摘要: DNA結(jié)合抑制因子(Id)是螺旋—環(huán)—螺旋轉(zhuǎn)錄因子家族的一員，具有廣泛的生物學(xué)作用，如抑制細胞分化、促進細胞增殖、調(diào)控細胞凋亡等。哺乳類動物細胞含Id1～Id4四種，通常分布于胚胎及未分化成熟的組織細胞中，正常細胞內(nèi)Id蛋白隨著細胞分化成熟而逐漸降低。近年研究發(fā)現(xiàn)，Id蛋白家族與腫瘤相關(guān)的細胞周期調(diào)控、細胞衰老與凋亡，以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移等有關(guān)，已成為研究細胞生命過程以及探尋治療人類疾病有效靶向藥物的一類重要分子，或可成為靶向藥物治療腫瘤的新靶點。

doi: 10．3969/j．issn．1002-266X．2015．13．043

基金項目: 2013年度山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎勵基金計劃(BS2013SW041)。

通信作者:王建華，宋曉彬

DNA結(jié)合抑制因子(Id)是螺旋—環(huán)—螺旋(HLH)轉(zhuǎn)錄因子家族的一員，通過負性調(diào)節(jié)堿性螺旋—環(huán)—螺旋(bHLH)轉(zhuǎn)錄因子活性來影響細胞的生長和分化 ［1］。Id蛋白作為一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，參與細胞周期調(diào)控過程，在細胞增殖、分化及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等方面具有重要作用。本文結(jié)合文獻就Id蛋白的細胞學(xué)功能及其作用，主要是與腫瘤相關(guān)的細胞周期調(diào)控、細胞衰老與凋亡，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移以及對腫瘤干細胞的影響作一綜述。

1　Id的結(jié)構(gòu)及分類

bHLH蛋白家族通常包含一個HLH二聚化作用域和一個相鄰的富含基本氨基酸的DNA結(jié)合域。bHLH蛋白主要分為兩類: A型bHLH，也被稱為E蛋白，呈廣泛性表達，如E2A、E2-2/ITF2和HEB/ HTF4基因; B型bHLH，其表達具有組織特異性，包括肌分化因子、肌細胞生成素和NeuroD/BETA2。二聚化過程為轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合及轉(zhuǎn)錄調(diào)控所必需，DNA結(jié)合域與HLH基序相鄰的強堿性區(qū)域結(jié)合，然后參與細胞命運和細胞分化過程的基因調(diào)控 ［2］。Id是哺乳類HLH蛋白的另一種類型，Id家族有Id1 ～Id4四個成員，含119～199個氨基酸殘基;人類的Id1～Id4編碼基因分別定位于20q1、2p25、1p36和6p22-21號染色體上 ［3］。Id蛋白通常分布于胚胎及未分化成熟的組織細胞中，正常細胞內(nèi)Id蛋白隨著細胞分化成熟而逐漸降低。

2　Id的生物學(xué)功能

Id蛋白家族具有廣泛的生物學(xué)作用，如抑制細胞分化、促進細胞增殖、調(diào)控細胞命運和細胞定向分化、促進胚胎和器官形成、誘導(dǎo)細胞凋亡、維持細胞存活、促進血管形成及腫瘤浸潤、發(fā)揮癌蛋白功能等。

2．1　Id與細胞周期調(diào)控　Id分子因本身缺乏DNA結(jié)合必需的堿性氨基酸序列，所以Id-bHLH(異)二聚體無法與DNA結(jié)合，進而抑制bHLH與DNA及其他組織特異性bHLH轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，對bHLH轉(zhuǎn)錄因子活性起負調(diào)節(jié)作用，從而抑制細胞分化、促進細胞增殖。事實上，Id蛋白在細胞周期G 0～S期的過渡階段中發(fā)揮作用，如靜止期成纖維細胞生長因子可以刺激誘導(dǎo)Id1～Id3的表達，反義寡核苷酸抑制Id蛋白質(zhì)合成而阻止處于G 0期的成纖維細胞重新進入細胞周期循環(huán)。細胞周期素依賴蛋白激酶(CDK2)磷酸化阻礙了視網(wǎng)膜母細胞瘤抑制蛋白(pRB)結(jié)合并鈍化E2F轉(zhuǎn)錄因子，而E2F活化是進入S期所必需的 ［4］。G 1晚期，CDK2會使Id2、Id3磷酸化，使其活性發(fā)生改變甚至有可能與其他蛋白結(jié)合 ［5］。Id2-bHLH與pRB袋狀域結(jié)合并減弱其生長抑制的活性，Id2也可以通過抑制p130-E2F復(fù)合物(G 0期細胞生長的抑制復(fù)合物)的活性促進細胞周期進入S期。Id蛋白也可以和其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合發(fā)揮抑制作用，如ETS、MIdA1、E1A蛋白及PAX家族 ［6，7］。

