PRDM 與結腸癌關系的研究進展

劉冠，肖珺丹，王長友

(華北理工大學附屬醫(yī)院普外科，河北 唐山 063000)

0 引言

結腸癌是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一, 其發(fā)病率在全世界惡性腫瘤中排第三位，其死亡率在中國排名第五[1,2]。隨著我國人民生活習慣和飲食結構的改變,結腸癌在我國的發(fā)病率逐年增高，嚴重影響患者的生活質量。由于結腸癌早期癥狀不明顯,大部分患者在發(fā)現(xiàn)患者病時已處于癌癥的中晚期,因此治療效果受到很大的限制。闡明結腸癌的發(fā)病機制,尋找特異的診斷標志物和治療靶點對于結腸癌的精準治療至關重要。PRDM(PRDI-BF1 and RIZ homology domain containing)家族是一個關于人類腫瘤形成的轉錄因子家族，目前在人類中發(fā)現(xiàn)了19 個家族成員[3-6]，因所有家族成員的N 端都包含一個約130 個氨基酸的典型PR 結構域而得名。研究表明，PRDM 家族成員可以通過其固有的甲基轉移酶活性或與其他染色質修飾酶相互作用參與基因的表觀遺傳調控[3-5]。通過這種方式，它們可以影響生物學過程，包括細胞的增殖和分化。因此，PRDM 基因與癌癥的發(fā)生、侵襲和轉移密切相關，其表達的改變影響著癌癥患者的預后。近年來，國內外多項研究探索了PRDM 家族與結腸癌的相關性。本文主要對PRDM 基因在結腸癌中發(fā)生發(fā)展的作用進行分析和總結，為研究新的結腸癌診斷治療策略以及評估患者預后關系提供重要理論依據。

1 PRDM 的結構及功能特點

惡性腫瘤的形成、進展和轉移與癌基因、抑癌基因不可逆的積累突變和失調有關。PRDM 是Kruppel 樣鋅指基因產物的亞家族，可編碼19 種不同的轉錄因子[6,7]。其特點是所有成員都包含一個保守的位于N 段的PR (PRDI-BF1 and RIZ1 homology)結構域，該結構域與 SET[Su(var)3-9, enhancer-ofzeste 和trithorax] 結構域高度同源，許多SET 結構域具有組蛋白或非組蛋白底物的甲基轉移酶活性[3-4,8-9]。然而，到目前為止，只有少數PRDM 家族成員通過實驗證明了其酶活性，其他缺乏內在酶活性的PRDM 蛋白能夠直接或間接地與組蛋白修飾酶相互作用，以正向或負向調節(jié)染色質結構[1-3]。除了PRDM11 外，PR 結構域通常位于蛋白質的N 端區(qū)域，隨后是鋅指蛋白，由于其特殊的指狀結構，它們在識別與結合DNA序列以及蛋白質-蛋白質相互作用中作用顯著，從而可干預轉錄過程中基因的表達水平[3-4,8-9]。

大多數PRDM 家族是通過可變剪切或通過兩種不同的啟動子編碼兩種不同的產物，即PR+和PR-，它們表現(xiàn)出相反的作用，特別是在癌癥中[3-5]。具體而言，全長型產物（PR+）通常起腫瘤抑制作用，而短型（PR-）起癌基因作用。在許多人類惡性腫瘤中均發(fā)現(xiàn)了兩種表達產物失衡--PR-亞型表達更高的現(xiàn)象，這可能是由于PR+失活突變或表達降低，以及PR-表達增加導致的[4,5]。

近年來，隨著PRDM 的研究不斷拓展，人們發(fā)現(xiàn)PRDM通過調節(jié)表觀遺傳修飾、基因組重編程、炎癥和代謝的穩(wěn)態(tài)等過程參與惡性腫瘤的發(fā)生，對于癌癥的預防、診療及指導患者預后具有重要意義。多種癌癥都開展了PRDM 相關的研究，結腸癌也位列其中。

2 PRDM 與結腸癌的研究進展

2.1 PRDM1 通過抑制p53 轉錄調節(jié)細胞生長

PRDM1/BLIMP1 (B lymphocyte-induced maturation protein-1)是人β-干擾素基因表達的阻遏物[10]，同時，它是B淋巴細胞終末分化的多效調節(jié)因子[11]。PRDM1/BLIMP1 還在T 細胞和NK 細胞中表達，并調節(jié)它們在體內的平衡[12-14]。PRDM1/BLIMP1 并不具備固有的甲基轉移酶活性，它是通過與HDACs 和G9a 的相互作用或直接結合并抑制MYC 轉錄因子來發(fā)揮其功能[15,16]。

