RUNX家族轉錄因子 3在惡性腫瘤中作用的研究進展△

劉曙，王學紅

1青海大學研究生院，西寧 810016

2青海大學附屬醫院消化內科，西寧 810000

RUNX家族轉錄因子（RUNX family transcription factor，RUNX）最初于1994年被Levanon等[1]在果蠅基因中發現，是多瘤病毒增強子結合蛋白2的一個亞單位，也是急性髓系白血病（acute myeloblastic leukemia，AML）中（t8；21）染色體易位的一部分。在哺乳動物中，有3個RUNX基因，分別為RUNX1、RUNX2和RUNX3基因，每個基因都有不同的組織特異性表達模式。它們的功能取決于細胞環境，并與主要的發育途徑有關。其中RUNX1與人類白血病有關，對造血干細胞的生成至關重要。RUNX2對骨骼發育至關重要，具有致癌潛力。RUNX3在許多組織中都有不同程度的表達，具有十分重要的作用。RUNX3在許多惡性腫瘤中作為重要的腫瘤抑制因子起到抑癌基因的作用。因此，本文對RUNX3基因的基本特性及其在惡性腫瘤發生發展等生物學過程中的作用機制進行綜述。

1 RUNX家族

RUNX基因屬于后生動物轉錄因子家族，是發育的主要調節因子。它在控制正常細胞生長和發育所需的各種過程中起著關鍵作用，包括細胞增殖、分化、細胞譜系規范和凋亡。RUNX基因發揮重要作用的其他過程包括表觀遺傳記憶、DNA修復、上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和炎癥。RUNX基因已在絕大多數后生動物基因組中被發現，但基因數量因物種而異。在大多數雙邊動物中，RUNX基因通常只有一個拷貝，而在昆蟲和脊椎動物中，RUNX基因通常有3個或更多拷貝。在哺乳動物中，包括人類在內，RUNX家族通常由3個成員編碼，分別為RUNX1、RUNX2和RUNX3，每個成員的表達水平在不同組織中有所不同[2]。可以普遍觀察到RUNX在惡性腫瘤中的異常表達，它們在人類惡性腫瘤發展過程中常常起著突出的、有時甚至是矛盾的作用。有研究表明，在小鼠中使用逆轉錄病毒轉染，RUNX1、RUNX2和RUNX3被證明與c-myc共同發揮致癌基因的作用，從而誘導T細胞淋巴瘤[3]。因此，RUNX基因可以同時具有致癌和抑癌功能，這表明了RUNX蛋白是潛在的生物標志物，也是治療腫瘤的有吸引力的治療靶點。

2 RUNX 3概述

RUNX3基因在RUNX家族中是最古老的基因，于最原始的蛇形綱動物中被發現，調節其原始胃腸系統的生長[4]，并參與多種生物活動，包括胃腸道的發育[5]、背根神經節的神經發生[6]和T細胞分化[7]等。RUNX家族成員均包含一個名為“Runt結構域（Runt domain，RD）”的高度保守區域，每一個都能夠與常見的核心結合因子β亞基（corebinding factor subunit β，CBFβ）形成異二聚體，這是一個約120個氨基酸的DNA結合異源二聚區。結構域跨越分子的N端部分，具有S型免疫球蛋白折疊[8]，它介導RUNX蛋白與DNA結合，以及與伙伴亞單位CBFβ的蛋白質-蛋白質之間的相互作用，而β亞基還可以增強RD與靶DNA的結合力；跨越分子的C端部分則含有較多脯氨酸和絲氨酸，在轉錄調控方面起到重要作用[9]。通過基因分析顯示RUNX3基因長約67 kb，位于染色體1p.13-p36.11上，其氨基酸編碼區上游含有P1、P2兩個啟動子，各有數個轉錄起始位點，通常由啟動子P2操縱RUNX3基因的轉錄過程，故從理論上講，啟動子P2要比P1更容易發生甲基化。惡性腫瘤的相關研究報道中，RUNX3位于該染色體區域的雜合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）表明了其在腫瘤中的潛在腫瘤抑制作用[10]，在調節細胞生長發育、細胞凋亡以及細胞信號轉導等生物學效應方面更是發揮著不可或缺的作用。

3 RUNX 3在惡性腫瘤中的主要作用機制

RUNX3作為一種腫瘤抑制基因，在肺癌、結腸癌、胃癌和前列腺癌中，在位于染色體1p36上[11]的區域表現出頻繁的LOH，其啟動子甲基化在多種腫瘤的發生與發展中起重要的調節作用，并通過轉化生長 因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和WNT途徑調節細胞增殖、生長和凋亡[12]。RUNX3可以與轉錄因子4（transcription factor 4，TCF4）和β-連環蛋白（WNT途徑的關鍵效應物）形成復合物，以抑制TCF4、β-連環蛋白與靶DNA結合，從而削弱靶基因的轉錄[13]。RUNX3亦可以直接與TGF-β的效應分子SMAD家族成員3（SMAD family member 3，SMAD3）結合，參與細胞生長的抑制過程[14]。RUNX3基因的表達異常通常會使得SMAD蛋白功能受限，并促進TGF-β信號轉導，從而導致腫瘤的發生。此外，RUNX3還通過調節阻斷蛋白-1的轉錄直接參與EMT的調節，從而抑制腫瘤侵襲和轉移[13]。