2．2　Id與腫瘤細胞逃避衰老和凋亡　大多數(shù)腫瘤細胞都能逃避衰老而無限擴增，這增加了惡性腫瘤的易感性。如果把細胞衰老看作是癌癥的一個屏障，Id1和Id2的表達會隨細胞衰老呈明顯下降趨勢，在人類老化的成纖維細胞里，Id1與pRB協(xié)同結(jié)合突變體SV40大T抗原激活DNA合成，Id1過度表達可以延遲細胞老化或?qū)е录毎郎?。目前認為，p16是參與細胞衰老的一個介導(dǎo)分子，p16Ink4a基因的表達受到Ets1/2的正性調(diào)控和Id1的負性調(diào)控。MAP激酶使Ets1/2轉(zhuǎn)錄因子磷酸化并活化，異常激活p16Ink4a基因表達，導(dǎo)致細胞過早衰老; MAP激酶信號通路作用于EGR1誘導(dǎo)Id1表達，Id1通過結(jié)合并抑制Ets1/2功能來抵消這種活性。在對多種腫瘤(如食管癌、鼻咽癌、前列腺癌等)的研究中，Id蛋白可以抑制腫瘤細胞凋亡并促進其存活，Id蛋白的異常水平與抗凋亡、促生存因子和抗凋亡信號因子抑制劑密切相關(guān) ［8］。

2．3　Id與腫瘤血管再生　Id蛋白誘導(dǎo)促血管生成因子增強內(nèi)皮祖細胞的增殖和遷移，促進腫瘤血管的形成，這些因子包括HIF-1α、VEGFA、FGFR1等，都能影響腫瘤微環(huán)境中其他類型細胞的生物學(xué)屬性 ［9，10］。Id1是一個新的促血管生成因子，其參與血管生成的機制是通過激活HIF-1α的活性，進而促進依賴VEGF的上皮細胞形成新的腫瘤血管內(nèi)皮細胞。血小板反應(yīng)蛋白被認為是Id1調(diào)節(jié)血管生成的一個下游靶基因，Id1失活可能抑制上皮細胞血管生成，這為臨床上使用Id蛋白抑制劑的抗血管生成療法提供了依據(jù)。

2．4　Id與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移　Id蛋白的轉(zhuǎn)移性定植功能是雙重的，即增加侵襲性和上皮細胞逆轉(zhuǎn)能力(MET)。金屬基質(zhì)蛋白酶(MMP)通過降解基底膜和包繞腫瘤的基質(zhì)來突破基質(zhì)屏障，從而促進腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。Id基因?qū)胄∈笕橄偕掀ぜ毎礢Cp2后，可上調(diào)MMP的表達，促進腫瘤細胞的侵襲 ［11］。Id過度活化抗轉(zhuǎn)移基因，如腦信號蛋白3F的抑制劑能促進細胞遷移。在原發(fā)性上皮腫瘤中，可通過TGF-β超家族細胞因子激活I(lǐng)d基因表達，Id蛋白通過調(diào)節(jié)MET在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移中起作用。

2．5　Id與腫瘤干細胞　腫瘤干細胞能啟動腫瘤并且保持腫瘤細胞系異質(zhì)性，使得腫瘤對化療藥物的耐藥性有所增加，在由HRASV12原癌基因?qū)е碌哪X腫瘤動物模型上，Id1～Id3等位基因的缺失降低了神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細胞群，這阻礙了腫瘤的生長，延長了小鼠的壽命 ［12］。如果將Id基因缺失的腫瘤干細胞植入小鼠大腦后，這些具有自我更新能力的細胞就會完全喪失致瘤性。而如果Id基因是完整的，那么其依然保持潛在的致瘤性 ［13］。研究顯示，胚胎神經(jīng)干細胞缺乏Id1～Id3時，會完全喪失自我更新能力和多潛能性 ［14］。Id1/3蛋白激活是TGF-β致癌反應(yīng)的一部分，可以利用shRNA介導(dǎo)的Id1/3基因沉默和使用TGF-β受體抑制劑來抵消神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細胞特性。Id4下調(diào)miRNA介導(dǎo)的SRY-box 2抑制劑，這會提升膠質(zhì)瘤干細胞的致瘤性和耐藥性。與成體干細胞一樣，腫瘤干細胞錨定到一個生態(tài)位點，通過血管內(nèi)皮細胞之間的細胞連結(jié)派生出黏附信號。當Id蛋白缺乏時，會下調(diào)RAS1GAP(bHLH編碼的抑制RAP1 GTPase)抑制RAS相關(guān)蛋白1，從而破壞這種細胞黏附。故RAS1GAP、Id2和Id3被認為是高分化膠質(zhì)瘤預(yù)后的指標。總體來說，Id蛋白是維持干細胞特性的主調(diào)節(jié)器，其缺乏能夠影響腫瘤干細胞自我更新和腫瘤啟動能力。

