鋅指蛋白家族在肝細胞癌發生發展中的作用

魏俊偉， 趙彩彥

1 河北醫科大學第三醫院 感染科, 石家莊 050051； 2 邯鄲市第一醫院 消化內科， 河北 邯鄲 056000

世界衛生組織最新數據顯示，每年約有78.1萬人死于肝細胞癌(HCC)，占癌癥總死亡人數的8.2%；其中有50%的HCC病例和死亡病例發生在中國，是目前我國第四位的常見惡性腫瘤及第三位的腫瘤致死病因[1]。HCC起病隱匿，早期不易診斷，我國60%以上HCC診斷時已為中晚期，是導致預后不良的主要原因。目前研究[2]表明，基因的異常表達參與了HCC的發生發展，且針對這些異常表達基因的靶點治療是未來HCC精準治療的方向。鋅指蛋白(zinc finger protein, ZNF)家族是人類基因組中最大的轉錄因子家族，它參與調控細胞分化、胚胎發育，并與許多疾病相關。目前越來越多的證據顯示ZNF在HCC發生發展中發揮重要作用，并有望成為HCC新的腫瘤生物標志物和治療靶點。本文就近年來ZNF家族與HCC相關研究進展作一綜述。

1 ZNF家族的結構與生物學功能

ZNF家族是最大的序列特異性DNA結合蛋白家族，由2%的人類基因編碼[3]。根據鋅指半胱氨酸(Cys)和組氨酸殘基圍繞Zn2+所構成的空間結構的不同，可將ZNF家族分成8個不同的折疊群[4]：類C2H2型鋅指、塞結狀鋅指、高音譜號鋅指、帶狀鋅指、Zn2/Cys6型鋅指、類TAZ2型鋅指、鋅離子結合短環鋅指和金屬硫蛋白鋅指。其中C2H2型鋅指為最大的也是目前研究最多的一類鋅指。C2H2型ZNF中的鋅指模體以線性重復的排列方式存在于蛋白質的C末端，除了串聯鋅指模體外，C2H2型ZNF還包含其他功能域，如Krüppe相關性保守盒、痘病毒鋅指、BTB(取3個典型的含有此功能域的基因的首字母命名)、SCAN(取4個典型的含有此功能域的基因的首字母命名)等。不同類型的ZNF具有豐富的生物多樣性功能，參與調控細胞分化、胚胎發育，并與許多疾病相關，是一類重要的功能蛋白質。本文就C2H2型ZNF在基因調控中的一般機制及其在肝癌發生發展中的多種作用進行討論。

2 ZNF家族在HCC中的作用

2.1 促癌作用

2.1.1 促進增殖 ZNF233由Krüppe相關性保守盒結構和12個鋅指結構域組成。Xie等[5]發現肝癌組織中ZNF233表達水平顯著升高，并且與肝癌患者的腫瘤分級、分期及預后相關；進一步的體內外實驗證實，敲除ZNF233基因可以抑制肝癌細胞的增殖和腫瘤的發生。ZNF281也可稱之為ZBP99，近年來已被證實為一種上皮細胞-間充質轉化誘導轉錄因子，參與了多潛能和癌癥的調控[6-7]。Chen等[8]發現肝癌患者外周血單個核細胞中ZNF281表達水平明顯升高，且其增高水平與腫瘤的大小、分期以及血管侵襲性呈正相關；細胞功能實驗證實了ZNF281可以促進肝癌細胞增殖。ZNF384重排在混合型急性白血病中的作用已被多項研究[9-10]證實，最近He等[11]研究證明ZNF384在HCC組織中表達升高，通過直接上調Cyclin D1的表達來促進HCC細胞的增殖，且與腫瘤復發和總體生存率不良明顯相關，因此可作為HCC患者的預后預測因子。

2.1.2 逃避凋亡 ZNF32基因定位于10q23-q24染色體區域，多項研究均提示ZNF32基因為腫瘤促進基因；其中Li等[12]報道ZNF32在HCC中顯著上調，在中等水平活性氧下，SP1靶向激活ZNF32基因轉錄，進而激活ZNF32靶基因補體1q結合蛋白(complement 1q-binding protein, C1QBP)轉錄來逃避氧化應激誘導的凋亡，從而為ZNF32的抑制及促氧化抗癌藥物聯合應用于HCC的治療提供了一種有前景的策略。關于ZNF689，在軟瓊脂集落形成實驗的功能評估中顯示它有致瘤活性，并與轉錄輔助阻遏物TIF1β相互作用[13]。Shigematsu等[14]進一步研究發現在體內ZNF689 siRNA降低了HepG2小鼠的腫瘤生存能力，且ZNF689通過抑制Bak/Bax/Bid通路來阻斷促凋亡信號，從而導致HCC的進展。

2.1.3 促進復發 ZNF687在腎臟、脾臟等造血器官中高度表達，參與調節造血細胞的增殖和分化[15]。Zhang等[16]報道ZNF687在HCC細胞系和組織中顯著上調，且與HCC無復發生存率顯著相關，并證實ZNF687是通過靶向上調多能性相關因子BMI1、OCT4和NANOG的表達促進腫瘤復發。

