楊國良 綜述 薄雋杰 審校

上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院泌尿外科，上海 200127

高遷移率族蛋白（high mobility group proo--tein，HMG）是一系列染色質(zhì)相關(guān)蛋白質(zhì)，廣泛存在于真核生物中，含量豐富，因其在聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）中具有較高的遷移能力而得名，HMG包括HMGA、HMGB和HMGN 3個家族。HMGA家族由HMGAla、HMGA1b、HMGA1c和HMGA2 4種蛋白質(zhì)組成，前3種蛋白質(zhì)由同一個基因編碼，只是轉(zhuǎn)錄后的可變剪接使這3種蛋白質(zhì)長度有所不同，HMGA2由一個斷裂基因編碼。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，HMGA2蛋白參與人類多種腫瘤的發(fā)生，如白血病、胃癌、大腸癌、卵巢癌、甲狀腺癌和非小細胞肺癌等。研究證實這些腫瘤的發(fā)生、發(fā)展均與HMGA2基因表達異常有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)其表達增強與預后有關(guān)。關(guān)于HMGA2基因與腫瘤的相關(guān)性及作為預后指標的研究逐漸成為熱點。

1 HMGA2的基因結(jié)構(gòu)及功能

HMGA2的基因已被證明定位于人的12q13-15，HMGA2基因長度超過200 kb，含有5個外顯子，第3和第4個外顯子被一個100 kb的大內(nèi)含子隔開。HMGA2的主要轉(zhuǎn)錄物長4.1 kb，源于5’側(cè)翼區(qū)的多轉(zhuǎn)錄起始位點，3’端有一個長的非翻譯區(qū)。第1個外顯子編碼含有第1個AT-鉤結(jié)構(gòu)域的前37個氨基酸，第2和第3個AT-鉤分別由第2和第3個外顯子編碼，第4個外顯子編碼的12個氨基酸將第3個AT-鉤和由最后一個外顯子編碼的C端酸性區(qū)隔開。

HMGA2含有3個AT-鉤結(jié)構(gòu)域和1個酸性C末端。AT-鉤模體在從細菌到人類的進化過程中是高度保守的，其氨基酸序列為BBXRGRPBB，其中B是堿性氨基酸，X是G或P殘基。HMGA中3個獨立的AT-鉤DNA結(jié)合模體對B型DNA小溝內(nèi)富含AT的短序列較高親和力。AT-鉤具有GRP三肽的典型序列模式，這個短的保守序列對結(jié)合DNA是必需的。HMGA單個AT-鉤模體所識別的是與目標DNA小溝結(jié)合的結(jié)構(gòu)，而不是識別核苷酸序列本身，單個AT-鉤與DNA結(jié)合的特異性不高，但是當2個或3個AT-鉤模體同時與一個DNA分子結(jié)合時，就會表現(xiàn)出很高的親和性。HMGA2與DNA結(jié)合會導致DNA彎曲、拉伸、成環(huán)或解鏈，因此也被稱為“構(gòu)架轉(zhuǎn)錄因子”（architectural transcription factor）［1-2］。HMGA2自身沒有激活或抑制轉(zhuǎn)錄的作用，但可以參與在DNA上裝配大的多蛋白復合體，使之與轉(zhuǎn)錄體系相互作用，從而正向或負向調(diào)節(jié)一些基因的表達。此外，HMGA還參與細胞核中許多其他活動，如病毒整合、RNA加工、DNA修復及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重組等，表明HMGA是染色質(zhì)蛋白網(wǎng)絡(luò)。研究表明在胚胎發(fā)育早期除腦組織外幾乎所有組織都表達HMGA2，這對胚胎細胞的生長是必需的。而在成人組織中幾乎測不到其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物［3］。

