轉錄因子在大腸癌中的作用研究進展

范凱旗綜述 杜樂審校

海南醫學院藥學院臨床藥學本科1、生物學教研室2，海南 ?？?571101

大腸癌(colorectal cancer，CRC)是世界范圍內都廣泛分布的影響人體健康的惡性腫瘤之一[1]，最新的研究數據表明，結直腸癌是30～39歲成年人中最常見的癌癥之一，預計2020年將出現4 100例[2]。由于CRC早期癥狀不明顯，容易漏診和誤診，尋找能夠直接用于CRC風險預警和早期診斷的明確遺傳標志物一直是生物醫學領域研究的熱點和難點[3]。轉錄因子是一種能與基因5’端結合的蛋白質分子，使特定的基因在特定的時間和組織中以一定的強度表達[4]，轉錄因子的異常表達可導致許多疾病，大腸癌就是其中之一[5]。相關的研究顯示：轉錄因子的異常表達可以特異性地沉默或上調某些關鍵基因的表達水平，從而促進或抑制大腸腫瘤的發生發展[4]。本文就近些年來關于轉錄因子在大腸癌中的研究做一綜述。

1 轉錄因子的生物學功能

轉錄因子(transcription factor)又被稱為反式作用因子。轉錄因子可以根據其在細胞中的分布情況分成兩類：一類是普遍轉錄因子，這類轉錄因子在任何細胞中都有表達；另一類轉錄因子為組織細胞特異性轉錄因子，此類轉錄因子只在特定的細胞和組織中發揮調控特定基因表達的作用。大多數的轉錄因子可以被分成幾種不同的結構域：寡聚化位點，核定位信號，DNA結合區，轉錄調控區。當轉錄因子遇到RNA聚合酶時，便與之結合，隨后DNA結合區促使RNA聚合酶和轉錄因子復合物與DNA的結合，以便轉錄調控區調控相關基因的表達[4]。

在大腸細胞中基因的表達受許多轉錄因子的調控，與大腸癌發生相關的轉錄因子有叉頭盒因子(forkhead，FOX)、干擾素調節因子(interferon regulator，IRF)、ETS(E-twenty six)、鋅指蛋白(zinc finger protein，ZNF)和激活蛋白(activator protein AP-2)等五大家族[6-10]，而其中Forkhead家族又可按照所含DNA結構域的不同分為19個獨立的亞類，并以英文字母A～S區別。forkhead家族在人體內可以參與代謝、免疫、應激反應、語言形成、個體發育和細胞周期的調節[10]；ETS家族已建立了最大的轉錄因子組之一，迄今為止在人體內發現的ETS基因已有28種，ETS轉錄因子通過調節各種生物過程參與腫瘤的生成和發育過程，包括細胞增殖、遷移、凋亡、衰老、血管生成和干細胞發育[11]；鋅指蛋白家族都具有類似手指的結構域，根據所含的結構序列及其功能的不同分為9大類，廣泛分布于人體的基因組內，大約1%的基因組序列都可編碼鋅指蛋白[12]，鋅指蛋白可在胚胎的發育，細胞信號轉導，某些腫瘤的形成以及細胞分化等諸多領域起到調控作用[13]。干擾素調節因子(IRF)在哺乳動物體內至少有十種，其在抗病毒、信號轉導、免疫反應、細胞角質化、細胞分化、腫瘤形成中起重要調控作用[14]。AP-2在脊椎動物中已經發現五類[15]，在人體的胚胎發育及血管生成中起到調節作用[16]。

2 轉錄因子的調控模式

轉錄因子對基因的調控模式復雜多樣，大致可分為以下三種模式：(1)大部分轉錄因子可直接調控下游靶基因的表達，例如FOXA1可與ZNF321P、FRMDI等基因相結合調控基因表達；Ets-1則可與TMG2基因相結合調控TMG2的表達[33]。(2)另一部分轉錄因子和miRNA結合調控某些關鍵基因的表達：AP-2α3'-UTR可與miR-200c相結合在轉錄后抑制AP-2α蛋白的表達，發揮調控作用等[9]。(3)還有一些轉錄因子可與其他蛋白質分子互作調控靶基因表達：叉頭盒因子FOXM1可與過氧化物酶PRDX1蛋白分子互作影響乳腺癌的發生發展[17]，另有研究者發現鋅指蛋白436(ZNF436)可與TRIM28(tripartite motif-containing proteins 28)蛋白分子互作抑制肝細胞腫瘤的生長從而抑制癌癥的進展等[18]。

