羧基末端結合蛋白：一種實體腫瘤的致癌因子

馬娟，周思思，馬穎才#，榮光宏

1青海大學研究生院，西寧 810000

2青海省人民醫院消化內科，西寧 810000

據世界衛生組織公布，2018年全球癌癥新發1810萬例，死亡960萬例，中國癌癥新發180.4萬例，死亡229.6萬例，均居全球癌癥新發例數和死亡例數的第1位[1]。預防和治療腫瘤是未來醫學研究的重要目標。腫瘤的發生、發展涉及多因素、多階段的相互協調、相互作用，預測腫瘤相關標志物是目前醫學研究的熱點。羧基末端結合蛋白（C-terminal-binding protein，CtBP）是一種轉錄輔抑制因+高表達于乳腺癌[2]、肺癌[3]、卵巢癌[4]、胰腺癌[5]、食管癌[6]等多種腫瘤中，參與腫瘤細胞“Warburg效應”[7]、上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）[8]、腫瘤干細胞的自我更新[9]等多個過程，從而促進腫瘤的發生、發展。本文就CtBP在實體腫瘤中表達情況的研究進展作一綜述。

1 CtBP概述

CtBP是1993年Boyd等[10]研究人類腺病毒5型E1A基因時發現的一種保守的轉錄輔抑制因子。后來大量研究發現CtBP存在于多種DNA轉錄因子的復合體中，被各種DNA轉錄因子招募至特定的啟動子或增強子區域，參與生物體發育和致癌等多個過程。

在脊椎動物體內，CtBP1和CtBP2基因分別編碼產生CtBP1和CtBP2兩種不同的蛋白[11]。盡管CtBP1和CtBP2具有很高的序列同源性，但它們之間存在本質差異。CtBP1主要定位于細胞質和細胞核，其定位主要受糖基化、磷酸化以及與PDZ蛋白結合等調控，在細胞質中主要參與高爾基體膜分裂[12]。通過對CtBP1相關蛋白的蛋白質組學進行分析，發現CtBP1蛋白可與DNA轉錄因子如鋅指E盒結合同源盒蛋白（zinc finger E-box binding homeobox protein，ZEB）、REST 輔助抑制因子（REST corepressor，COREST）和鋅指蛋白 217（zinc finger protein 217，ZNF217）、組蛋白去甲基化酶相互作用[13]。CtBP2由于存在獨特的N端結構域（N-terminal region，NTR），主要定位于細胞核，CtBP2的NTR主要受p300乙酰化的調節[14]。CtBP包括3個結構域：N端轉錄因子結合區、C端延伸區及中央脫氫酶區，它們共同參與了轉錄因子相互作用以及與底物結合的過程。

CtBP作為轉錄輔抑制因子，參與調控許多相關基因的轉錄，如靶向促凋亡基因BIK、BRCA1[15-16]、細胞骨架蛋白角蛋白-8（keratin-8）、細胞黏附分子E-鈣粘蛋白（E-cadherin）[17]及抑癌基因p16INK4a、p15INK4b等[18]，促進 EMT[19]，從而促進細胞遷移和侵襲并賦予腫瘤細胞抗凋亡活性。CtBP可以與多種腫瘤抑制因子作用，包括大腸腺瘤性息肉病基因（adenomatous polyposis coli，APC）[9]、同源結構域相互作用蛋白激酶2（homeodomain interacting protein kinase 2，HIPK2）[20]，c-Jun-NH2-末端激酶 1（c-Jun-NH2 kinase 1，JNK1）[21]和選擇性閱讀框架（alternative reading frame，ARF）[2]，因此 CtBP 在腫瘤發生、發展中發揮關鍵作用。