2.1.4 多重作用 ZNF667最初在心肌缺血預適應中被發現顯著過表達。Cheng等[17]發現在肝癌組織和細胞中ZNF667表達增多，且與腫瘤大小、臨床分期和腫瘤分化有關，并發現ZNF667主要通過調節Bcl-2和Bax的表達來促進細胞的增殖、侵襲和遷移。ZNF267又稱HZF2，調控包括發育、增殖和分化在內的多種生物學過程。Schnabl等[18]發現ZNF267表達水平在肝硬化組織及肝癌組織均升高，且細胞實驗證實了ZNF267可以促進肝癌細胞的增殖和遷移。由于肝硬化是HCC的主要危險因素，因此ZNF267可以作為慢性肝病患者的HCC預防和治療潛在靶點。ZNF217在多種腫瘤組織中呈過表達，且與腫瘤的侵襲性行為和臨床預后不良有關。Si等[19]最新報道ZNF217在體內外實驗中均可以促進肝癌細胞增殖與侵襲，進一步的分子機制研究發現miRNA-101直接結合于ZNF217,而ZNF217與LSD1相互作用形成轉錄抑制復合物靶向抑制CDH1基因的轉錄，首次揭示了miRNA-101/ZNF217/CDH1軸的調控機制，為ZNF217可能成為HCC患者的治療靶點提供了新的證據。

2.2 抑癌作用

2.2.1 誘導凋亡 ZNF307也被稱為ZKSCAN4、ZSCAN36和ZNF427，從人類胚胎心臟cDNA克隆而來。Liang等[20]研究發現ZNF307的表達在HCC組織和細胞中顯著下調，ZNF307過表達增加了細胞凋亡的發生率，而敲低降低了細胞凋亡的發生率。與此相一致的是，凋亡關鍵調節因子如caspase-3、BAX和BCL-2也被ZNF307調節。ZBP-89又稱為ZNF-148、BFCOL1和BERF-1，To等[21]報道ZBP-89通過與Bak基因啟動子靶向結合促進其轉錄，進而誘導肝癌細胞凋亡。

2.2.2 多重作用 ZNF774是一種新型C2H2型ZNF，Guan等[22]發現ZNF774在HCC中表達明顯下調，且以ZNF774/NuRD復合物形式抑制了包括NOTCH2在內的一組基因，從而抑制肝癌細胞的增殖、侵襲、生長和轉移。ZNF382基因位于19q13.13號染色體，據報道[23]，它在包括乳腺癌、結腸癌、食管癌、胃癌等在內的多種癌癥中經常被甲基化，并可能發揮腫瘤抑制作用。Dang等[24]報道在HBV相關肝癌中ZNF382基因因啟動子被甲基化其表達水平下降，體內外實驗證實其可以抑制腫瘤細胞的增殖、侵襲、遷移及誘導凋亡，并闡述了ZNF382通過轉錄抑制其下游靶基因比如FOS、DVL2、JUN、FZD1進而抑制AP-1和Wnt/β-catenin通路和激活p53信號通路的分子機制。ZNF545基因位于19q13.13號染色體上，在多種人類腫瘤中ZNF545基因亦經常被甲基化[25-26]。Yang等[27]報道ZNF545在HCC中通過抑制NF-κB信號抑制腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲及誘導凋亡。

2.3 其他作用

2.3.1 具有干細胞樣特性 鋅指蛋白X連鎖(zinc finger protein X-linked, ZFX)基因位于X染色體上，已有研究[28]證明ZFX是胚胎干細胞和成體干細胞自我更新的共同分子調控因子。Lai等[29]研究發現ZFX表達水平在HCC組織明顯升高，且ZFX可通過轉錄激活Nanog和SOX2的基因表達，使肝癌細胞具有干細胞樣特征，如自我更新和耐藥特性。

2.3.2 作為癌-睪丸抗原(cancer-testis antigen, CT-Ag)

ZNF165是已知的睪丸組織特異性基因，在正常成人睪丸組織中表達[30]。Dong等[31]發現ZNF165在肝癌、胃癌等癌組織中亦有表達，且在一部分HCC患者血清中檢測到針對ZNF165的抗體，因此ZNF165是一種能夠引起體液免疫反應的新型CT-Ag，并參與肝癌生物學過程，為肝癌的免疫治療提供了新的視角。以上ZNFs在HCC中的作用見表1。

3 ZNF家族在HCC中的相關調控機制

ZNF在HCC中通過對下游基因的轉錄調節參與細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉移，且不同的調控層次導致ZNF在腫瘤發生中的作用不同。下文就C2H2型ZNF在HCC發生過程中的不同調控層次進行簡單總結(圖1)。第一，轉錄水平調控：ZNF基因啟動子CpG島區域被甲基化，從而抑制ZNF基因轉錄；第二，轉錄后水平調控：ZNF在腫瘤組織中的表達差異由癌癥相關的miRNA調控；第三，翻譯后水平調控：不同的環境刺激會激活信號轉導級聯反應使ZNF蛋白發生翻譯后修飾如乙酰化、磷酸化等，翻譯后修飾調控影響ZNF與其他蛋白和靶基因DNA結合的能力；第四，與序列特異性DNA結合水平調控：ZNF以其不同的蛋白結構域或與不同的翻譯后修飾結合來招募不同的相互作用蛋白，包括轉錄輔助激活因子/輔助抑制因子、染色質修飾因子和其他轉錄因子，最終與序列特異性DNA結合激活或抑制下游基因調控細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉移。

4 小結與展望

ZNF家族作為人類基因組中最大的轉錄因子家族，廣泛參與了人類體內的各種生物學過程。目前越來越多的證據顯示了這種潛力，即ZNF在HCC發生發展中發揮重要作用，通過多種調控層次最后對下游靶基因的轉錄調節調控細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉移，并有望成為HCC新的腫瘤生物標志物和治療靶點。但由于ZNF家族種類和結構的復雜性，且在HCC中的作用機制尚未完全闡明，仍有待于進一步的研究與探索。

表1 ZNFs在HCC中的作用

作者貢獻聲明：魏俊偉負責本文思路設計及撰寫文章；趙彩彥負責指導撰寫文章并最后定稿。