陳 辰,奕天飛,倪舒靜,王玲琳,朱婷琰,徐美倩,吉米麗古麗·艾尼,廖 奇

(寧波大學醫(yī)學院預防醫(yī)學系浙江省病理生理重點實驗室,中國浙江寧波315211)

肝癌是一種發(fā)生在肝臟組織中的腫瘤,是世界上最常見的惡性腫瘤之一。肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是第五大最常見癌癥,在全球癌癥死亡中排名第二[1]。盡管近年來關于肝癌的研究越來越多,并取得一定的進展,但是由于肝癌的強侵襲性[2],其發(fā)病率仍在逐年增加,因此,肝癌仍然是一個重要的亟需解決的全球公共衛(wèi)生問題[3]。肝癌的類型較多,其中HCC是最常見的類型之一,屬于原發(fā)性肝癌,由于其預后不良而具有較高的死亡率[4]。

轉(zhuǎn)錄因子通過與基因啟動子區(qū)域DNA序列結合來控制基因的轉(zhuǎn)錄,是真核細胞內(nèi)多種信號通路的關鍵調(diào)節(jié)因子[5]。轉(zhuǎn)錄因子對基因的調(diào)節(jié)方式可以是單個轉(zhuǎn)錄因子對靶基因進行調(diào)節(jié),也可以與其他轉(zhuǎn)錄因子形成復合物共同參與調(diào)節(jié)。比如:FOXK2(forkhead box K2)通過與白細胞介素-2(interleukin-2,IL-2)的基因啟動子結合影響IL-2 mRNA的轉(zhuǎn)錄,從而影響T淋巴細胞的活化[6];轉(zhuǎn)錄激活因子2(activating transcription factor 2,ATF2)屬于激活蛋白-1(activator protein-1,AP-1)轉(zhuǎn)錄因子家族,通過與其他AP-1家族成員(如CREB、Fos、Maf或 Jun)的同二聚化或異二聚化調(diào)節(jié)相關靶基因的表達[7]。

鑒于轉(zhuǎn)錄因子的重要調(diào)節(jié)作用,轉(zhuǎn)錄因子的失調(diào)和紊亂將會導致各種疾病的發(fā)生或發(fā)展,如糖尿病、炎癥性疾病、心血管疾病和癌癥等[5]。在癌癥的發(fā)生發(fā)展中,多種轉(zhuǎn)錄因子家族在多個方面均參與了調(diào)節(jié),不僅可以影響癌細胞的生長,而且還可以影響癌細胞的轉(zhuǎn)移,如:FOXO3a(forkhead box O3a)通過上調(diào)周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21Cip1、p27Kip1和p57Kip2的表達誘導細胞生長停滯,從而實現(xiàn)對乳腺癌的抑制[8];粒狀頭樣2(grainyhead-like 2,GRHL2)通過抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)發(fā)揮腫瘤抑制作用[9]。在肝癌中,轉(zhuǎn)錄因子通過對靶基因的調(diào)控影響肝癌細胞的多個信號通路,如FOXO3a通過誘導促凋亡基因的表達或干擾Wnt/β-catenin、磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol 3 kinaseprotein kinase B-mammalian target of rapamycin,PI3K-Akt-mTOR)、絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等信號通路抑制肝癌的發(fā)展[10]。由此可見,轉(zhuǎn)錄因子在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起著關鍵的作用?；诖?本文就轉(zhuǎn)錄因子在肝癌中調(diào)節(jié)作用的研究進展進行系統(tǒng)概述。

1 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌發(fā)生相關的病毒感染過程

病毒感染是導致肝癌的原因之一。常見的導致肝癌的病毒包括乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)和丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)。其中,HBV是最常見的導致肝硬化和HCC的肝炎病毒[11];HCV感染則擾亂脂質(zhì),從而可能導致肝脂肪變性和HCC[12]。在肝癌發(fā)生發(fā)展過程中,轉(zhuǎn)錄因子和病毒的作用是互相調(diào)節(jié)的。

一方面,轉(zhuǎn)錄因子可以通過抑制病毒的生長和增殖來抑制肝癌的發(fā)生發(fā)展。E盒結合鋅指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox 2,ZEB2)是幾種信號轉(zhuǎn)導通路的轉(zhuǎn)錄因子。近年研究發(fā)現(xiàn),ZEB2可以與HBV核心啟動子結合,從而抑制其活性;ZEB2過表達會抑制HBV的轉(zhuǎn)錄、復制和蛋白質(zhì)表達,以及乙肝表面抗原(HBsAg)和乙肝e抗原(HBeAg)的分泌,從而減少由HBV所引起的肝癌發(fā)生[11]。