3 與大腸癌相關的轉錄因子

3.1 叉頭盒因子 叉頭盒因子(forkhead，FOX)是轉錄因子中的一大家族，該類轉錄因子存在高度保守的N,C末端的轉錄域和翼狀螺旋結構樣的DNA結構域[19]，所有FOX蛋白共享這一獨特的DNA結合域。有研究表明，該結構域為包含110個氨基酸殘基的保守序列但卻有不同的特性和功能[20]。目前FOX在人體內發現有50種，并被分為19個亞家族，每個亞家族種又包含很多亞群，例如FOXA1、FOXA2和FOXA3等[21]。并且FOX基因的數量在不同生物體之間具有差異性，人類和小鼠有44個，果蠅只有11個。FOX基因調控著各種各樣的生物功能，對維持人體正常的發育過程有重要作用。FoxA1是上述Forkhead家族中的一員，其結構也包含N,C末端的轉錄域和翼狀的螺旋結構樣的DNA結構域[22]。研究表明FOXA1與人體代謝和早期發育器官的形成有關[23]，FOXA1還可以參與肺癌、肝細胞癌、前列腺癌、甲狀腺癌等腫瘤的發生和發展[24-27]。LAZAR等[28]研究發現，FOXA1基因在正常人大腸中顯著表達，但在大腸癌中顯著下調，隨后又利用FOXA1 ChIP-seq和RNA-seq，發現了受FOXA1調控的新的靶基因(ZNF321P、FAM3D、FRMD1、TPRXL、LRRC31等)。該研究還發現：FOXA1可與細胞黏附促進劑CEACAM5下游的遠端增強子結合并顯著激活其表達，從而增強正常細胞相互間的黏附力，并可降低大腸癌細胞的凋亡的機率，這提示了FOXA1在增強大腸癌細胞中CEACAM5表達和抗凋亡方面發揮著重要作用。細胞間質轉化被認為是細胞癌變的重要標志。研究人員通過對CRC患者切除的CRC組織樣本和相鄰的癌旁組織樣本研究記錄發現：miR-760的低表達與CRC患者的預后效果差和腫瘤增大、腫瘤擴散、淋巴結轉移等惡性臨床病理特征有關[29]。此外，功能實驗結果表明miR-760上調可通過阻斷磷脂脂肪素3-激酶/蛋白質激酶B(PI3K/AKT)通路和抑制細胞的上皮間質轉化(EMT)來阻礙CRC細胞的增殖、遷移和侵襲；同時該研究還發現miR-760的過表達顯著降低了SW620細胞(大腸癌細胞系)中FOXA1的表達，同時，抑制miR760后顯著增強HT29細胞(大腸癌細胞系)中FOXA1的表達。這些數據表明FOXA1可能是CRC細胞中miR-760的定向靶基因，提示該基因與大腸癌的發生密切相關，可能成為大腸癌治療的靶點，具有持續的研究價值。

3.2 Ets家族 Ets家族蛋白被分為A，B，C三個區，A區各成員間缺乏同源性，B區有少量同源性，每一個Ets成員均含有C區。Ets家族高度保守的DNA結合區是由85個氨基酸殘基構成的，也被稱為Ets域。為一段帶翼的螺旋-轉角-螺旋結構，可以和由12～15個堿基對組成的富含5'-GGA(A/T)-3'序列的Ets結合位點結合，從而控制靶定基因的轉錄，發揮相應的生物學效應[30]。Ets-1是Ets家族九個亞族中的成員之一[31]，Ets-1蛋白同時含有A、B、C三區的蛋白，Ets-1內含有轉錄調節區，C區的蛋白內包含了由85個氨基酸殘基組成的DNA結合區(Ets域)[11]。Ets-1作為Ets家族中研究相對較多的基因被報道，該基因的異常表達與類風濕性關節炎，動脈粥樣硬化和多種癌癥的發生和發展有關[32]。有研究報道Ets-1和TGM2(轉谷氨酰酶2)具有增強大腸癌增殖和遷移的能力，并且Ets-1還可作為TMG2的轉錄因子使其表達上調，同時參與TGM2對Wnt/β-catenin信號轉導通路的調控，從而參與大腸癌的發生和發展[33]。還有研究者證實Ets-1的高表達和細胞癌變呈正相關[34]；另外，JAMSHID等[35]的研究顯示，Ets-1基因的表達在CRC腫瘤中被檢測到，并且表明有57.59%的CRC組織中的Ets-1基因表達顯著高于正常的大腸組織。三組實驗研究都表明Ets-1參與大腸細胞的癌變過程，但是，關于Ets-1和大腸癌之間的分子機制研究較少，有待進一步研究。