2 HMGA2基因及蛋白在常見各系腫瘤中的表達

2.1 消化系統(tǒng) HMGA2在多種消化系統(tǒng)腫瘤中有表達異常，如胃癌、大腸癌和胰腺癌等，并可能成為腫瘤判斷預后的有效指標。Motoyama等［4］對110例胃癌患者的HMGA2 mRNA的表達研究發(fā)現(xiàn)HMGA2 mRNA的高表達與胃癌患者的漿膜浸潤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及靜脈的浸潤成正相關(guān)，但與性別、腫塊大小和組織病理的類型無明顯相關(guān)性。對這110例患者隨訪1.2～134個月，HMGA2高表達的患者生存期明顯低于低表達的患者，因此作者認為HMGA2是患者術(shù)后預后的一個獨立因素。Hristov等［5］對胰腺癌的組織芯片免疫組化及細胞株定量RTPCR研究發(fā)現(xiàn)，HMGA2 mRNA及蛋白的表達明顯高于正常組織，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤的病理分級成正相關(guān)。認為HMGA2蛋白是一個潛在的腫瘤標記物，為進展期胰腺癌靶向治療提供了合理的依據(jù)。Huang等［6］通過對31例直腸癌及相應正常組織HMGA2 mRNA的定量分析研究發(fā)現(xiàn)，HMGA2的表達與腫瘤的分期及遠處轉(zhuǎn)移相關(guān)，而且認為HMGA2可能參與調(diào)接腫瘤的進展，是術(shù)后患者隨訪檢測的潛在腫瘤標記物。

2.2 呼吸系統(tǒng) 吳穎等［7］通過免疫組化檢測59例手術(shù)切除非小細胞肺癌組織和10例非腫瘤組織中HMGA2的表達，結(jié)果顯示非小細胞肺癌組織中HMGA2表達率為78%，而10例非腫瘤組織中均不表達。HMGA2表達與TNM分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。COX多因素回歸分析顯示TNM分期是患者獨立預后因子。Sarhadi等［8］采用免疫組化檢測152例非小細胞肺癌患者HMGA2蛋白的表達，通過半定量RT-PCR檢測HMGA2 mRNA的量，結(jié)果顯示HMGA2 mRNA及蛋白的量明顯高于正常組織，且表達量的增加與細胞的增殖程度成正相關(guān)，但與預后成負相關(guān)，因此該文作者認為HMGA2蛋白可以作為非小細胞肺癌患者診斷和預后的很有潛力的腫瘤標記物。Meyer等［9］對34例非小細胞肺癌及相應的正常組織（其中17例腺癌，17例鱗癌）通過定量RT-PCR及免疫組化研究發(fā)現(xiàn)，HMGA2蛋白明顯高于正常組，HMGA2的過表達見于所有的肺癌組織，因此認為HMGA2是肺癌檢測的潛在腫瘤標志物。Di Cello等［10］探討了反義HMGA2 mRNA轉(zhuǎn)染質(zhì)粒對肺癌系H1299細胞的抑制作用，研究發(fā)現(xiàn)當質(zhì)粒穩(wěn)定引入細胞系，HNGA2蛋白表達水平明顯下降，并對細胞的增殖有明顯的抑制作用。在正常肺組織BEAS-2B細胞轉(zhuǎn)染HMGA2表達載體，研究發(fā)現(xiàn)細胞的增殖明顯增強，認為HMGA2蛋白對細胞轉(zhuǎn)化是非常重要的。

2.3 泌尿生殖系統(tǒng) Rogalla等［11］通過RTPCR檢測44例乳腺癌患者及13例正常乳腺組織，發(fā)現(xiàn)22例乳腺癌患者有HMGA2 mRNA的表達，而13例正常組織均未見到其表達。表達的量與分級相關(guān)，提示HMGA2的表達對診斷和預后中有重要作用。Langelotz等［12］通過檢測69例轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者外周血HMGA2 mRNA的表達發(fā)現(xiàn)，69例中有21例表達，有表達者的中位生存期為15.9個月，無HMGA2 mRNA表達的患者中位生存期為24.7個月，兩者之間差異有統(tǒng)計學意義，因此認為HMGA2可作為轉(zhuǎn)移性乳腺癌預后的獨立因素。Adib等［13］進行組織芯片研究，發(fā)現(xiàn)卵巢癌組織也有HMGA2的過表達。Malek 等［14］通過基因沉默技術(shù)研究HMGA2對卵巢癌細胞株Ovcar-3 和OAW-42（都有HMGA2的過表達）生存、增殖及細胞周期的影響，結(jié)果顯示細胞的增長受到抑制，凋亡增減，進入S期的細胞明顯減少，認為HMGA2基因可能為卵巢癌治療的潛在靶點。Winkler等［15］以16只犬作為動物模型研究HMGA2在前列腺癌中的表達，通過定量RT-PCR研究發(fā)現(xiàn)犬的前列腺癌中HMGA2 mRNA的表達明顯高于增生及炎性前列腺組織，作者認為以犬作為動物模型研究降低HNGA2的表達對前列腺癌影響具有重要的意義。

