轉錄因子CUX1在腫瘤中的雙向調控作用*

余莉華 綜述，劉北忠 審校

1.重慶醫科大學附屬永川醫院檢驗科，重慶 402160；2.重慶醫科大學附屬永川醫院中心實驗室，重慶 402160；3.重慶醫科大學臨床檢驗診斷學教育部重點實驗室，重慶 400016

腫瘤是全球范圍內威脅人類健康的主要疾病之一，在全球112個國家中，腫瘤是造成人類70歲前死亡的第一或第二大原因[1]。國際癌癥機構發布的最新數據顯示，2020年全球有1 930萬腫瘤新發病例和近1 000萬腫瘤死亡病例，預計2040年將達到2 840萬例[2]。面對腫瘤的高發病率和高病死率，進一步探索其分子機制十分重要。同源框CUT樣蛋白1(CUX1)在細胞增殖、細胞周期調控、細胞分化進程、DNA損傷修復和組織器官發育等方面發揮重要作用，也參與多種腫瘤的發生、發展[3]。有趣的是，CUX1在某些腫瘤中可以作為促癌基因發揮作用，而在另外一些腫瘤中又扮演著腫瘤抑制因子的角色。本文主要從CUX1的結構和蛋白同工型、生物學功能、促癌和抑癌作用等方面進行綜述。

1 CUX1的結構和蛋白同工型

CUX1屬于轉錄因子同源結構域CCAAT置換蛋白(CDP)家族的成員，在進化上高度保守[3]。人類CUX1基因定位于第7號染色體7q22.1上，基因長度約340 kb，有至少5個不同的轉錄本[4]。由于轉錄起始改變或蛋白酶水解作用，CUX1可以經不同轉錄本編碼或不同蛋白酶水解產生多種蛋白同工型，且不同的同工型表現出不同的DNA結合特性和轉錄活性[5]。

目前已經公開報道的CUX1蛋白同工型主要有p200(全長型)、p150、p110、p90、p80、p75和p55 CUX1。其中，只有p200、p110和p75 CUX1可以穩定存在于細胞中，并在人體大多數器官和組織細胞表達[6]。p200 CUX1是CUX1基因編碼的全長型蛋白分子，約由1 505個氨基酸組成，包含4個高度保守的DNA結構域，即3個CUT重復序列和1個CUT同源域HD(CR1-CR2-CR3-HD)[3]。此外，p200 CUX1的N端和C端分別有1個自抑制域和2個主動抑制域(R1和R2)[5]。由于其自抑制域結構，p200 CUX1只能與含CCAAT序列的DNA啟動子發生快速而短暫的結合，并往往作為轉錄抑制因子發揮作用[6]。p110 CUX1同工型是p200 CUX1被組織蛋白酶或絲氨酸蛋白酶水解的產物，含有CR2、CR3和HD 3種DNA結構域(CR2-CR3-HD)[7]。p75 CUX1同工型是一種獨特的剪接變異體，經選擇性剪切產生，只包含CR3和HD兩種DNA結構域(CR3-HD)[8]。由于N末端自抑制域結構的缺失，p110和p75 CUX1可以與DNA穩定結合，并根據所結合的啟動子不同，作為轉錄激活因子或轉錄抑制因子發揮作用[5]。

2 CUX1的生物學功能

CUX1是在進化上高度保守的轉錄因子，在胚胎和神經系統發育、細胞增殖、細胞周期調控、細胞分化進程和DNA損傷修復等方面發揮重要作用。

2.1CUX1在胚胎和神經系統發育中的作用 CUX1在人類胚胎發育時期即可檢出，并在大多數器官和組織中表達[9]。研究發現，CUX1基因敲除的小鼠由于肺上皮細胞的分化遲緩，在出生后不久即出現部分死亡，剩余的存活小鼠也表現出生長發育減慢、毛囊缺陷、生育力降低、皮膚發育異常和免疫系統發育不全等特征[10]。相反，過表達CUX1的轉基因小鼠則表現為器官腫大和多器官增生[11]。在神經系統發育方面，CUX1可以刺激大腦皮質Ⅱ～Ⅲ層神經元的樹突分支和突觸形成，影響認知和記憶功能的發育，其等位基因突變和單倍劑量不足可能是導致智力殘疾和發育遲緩的直接原因[12]。

