范凱旗綜述 杜樂審校

海南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院臨床藥學(xué)本科1、生物學(xué)教研室2，海南 ?？?571101

大腸癌(colorectal cancer，CRC)是世界范圍內(nèi)都廣泛分布的影響人體健康的惡性腫瘤之一[1]，最新的研究數(shù)據(jù)表明，結(jié)直腸癌是30～39歲成年人中最常見的癌癥之一，預(yù)計2020年將出現(xiàn)4 100例[2]。由于CRC早期癥狀不明顯，容易漏診和誤診，尋找能夠直接用于CRC風(fēng)險預(yù)警和早期診斷的明確遺傳標(biāo)志物一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點和難點[3]。轉(zhuǎn)錄因子是一種能與基因5’端結(jié)合的蛋白質(zhì)分子，使特定的基因在特定的時間和組織中以一定的強度表達[4]，轉(zhuǎn)錄因子的異常表達可導(dǎo)致許多疾病，大腸癌就是其中之一[5]。相關(guān)的研究顯示：轉(zhuǎn)錄因子的異常表達可以特異性地沉默或上調(diào)某些關(guān)鍵基因的表達水平，從而促進或抑制大腸腫瘤的發(fā)生發(fā)展[4]。本文就近些年來關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中的研究做一綜述。

1 轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能

轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor)又被稱為反式作用因子。轉(zhuǎn)錄因子可以根據(jù)其在細胞中的分布情況分成兩類：一類是普遍轉(zhuǎn)錄因子，這類轉(zhuǎn)錄因子在任何細胞中都有表達；另一類轉(zhuǎn)錄因子為組織細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，此類轉(zhuǎn)錄因子只在特定的細胞和組織中發(fā)揮調(diào)控特定基因表達的作用。大多數(shù)的轉(zhuǎn)錄因子可以被分成幾種不同的結(jié)構(gòu)域：寡聚化位點，核定位信號，DNA結(jié)合區(qū)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子遇到RNA聚合酶時，便與之結(jié)合，隨后DNA結(jié)合區(qū)促使RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物與DNA的結(jié)合，以便轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)調(diào)控相關(guān)基因的表達[4]。

在大腸細胞中基因的表達受許多轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，與大腸癌發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子有叉頭盒因子(forkhead，F(xiàn)OX)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulator，IRF)、ETS(E-twenty six)、鋅指蛋白(zinc finger protein，ZNF)和激活蛋白(activator protein AP-2)等五大家族[6-10]，而其中Forkhead家族又可按照所含DNA結(jié)構(gòu)域的不同分為19個獨立的亞類，并以英文字母A～S區(qū)別。forkhead家族在人體內(nèi)可以參與代謝、免疫、應(yīng)激反應(yīng)、語言形成、個體發(fā)育和細胞周期的調(diào)節(jié)[10]；ETS家族已建立了最大的轉(zhuǎn)錄因子組之一，迄今為止在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的ETS基因已有28種，ETS轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)各種生物過程參與腫瘤的生成和發(fā)育過程，包括細胞增殖、遷移、凋亡、衰老、血管生成和干細胞發(fā)育[11]；鋅指蛋白家族都具有類似手指的結(jié)構(gòu)域，根據(jù)所含的結(jié)構(gòu)序列及其功能的不同分為9大類，廣泛分布于人體的基因組內(nèi)，大約1%的基因組序列都可編碼鋅指蛋白[12]，鋅指蛋白可在胚胎的發(fā)育，細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，某些腫瘤的形成以及細胞分化等諸多領(lǐng)域起到調(diào)控作用[13]。干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)在哺乳動物體內(nèi)至少有十種，其在抗病毒、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)、細胞角質(zhì)化、細胞分化、腫瘤形成中起重要調(diào)控作用[14]。AP-2在脊椎動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)五類[15]，在人體的胚胎發(fā)育及血管生成中起到調(diào)節(jié)作用[16]。