2.4 內(nèi)分泌系統(tǒng) Chiappetta等［16］通過免疫組化及定量RT-PCR研究128例甲狀腺標本HMGA2的表達，其中正常組織7例，甲狀腺腺瘤31例，增生性病變12例，甲狀腺癌78例，結(jié)果顯示正常組織中未見HMGA2的表達，31例腺瘤中有3例表達，78例腺癌中45例表達且表達的量明顯高于正常及腺瘤組織。因此認為HMGA2在甲狀腺癌的發(fā)生中起到重要作用。Belge 等［17］通過免疫組化及定量RT-PCR研究64例甲狀腺組織HMGA2的表達，其中3例正常組織，2例甲狀腺炎組織，19例濾泡狀腺瘤，40例腫瘤組織，結(jié)果顯示HMGA2 mRNA的量是甲狀腺腺瘤組織的400倍，而正常及炎癥組織中幾乎檢測不到HMGA2 mRNA的表達，免疫組化顯示甲狀腺癌組織HMGA2高表達，而在正常、炎癥及腺瘤組織中均未見其表達，單獨用HMGA2來區(qū)分良惡性甲狀腺癌的靈敏度為95.9%，特異度為93.9%，因此作者認為HMGA2在區(qū)別甲狀腺良惡性腫瘤中是一個很有潛力腫瘤標記物。Qian等［18］對98例垂體瘤進行免疫組化研究，發(fā)現(xiàn)HMGA2蛋白的表達明顯高于正常組織，高表達的HMGA2蛋白的量與分級、大小、腫瘤的浸潤及Ki-67成正相關(guān)，通過定量RT-PCR對55例垂體瘤Let-7表達的研究發(fā)現(xiàn)，HMGA2表達的量與Let-7成負相關(guān)，因此作者認為Let-7表達的丟失導致HMGA2表達的上調(diào)，在垂體瘤的形成及進展中起到了重要的作用。

2.5 其他 Venkatesan等［19］研究HMGA2蛋白與視網(wǎng)膜母細胞瘤的浸潤關(guān)系，選擇視網(wǎng)膜母細胞瘤64例患者，其中有周圍浸潤的29例（如浸潤至視神經(jīng)、脈絡(luò)膜或眼眶），而非浸潤性的35例，通過免疫組化研究發(fā)現(xiàn)周圍浸潤性的視網(wǎng)膜母細胞瘤明顯高于非浸潤性，而在正常組織中未見到HMGA2蛋白的表達，Westernblot的結(jié)果與免疫組化相同，因此作者認為HMGA2的表達與視網(wǎng)膜母細胞瘤的浸潤相關(guān)。另有報道在頭頸部惡性腫瘤、白血病等多種腫瘤中都HMGA2基因的異常表達，并與腫瘤的預后有關(guān)。

3 HMGA2基因在腫瘤中的作用機制

腫瘤中HMGA2的高表達的具體機制尚不明確，可能是癌基因激活的結(jié)果，也可能與HMGA2基因的轉(zhuǎn)位有關(guān)。HMGA2的高水平表達導致腫瘤發(fā)生、維持及進展的基因調(diào)控方面的研究較多，近年的研究提示它可能是通過調(diào)控多種與腫瘤形成和轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達而實現(xiàn)的，但其確切的機制尤其是信號通路及分子機制的報道較少，目前的研究結(jié)果如下所述。

