肝細(xì)胞核因子1α在肝臟腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用及機(jī)制

聶美桐 張 新 謝渭芬

肝細(xì)胞核因子1α(HNF1α)是一種主要在肝臟表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，在肝臟的生長(zhǎng)、發(fā)育和代謝過(guò)程中起著重要作用。HNF1α對(duì)肝臟腫瘤發(fā)生、發(fā)展的病理、生理過(guò)程具有重要的影響，可能成為肝臟腫瘤治療的有效靶點(diǎn)。本文就HNF1α在肝臟腫瘤中的表達(dá)特征及其調(diào)控肝臟腫瘤和相關(guān)慢性肝病發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制等方面作一綜述。

1 HNF1α概述

HNF1α是一種POU同源域蛋白，為HNF家族成員，于1987年在肝臟中首先被發(fā)現(xiàn)。HNF1α是由人類(lèi)12號(hào)染色體上HNF1α基因編碼的631個(gè)氨基酸構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄因子[1-3]，包括3個(gè)結(jié)構(gòu)域：N端二聚體結(jié)合結(jié)構(gòu)域、C端反式激活結(jié)構(gòu)域和一個(gè)高度保守的同源DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。N端二聚體結(jié)構(gòu)域可能與多聚體的鎖鏈結(jié)構(gòu)形成有關(guān)，其與C端反式激活結(jié)構(gòu)域在HNF1α與DNA結(jié)合后形成二聚體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中共同發(fā)揮著重要作用。而高度保守的同源DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域恰巧插入上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間，且不依賴其DNA序列結(jié)合靶基因，而是通過(guò)HNF1α的二分對(duì)稱(chēng)序列與靶基因啟動(dòng)子中的偽回文序列結(jié)合，這種結(jié)構(gòu)也許是HNF1α調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的原因之一[4-5]。

HNF1α在肝臟中特異性表達(dá)，主要調(diào)控肝臟發(fā)育過(guò)程中的干細(xì)胞分化及成熟肝臟中的糖脂代謝和其他有毒物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等[4,6]。另有研究發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)胰腺、腎臟和腸道等器官中也存在HNF1α高表達(dá)[7]。在胰腺組織中，HNF1α主要在胰島β細(xì)胞中表達(dá)，參與調(diào)控胰島β細(xì)胞功能相關(guān)的糖代謝、氧化磷酸化等基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[5]。HNF1α基因胚系突變可導(dǎo)致青少年期發(fā)病的成年型糖尿病(MODY)；HNF1α的表達(dá)降低還可增高2型糖尿病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[4,8]。HNF1α在腎臟近端和遠(yuǎn)端腎小管中也呈高表達(dá)，主要調(diào)節(jié)葡萄糖的重吸收功能；敲除小鼠HNF1α基因可導(dǎo)致腎臟近端小管的鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(SGLT2)表達(dá)下降，從而影響葡萄糖的重吸收功能[9]。此外，在小腸中，HNF1α可靶向調(diào)控Notch通路、SLC2A2等，調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。上述研究表明，HNF1α在肝臟、胰腺、腎臟及腸道中高表達(dá)對(duì)維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)起著重要作用。

2 HNF1α在肝臟腫瘤中的表達(dá)及相關(guān)特征

HNF1α的正常表達(dá)對(duì)于維持機(jī)體多種器官功能及物質(zhì)代謝起著重要作用，HNF1α表達(dá)異常可誘發(fā)多種疾病，其中肝臟腫瘤的發(fā)生與HNF1α表達(dá)異常密切相關(guān)。

2.1 HNF1α與肝腺瘤

肝腺瘤(HCA)是主要的肝臟良性腫瘤，多見(jiàn)于口服避孕藥的育齡女性[11]。35%～40%的HCA患者存在HNF1α突變，其中90%是體細(xì)胞突變，僅10%為雙等位基因胚系突變，且發(fā)生胚系突變患者的年齡總體上低于發(fā)生體細(xì)胞突變的患者年齡[12-13]。Hechtman等[14]對(duì)30例HCA患者的TCGA數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)HNF1α突變多數(shù)為點(diǎn)突變，并且在各個(gè)結(jié)構(gòu)域均有發(fā)生。研究還發(fā)現(xiàn)，在所有存在HNF1α突變的患者樣本中，均未出現(xiàn)抑癌基因TP53突變，且其HCA組織病理均表現(xiàn)為同質(zhì)性，未發(fā)現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及細(xì)胞異常，因此可排除其他抑癌基因的影響[13-14]。上述研究表明，HNF1α突變可能是HCA發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2.2 HNF1α與肝細(xì)胞癌