2.2CUX1在細胞增殖、細胞周期調控和細胞分化中的作用 作為轉錄因子，CUX1在細胞增殖、細胞周期調控等進程中參與了大量基因和microRNA的轉錄調節，例如CUX1可以通過直接調控DNA復制相關基因，使細胞加速進入S期，并通過加強紡錘體組裝，控制有絲分裂進程[13]。CUX1與DNA的結合依賴于細胞周期進程的改變而發生動態變化。在G0和G1早期，CUX1與DNA幾乎沒有結合，而從G1末期開始，CUX1與DNA開始結合并在S期達到高峰[14]。研究發現，細胞周期蛋白A/CDK1和細胞周期蛋白B/CDK1介導的CUX1過度磷酸化可以使CUX1-DNA的結合活性在細胞G2期明顯減弱，甚至在細胞分裂時重置為0[15-16]。另外，CUX1在未分化的組織細胞中表達水平相對更高[17]。而動物實驗結果顯示，CUX1突變的轉基因小鼠往往出現肺上皮細胞分化遲緩、毛囊分化不全等特征[18]。在小鼠和人類中，CUX1在長期造血干細胞(LT-HSC)中的表達水平較高，而在短期造血干細胞(ST-HSC)和髓系祖細胞中的表達水平較低，且對維持人造血干細胞(HSC)靜止、調節細胞譜系和細胞的正常分化非常重要[19]。這些結果揭示CUX1在細胞增殖、周期和細胞分化進程中的重要作用。

2.3CUX1在DNA損傷修復中的作用 研究發現，CUX1可以直接或間接地參與DNA損傷修復反應。VADNAIS等[20]根據全基因組分析結果，建議將包括ATM和ATR基因在內的18種與DNA損傷修復反應相關的基因作為p110 CUX1的推定靶標；證實CUX1可以直接調控轉錄這些DNA損傷修復反應相關基因，是電離輻射和(或)紫外線引起DNA損傷后的修復過程所必需的轉錄因子。除了直接調控轉錄，CUX1還可以作為輔助因子來促進DNA損傷修復[21]。例如，CUX1可以通過與8-羥基鳥嘌呤DNA糖基化酶1(OGG1)相互作用，直接刺激OGG1和嘌呤/嘧啶(AP)裂解酶的活性，從而增強ROS誘導的DNA損傷修復[22]。CUX1還可以通過刺激DNA聚合酶β和磷酸脫氧核糖(dRP)裂解酶的活性來促進DNA損傷修復進程[23]。

3 CUX1在腫瘤中的雙向調控作用

越來越多的證據顯示，CUX1在腫瘤發生、發展中發揮著不可替代的作用。有趣的是，CUX1在腫瘤中的調控作用是雙向的，可以作為促癌基因或抑癌基因參與腫瘤的發生、發展。