3.1 HMGA2激活E2F1的活性 pRB是細胞周期的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，它通過結(jié)合E2F1轉(zhuǎn)錄因子抑制細胞分裂進入S期［20］。Fedele等［21］研究發(fā)現(xiàn)在HMGA2轉(zhuǎn)基因的小鼠中HMGA2蛋白通過結(jié)合pRB而提高了E2F1轉(zhuǎn)錄因子的活性，進而導致小鼠垂體瘤的形成。HMGA2激活E2F1的機制比較獨特，具體如下：HMGA2與pRB-E2F1復合物結(jié)合后取代組蛋白脫乙酰基酶（histone deacetylase1，HDAC1），導致E2F1及DNA相關(guān)組蛋白的乙?；鰪姡M而導致E2F1活性的激活。在E2F1基因敲除且有HMGA2基因過表達的小鼠體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有垂體腺瘤的生成，進一步說明了HMGA2蛋白介導的E2F1的激活在小鼠腺瘤形成中的關(guān)鍵作用［21］。因此有理由相信在其他腫瘤中，HMGA2的過表達進而激活E2F1的活性對腫瘤的形成是至關(guān)重要的。

3.2 HMGA2可提高AP1復合物的活性 AP1復合物包括3個Jun蛋白（JUN、JUNB、JUND）和4個FOS蛋白（FOS、FOSB、FRA1、FRA2）。AP1復合物中有大量同源或異源的二聚體，與DNA結(jié)合后導致不同靶基因的激活，進而導致細胞的增殖、腫瘤的形成及轉(zhuǎn)移［22］。分析小鼠正常甲狀腺細胞，完全轉(zhuǎn)化及反義引物介導的抑制HMGA表達的甲狀腺細胞顯示：在完全轉(zhuǎn)化的細胞中AP1的活性增加而且依賴于HMGA2的過表達［23］，最明顯的效應是HMGA2的過表達誘導JUNB和FRA1的基因活性，而在表達HMGA2反義引物的細胞株中這些基因的活性被抑制。有報道認為FRA1可以調(diào)節(jié)細胞有絲分裂的進展，在細胞周期中FRA1的表達及磷酸化可以調(diào)節(jié)細胞周期向G2/M期轉(zhuǎn)化，而敲除FRA1基因的細胞株，細胞分裂聚集在M期［24］。AP1還可以和Etas家族蛋白結(jié)合來調(diào)控某些對細胞向惡性轉(zhuǎn)化基因的表達，如編碼Ⅰ型膠原蛋白酶及血管內(nèi)皮生長因子的基因。當HMGA2表達時，這些基因的表達也上調(diào)［25］。所以HMGA2導致腫瘤的形成可通過介導FRA1的表達，進而調(diào)節(jié)周期蛋白A的表達而進入細胞周期。FRA1的過表達在其他腫瘤中也有報道［25-27］。還有學者研究認為AP1也可激活HMGA的表達［26-28］。