肝細(xì)胞癌(HCC)是主要的肝臟惡性腫瘤。Zeng等[15]分析了20例HCC患者的腫瘤組織和癌旁組織，發(fā)現(xiàn)70%的HCC患者腫瘤組織中HNF1α的mRNA和蛋白表達(dá)水平均低于癌旁組織。有研究進(jìn)一步表明，與高分化HCC組織相比，低分化HCC組織中HNF1α蛋白表達(dá)水平更低[16]。Ding等[17]發(fā)現(xiàn)了HNF1α體細(xì)胞突變的新突變位點(diǎn)p.Q511L，此位點(diǎn)突變顯著降低了HNF1α的抗瘤生成能力。2019年Hechtman等[14]利用MSK-IMPACT、TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)和文獻(xiàn)病例報(bào)告數(shù)據(jù)對(duì)672例HCC患者進(jìn)行了癌癥基因譜分析，發(fā)現(xiàn)有1.6% HCC患者存在HNF1α突變，這些突變?cè)贖NF1α的3個(gè)結(jié)構(gòu)域中均有發(fā)生，且突變位點(diǎn)各不相同，由此推測(cè)HNF1α可能與HCC的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。利用腺病毒介導(dǎo)的HNF1α過(guò)表達(dá)的HCC細(xì)胞系中，腫瘤細(xì)胞的增殖被顯著抑制，且抑制作用的強(qiáng)度與HNF1α的表達(dá)水平呈正相關(guān)，這提示HNF1α可有效抑制肝臟腫瘤細(xì)胞的增殖[15]。

3 HNF1α調(diào)控肝臟腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制

已有多項(xiàng)研究表明，肝臟腫瘤中HNF1α表達(dá)水平明顯降低，這提示HNF1α可能是調(diào)控肝臟腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素，因此探尋HNF1α調(diào)控肝臟腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制具有重要意義。

3.1 HNF1α與糖脂代謝

肝臟腫瘤存在脂質(zhì)代謝異常，可促進(jìn)肝臟腫瘤細(xì)胞的增殖、分化，從而加速腫瘤的進(jìn)程[18]。Rebouissou等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在HNF1α突變的HCA患者中，負(fù)責(zé)編碼合成脂肪酸的基因ACACAmRNA和FAS蛋白的表達(dá)水平升高，而負(fù)責(zé)編碼合成高密度載脂蛋白的基因APOM、APOF、APOA4和LPAL2的蛋白表達(dá)水平則降低，而在無(wú)HNF1α突變的HCA患者中并未發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象。Ni等[20]的研究也發(fā)現(xiàn)，在特異性敲除肝細(xì)胞中HNF1α基因的小鼠中，ACACA、SREBP1c等與脂質(zhì)合成相關(guān)的基因表達(dá)水平升高，在30周時(shí)小鼠自發(fā)形成了非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)，70周時(shí)在肝臟中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)腫瘤結(jié)節(jié)。由此推測(cè)，HNF1α對(duì)脂質(zhì)代謝的影響可能與肝臟腫瘤的發(fā)生相關(guān)。

多個(gè)與脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因參與了HNF1α調(diào)控腫瘤發(fā)生的過(guò)程。Patitucci等[21]通過(guò)生物信息學(xué)分析、染色質(zhì)免疫共沉淀等方法，發(fā)現(xiàn)在人HCC細(xì)胞系中，HNF1α可直接靶向負(fù)性調(diào)控過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的表達(dá)，抑制肝臟腫瘤細(xì)胞中的脂質(zhì)生成和沉積，進(jìn)而有效抑制腫瘤的生長(zhǎng)。此外， Villemain等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，HNF1α可與Sigma1受體(Sig1R)的啟動(dòng)子結(jié)合，直接負(fù)向調(diào)控其表達(dá)水平，敲除HNF1α后Sig1R的表達(dá)水平升高，并促進(jìn)了脂質(zhì)沉積及腫瘤細(xì)胞增殖。值得一提的是，在HCA患者中，HNF1α突變可引起CYP1A1、CYP1A2和CYP3A4基因的mRNA表達(dá)水平下降，導(dǎo)致雌二醇活性增強(qiáng)，并可促進(jìn)Sig1R的表達(dá)，提示HNF1α還可能通過(guò)調(diào)控雌激素代謝間接影響脂質(zhì)代謝和肝臟腫瘤的發(fā)展。上述研究均證實(shí)了HNF1α調(diào)控的脂質(zhì)代謝對(duì)肝臟腫瘤的發(fā)生、發(fā)展起著重要作用。