2．6　Id與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后　Id在多種腫瘤細胞中高表達，如神經(jīng)膠質(zhì)瘤、神經(jīng)母細胞瘤、甲狀腺髓質(zhì)癌等 ［15］。Id蛋白不僅能夠保持腫瘤干細胞特性，而且涉及許多癌癥相關(guān)表型，可作為治療的靶基因或預(yù)后指標。用反義寡核苷酸在神經(jīng)母細胞瘤、胰腺癌和乳腺癌中抑制Id表達可降低腫瘤細胞的增殖速率。在許多情況下，多個表觀遺傳事件和信號通路協(xié)同導(dǎo)致Id蛋白異常表達。在非小細胞肺癌(NSCLC)中，表皮生長因子受體和α7煙堿乙酰膽堿受體信號都聚集在SRC區(qū)域，通過BMP信號通路和MYC可以誘導(dǎo)激活I(lǐng)d1的轉(zhuǎn)錄，提高Id1的表達水平，促進NSCLC的細胞增殖、MET、遠處轉(zhuǎn)移以及化療耐藥性 ［16］。

Id mRNA水平受microRNAs調(diào)控。在NSCLC中，miR-381和miR-29b結(jié)合到Id1 3'非編碼區(qū)進而抑制Id1翻譯，從而抵抗由SRC誘導(dǎo)的Id1水平升高 ［17，18］;在神經(jīng)母細胞瘤中，MYCN基因能夠促進Id2的聚集而miR-9和miR-103卻能抵制這種作用 ［19］;在乳腺癌細胞中，缺乏miR-335能夠維持Id4的表達 ［20］。通過與TCF3-Id3突變體對比發(fā)現(xiàn)，E蛋白作為Id蛋白的首要目標通常作為腫瘤抑制劑。

Id蛋白只能維持10～20 min，并通過泛素蛋白酶途徑降解，細胞分裂后期促進復(fù)合物/細胞周期體(APC/C-CDH1) E3泛素連接酶誘導(dǎo)Id1/2/4降解，另一種E3泛素連接酶——SMAD泛素化調(diào)節(jié)因子2 (SMURF2)，參與TGF-β信號通路降解Id1/3 ［21］。泛素特異性蛋白酶1過表達導(dǎo)致Id蛋白累積，促進細胞生長和保持干細胞樣特性 ［22］。因此，APC/C-CDH1 和SMURF2都有抑制腫瘤功能，了解其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用有助于腫瘤治療設(shè)計。

Id過度表達常與腫瘤惡性程度及腫瘤細胞的組織學(xué)分級有關(guān)，Id高表達常預(yù)示預(yù)后不良。Id1蛋白的高表達可以使抑癌基因INK4α失活，影響腫瘤細胞增殖，Id1～Id3在高惡性星形細胞瘤中的表達水平明顯增高; Id2在分化良好的食管癌患者中高表達，而在低分化者中低表達，并且Id2高表達的食管鱗狀細胞癌患者預(yù)后良好，因此，Id1和Id2能夠作為獨立預(yù)測食管癌患者預(yù)后和生存期的指標; Id2表達升高與HCV相關(guān)的伴門脈侵犯的肝細胞癌有密切聯(lián)系，并認為Id2有可能成為其潛在的診斷和治療靶標; Id4在乳腺癌中可能是一種潛在的抑癌基因，能參與抑制腫瘤抑制基因BRCA1的轉(zhuǎn)錄;反之，BRCA1抑制Id4的轉(zhuǎn)錄，這構(gòu)成了雌激素依賴性調(diào)節(jié)回路，從而平衡這兩個基因的表達 ［23］。

綜上所述，Id蛋白已成為研究細胞生命過程以及探尋治療人類疾病有效靶向藥物的一類重要分子，對Id蛋白生物學(xué)功能進行深入研究，可進一步揭示每一種Id蛋白在腫瘤細胞中的確切作用機制，從而將Id作為藥物作用靶點引入臨床，為臨床治療惡性腫瘤提供一種新的途徑。