另一方面,轉(zhuǎn)錄因子也可以反過來被病毒抑制,從而影響肝癌細胞的生長。例如,轉(zhuǎn)錄因子的核受體超家族成員HNF4A(hepatocyte nuclear factor 4alpha)是肝臟中最豐富的轉(zhuǎn)錄因子,也是參與肝臟脂質(zhì)代謝基因的調(diào)節(jié)因子,對肝臟發(fā)育、肝細胞分化和功能相當重要[13]。正常情況下,HNF4A可以通過抑制白細胞介素-6受體(interleukin-6 receptor,IL-6R)的表達沉默信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄活化因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)。在HCV異位表達后,HCV可以通過影響HNF4A基因的近端啟動子區(qū)調(diào)控其轉(zhuǎn)錄水平,下調(diào)HNF4A的表達,進而激活STAT3-IL-6R的表達,導致STAT3蛋白磷酸化,從而增強STAT3蛋白和AP基因的表達,促進肝細胞的轉(zhuǎn)化,最終導致HCC的發(fā)生發(fā)展[12]。

綜上可見,轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)節(jié)病毒基因的轉(zhuǎn)錄來影響病毒在人體內(nèi)的復制,同時病毒也會通過影響人體肝臟內(nèi)重要轉(zhuǎn)錄因子的表達來影響肝癌的發(fā)生發(fā)展。

2 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌細胞的增殖和凋亡

肝癌細胞的增殖和凋亡是肝癌發(fā)生發(fā)展的重要步驟。一般情況下,轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)與細胞增殖、凋亡有關的基因來實現(xiàn)對肝癌細胞增殖和凋亡的控制。溴區(qū)結構域轉(zhuǎn)錄因子(bromodomain and PHD domain transcription factor,BPTF)是在發(fā)育過程中調(diào)節(jié)DNA可及性和基因表達的重要轉(zhuǎn)錄因子[14];人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)是參與細胞信號轉(zhuǎn)導,影響細胞增殖、凋亡、遷移以及干細胞功能的酶[15]。研究表明,轉(zhuǎn)錄因子BPTF可以與hTERT啟動子結合,從而在轉(zhuǎn)錄水平上增強其表達,激活Wnt/β-catenin信號通路,促進HCC腫瘤細胞的發(fā)生、增殖和凋亡[16]。此外,轉(zhuǎn)錄因子NFAT5(nuclear factor of activated T cells 5)通過啟動子結合方式對DASR2基因起負調(diào)節(jié)作用。在由HBV引起的HCC中,HBV抑制了轉(zhuǎn)錄因子NFAT5的表達,從而上調(diào)DASR2基因的表達水平,降低HCC的細胞凋亡率[17]。

一些關鍵的信號轉(zhuǎn)導通路在轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)中起著至關重要的作用。例如,Wnt/β-catenin通路是發(fā)育過程中調(diào)節(jié)肝細胞增殖和凋亡的重要信號途徑[18～21]。T-box轉(zhuǎn)錄因子3(T-box transcription factor 3,TBX3)是T-box轉(zhuǎn)錄因子家族的一員,其高表達與多種癌癥有關,如黑色素瘤、乳腺癌、胰腺癌、肺癌、頭頸癌、卵巢癌、膀胱癌和許多肉瘤亞型等,其中也包括肝癌[22]。研究發(fā)現(xiàn),小鼠肝臟和人腫瘤細胞系中β-catenin的異位表達會激活TBX3的轉(zhuǎn)錄,而TBX3的異位表達反過來會抑制β-catenin耗竭誘導的細胞凋亡[21]?？梢?TBX3對Wnt/β-catenin通路的調(diào)控是介導癌細胞增殖和存活的關鍵。

此外,現(xiàn)有研究表明,核糖體活性增加會促進癌癥的發(fā)展[23]。在肝癌中,轉(zhuǎn)錄因子也可以通過調(diào)節(jié)核糖體的活性來影響肝癌細胞的增殖。例如,轉(zhuǎn)錄終止因子Ⅰ(transcription termination factorⅠ,TTF1)的過表達可以上調(diào)核糖體RNA(ribosomal RNA,rRNA)的表達,增強核糖體活性,從而增強體外HCC細胞的增殖[23]。