4 RUNX 3在惡性腫瘤中的研究進展

4.1 胃癌

胃癌是世界上最常見的消化系統惡性腫瘤之一，也是全球第二大腫瘤相關死亡原因[15]。相關報道顯示，在新發的消化系統惡性腫瘤病例中有44.6%在中國[16]。RUNX3與胃癌細胞的增殖和轉移有關[17]，RUNX3基因的缺失或失活均可以導致胃黏膜上皮細胞增生和分化異常[18]，正常胃黏膜上皮細胞核和細胞質中均存在不同程度的RUNX3表達。Li等[19]發現RUNX3基因缺乏的小鼠，其胃黏膜上皮細胞增殖會加快而凋亡受到抑制，使胃黏膜明顯增厚，并且會使胃黏膜上皮細胞對生長抑制因子（比如TGF-β）呈現出拮抗效應，TGF-β屬于生長因子的一種，在許多生理發育過程中起到抑制作用，大多數腫瘤的發生及發展過程都與TGF-β通路紊亂有關，而RUNX3是TGF-β信號途徑中一個非常重要的角色，一些重要的生物學效應均可以通過RUNX3和TGF-β家族成員來共同介導，RUNX3基因的改變可以極大地影響TGF-β信號的活性，進而在胃癌的發生過程中起著重要的作用[20]。近年來大量研究發現，失調的微小RNA（microRNA，miRNA）可以直接調節胃癌細胞的生物學功能，其家族中有多種基因已被證實參與了胃癌的發生和進展。Lai等[21]研究證實，miRNA-130b是胃癌細胞和組織中沉默RUNX3的候選基因，其過度表達增加了細胞活力，減少了TGF-β所誘導的凋亡，導致RUNX3蛋白表達受抑制，從而促進腫瘤發生。Song等[22]研究證實，miRNA-17-5p作為促腫瘤分子抑制RUNX3的表達，以此促進胃癌細胞的增殖和侵襲。因此，在胃癌患者中，miRNA家族和RUNX3可能成為未來胃癌治療的潛在靶點。

4.2 結直腸癌

結直腸癌是惡性程度較高的腫瘤之一。在美國和歐洲，大腸癌是僅次于肺癌的第二常見腫瘤[23]。據報道，中國的大腸癌發病率逐年增長，并將在未來幾年繼續上升[24]。Mu等[25]研究表明，70%的原發性人類結直腸癌中RUNX3表達降低；超過90%的晚期腫瘤表現為高度轉移性腫瘤，RUNX3水平降低。Xue等[26]研究發現，RUNX3的高表達可以抑制人結腸癌細胞系HT-29細胞中基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）2和MMP9的表達，MMP的分泌可以促進惡性腫瘤細胞侵入鄰近組織、血管和淋巴管，使腫瘤細胞發生侵襲和淋巴結轉移。此外，腫瘤患者死亡的主要原因是轉移，而腫瘤細胞中的EMT過程是轉移的關鍵步驟。Kim等[27]研究發現，RUNX3表達的缺失與大腸癌TNM分期直接相關，還檢測到上皮標志物E-鈣黏蛋白和間充質標志物波形蛋白的表達變化與RUNX3表達的變化相對應，RUNX3過表達會顯著抑制人結腸癌細胞系HCT116和DLD-1細胞中MMP2和MMP9的表達，至少部分抑制腫瘤轉移，并且通過敲除RUNX3基因可誘導MMP2的表達，但不誘導MMP9的表達。通常MMP的活性受到抑制會抑制腫瘤細胞的遷移和血管生成[28]，以及新生血管的募集，從而阻礙腫瘤的侵襲和轉移[29]，并受到血管生成刺激因子血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的調節，該因子已被確定為腫瘤血管生成的關鍵介質，參與實體瘤進展過程中的腫瘤血供[30]。有研究表明，RUNX3在人類胃癌和結直腸癌細胞中通過轉錄抑制下調VEGF表達，且在恢復RUNX3的表達后，VEGF分泌減少[31-33]，說明RUNX3通過調節VEGF分泌抑制血管生成。上述研究結果表明，敲除或恢復RUNX3基因可能是抑制結直腸癌血管生成或轉移的一種治療手段。

