韓小暖, 陳浩暘, 張 忠, 薄 威

(1. 中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 第一分娩室, 遼寧 沈陽, 110000; 2. 沈陽醫(yī)學(xué)院病理教研室, 遼寧 沈陽, 110032)

轉(zhuǎn)錄因子對于基因調(diào)控表達(dá)起著重要作用，并且參與多種生物進(jìn)程，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、發(fā)育、代謝和自噬等多種生物進(jìn)程[1-5]。根據(jù)與DNA結(jié)合方式的不同，轉(zhuǎn)錄因子可分為經(jīng)典鋅指結(jié)構(gòu)、同源結(jié)構(gòu)域和螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)[6-8]。其中，經(jīng)典鋅指結(jié)構(gòu)由人類2%的基因編碼，形成了最具有序列特異性DNA結(jié)合蛋白構(gòu)象[9-10]。鋅指蛋白在非洲爪蟾的卵細(xì)胞中首次被發(fā)現(xiàn)，隨后成為各國學(xué)者研究[11-12]熱點，其類型包括C2H2型、塞結(jié)狀、高音譜號、帶狀、Zn2/Cys6型、類TAZ2型、鋅離子結(jié)合短環(huán)和金屬硫蛋白8種不同類型的鋅指折疊群。由于鋅指蛋白保守結(jié)構(gòu)域存在差異，所以又可將其分為3個類群: C2H2型(Krüppel相關(guān)型)、C4型和C6型[13]。這些不同類型鋅指基序表現(xiàn)出不同生物功能，以往研究[14]更多關(guān)注鋅指結(jié)構(gòu)和DNA的相互作用。最近研究[15]顯示，除與DNA存在相互作用外，鋅指結(jié)構(gòu)還與RNA、蛋白質(zhì)存在相互作用。鋅指蛋白通過與多種鋅指基序的不同組合在細(xì)胞基因調(diào)控中起著不同作用。作者主要探討C2H2型鋅指蛋白在基因調(diào)控中的作用機制及其在不同惡性腫瘤進(jìn)程中的作用。

1 鋅指蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

C2H2型鋅指蛋白家族共有5 926個成員，是所有鋅指序類中最大的一類[16-17]。C2H2型鋅指結(jié)構(gòu)由CX2CX3FX5LX2HX3H 組成，半胱氨酸和組氨酸殘基在與鋅離子的相互作用后，會折疊成一個手指狀結(jié)構(gòu)，其中包括2個反向平行的β折疊和一個α 螺旋結(jié)構(gòu)[18]。研究表明，連續(xù)的2～3個C2H2型鋅指模體結(jié)構(gòu)與DNA結(jié)合的程度最高。另外，豐富的GC和GT堿基序列可以作為C2H2型鋅指蛋白的順式作用元件，例如，CTGGCAGCGC堿基序列為轉(zhuǎn)錄因子小尾寒羊特異性蛋白1(SP1)激活BRK1蛋白表達(dá)的共有結(jié)合元件[19]。C2H2型鋅指蛋白其他功能域(如痘病毒和鋅指功能域、Krüppel相關(guān)的功能域)可能通過選擇性結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子或與其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)結(jié)合來控制亞細(xì)胞的定位、DNA結(jié)合以及基因表達(dá)。例如，鋅指蛋白球蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子-1(GATA-1)被報道可與弗里德白血病病毒插入位點1(Fli-1)、SP1、紅系分化特異轉(zhuǎn)錄因子(EKLF)和轉(zhuǎn)錄因子1(PU1)蛋白結(jié)合，促進(jìn)蛋白之間的相互作用，進(jìn)而執(zhí)行不同的生物功能[20-21]。有些鋅指蛋白在轉(zhuǎn)錄水平上作用可能是相反的，例如糖蛋白家族GPIX和GPIpalpha等巨噬細(xì)胞特異性基因在轉(zhuǎn)錄水平上可激活Ets家族成員GATA-1和Fli-1, 但與Ets家族成員另一個成員PU1結(jié)合后就會阻斷GATA-1 的激活。此外，鋅指蛋白對多種下游基因也具有不同的調(diào)控機制，一些鋅指蛋白通過結(jié)合特異性受體可抑制下游基因表達(dá)，如鋅指蛋白217(ZNF217)通過結(jié)合賴氨酸去甲基酶1、組蛋白去乙?；?和C端結(jié)合蛋白等抑制下游基因表達(dá)[22-23]。一些鋅指蛋白可通過與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP/P300和C/EBP等激活劑相互作用而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活因子的作用，以上研究[24]表明鋅指蛋白在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要作用。