3 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌細胞的轉(zhuǎn)移

EMT是一個復雜的過程,其主要特征是細胞表型的轉(zhuǎn)變,即上皮細胞的表型改變?yōu)殚g充質(zhì)細胞,與肝癌細胞的轉(zhuǎn)移密切相關[24～25]。大部分轉(zhuǎn)錄因子通過參與EMT過程影響肝癌細胞的轉(zhuǎn)移。例如:轉(zhuǎn)錄因子FOXP4(forkhead box P4)屬于FOXP亞家族,其表達上調(diào)會促進HCC細胞的遷移和侵襲;同時,FOXP4還可以通過直接結合SLUG基因的啟動子區(qū)域來增強其表達[25]。SLUG是一種參與EMT的轉(zhuǎn)錄因子,是E-鈣黏著蛋白(cadherin-1,CDH1)編碼基因的主要轉(zhuǎn)錄抑制因子[26],可以抑制CDH1的轉(zhuǎn)錄,導致CDH1蛋白的表達減少,降低上皮細胞中細胞與細胞之間的黏附作用,最終促進EMT,增強肝癌細胞的轉(zhuǎn)移能力[25]。此外,Jun二聚體蛋白2(Jun dimerization protein 2,JDP2)是堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper,bZIP)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員,在HCC組織和細胞中均下調(diào),使得CDH1蛋白的表達減少,而N-鈣黏蛋白和波形蛋白(vimentin)的表達增加,從而增強細胞EMT水平,促進HCC細胞侵襲[27]。

有些轉(zhuǎn)錄因子不僅參與調(diào)節(jié)EMT過程,而且參與調(diào)節(jié)肝癌細胞轉(zhuǎn)移的相關基因。如HNF4A是肝細胞分化的關鍵調(diào)控因子,調(diào)節(jié)肝細胞中近42%基因的表達,其通過抑制snail家族轉(zhuǎn)錄抑制因子1(snail family transcriptional repressor 1,SNAI1)和SNAI2干擾EMT的水平,從而抑制肝癌細胞的遷移[28]。作為抑癌因子,HNF4A還可以通過誘導周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A(cyclin dependent kinase inhibitor 1A,CDKN1A)的表達、抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(bone morphogenetic protein-7,BMP7)和MYC基因的表達,調(diào)節(jié)p53/p63依賴性凋亡效應物PERP基因的表達水平。另外,缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一個由β-亞基和氧敏感的α-亞基組成的異二聚體復合物,不僅參與EMT過程[29],而且可以通過上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的表達增強MMP降解細胞外基質(zhì)的能力,從而促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移[30]。

4 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌細胞的活力

在肝癌中,肝癌細胞活力是肝癌細胞生長、增殖和轉(zhuǎn)移能力的重要評估指標。因此,轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌細胞活力的機制研究對于肝癌的治療具有重大意義。有氧糖酵解是癌細胞的獨特特征,為癌癥的干預和治療提供了靶標[31]?，F(xiàn)有研究顯示,轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)節(jié)肝癌細胞的有氧糖酵解影響肝癌細胞的活力。與正常人肝細胞系相比,轉(zhuǎn)錄因子FOXK1在肝癌細胞中上調(diào),是HCC的致癌因子。研究表明,FOXK1表達下調(diào)可以降低肝癌細胞活力和己糖激酶2的表達,從而降低糖酵解過程。同時,FOXK1表達下調(diào)也可以抑制Akt/mTOR信號通路的激活,從而降低肝癌細胞的活力和減少糖酵解的發(fā)生[31]。

此外,轉(zhuǎn)錄因子也可通過調(diào)節(jié)肝癌細胞的無氧糖酵解來影響肝癌細胞的活力。HCC細胞由于其強烈的厭氧糖酵解而具有強大的葡萄糖攝取能力,從而可為癌細胞生長提供足夠的能量,使其能夠在復雜的腫瘤微環(huán)境中存活[32～33],由此,肝癌細胞糖酵解活性和攝取葡萄糖的能力可作為肝癌細胞活力的指標。膽固醇調(diào)節(jié)元件結合蛋白1(sterol regulatory element binding protein-1,SREBP-1)是細胞脂質(zhì)代謝的核心轉(zhuǎn)錄因子,可誘導一系列與脂肪酸和甘油三酸酯合成有關的基因的轉(zhuǎn)錄[34],即通過其下游基因(FASN、ACC、ACLY、SCD等)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控來控制脂質(zhì)的合成。由于葡萄糖和脂質(zhì)代謝密切相關,葡萄糖中60%的碳用于脂肪酸合成,因此,脂質(zhì)代謝在調(diào)節(jié)葡萄糖攝取和糖酵解活性中也起著至關重要的作用。由此可得,轉(zhuǎn)錄因子SREBP-1可通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝影響肝癌細胞的糖酵解活性和葡萄糖攝取能力,從而調(diào)節(jié)肝癌細胞的活力[35]。