4.3 肺癌

肺癌[其中80%～85%為非小細胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）]是世界上腫瘤相關死亡的主要原因[17]，而且數據表明，肺癌是僅次于心臟血管性疾病的第二大死亡原因[34-35]。在人類1p36.1染色體上，RUNX3位于該處的染色體位點的LOH可誘導肺癌的發生[11]，在包括肺癌在內的多種惡性腫瘤中，各種腫瘤抑癌基因（tumor suppressor gene，TSG）啟動子位點的異常甲基化模式是一個關鍵機制。研究表明，NSCLC中RUNX3基因啟動子的高甲基化率明顯高于正常肺組織[36]，而啟動子高甲基化、表達降低、LOH和各種WNT途徑抑制劑失活，如 WNT-1[37]、WNT-3[38]、WNT-5a[39]、蓬亂蛋白-1（dishevelled-1，Dvl-1）、蓬亂蛋白-3（dishevelled-3，Dvl-3）[40]、TCF-4[41]和 Pygopus-2[42]，均與NSCLC患者的預后緊密相關。在腫瘤組織中，RUNX3甲基化與性別、吸煙史或TNM分期沒有顯著關系。Stewart[43]研究發現，WNT/β-連環蛋白在人類惡性腫瘤中顯著改變。在NSCLC中，WNT信號十分重要，WNT抑制劑可減少細胞增殖，盡管β-連環蛋白通常在NSCLC中表達，但在某些腫瘤中，它與預后改善存在矛盾的關系，可能是因為E-鈣黏蛋白的相互作用，WNT通路的改變在一系列人類腫瘤中很常見。由于WNT通路在NSCLC中具有重要的生物學和預后意義，因此它也可能被證明是一種有用的治療靶點。且RUNX3啟動子的高甲基化變化通常是可逆的，通過去甲基化藥物治療可能有助于抑制腫瘤的發生、進展和改善預后。但是目前尚不清楚去甲基化藥物是否會增加臨床上WNT途徑抑制劑的表達，以及其治療效果是否與WNT抑制劑的作用有關，這些仍有待進一步商榷。

4.4 前列腺癌

前列腺癌是全世界男性死亡的主要原因之一[2]，是一種發生和進展過程都十分復雜的惡性腫瘤。正常前列腺組織中可以見到RUNX家族中幾乎所有轉錄因子的表達，然而隨著疾病的進展，每個RUNX基因在前列腺癌中的表達不同[44]，通常RUNX1/2可在前列腺癌細胞系中正常表達，而RUNX3常在前列腺癌中缺失，這種缺失可能與腫瘤進展有關。前列腺癌中RUNX3的低表達與癌旁正常前列腺組織中RUNX3蛋白的高表達相關，表現出高達20%的表達水平差異[45]，其主要作用方式是調節MMP來降解細胞外基質[45-47]，以達到腫瘤的浸潤與遠處轉移，在正常前列腺組織和具有外源性RUNX3表達的PC3細胞中，RUNX3可上調基質金屬蛋白酶組織抑制劑2（tissue inhibitor of metalloproteinase 2，TIMP2）的 表達 ，從 而 下 調MMP2的表達。而外源性RUNX3的表達及其對TIMP2/MMP2的調節則抑制了轉移性前列腺癌細胞的遷移和侵襲行為。上文已談及，VEGF是正常骨發育和腫瘤形成過程中血管生成的關鍵調節因子，類似于RUNX3抑制MMP表達的過程，當RUNX3在前列腺癌細胞中過度表達時，VEGF分泌會顯著減少[45]，進而對前列腺癌血管生成起到重要的調節作用。此外，有學者對RUNX及CBFβ的相關研究表明，RUNX家族是去勢耐受性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC）的驅動因素，并且包括前列腺癌在內的多種上皮性腫瘤都與已知的所有RUNX轉錄因子及CBFβ有關[48]。這些研究結果表明了RUNX基因是潛在的生物標志物，也是治療腫瘤的有吸引力的治療靶點。

5 小結與展望

RUNX3是TGF-β信號通路的下游效應器，在細胞凋亡、血管生成、EMT、細胞遷移和侵襲中發揮關鍵作用。RUNX3通過連接WNT致癌途徑和TGF-β腫瘤抑制途徑，成為真正致癌的主要因素。通常RUNX3基因的半合子缺失、RUNX3啟動子的高甲基化或RUNX3蛋白的細胞質分離會導致該基因的失活，而RUNX3蛋白從細胞核到細胞質的錯誤定位亦會導致RUNX3失活[49]，使得這種基因在人類腫瘤中成為一種假定的腫瘤抑制因子，在腫瘤的進展和轉移上，比如 EMT[50]、黏附[32]、侵襲[51]、凋亡[52]和血管生成[33]中發揮不同程度的作用。但是，目前有關RUNX3的相關研究仍停留于其作為腫瘤抑制因子或抑癌基因上，尚不清楚RUNX3如何以及在何處與調節腫瘤發展和轉移的途徑相互作用。另外，有學者專門提出RUNX3不是真正的細胞自主腫瘤抑制基因[53]，而且RUNX3在控制免疫和炎癥方面發揮作用，從而間接影響上皮性惡性腫瘤的發展。因此，未來研究方向將著重于在生理和病理背景下剖析RUNX3的上下游信號通路，探索其作用機制并轉化成果，從而為開發針對RUNX3基因甲基化的藥物或者對腫瘤的靶向治療和預防提供有益的指導和幫助。