此外，HNF1α在肝臟腫瘤中還參與了調(diào)控糖異生和糖酵解途徑，同時(shí)為脂質(zhì)生成提供基礎(chǔ)原料，這可能與肝臟腫瘤的生成密切相關(guān)。在HNF1α突變的HCA患者中，負(fù)責(zé)調(diào)控糖異生的基因FBP1、PCK1、PCK2和G6PT1的mRNA表達(dá)水平下降，而負(fù)責(zé)調(diào)控糖酵解的基因GCK的mRNA和蛋白表達(dá)水平均升高，導(dǎo)致乙酰輔酶A合成增加，進(jìn)一步為脂肪酸合成提供了原料[19]。這些變化導(dǎo)致的脂肪沉積都有可能對(duì)腫瘤細(xì)胞膜產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響肝臟腫瘤的發(fā)生。此外，Zeng等[15]在HNF1α過(guò)表達(dá)的人HCC細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)了G6P和PCK等負(fù)責(zé)調(diào)控糖異生代謝的基因的mRNA表達(dá)水平升高現(xiàn)象。上述研究提示，HNF1α在肝臟腫瘤中可正向調(diào)控糖異生途徑并抑制糖酵解，從而影響肝臟腫瘤的代謝。

3.2 HNF1α與細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)

目前HNF1α調(diào)控的與肝臟腫瘤細(xì)胞增殖相關(guān)的基因逐漸被揭示。Pelletier等[23]發(fā)現(xiàn)在HNF1α突變的HCA患者肝臟中，負(fù)責(zé)編碼酪氨酸激酶受體的ERBB2 mRNA水平比健康者升高了5倍；負(fù)責(zé)編碼促血管生成及細(xì)胞增殖的基因PDFGFA和PDGFB的mRNA水平也顯著升高，從而促進(jìn)了肝臟腫瘤的進(jìn)展。值得一提的是，HCA患者中HNF1α的突變失活還可促進(jìn)負(fù)責(zé)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)及其下游通路的表達(dá)。HNF1α還可調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)周期，研究發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)編碼G1/S期特異性細(xì)胞周期蛋白D1(Cyclin D1)的基因CCND1在HNF1α突變的HCA患者中呈高表達(dá), 其可促進(jìn)肝臟腫瘤的進(jìn)展[23]。Zeng等[15]利用HCC細(xì)胞系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)HNF1α高表達(dá)后，細(xì)胞被阻滯于G2/M期的概率增高，并且細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)抑制因子p21、Cyclin A2、Cyclin B1的表達(dá)水平顯著升高，而促使細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期的Cdc2蛋白表達(dá)下降，因此HNF1α的表達(dá)可有效抑制HCC細(xì)胞的增殖。Ding等[24]的研究發(fā)現(xiàn)HNF1Α-AS1也是HNF1α下游調(diào)控的靶點(diǎn)，HNF1α可促進(jìn)HNF1Α-AS1的表達(dá)，并可抑制HCC細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移。Hellerbrand等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，在HCC細(xì)胞系HepG2中，過(guò)表達(dá)HNF1α可正向調(diào)控MIA2 mRNA的表達(dá)水平，并且MIA2基因過(guò)表達(dá)可抑制HCC細(xì)胞的增殖和侵襲。上述研究表明，HNF1α對(duì)HCC細(xì)胞的增殖調(diào)控起著重要作用。

3.3 HNF1α與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化

Pelletier等[26]應(yīng)用小干擾RNA(siRNA)降低了HNF1α的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞上皮標(biāo)志物E-鈣黏蛋白的mRNA和蛋白表達(dá)水平均顯著下降，而間質(zhì)標(biāo)志物波形蛋白和纖連蛋白的mRNA水平均升高，提示HNF1α可影響HCC細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。Santangelo等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，在HNF1α過(guò)表達(dá)的人和小鼠的肝臟腫瘤細(xì)胞系中, 主要負(fù)責(zé)促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的Snail基因啟動(dòng)子活性降低，SnailmRNA表達(dá)水平顯著下降，且E-鈣黏蛋白表達(dá)升高；染色質(zhì)免疫沉淀實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，HNF1α可直接與Snail基因啟動(dòng)子結(jié)合并負(fù)向調(diào)控其轉(zhuǎn)錄表達(dá)。上述研究提示HNF1α可有效逆轉(zhuǎn)肝臟腫瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，抑制腫瘤進(jìn)展。

4 HNF1α與其他慢性肝病

多數(shù)HCC患者既往有慢性肝病史，亞太地區(qū)超過(guò)75%的HCC患者有HBV感染，這是導(dǎo)致HCC發(fā)生的主要病因。此外，目前有大量證據(jù)表明NAFLD也是HCC發(fā)生的危險(xiǎn)因素，肝纖維化是慢性肝病進(jìn)展至HCC過(guò)程中的一種重要的病理表現(xiàn)，因此延緩慢性肝病的進(jìn)展和肝纖維化進(jìn)程可減少HCC的發(fā)生[28-30]。HNF1α在調(diào)控慢性肝病進(jìn)程中起著重要作用。