3.3 鋅指蛋白 鋅指蛋白的高度保守結構域類似手指狀，該指狀結構的形成需與結合后自我折疊。而其存在正是鋅指蛋白發揮生理作用的關鍵，缺乏不僅可以影響鋅指蛋白與相應DNA或RNA的結合，同時還會影響自身的穩定性，影響基因的表達[36]。鋅指蛋白可根據與半胱氨酸(Cys)殘基和組氨酸(His)殘基結合構成的不同空間結構分為8大折疊群，分別為高音譜號鋅指、C2H2型鋅指、帶狀鋅指、鋅離子結合短環鋅指、塞結狀鋅指、金屬硫蛋白鋅指、類TAZ2型鋅指、Zn2Cys6鋅指[37]。鋅指蛋白545(ZNF545)是鋅指蛋白家族的一員，其相應的編碼基因定位于19q13.1，ZNF545在腫瘤細胞中經常出現缺失現象[38]。鋅指蛋白545可參與調節細胞的增殖和分化等功能，研究表明：ZNF545在胃癌、乳腺癌、食管癌中的表達下調能抑制相應癌細胞生長[39-40]。潘烽平等[41]在利用qRT-PCR檢測32例患者大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達水平之后，發現在大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達量顯著低于正常組織，隨后又采用免疫組化法檢測了136對癌組織中ZNF545蛋白的表達情況，并發現了癌組織中ZNF545蛋白有低表達的特點，且ZNF545蛋白表達水平與腫瘤直徑和浸潤的深度有關。潘烽平等[42]之后又通過Transwell小室檢測發現，過表達ZNF545的細胞遷移能力和侵襲能力下降，并且ZNF545可以調節大腸癌上皮間質轉化(EMT)相關分子標志物的表達，還可抑制磷酸化鋅指轉錄因子(slug)的表達，增加E-鈣黏蛋白的表達，而這些現象在ZNF545基因沉默的細胞中相反。另有研究表明，當ZNF545基因被甲基化后表達降低，并且可以使細胞停滯在G0/G1期，以上的作用可能是通過調節PI3K/AKT和Wnt/β-catenin信號轉導通路來實現的。這些研究結果共同表明了鋅指蛋白545在大腸細胞癌變過程中起到的重要作用，可能是大腸癌潛在的靶基因。