5 轉(zhuǎn)錄因子作為肝癌治療和預后的生物標記物

部分轉(zhuǎn)錄因子在參與肝癌細胞增殖、凋亡及轉(zhuǎn)移等生物過程的同時,表現(xiàn)出有別于其他疾病的表達特性,從而可以作為可能的生物標記物對肝癌進行診斷和治療。比如,由于癌細胞經(jīng)常表現(xiàn)為相對高的核仁活性和較多的核糖體合成[36],所以調(diào)節(jié)核糖體活性的轉(zhuǎn)錄因子TTF1(transcription termination factor,RNA polymerase Ⅰ)被認為可能是一種新型的生物標志物,是HCC潛在的治療靶點[23]。另外,bHLH-LZ(basic helix-loop-helix leucine-zipper)轉(zhuǎn)錄因子家族成員TFAP4(transcription factor AP-4),已被發(fā)現(xiàn)廣泛參與惡性腫瘤的增殖、分化、轉(zhuǎn)移、血管生成和其他生物學調(diào)節(jié)功能[37～38]。研究表明,TFAP4可以通過激活Akt信號通路激活下游糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)上 Ser9 的磷酸化,降低其活性,從而促進EMT[39]。與此同時,肝癌中Akt信號通路的激活還會導致核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的激活[40],后者可直接與 MMP-9基因的啟動子結合,導致MMP-9高表達[41～43],從而促進細胞外基質(zhì)降解,增強肝癌細胞的侵襲與轉(zhuǎn)移能力。因此,TFAP4作為激活Akt信號通路的關鍵轉(zhuǎn)錄因子,被認為是具有預后價值的肝癌新型生物標記物[44]。

6 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌的治療過程

由于臨床診斷方法的局限性,大多數(shù)HCC患者在被確診時已是晚期,無法實施肝臟移植或切除手術。同時,由于HCC細胞對化療藥物具有高度耐藥性,晚期HCC患者在常規(guī)細胞毒性化療后往往預后較差。因此,針對肝癌建立有效的化學治療、分子靶向治療方法已成為近年來的研究熱點。研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子可在藥物和相關酶類的共同影響下,調(diào)節(jié)與肝癌細胞死亡相關的靶基因。例如:在藥物阿霉素誘導肝癌細胞死亡的過程中,若沒有藥物阿霉素處理,轉(zhuǎn)錄因子FOXO3和組蛋白脫乙酰酶SIRT6(sirtuin 6)相互作用,使SIRT6基因過表達而阻斷FOXO3的核轉(zhuǎn)位,進而促進FOXO3去乙?；头核鼗?導致其降解而減少對靶基因的調(diào)節(jié),最終阻止細胞死亡;而在阿霉素治療后,SIRT6基因被下調(diào),轉(zhuǎn)錄因子FOXO3易位到細胞核并與其靶基因p27和Bim結合,導致癌細胞死亡[45]。

報道顯示,20%無法進行切除術的肝癌患者對化療的敏感性較低,無法從化療中獲益[46]。而轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)節(jié)與耐藥性相關的基因,調(diào)節(jié)肝癌細胞的耐藥性。多藥耐藥相關蛋白1(multidrug resistance-associated protein 1,MDR1)作為 ATP依賴性藥物的外排泵,可減少化療藥物(如順鉑、5-氟尿嘧啶和阿霉素)的細胞內(nèi)積聚,從而限制其抗癌作用[47～48]。因此,阻斷MDR1可能有助于減輕肝癌細胞的耐藥性。Twist家族bHLH轉(zhuǎn)錄因子1(twist family bHLH transcription factor 1,TWIST)是一種高度保守的堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子,在抗阿霉素的肝母細胞瘤細胞(doxorubicin-resistant HepG2,R-HepG2)中,TWIST的低表達可降低其與MDR1基因啟動子的結合活性,從而下調(diào)MDR1的表達,進而使得藥物外流能力減弱,導致R-HepG2細胞內(nèi)阿霉素水平及其對化療藥物的敏感性增加,即化療藥物在R-HepG2中的細胞毒性增強;同時,轉(zhuǎn)錄因子TWIST的低表達也會導致EMT逆轉(zhuǎn)成間質(zhì)表型上皮樣轉(zhuǎn)化(mesenchymal-epithelial transition,MET),這也會增強化療藥物在R-HepG2中的細胞毒性[46]?？梢?轉(zhuǎn)錄因子TWIST在化療中起著重要的調(diào)節(jié)作用。此外,轉(zhuǎn)錄因子RUNX3(runt-related transcription factor 3)的表達下調(diào)會刺激MRP1、MRP2、MRP3和MRP5基因的表達,從而增強肝癌細胞對5-氟尿嘧啶和順鉑的抗性,導致肝癌細胞的耐藥性增強[49]。