HBV持續(xù)感染引起的炎性反應(yīng)和病毒大量復(fù)制表達(dá)是導(dǎo)致HCC的主要病因[31]。在感染HBV的人類(lèi)HCC細(xì)胞中，HNF1α表達(dá)水平升高可降低HBV增強(qiáng)子Ⅰ的活性，抑制HBV的復(fù)制效率，進(jìn)而可降低HBV抗原的表達(dá)，延緩乙型肝炎的進(jìn)展[29]。

NAFLD是以肝細(xì)胞內(nèi)脂肪沉積，不伴有持續(xù)乙醇攝入史為特征的一類(lèi)慢性肝病，其病因與環(huán)境、遺傳、代謝及腸道菌群等因素相關(guān)，其中HNF1α在調(diào)控NAFLD的脂肪酸代謝過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。Ni等[20]的研究敲除小鼠肝臟HNF1α基因誘導(dǎo)其低表達(dá)后，小鼠肝內(nèi)的脂肪酸合成顯著增加，并且促進(jìn)了炎性因子釋放，進(jìn)而激活了NF-κB、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)及蛋白激酶B(Akt)通路，這些通路的激活可促進(jìn)NAFLD進(jìn)展為HCC。

在肝纖維化進(jìn)程中，HNF1α的作用也不容忽視。Qian等[32]的研究發(fā)現(xiàn)HNF1α低表達(dá)促進(jìn)了肝纖維化形成，隨后將HNF1α腺病毒載體注入纖維化大鼠模型使HNF1α過(guò)表達(dá)，結(jié)果顯示肝細(xì)胞外基質(zhì)區(qū)減少了約50%，且纖維化指標(biāo)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、Ⅰ型膠原A1(COL1A1)的表達(dá)水平和羥基脯氨酸水平也均顯著下降；還發(fā)現(xiàn)HNF1α通過(guò)上調(diào)SHP-1 mRNA表達(dá)水平以減輕細(xì)胞外基質(zhì)沉積和肝纖維化，表明HNF1α是治療肝纖維化的重要靶點(diǎn)。

5 HNF1α在肝臟腫瘤臨床治療中的價(jià)值

有研究采用免疫組織化學(xué)染色法發(fā)現(xiàn)HCA患者肝臟標(biāo)本中缺乏肝臟型脂肪酸結(jié)合蛋白(L-FABP)的表達(dá)，對(duì)鑒別HCA患者是否存在HNF1α基因突變具有重要意義[33]。MRI檢查對(duì)有HNF1α基因突變的HCA患者的敏感度和特異度均較高，分別為87%～91%和89%～100%，有助于早期發(fā)現(xiàn)腫瘤以防止其惡變，并可避免發(fā)生瘤體破裂、出血等并發(fā)癥[34]。此外，Zeng等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導(dǎo)的HNF1α過(guò)表達(dá)可顯著抑制小鼠體內(nèi)異種移植的人類(lèi)肝臟腫瘤，提示HNF1α在HCC的治療方面有較大的潛力。另有研究將載有HNF1α、HNF4A、FOXA3表達(dá)的腺病毒注入異體移植HCC模型后，HCC細(xì)胞發(fā)生向肝樣細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這種細(xì)胞具備了成熟肝細(xì)胞的一些特征，如儲(chǔ)存糖原、吸收乙酰化低密度脂蛋白等；肝樣細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力大幅度減弱，HCC干細(xì)胞數(shù)量減少并且失去了成瘤性，因此HNF1α參與的誘導(dǎo)肝臟腫瘤細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化有望成為HCC的臨床治療新手段[35]。

6 總結(jié)與展望

綜上所述，HNF1α在肝臟腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起著重要作用，參與調(diào)控肝臟腫瘤的基礎(chǔ)物質(zhì)代謝、細(xì)胞增殖及表型轉(zhuǎn)化等過(guò)程。目前研究認(rèn)為提高HNF1α表達(dá)有助于縮小肝臟腫瘤的體積，減弱肝臟腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移能力等[15]。然而，HNF1α在肝臟腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制尚未完全明確，肝臟腫瘤中HNF1α表達(dá)下降的原因也有待進(jìn)一步研究。因此，尋找HNF1α與其他分子的作用網(wǎng)絡(luò)，明確HNF1α與肝臟疾病的關(guān)系，研發(fā)調(diào)控HNF1α轉(zhuǎn)錄因子的靶向藥物及制定HNF1α高效逆轉(zhuǎn)肝臟腫瘤細(xì)胞方案等，將有望為肝臟腫瘤的治療開(kāi)辟新的道路。