在結直腸腫瘤細胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 可以導致癌細胞的凋亡和生長停滯，并且敲除PRDM1/BLIMP1 誘導了p53 靶基因的表達，使得p53 mRNA 和蛋白質的表達水平均明顯增高，而在敲除p53 基因的細胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 所導致的癌細胞凋亡在很大程度上被抑制。因此，PRDM1/BLIMP1 與p53 啟動子結合并抑制其轉錄，p53 反過來與PRDM1/BLIMP1 結合并正向調節(jié)[17]。有研究表明，在骨髓瘤細胞系中存在PRDM1 基因的另一種蛋白質產物，命名為PRDM1β，它是通過內部啟動子替代轉錄起始位點產生的，它的PR 結構域缺少氨基酸末端101aa[18]。最近一項研究表明，PRDM1β 是人結腸器官中的p53 應答基因，PRDM1 的表達降低可能預示著結腸癌患者的預后不良[19]。因此，PRDM1 在結腸癌中可能既有致癌作用又有抑癌作用，仍需要進一步的實驗和研究證明PRDM1 與結腸癌的關系。

2.2 PRDM2 啟動子甲基化促進結腸癌細胞的增殖

PRDM2 位于染色體1p36 處，具有腫瘤抑制作用，通常受人類多種惡性腫瘤的遺傳變異影響。它的內部啟動子可產生兩種主要的蛋白質產物，分別為RIZ1（PR +）和RIZ2（PR-），即含有和不含有PR 結構域的兩種蛋白產物[5]。如前文所述，它們的失衡可能是惡性腫瘤的重要原因。研究表明，RIZ1 和RIZ2 均在正常組織中大量表達，但在許多人類癌癥組織和細胞中經常發(fā)現(xiàn)RIZ1 基因的失活以及RIZ2 表達水平的增高[20,21]。RIZ1 可能負調控細胞的生長和腫瘤發(fā)生，而RIZ2 可能是通過促進細胞有絲分裂的進而促進了癌細胞的發(fā)生和增殖[22,23]。研究發(fā)現(xiàn)，PRDM2/RIZ1 啟動子中的CpG 島經常在許多類型的癌癥中被甲基化，例如乳腺癌、肝癌、結腸癌以及肺癌，DNA 甲基化被認為是PRDM2/RIZ1失活的主要機制[23]。實驗證明，RIZ1 啟動子異常甲基化是RIZ1 失活的主要原因,對RIZ1 進行去甲基化處理使其重新表達能明顯減緩結腸癌細胞的增殖,促使其凋亡。總的來說，一些結果表明RIZ1 具有抑癌活性，而RIZ2 可以作為致癌基因發(fā)揮作用[5]。

2.3 PRDM3/MECOM 高表達促進結腸癌細胞的增殖和遷移侵襲能力

PRDM3/MECOM（MDS1 and EVI1 Complex） 基 因座位于染色體3q26.2 處，由兩個編碼基因融合而成，這兩個編碼基因具有兩個不同的轉錄起始位點，分別產生MDS1（myelodysplasia syndrome 1） 和EVI1（ecotropic virus integration site 1），它們結合成含有PR-亞型結構域的產物，被稱為EVI1 或者sPRDM3（shorter PRDM3）[25]。

有研究報道，EVI1 在結腸癌中呈現(xiàn)高表達，它的存在可能影響著結腸癌的發(fā)生發(fā)展和患者對化療的敏感性。TGF-β是重要的腫瘤抑制因子，對于結腸癌的發(fā)生、侵襲和轉移起著關鍵的作用，在結腸癌中常會發(fā)生TGF-β 反應的丟失。實驗表明，EVI1 的高表達抑制了TGF-β 的信號轉導，阻斷了TGF-β 所誘導的結腸癌細胞的生長抑制。通過該機制，部分結腸癌細胞逃脫了TGF-β 的腫瘤抑制作用，這對于結腸癌的發(fā)生發(fā)展有著重要的影響[26]。上皮間質轉化（Epithelialmesenchymal transition, EMT）在結腸癌的轉移中起著重要作用。研究表明，EVI1 與所有已知的EMT 相關轉錄因子（SNAIL，SLUG，ZEB1,ZEB2，TWIST1 和TWIST2）之間呈負相關。SLUG 是EMT 的主要調控者，可以促進結腸癌細胞的遷移能力和侵襲性。EVI1 通過鋅指結構直接與SLUG 啟動子結合并下調其表達，從而抑制了EMT。進一步實驗發(fā)現(xiàn),沉默EVI1 增強了結腸癌的侵襲性,證明了它在結腸癌轉移中的重要作用[27]。所以，EVI1 在結腸癌的增殖、侵襲和轉移中發(fā)揮重要作用，有持續(xù)研究的價值。