2 鋅指蛋白翻譯后修飾

鋅指蛋白通過乙?；蛘吡姿峄饔脜⑴c翻譯后修飾，這種調(diào)節(jié)方式可以增強鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄激活或者抑制翻譯后調(diào)節(jié)[25]。GATA-1是一種含有2個高度保守的鋅指基序的轉(zhuǎn)錄因子，乙?；罂膳c染色質(zhì)穩(wěn)定結(jié)合，促進(jìn)蛋白質(zhì)相互作用[26]。帶有GATA-1的紅細(xì)胞的Kruppel樣因子(EKLF)乙?；罂上燃せ詈蠸WI/SNF染色質(zhì)重塑蛋白和紅細(xì)胞復(fù)合物-1(ERC-1), 進(jìn)而激活β-球蛋白的表達(dá)。C2H2鋅指蛋白YY1可被P300/CBP相關(guān)因子(PCAF)乙?；?，乙?；腨Y1與DNA的結(jié)合能力受到了抑制。富含甘氨酸和賴氨酸的YY1被乙?；螅c靶基因的轉(zhuǎn)錄功能會完全被抑制但不會影響其與DNA結(jié)合的能力[27]。

研究[28]發(fā)現(xiàn)，一些鋅指蛋白包括Ikaros、Sp1和YY1在有絲分裂過程中在其連接肽的蘇氨酸/絲氨酸殘基上被高度磷酸化，因此失去了與DNA結(jié)合能力。COWGER J J 等[29]針對磷酸化連接肽(TGEKP)制備了相應(yīng)的抗體，結(jié)果顯示, 80%的C2H2型鋅指蛋白中的50%連接肽都會被磷酸化，這表明在有絲分裂過程中磷酸化是抑制鋅指蛋白與DNA 結(jié)合的重要因素。

3 鋅指蛋白在促癌中的作用

最近研究[30]表明, C2H2 型鋅指蛋白的過表達(dá)在一些類型的腫瘤中起促進(jìn)作用，如鋅指蛋白ZKSCAN3在結(jié)直腸癌中出現(xiàn)了明顯的擴增和過表達(dá); 結(jié)直腸癌的癌細(xì)胞敲除ZKSCAN3后發(fā)現(xiàn)，錨定非依賴性生長和原位腫瘤的生長均受到了顯著的抑制，而ZKSCAN3的過表達(dá)則產(chǎn)生相反效果，進(jìn)一步研究[31]證實, ZKSCAN3轉(zhuǎn)錄通過激活整合素β4和血管內(nèi)皮生長因子在結(jié)直腸癌的發(fā)生中起重要作用。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)的ZKSCAN3在多發(fā)性骨髓瘤和前列腺癌中通過激活細(xì)胞周期蛋白D2(CCND2)的表達(dá)來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。

鋅指蛋白322A(ZNF322A)是包含11個串聯(lián)重復(fù)序列的C2H2鋅指蛋白[32]。1998年，研究對居住于亞洲中部和高加索地區(qū)的肺癌患者進(jìn)行了基因篩查并發(fā)現(xiàn)，肺癌患者組織切片中ZNF322A出現(xiàn)了明顯的過表達(dá)，因此ZNF322A首先被認(rèn)為與腫瘤相關(guān)。之后該研究團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn), ZNF322A在肺癌中通過轉(zhuǎn)錄激活細(xì)胞周期蛋白D1和內(nèi)收蛋白而抑制p53從而促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。多變量Cox回歸分析提示, ZNF322A是肺癌患者不良預(yù)后的獨立危險因素。另外, ZNF322A小鼠種間同源基因Zfp322a也有相關(guān)報道。Zfp322a在維持小鼠胚胎干細(xì)胞的自我更新和全能性方面起著重要作用。研究[33]發(fā)現(xiàn), Zfp322a通過轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄因子Oct4和胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵蛋白的表達(dá)促進(jìn)OKSM (Oct4、Klf4、Sox2、c-Myc)誘導(dǎo)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕咛ジ杉?xì)胞。