2 CtBP 與人類實體腫瘤

2.1 CtBP 與肝癌

EMT是腫瘤細胞遷移的重要環節。CtBP通過PXDLS基序與ZEB1相結合，并形成轉錄抑制復合物，抑制E-cadherin的轉錄。E-cadherin是一種參與細胞間黏附和維持上皮細胞狀態的分子，EMT過程中與角蛋白等其他上皮分化標志物一起被下調，使細胞從原發腫瘤部位分離并傳播到鄰近組織，導致腫瘤細胞浸潤和轉移。膠質瘤相關癌基因 1（glioma-associated oncogene 1，GLI1）是 Hedgehog信號通路中的下游轉錄因子，異常上調的GLI1通過轉錄靶標snail家族鋅指1（snail family zinc finger 1，SNAI1）誘導EMT，促進肝細胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）進展[22]。此外，GLI1 可直接結合CtBP2的啟動子而增加CtBP2的轉錄，也可正反饋調節CtBP2和SNAI1的相互作用。Ct-BP2的敲低逆轉了HCC中GLI1-SNAI1上調的EMT，表明CtBP2可促進HCC中GLI1誘導的EMT，體內實驗表明，增強CtBP2的表達可促進HCC異種移植物的生長并誘導EMT，是HCC的潛在治療靶點[7]。與匹配的正常鄰近肝組織相比，HCC中CtBP2的表達顯著增加，且與肝切除后較差的預后有關，故CtBP2可作為肝切除后HCC的預后標志物，并可在GLI1驅動的EMT期間作為SNAI1的轉錄輔抑制因子發揮作用。

2.2 CtBP 與乳腺癌

腫瘤的另一個基本特征是其對糖代謝的依賴，改變了腫瘤細胞的代謝，同時影響了煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）+/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）水平，Ct-BP中的核苷酸結合區（nucleotide-binding domain，NBD）與NADH依賴性D-2-羥基酸脫氫酶具有同源性[23]。因此，NAD+/NADH水平可以直接調控CtBP的表達，這為小分子干預治療提供了一個有吸引力的靶點。BRCA1在乳腺癌的預防中發揮了重要作用，并且常常在散發性腫瘤中的表達沉默或被抑制[24]，其表達受轉錄輔激活因子和轉錄輔抑制因子之間的動態平衡控制，CtBP在此環節中發揮重要作用。增加乳腺癌細胞中NAD+/NADH的比值，可將CtBP從BRCA1啟動子中清除，提高組蛋白乙酰化程度，并增加BRCA1的轉錄水平[2]。Zhao等[25]研究發現，CtBP與ZEB1形成的復合物通過抑制甾醇調節元件結合轉錄因子2（sterol regulatory element-binding transcription factor 2，SREBF2）的表達來調節乳腺癌細胞內的膽固醇穩態，由于膽固醇負調節細胞膜上轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）受體的穩定性，Ct-BP可以抑制細胞內膽固醇，從而導致EMT和細胞遷移增加。此外，TGF-β還能夠通過增加ZEB1和CtBP復合物向SREBF2啟動子募集來降低細胞內膽固醇，從而形成由CtBP、膽固醇和TGF-β信號轉導途徑組成的反饋環，通過該途徑，TGF-β觸發了動員腫瘤細胞轉移的級聯反應，從而促進腫瘤發展。

2.3 CtBP 與結腸癌

WNT信號在發育和腫瘤生物學中發揮至關重要的作用。CtBP以多種復雜方式與WNT信號轉導相交，WNT信號轉導的關鍵效應物β-聯蛋白（βcatenin）由于與APC復合物相互作用而被泛素化和蛋白水解酶降解，APC被截短或β-catenin突變導致β-catenin定位于細胞核，并與TCF4/LEF轉錄因子相互作用，引起多種下游效應因子被激活，包括c-Myc和細胞周期蛋白 D1（cyclin D1）等[26]。