3.1CUX1在腫瘤中的促癌作用 在結直腸癌中，CUX1曾被定義為與人結直腸癌最相關的五大基因之一，可以通過增強細胞遷移和侵襲來促進結直腸癌的發生、發展[24]。在乳腺癌中，CUX1一方面可以與雌激素受體α(ER-α)的啟動子直接結合，促進乳腺癌細胞的增殖，并增強細胞對雌二醇和4-羥基他莫昔芬的耐藥性；另一方面還可以直接調控Snail和E-cadherin基因轉錄，加速乳腺癌細胞的遷移和侵襲[6]。在胰腺癌中，高表達的CUX1可以通過對BCL2的上調和腫瘤壞死因子α的下調來抑制細胞凋亡[25]。在肺癌中，p110 CUX1通過上皮-間質轉化(EMT)信號通路促進肺癌細胞的侵襲和遷移[26]。另外，在神經膠質瘤中，p200、p110和p75 CUX1均被發現與腫瘤分級和不良預后顯著相關。其中，p200 CUX1主要通過JAK-STAT途徑調控細胞周期，促進腫瘤細胞的增殖及炎癥環境和耐藥性的產生；p110 CUX1和p75 CUX1則通過促進EMT加速腫瘤細胞的遷移和侵襲[27]。在胰腺神經內分泌腫瘤中，隊列研究結果顯示，CUX1表達水平與腫瘤嚴重程度呈負相關，且與經過治療患者的生存期較短顯著相關[28-29]。機制上，CUX1一方面通過上調半胱氨酸蛋白酶和死亡相關蛋白激酶1(DAPK1)的表達來促進腫瘤進程、增強腫瘤細胞的耐藥性[28]，另一方面通過調控基質金屬蛋白酶9(MMP9)的生成，來促進腫瘤細胞的增殖和遷移[29]，并通過旁分泌方式刺激內皮細胞并促進腫瘤血管生成[30]。近期的研究還揭示了循環CUX1(circ-CUX1)在神經母細胞瘤中的致癌作用，研究發現，circ-CUX1不僅可以通過與EWS RNA結合蛋白1(EWSR1)結合，增強后者與鋅指蛋白的相互作用，進而促進瘤細胞的有氧糖酵解和生長速率，還可以通過靶向miR-16-5p/DMRT2信號級聯反應加速腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲[31]。

3.2CUX1在腫瘤中的抑癌作用 盡管已有的一些研究揭示了CUX1在腫瘤進展中的致癌作用，但CUX1在某些腫瘤中也可能發揮腫瘤抑制作用。

來自細胞遺傳學的數據顯示，包括髓細胞性白血病、腎癌、卵巢癌和子宮平滑肌瘤在內的多種腫瘤的發生與第7號染色體丟失密切相關[32-34]。CUX1基因定位于染色體7q22.1，是第7號染色體發生雜合性丟失(LOH)的靶點[21]。CUX1的雜合性丟失常常表現為單倍劑量不足，即CUX1 mRNA和蛋白表達水平降低[35]。AN等[19]發現，在-7/del(7q)相關的急性髓細胞白血病(AML)患者中，CUX1蛋白表達水平約為對照組的66%；而在小鼠模型中，CUX1單倍劑量不足可以使人源的惡性造血細胞在小鼠體內具有更顯著的移植優勢和更快的細胞增殖速率，而且更易發生骨髓異常增生并伴三系(髓系、紅系、淋巴系)細胞發育不良。

除了雜合性丟失，CUX1失活突變也與腫瘤發生、發展相關。PAPAEMMANUIL等[36]發現，約3%的骨髓增生異常綜合征(MDS)患者中存在CUX1失活突變。一項對人類7 651種不同腫瘤的大規模基因組分析研究顯示，1%～5%的人類腫瘤中均存在CUX1失活突變[37]。基于小鼠模型的研究發現，CUX1失活突變可以導致無效的紅細胞生成，進而發展為MDS；相反，在患病小鼠中，恢復CUX1表達足以逆轉該疾病進程[19]。新近研究顯示，CUX1缺陷型小鼠在大約1歲時開始發展出類似于人惡性造血系統疾病的體征，如脾大、造血系統發育異常和骨髓單核細胞浸潤等[38]。這些研究結果為CUX1作為腫瘤抑制因子提供了證據。

4 小結與展望

CUX1在腫瘤中的重要作用毋庸置疑。CUX1可以發揮促癌和抑癌的雙向調控作用，其調控方向可能與發揮作用的不同蛋白同工型及不同的腫瘤組織來源有關。相對于p200 CUX1在不同腫瘤中的不同作用，p110和p75 CUX1同工型的促癌作用似乎更為明確。但是，目前大多數研究并未將不同CUX1蛋白同工型區分開來，因此，進一步深入探討不同CUX1同工型在腫瘤中的生物學效應和分子調控機制具有重要意義。