鋅指蛋白ZNF304(ZNF304)在2002年首次被報道, ZNF304包含一個KRAB結(jié)構(gòu)域和13個C2H2鋅指結(jié)構(gòu)基序。ZNF304通過募集包括DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄抑制因子復(fù)合物，在沉默p14ARF、p15INK4B 和p16INK4A等腫瘤抑制因子方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[34]。此外，研究對腫瘤基因組圖譜和卵巢癌數(shù)據(jù)集的整合生物信息學(xué)進(jìn)行分析，之后通過細(xì)胞學(xué)實驗驗證了ZNF304和卵巢癌轉(zhuǎn)移間的聯(lián)系。進(jìn)一步研究ZNF304和卵巢癌間的具體作用機制結(jié)果表明, ZNF304可激活Src/focal局灶性黏附激酶和靶蛋白，最終阻止卵巢凋亡，該實驗在小鼠模型中也得到了成功驗證[35]。

GAMSJAEGER R等[36]在對胃癌患者的研究中發(fā)現(xiàn)，鋅指蛋白ZNF139(ZNF139)明顯過表達(dá)。Cox生存分析顯示, ZNF139過表達(dá)是胃癌發(fā)生的獨立危險因素。研究還發(fā)現(xiàn), ZNF139通過上調(diào)生存素(Survivin)、X連鎖凋亡抑制蛋白(x-IAP)和凋亡相關(guān)基因Bcl-2的表達(dá)和下調(diào)半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)和凋亡相關(guān)因子Bax的表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡。

鋅指蛋白ZFX已被證實在多種腫瘤細(xì)胞中能夠促進(jìn)細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移。研究[37]還發(fā)現(xiàn), ZFX通過轉(zhuǎn)錄激活干細(xì)胞標(biāo)志物Nanog和SOX2的表達(dá)在肝細(xì)胞癌中獲得自我更新特性和化學(xué)抗性。SENGUPTA T等[38]發(fā)現(xiàn), ZFX通過轉(zhuǎn)錄上調(diào)原癌基因c-Myc的表達(dá)誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的特異性。在細(xì)胞學(xué)實驗中用小干擾核糖核酸(siRNA)低聚核苷酸抑制ZNF表達(dá)后可減緩癌癥惡化進(jìn)程，表明ZFX在治療癌癥中具有潛在應(yīng)用前景。

4 鋅指蛋白在抑癌中的作用

鋅指蛋白不但在促進(jìn)癌癥基因表達(dá)方面起作用，一些鋅指蛋白也被發(fā)現(xiàn)可抑制癌基因表達(dá)，如鼻咽癌、食道癌、肺癌、胃癌、結(jié)腸癌和乳腺癌。鋅指蛋白ZNF545(ZNF545)通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制NF-kB和AP-1的表達(dá)充當(dāng)腫瘤抑制因子。此外，甲基化作用遞減的5個CpG位點可以用來預(yù)測胃癌患者的生存情況，即攜帶高甲基化的CpG位點的患者存活率下降[39]。鋅指蛋白ZNF331(ZNF331)是一種高度甲基化的滅活鋅指蛋白，其過表達(dá)可下調(diào)肌動蛋白解聚因子家族成員DSTN、EIF5A、GARS、DDX5、STAM、UQCRFS1和SET的基因來抑制腫瘤細(xì)胞生長，并通過下調(diào)DSTN和ACTR3基因來抑制腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲[40]。乳腺癌研究證實，鋅指蛋白ZNF24(ZNF24)和血管生成因子(VEGF)間存在負(fù)相關(guān)作用, ZNF24通過抑制血管生成來抑制乳腺癌的發(fā)生[41]。一項最新研究[42]顯示，微小核糖核酸94(miR94)在胃癌中的過表達(dá)會抑制ZNF24表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲。另一種抑制腫瘤細(xì)胞生長的鋅指蛋白668(ZNF668)是Krippel C2H2鋅指蛋白家族的一員，擁有16個C2H2型鋅指。ZNF668通過抑制鼠雙微體MDM2基因泛素化，促進(jìn)p53在乳腺癌中的表達(dá)，達(dá)到抑癌作用。