2.4 PRDM5 啟動子甲基化促進結腸癌的發(fā)生發(fā)展

PRDM5 被認為是重要的腫瘤抑制基因，在細胞分化和癌細胞惡性轉化的過程中起著重要的作用。研究表明，PRDM5在人類正常組織中廣泛表達，但由于啟動子CpG 島甲基化而在多種癌癥中表達下調或沉默。關于其潛在機制，可能是通過負調控Wnt/β-catenin 信號通路和癌基因表達（例如CDK4、TWIST1、MDM2）來發(fā)揮作用[28]。PRDM5 的表觀遺傳沉默也存在于結腸癌中，其異位表達導致了癌細胞的生長抑制，表明PRDM5 在結腸癌中起著抑癌作用。值得注意的是，在原發(fā)性結直腸癌中檢測到PRDM5 啟動子甲基化，但在與腫瘤相鄰的區(qū)域收集的非癌組織標本中并未檢測到[29]。最近一項研究顯示，在鋸齒狀癌變途徑的BRAF 突變型結腸癌中觀察到了顯著的PRDM5 啟動子甲基化，而在傳統(tǒng)途徑的BRAF野生型癌癥中檢測到了較低水平的甲基化。此外，PRDM5 甲基化在部分鋸齒狀息肉中也很明顯，表明這可能是腫瘤發(fā)生的早期事件[30]。所以，PRDM5 是結腸癌中重要的抑癌基因。

2.5 PRDM10 促進BCL2 表達導致結腸癌細胞的耐藥性

目前，有關PRDM10 在結腸癌中的作用的研究不多，利用生物信息學分析發(fā)現(xiàn)PRDM10 在許多惡性腫瘤（例如肝細胞癌，前列腺癌和鼻咽癌以及胃癌和結直腸癌）中存在高表達，可能具有致癌的作用。有研究表明，PRDM10 蛋白可以與BCL2 基因的啟動子結合以上調其表達，這可能是促進腫瘤發(fā)生的潛在機制[31]。BCL2 蛋白決定癌細胞對化療的反應，因此，BCL2 抑制劑的研究和開發(fā)對于發(fā)現(xiàn)癌癥中新的藥理調節(jié)劑具有巨大的潛力。目前仍需進一步的研究來確定，是否可以PRDM10 的表達以抑制BCL2，以研發(fā)新型的腫瘤抑制劑。

2.6 PRDM14 促進結腸癌細胞的增殖和遷移侵襲能力

越來越多的證據表明，癌干細胞可以產生具有各種表型的癌細胞，是細胞耐藥性和癌癥轉移的重要原因，并且是關鍵的治療靶點[32-34]。

PRDM14 是位于染色體8q13.3 上，具有1 個PR 結構域和6 個鋅指結構的蛋白，廣泛存在于人類的不同組織中。它是胚胎干細胞（ESC）多能性和原始生殖細胞（PGC）形成的特異性轉錄調節(jié)因子，通過多種表觀遺傳調控機制抑制或激活相關靶基因，在維持細胞多能性上發(fā)揮著重要作用[35]。

最近，已經在多種惡性腫瘤中檢測出了PRDM14 的異常表達，例如乳腺癌、胰腺癌、非小細胞肺癌等[36-38]。有研究報道了PRDM14 在體內或體外均促進了腫瘤干細胞樣表型，并提出PRDM14 有作為新的治療標靶的潛力[39-42]。日本的一項研究通過免疫組化實驗證明了PRDM14 在結腸癌組織中高表達，且高表達PRDM14 的細胞主要是腫瘤浸潤前沿細胞。在按癌癥分期進行的分析中， PRDM14 的高表達是Ⅲ期結腸癌患者的獨立預后因素。此外，實驗證明，PRDM14 的高表達增強了體外結腸癌細胞的干性、侵襲性和耐藥性，并增強了體內癌細胞的致瘤性[43]。這些結果表明，PRDM14 的表達上調與結腸癌患者的淋巴結轉移、疾病分期相關。然而，對于結腸癌患者PRDM14 高表達的機制尚不完全清楚。可能通過 DNA 啟動子區(qū)和 CpG 島區(qū)域的異常甲基化，導致抑癌基因失活和癌基因激活，從而上調PRDM14 蛋白的表達，使PRDM14成為染色體 8q13 上的基因擴增的靶點[43,44]。總之，PRDM14可以作為結腸癌患者耐藥性或預后的潛在生物標志物，特別是對于制訂Ⅲ期結腸癌患者的輔助治療方案具有指導意義。

3 展望

目前，有關PRDM 家族的研究有力的證實了其與結腸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關，它們通過影響腫瘤細胞的增殖、侵襲、遷移、凋亡以及經上皮間質轉化過程影響結腸癌的發(fā)生發(fā)展，對于結腸癌的診斷、治療及預后具有潛在的研究價值。PRDM有望成為結直腸癌的分子標志物及治療靶點，為結腸癌的預防、診斷、治療和指導結腸癌患者的預后開辟出新的途徑。