3.3 HMGA2的過表達破壞DNA的修復能力DNA自身的修復系統(tǒng)是抵抗腫瘤形成最好的防御，事實上腫瘤形成的關(guān)鍵步驟就是一個或多個DNA修復系統(tǒng)的破壞。許多實驗已經(jīng)證明了HMGA蛋白在DNA修復中的作用，最近的研究表明HMGAl與DNA損害細胞應答的關(guān)鍵因子ATM激酶有關(guān)。它與激活型的ATM相似，影響其DNA修復功能［29］。表明HMGA1的表達與染色體重排有關(guān)。其可能促進基因組不穩(wěn)定性。HMGA1破壞DNA損傷修復能力的另一個途徑是HMGA1分子直接結(jié)合在DNA分子上AT豐富區(qū)，阻礙UV損傷DNA所形成的切除修復。DNA損傷修復是保證細胞正常生長的必要條件，修復能力被破壞將導致突變累積，基因組穩(wěn)定性喪失，細胞惡性轉(zhuǎn)化。同樣Borrmann等［30］研究認為HMGA2可以結(jié)合核苷酸切除修復基因ERCC1的啟動子，負向調(diào)節(jié)其活性進而抑制DNA的修復。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，HMGA2基因的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的發(fā)病機制、臨床病例聯(lián)系及判斷預后提供了一個新思路，其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要作用以及與腫瘤預后的關(guān)系已被大量的實驗研究所證實。然而，HMGA2在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的具體機制仍不甚清楚，需要做進一步的研究。探索并闡明這一機制將為臨床預測腫瘤患者的診斷、預后、轉(zhuǎn)移等提供參考指標，同時也能為腫瘤分子靶向治療和開發(fā)新藥物提供一個突破點。關(guān)于HMGA2與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)研究可從以下幾個方面著手：⑴HMGA2基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的具體作用與預后的關(guān)系；⑵HMGA2基因及蛋白在不同腫瘤中表達改變的機制；⑶HMGA2基因及蛋白在腫瘤中與其他癌基因或抑癌基因相互作用的機制等。總之，深入探討HMGA2蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移中的分子機制，對人類在腫瘤形成及其防治預后的研究中將起到重要的促進作用。

［1］ Reeves R. Molecular biology of HMGA proteins: hubs of nuclear function［J］. Gene, 2001, 277(1-2): 63-81.

［2］ Fusco A, Fedele M. Roles of HMGA proteins in cancer［J］.Nat Rev Cancer, 2007, 7(12): 899-910.

［3］ Zhou X, Benson KF, Ashar HR, et al. Mutation responsible for the mouse pygmy phenotype in the developmentally regulated factor HMGI-C ［J］. Nature, 1995, 376(6543): 771-774.

［4］ Motoyama K, Inoue H, Nakamura Y, et al. Clinical significance of high mobility group A2 in human gastric cancer and its relationship to let-7 microRNA family［J］. Clin Cancer Res,2008, 14(8): 2334-2340.

［5］ Hristov AC, Cope L, Reyes MD, et al. HMGA2 protein expression correlates with lymph node metastasis and increased tumor grade in pancreatic ductal adenocarcinoma［J］. Mod Pathol, 2009, 22(1): 43-49.

［6］ Huang ML, Chen CC, Chang LC, et al. Gene expressions of HMGI-C and HMGI (Y) are associated with stage and metastasis in colorectal cancer［J］. Int J Colorectal Dis,2009, 24(7): 731-740.

［7］ 吳穎, 宋勇, 劉紅兵, 等. HMGA2在非小細胞肺癌中的表達及其臨床意義［J］. 中國肺癌雜志, 2008, 11(3): 377-381.

［8］ Sarhadi VK, Wikman H, Salmenkivi K, et al. Increased expression of high mobility group A proteins in lung cancer［J］. J Pathol, 2006, 209(2): 206-212.

［9］ Meyer B, Loeschke S, Schultze A, et al. HMGA2 overexpression in non-small cell lung cancer［J］. Mol Carcinog,2007, 46(7): 503-511.

［10］ Di Cello F, Hillion J, Hristov A, et al. HMGA2 participates in transformationin human lung cancer［J］. Mol Cancer Res,2008, 6(5): 743-750.

［11］ Rogalla P, Drechsler K, Kazmierczak B, et al. Expression of HMGI-C, a member of the high mobility group protein family,in a subset of breast cancers: relationship to histologic grade［J］. Mol Carcinog, 1997, 19(3): 153-156.

［12］ Langelotz C, Schmid P, Jakob C, et al. Expression of highmobility-group-protein HMGI-C mRNA in the peripheral blood is an independent poor prognostic indicator for survival in metastatic breast cancer［J］. Br J Cancer, 2003, 88(9):1406-1410.

［13］ Adib TR, Henderson S, Perrett C, et al. Predicting biomarkers for ovarian cancer using gene-expression microarrays［J］.Br J Cancer, 2004, 90(5): 686-692.