5 鋅指蛋白在腫瘤中的雙重作用

以往研究[43]表明，鋅指蛋白395(ZNF395)的過表達(dá)可促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，例如ZNF395在尤因肉瘤、骨肉瘤和腎細(xì)胞癌中過度表達(dá)。在乳腺癌中, ZNF395在低氧條件下通過干擾素刺激基因IFIT1、ISG56、IFI44、IFI16和 IKK 誘發(fā)ZNF395上調(diào)刺激促癌基因表達(dá)和干擾抑癌基因表達(dá)，這表明ZNF395作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展。然而，最近研究[44-45]表明, ZNF395在肝癌發(fā)生中起著抑制作用。miR-525-3p的過表達(dá)可促進(jìn)肝癌細(xì)胞遷移, ZNF395可以抑制miR-525-3p的表達(dá)，從而抑制肝癌的發(fā)生。以上研究結(jié)果表明, ZNF395可能在不同類型的癌癥類型中發(fā)揮不同作用。

鋅指蛋白Kaiso也被稱為ZNF348或ZBTB33, 屬于ZNFs的BTB/POZ亞家族[46]。Kaiso最初被認(rèn)為是一種與甲基CpG特異性結(jié)合后抑制致癌基因轉(zhuǎn)錄的抑癌基因，可以與鋅指基序或甲基CpG DNA結(jié)合, N端POZ結(jié)構(gòu)域可以協(xié)助同源二聚體或異源二聚體與染色質(zhì)共抑制因子結(jié)合(包括核受體共抑制因子)。通過加入染色質(zhì)共抑制因子, Kaiso抑制下游基因表達(dá)進(jìn)而達(dá)到抑癌的目的。目前，越來越多的研究[47]表明，Kaiso在促癌中也起著重要的作用，例如研究指出Kaiso在乳腺癌和結(jié)腸癌中與細(xì)胞周期蛋白基因CCND1啟動子序列結(jié)合后表達(dá)cyclin D1; Kaiso在三陰性乳腺癌中呈高表達(dá)，并通過上調(diào)上皮間質(zhì)(EMT)表達(dá)蛋白Vimentin、Slug和ZEB1等多個EMT基因參與腫瘤壞死因子TGF-β介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移; Kaiso在前列腺癌中的高表達(dá)主要通過轉(zhuǎn)錄抑制miR-31以及甲基CpG特異性方式表達(dá)來促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲。綜上所述, Kaiso是一種在不同的細(xì)胞類型中對不同刺激反應(yīng)起不同作用的多功能鋅指蛋白。

6 小 結(jié)

目前，鋅指類蛋白的研究主要集中在進(jìn)一步確定與基因表達(dá)和調(diào)控密切相關(guān)的鋅指蛋白，這些鋅指蛋白在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)下游基因的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移，在癌癥進(jìn)展中起重要作用。越來越多研究集中在C2H2鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)控的潛在機制，但學(xué)者們的研究結(jié)果仍存在矛盾?，F(xiàn)在不同國家的學(xué)者關(guān)于C2H2型鋅指蛋白在腫瘤細(xì)胞的研究中共同結(jié)論是，其在腫瘤細(xì)胞的不同層次都具有調(diào)節(jié)功能。

本文總結(jié)了C2H2型鋅指蛋白在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的調(diào)控作用。首先，鋅指蛋白通過乙?；蛘吡姿峄饔脜⑴c翻譯后修飾，這種調(diào)節(jié)方式可以增加鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄激活或者抑制翻譯后調(diào)節(jié)。其次，在不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域或與各種翻譯后調(diào)節(jié)形式結(jié)合使鋅指蛋白質(zhì)募集不同的相互作用蛋白質(zhì)，包括轉(zhuǎn)錄共激活因子、轉(zhuǎn)錄抑制因子、染色質(zhì)修飾因子和其他轉(zhuǎn)錄因子。再次，鋅指蛋白在與DNA結(jié)合能力方面顯示出不同的序列特異性，鋅指基序的不同組合之后表現(xiàn)出鋅指蛋白的多樣性。本文重點強調(diào)了在不同環(huán)境刺激下不同惡性腫瘤中C2H2型鋅指蛋白的潛在機制。因此，可針對性地對特定C2H2型鋅指蛋白表達(dá)研發(fā)靶向治療藥物，為臨床上惡性腫瘤的治療提供相應(yīng)的策略。