APC是結腸癌中重要的腫瘤抑制因子，APC突變被認為是結直腸腫瘤發生的重要原因。APC經常在散發性結腸癌中發生突變，產生在C末端截短的APC蛋白質產物，該產物經寡聚化后其降解β-catenin的能力受損，導致β-catenin核定位并與TCF/LEF復合物相互作用[27]。在這種突變的APC環境中，CtBP通過結合APC的15個氨基酸重復序列促進截短的APC寡聚化，促進β-catenin進入細胞核[28]，激活下游致癌基因的轉錄靶點，如cyclin D1。此外，CtBP可直接作用于關鍵靶啟動子c-Myc和LGR5，從而激活TCF4/LEF信號通路，促進腫瘤干細胞的自我更新。表明CtBP可以直接與APC相互作用，并直接與TCF4相互作用，激活腫瘤細胞WNT信號轉導的多個節點，從而促進腫瘤的發生、發展[29]。T淋巴瘤侵襲轉移誘導因子1（T-cell lymphoma invasion and metastasis 1，TIAM1）是Rac-GTP酶的鳥嘌呤核苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF），其在調節細胞黏附、侵襲和遷移中具有關鍵作用，并且直接促進腫瘤進展和轉移[30]，TIAM1和CtBP2在表達水平上表現出很強的正相關，在大腸癌中敲除CtBP2后可下調TIAM1的表達，腫瘤細胞的遷移率會降低，相反CtBP2的異位表達可上調TIAM1的表達，提示TIAM1是CtBP2的直接轉錄激活靶點[31]，并發現Ct-BP2通過 Kruppel樣因子 8（Kruppel-like factor 8，KLF8）識別元件調節TIAM1基因啟動子。結腸癌細胞中CtBP2的過表達可激活TIAM1的表達并抑制磷酸酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達，從而激活磷脂酰肌醇3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）信號轉導，促進腫瘤細胞的遷移。相反，如果TIAM1被小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）耗盡，可阻礙CtBP依賴性遷移，證明TIAM1是CtBP的下游基因并且是CtBP誘導細胞遷移的關鍵介質。

2.4 CtBP 與前列腺癌

Moiola等[32]研究顯示，高脂飲食喂養異種移植的原位前列腺腫瘤（PC3細胞）小鼠，可誘導小鼠體內激素變化，如睪酮水平下降、膽固醇水平增加、體重增加，并減少腫瘤內NAD+/NADH比值，導致CtBP過度活躍。當正常飲食飼養具有野生型Ct-BP1（PC3-pGIPZ）或 CtBP1 耗盡（PC3-shCtBP1）的小鼠時，腫瘤生長幾乎相似。然而，當小鼠處于高脂飲食飼養時，PC3-shCtBP1小鼠組的腫瘤大小顯著減少。表明高脂飲食小鼠中NAD+/NADH比值低，導致CtBP1的活性降低，進而抑制腫瘤發展。此外，在CtBP1耗盡的腫瘤中進行的全基因組表達陣列顯示，鈣黏著蛋白1（cadherin 1，CDH1）水平增加，同時cyclin D1表達減少，表明CtBP在與代謝綜合征相關的腫瘤進展中具有重要作用[26]。Wang等[33]研究顯示，CtBP1在轉移性前列腺癌中過表達和錯誤定位，CtBP1主要定位于良性組織中的細胞核，然而在侵襲性前列腺癌中，免疫組織化學分析結果顯示，在細胞質中觀察到CtBP1著色增加。采用瞬時RNA干擾前列腺癌細胞系DU145和PC3，特異性靶向敲低CtBP1，可導致E-cadherin活化，抑制EMT，還可以抑制侵襲和轉移的新靶點LCN2和ARHGDIB的激活，降低腫瘤細胞的侵襲性。在PC3-CtBP1穩定敲除的細胞系中，應用兩個獨立的siRNA靶向LCN2，對重新激活的LCN2進行敲除，最終導致了侵襲表型的逆轉，表明LCN2在CtBP1介導的侵襲中發揮了關鍵作用。此外，腫瘤異種移植研究和鼠轉移模型的體內研究表明，CtBP1在前列腺癌的生長和轉移中具有一定的作用。以上結果說明CtBP1的表達失調在前列腺癌的進展中具有重要作用，并且可以作為可行的治療靶標。

3 小結與展望

CtBP作為一種NADH依賴的轉錄抑制因子，與有氧代謝有關且與轉錄因子相互作用，CtBP的表達與腫瘤分期、浸潤、轉移及預后密切相關，可參與WNT、TGF等多種信號通路的調節，但其調控機制尚未完全清楚，需進一步深入研究。CtBP有望成為多種腫瘤的潛在預測因子、預后指標及治療靶點，為腫瘤的早診、早治及療效評估提供新的方向。