3.4 干擾素調節因子3(Interferon regulatory factor 3，IRF-3)家族 IRFs家族一般由300～500 bp組成，IRFs家族的保守結構是含有五個色氨酸(Trp)重復序列組成的DNA結合結構域，分布在N-端，可與干擾素刺激響應元件(ISRE)結合，從而啟動相關基因的表達[44]。許多IRF包含的核定位序列都分布在保守結構域或其相鄰位置，可以提供將該轉錄因子送至細胞核的信號，其后是IRFs的調節區域，可以調控IRFs的活性，有些IRFs還有自我抑制的結構域，如IRF2、IRF3等，IRFs的C-端可介導自身二聚體的形成或與家族的其他成員組成形成異源二聚體進行信息傳導。轉錄因子IRF1也稱為干擾素調節因子1，由IRF1基因轉錄而來，定位在5q31.1，是由329個氨基酸殘基結合而成的蛋白質[45-46]，IRF1與靶基因啟動子區域的ISRE結合，從而影響靶基因的表達，IRF1與ISRE的結合實際上是DNA的N端螺線結構與ISRE的結合，任何一個IRF轉錄因子都可與其靶基因有類似的結合[45]。IRF1可參加免疫應答，抑制腫瘤發生，調節細胞的壞死等生理活動[46]。另有研究表明：IRF1可以抑制胃癌、食道癌、腎癌等腫瘤的發生，并且還能促進惡性腫瘤細胞的凋亡[47-52]。吳燕芳等[53]利用單變量Cox和多變量Cox分析方法推斷IRF1可能是CRC患者RFS(recurrence-free survival，無復發生存期)的潛在診斷生物標志物，這一結論在癌癥基因譜數據中被證實。另外，基因富集分析表明IRF1影響了與免疫細胞招募和激活相關的基因和通路，并且IRF1基因區cg275877780和cg15375424CpG位點的DNA甲基化與IRF1 mRNA表達呈負相關，與CRC的復發呈正相關。洪敏等[54]后來的研究證實IRF1可以通過促進RASSF5(RAS相關結構蛋白)的表達來抑制RAS-Rac1通路，從而起到抑制大腸癌遷移和增殖的作用。另外，袁理等[55]發現免疫調節因子IFN-γ可以激活IRF1，從而使microRNA-29b表達上調，而microRNA-29b可通過調節IGF1/PI3K/AKT通路來阻礙大腸癌的轉移，并且IRF1和microRNA-29b之間還存在正反饋調節，進一步證實了IRF1在抑制大腸細胞癌變中的作用。

3.5 轉錄因子激活蛋白-2(AP-2)家族 AP-2家族的保守結構域為HSH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)DNA結合域，能與特定的DNA結合后，調控該基因的表達。GAYNOR等[56]證實AP-2家族的相應編碼基因位于6號染色體上，N-端則負責活化轉錄，該段富含谷氨酸和脯氨酸殘基。AP-2α是AP-2家族中的一員，其他的家族成員還有AP-2β、AP-2γ、AP-2 δ、AP-2ε。AP-2α與其他家族成員都有一個中心堿性區域，其后的羧基端有一個高度保守的HSH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)基序，可與它鄰近的堿基區一起實現序列特異性的DNA結合功能[15，57]。人們發現在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤以及大腸癌中都有AP-2α的表達缺失或降低。MENG等[58]研究表明，髓過氧化物酶(MPO)啟動子SNPs rs2243828和rs2333227的突變能夠影響AP-2α與rs2333227結合的親和力，從而提高MPO的表達，激活IL23A-MMP9介導的致癌信號通路，提示了AP-2α在大腸細胞癌變中的重要作用。王曉嬌等[59]的研究發現CRC細胞衍生的乳酸可誘導轉錄因子AP-2α的活性及其靶蛋白Elk-1的表達，從而促進抑制性免疫檢查點受體Sirpα(signal regulatory protein-α，信號調節蛋白α)的表達，從而達到逃避先天免疫監視的目的。另有研究表明AP-2α能與微小RNA共同作用，參與大腸細胞的癌變，研究發現miR-200c通過與AP-2α3'-UTR特異性結合在轉錄后抑制AP-2α蛋白的表達，從而起到促進細胞增殖的作用[9]。目前關于AP-2α的研究還比較有限，但是其在大腸細胞癌變中的作用意義十分重大，有望為大腸癌的臨床診斷提供新的思路。

4 結語

轉錄因子是具有DNA結合區和轉錄激活區等重要功能區的蛋白質分子，在人體內的許多生物學進程中發揮著重要的作用，尤其是在調控人體基因的表達方面有著決定性的作用。近年來，有關轉錄因子在大腸癌中作用的研究已有較多發現，許多文章報道轉錄因子與大腸細胞的癌變有關，并進一步證實了一些轉錄因子在大腸癌中的功能。由于大腸癌對人體健康的嚴重威脅，尋找其發生的明確的特異性標志物已成為研究熱點，但是結合國內外關于轉錄因子在大腸癌中作用的研究現狀來看，許多轉錄因子在大腸癌發生中的分子作用機制尚未明確，轉錄因子是否能夠成為直接用于大腸癌的診斷、治療的特異性靶點仍需進一步探索。