［14］ Malek A, Bakhidze E, Noske A, et al. HMGA2 gene is a promising target for ovarian cancer silencing therapy［J］. Int J Cancer, 2008, 123(2): 348-356.

［15］ Winkler S, Murua Escobar H, Meyer B, et al. HMGA2 expression in a canine model of prostate cancer［J］. Cancer Genet Cytogenet, 2007, 177(2): 98-102.

［16］ Chiappetta G, Ferraro A, Vuttariello E, et al. HMGA2 mRNA expression correlates with the malignant phenotype in human thyroid neoplasias［J］. Eur J Cancer, 2008, 44(7): 1015-1021.

［17］ Belge G, Meyer A, Klemke M, et al. Upregulation of HMGA2 in thyroid carcinomas: a novel molecular marker to distinguish between benign and malignant follicular neoplasias［J］.Genes Chromosomes Cancer, 2008, 47(1): 56-63.

［18］ Qian ZR, Asa SL, Siomi H, et al. Overexpression of HMGA2 relates to reduction of the let-7 and its relationship to clinicopathological features in pituitary adenomas［J］. Mod Pathol, 2009, 22(3): 431-441.

［19］ Venkatesan N, Kandalam M, Pasricha G, et al. Expression of high mobility group A2 protein in retinoblastoma and its association with clinicopathologic features［J］. J Pediatr Hematol Oncol, 2009, 31(3): 209-214.

［20］ Seville L, Shah N, Westwell AD, et al. Modulation of pRB/E2F functions in the regulation of cell cycle and in cancer［J］.Curr Cancer Drug Targets, 2005, 5(3): 159-170.

［21］ Fedele M, Visone R, De Martino I, et al. HMGA2 induces pituitary tumorigenesis by enhancing E2F1 activity ［J］.Cancer Cell, 2006, 9(6): 459-471.

［22］ Karin M, Liu Z, Zandi E. AP-1 function and regulation［J］.Curr Opin Cell Biol, 1997, 9(2): 240-246.

［23］ Vallone D, Battista S, Pierantoni GM, et al. Neoplastic transformation of rat thyroid cells requires the JunB and Fra1 gene induction which is dependent on the HMGI-C gene products［J］. EMBO J, 1997, 16(17) : 5310-5321.

［24］ Casalino L, Bakiri L, Talotta F, et al. Fra-1 promotes growth and survival in RAS-transformed thyroid cells by controlling cyclin A transcription ［J］. EMBOJ, 2007, 26(7): 1878-1890.

［25］ Dhar A, Hu J, Reeves R, et al. Dominant-negative c-Jun(TAM67) target genes: HMGA1 is required for tumor promoter-induced transformation ［J］. Oncogene, 2004,23(25): 4466-4476.

［26］ Chiappetta G, Tallini G, De Biasio MC, et al. FRA-1 protein detection is associated with thyroid proliferative disorders［J］. Clin Cancer Res, 2000, 6(11): 4300-4306.

［27］ Chiappetta G, Ferraro A, Botti G, et al. FRA-1 protein overexpression is a feature of hyperplastic and neoplastic breast disorders［J］. BMC Cancer, 2007, 25(7): 7-17.

［28］ Hommura F, Katabami M, Leaner VD, et al. HMG-I/Y is a c-Jun/activator protein-1 target gene and is necessary for c-Jun-induced anchorage-independent growth in Rat1a cells［J］. Mol Cancer Res, 2004, 2(5): 305-314.

［29］ Pentimalli F, Palmieri D, Pacelli R. HMGA1 protein is a novel target of the ATM kinase ［J］. Eur J Cancer, 2008, 44(17):2668-2679.

［30］ Borrmann L, Schwanbeck R, Heyduk T, et al. High mobility group A2 protein and it derivatives bind a specific region of the promoter of DNA repair gene ERCC1 and modulate its activity ［J］. Nucleic Acids Res, 2003, 31(23): 6841-6851.