結合位點相作用，可使肝細胞生長因子誘導的TSP-1的表達下調，進而導致甲狀腺癌細胞侵襲性增強。胃癌高表達轉錄本1 (gastric carcinoma high expressed transcript 1，GHET1)是與腫瘤相關的長鏈非編碼RNA之一，GHET1沉默可抑制體外肝癌細胞的侵襲，而ATF1蛋白可與GHET1結合，且ATF1的過表達可使GHET1下調介導的肝癌細胞侵襲的抑制作用失效[43]。CXC家族趨化因子受體4可能在乳腺癌細胞的侵襲中起作用。Mehta等[44]首先在CXC家族趨化因子受體4啟動子缺失的分析中鑒定出一個由7個堿基對組成的p53抑制元件，其與cAMP反應元件/AP-1同源，電泳遷移率和染色質免疫共沉淀實驗顯示，ATF1和c-Jun與cAMP反應元件/AP-1結合。因此認為，p53抑制CXC家族趨化因子受體4參與的腫瘤侵襲需要ATF1的協助。

2.6ATF1與腫瘤免疫 腫瘤是癌細胞與免疫系統長期“共進化”的結果，腫瘤主動“利用/編輯”免疫系統來誘導免疫逃逸。機體免疫系統能識別并清除惡性腫瘤細胞，從而抑制腫瘤的發生、發展[45]。目前，逃逸免疫監視被認為是腫瘤的標志之一[46]。轉化生長因子-β能抑制細胞毒T淋巴細胞多個細胞毒基因的表達，使腫瘤細胞逃脫免疫監控，ATF1對顆粒酶B和γ干擾素起重要的轉錄抑制作用[47]。由免疫細胞和某些非免疫細胞經刺激分泌的細胞因子與機體抗腫瘤免疫應答密切相關，其中CREB /ATF1與白細胞介素-6啟動子的結合可調控巨噬細胞中白細胞介素-6的轉錄[48]。

肝細胞生長因子作為一類促腫瘤轉移生長因子，可在ATF1的介導下引起TSP-1的轉錄下調，導致甲狀腺腫瘤細胞浸潤[49]。氧化還原反應性轉錄因子核因子E2相關因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)參與免疫調節，其通過調節p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)-cAMP-CREB/ATF1信號通路調節樹突狀細胞的免疫功能。在Nrf2缺陷的未成熟小鼠中，CREB/ATF1的磷酸化可增加對p38MAPK抑制的敏感性，p38-MAPK-CREB/ATF1信號軸的失調是未成熟小鼠中Nrf2缺陷的樹突狀細胞免疫功能改變的基礎[50]。另外，ATF1可與主要組織相容性復合物 Ⅰ 類基因相互作用，ATF1在輻射白血病病毒感染胸腺細胞后上調H-2Dd基因的轉錄[51]。在人表皮樣腫瘤細胞中，顯性負性突變的ATF1降低了H-2Dd基因的轉錄[52]。總之，ATF1可能參與腫瘤的免疫過程，并在其中發揮重要作用。

3 ATF1的相關臨床應用價值

3.1ATF1作為腫瘤診斷標志物 早期診斷對于腫瘤的治療具有重要意義，而ATF1可作為腫瘤早期診斷的生物標志物。在原發性和復發性宮頸癌小鼠模型中發現，ATF1基因表達顯著提高，并且在血液外泌體中也檢測到ATF1基因，這表明ATF1可作為宮頸癌早期診斷的標志物[53]。研究發現，早產婦女乳腺癌患病風險較晚產婦女和零產婦女低：早期妊娠可通過下調ATF1等降低乳腺組織中參與有絲分裂信號通路的關鍵蛋白的表達；與晚期妊娠和從未妊娠相比，早期妊娠還具有更高的基因組穩定性和組織炎癥少的特點，其基礎是ATF1等的差異表達[54]。以上研究表明ATF1可用作預測乳腺癌進展風險的生物標志物。

3.2ATF1與靶向治療 近年來，靶向治療藥物可顯著改善腫瘤患者的生存率。如血管內皮生長因子受體抗體(貝伐單抗)和酪氨酸激酶抑制劑等靶向治療轉移性腎細胞癌[55-56]以及吉非替尼、埃洛替尼等靶向治療非小細胞肺癌[57]。miR-30a可直接靶向ATF1，下調ATF1能降低共濟失調-毛細血管擴張癥相關蛋白的磷酸化，從而增加非小細胞肺癌細胞對輻射的敏感性，加強放射治療的效果[58]。以上研究提示，靶向ATF1的藥物具有輔助治療腫瘤的價值。木蘭素是一種能靶向ATF1的抗癌化合物，其能以濃度依賴性方式靶向抑制ser63區ATF1的磷酸化，從而抑制細胞增殖，抑制表皮生長因子等腫瘤促進劑誘導的細胞增殖和轉化[59]。

4 結 語

ATF1通過參與腫瘤細胞的增殖、凋亡、血管生成、遷移、侵襲、免疫監視等生物學過程，影響腫瘤的發生、發展。在腫瘤的治療方面，ATF1有望成為腫瘤診斷的早期標志物及腫瘤發生、發展的生物標志物。雖然對于ATF1的作用機制尚未了解完全，但其在腫瘤發生、發展中的作用非常重要，需要進一步地深入研究。ATF1在各類腫瘤發生、發展過程中的作用提示其有可能成為治療癌癥的一個有效靶點。因此深入研究ATF1在腫瘤中發生、發展的作用機制，有望為腫瘤的治療提供新途徑。