7 總結與展望

眾所周知,肝癌是世界上最致命的癌癥之一[50]。目前,肝癌的發(fā)病率仍然較高,且其預后不良導致死亡率也較高。肝癌的發(fā)生由多個方面引起,比如病毒感染、過度飲酒等。轉(zhuǎn)錄因子在肝癌發(fā)生發(fā)展中起著極其重要的作用,不僅可以調(diào)節(jié)引發(fā)肝癌的生物過程,還可以調(diào)節(jié)肝癌細胞的多種狀態(tài)。除此之外,轉(zhuǎn)錄因子還可以用作肝癌診斷和預后的生物標記物。表1整理了肝癌發(fā)生發(fā)展過程中較為關鍵的轉(zhuǎn)錄因子及其靶基因和功能作用。

有些轉(zhuǎn)錄因子家族在肝癌中起著多重功能和作用,比如:HIF轉(zhuǎn)錄因子家族可在肝癌細胞的凋亡和轉(zhuǎn)移兩方面起調(diào)節(jié)作用[29,51];FOX家族中的轉(zhuǎn)錄因子,不僅可以調(diào)節(jié)肝癌細胞的凋亡和活力,還可以作為肝癌的生物標記物[31,51～52]。另外,有些轉(zhuǎn)錄因子家族中的不同成員可調(diào)節(jié)肝癌的同一生物過程,比如:FOX轉(zhuǎn)錄因子超家族中的FOXC2和FOXP4都可以在肝癌細胞的轉(zhuǎn)移過程中起調(diào)節(jié)作用,其高表達都會增強肝癌細胞的轉(zhuǎn)移能力[53]。

本文僅就轉(zhuǎn)錄因子對肝癌部分生物過程的調(diào)節(jié)作用、轉(zhuǎn)錄因子在肝癌治療過程及治療與預后的生物標記物方面進行簡單概述,但轉(zhuǎn)錄因子在肝癌中的作用絕不僅局限于此。隨著生物學和臨床醫(yī)學研究的進一步開展與深入,轉(zhuǎn)錄因子在肝癌中更多的調(diào)節(jié)功能有待研究和發(fā)現(xiàn)。

在轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌的生物過程中,文中僅對轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)肝癌發(fā)生的相關病毒感染過程進行了描述,但轉(zhuǎn)錄因子還可以調(diào)節(jié)其他引發(fā)肝癌的生物過程,我們也可以從轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)紊亂引發(fā)肝癌的生物過程的角度來預防肝癌的發(fā)生。此外,基于轉(zhuǎn)錄因子在肝癌細胞狀態(tài)方面的功能作用,我們也可以從轉(zhuǎn)錄因子角度開發(fā)相關的治療方案,緩解肝癌的進展。總而言之,研究轉(zhuǎn)錄因子在肝癌中的分子機制,可以為肝癌的預防以及治療提供新的方向,創(chuàng)造更多的可能。

雖然現(xiàn)階段我們已經(jīng)可以將轉(zhuǎn)錄因子作為生物標記物來診斷肝癌,但仍無法有效準確地診斷出早期肝癌,期望未來可以通過對轉(zhuǎn)錄因子的進一步研究,發(fā)現(xiàn)可以對肝癌進行早期診斷的生物標記物,從而提高肝癌的治愈率。此外,由于肝癌預后太差,其高死亡率仍然是當今的難題,轉(zhuǎn)錄因子在肝癌的治療及預后方面的研究也是未來的一大挑戰(zhàn)。