2 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控模式

轉(zhuǎn)錄因子對基因的調(diào)控模式復(fù)雜多樣，大致可分為以下三種模式：(1)大部分轉(zhuǎn)錄因子可直接調(diào)控下游靶基因的表達，例如FOXA1可與ZNF321P、FRMDI等基因相結(jié)合調(diào)控基因表達；Ets-1則可與TMG2基因相結(jié)合調(diào)控TMG2的表達[33]。(2)另一部分轉(zhuǎn)錄因子和miRNA結(jié)合調(diào)控某些關(guān)鍵基因的表達：AP-2α3'-UTR可與miR-200c相結(jié)合在轉(zhuǎn)錄后抑制AP-2α蛋白的表達，發(fā)揮調(diào)控作用等[9]。(3)還有一些轉(zhuǎn)錄因子可與其他蛋白質(zhì)分子互作調(diào)控靶基因表達：叉頭盒因子FOXM1可與過氧化物酶PRDX1蛋白分子互作影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[17]，另有研究者發(fā)現(xiàn)鋅指蛋白436(ZNF436)可與TRIM28(tripartite motif-containing proteins 28)蛋白分子互作抑制肝細胞腫瘤的生長從而抑制癌癥的進展等[18]。

3 與大腸癌相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子

3.1 叉頭盒因子 叉頭盒因子(forkhead，F(xiàn)OX)是轉(zhuǎn)錄因子中的一大家族，該類轉(zhuǎn)錄因子存在高度保守的N,C末端的轉(zhuǎn)錄域和翼狀螺旋結(jié)構(gòu)樣的DNA結(jié)構(gòu)域[19]，所有FOX蛋白共享這一獨特的DNA結(jié)合域。有研究表明，該結(jié)構(gòu)域為包含110個氨基酸殘基的保守序列但卻有不同的特性和功能[20]。目前FOX在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有50種，并被分為19個亞家族，每個亞家族種又包含很多亞群，例如FOXA1、FOXA2和FOXA3等[21]。并且FOX基因的數(shù)量在不同生物體之間具有差異性，人類和小鼠有44個，果蠅只有11個。FOX基因調(diào)控著各種各樣的生物功能，對維持人體正常的發(fā)育過程有重要作用。FoxA1是上述Forkhead家族中的一員，其結(jié)構(gòu)也包含N,C末端的轉(zhuǎn)錄域和翼狀的螺旋結(jié)構(gòu)樣的DNA結(jié)構(gòu)域[22]。研究表明FOXA1與人體代謝和早期發(fā)育器官的形成有關(guān)[23]，F(xiàn)OXA1還可以參與肺癌、肝細胞癌、前列腺癌、甲狀腺癌等腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[24-27]。LAZAR等[28]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXA1基因在正常人大腸中顯著表達，但在大腸癌中顯著下調(diào)，隨后又利用FOXA1 ChIP-seq和RNA-seq，發(fā)現(xiàn)了受FOXA1調(diào)控的新的靶基因(ZNF321P、FAM3D、FRMD1、TPRXL、LRRC31等)。該研究還發(fā)現(xiàn)：FOXA1可與細胞黏附促進劑CEACAM5下游的遠端增強子結(jié)合并顯著激活其表達，從而增強正常細胞相互間的黏附力，并可降低大腸癌細胞的凋亡的機率，這提示了FOXA1在增強大腸癌細胞中CEACAM5表達和抗凋亡方面發(fā)揮著重要作用。細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化被認為是細胞癌變的重要標(biāo)志。研究人員通過對CRC患者切除的CRC組織樣本和相鄰的癌旁組織樣本研究記錄發(fā)現(xiàn)：miR-760的低表達與CRC患者的預(yù)后效果差和腫瘤增大、腫瘤擴散、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等惡性臨床病理特征有關(guān)[29]。此外，功能實驗結(jié)果表明miR-760上調(diào)可通過阻斷磷脂脂肪素3-激酶/蛋白質(zhì)激酶B(PI3K/AKT)通路和抑制細胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)來阻礙CRC細胞的增殖、遷移和侵襲；同時該研究還發(fā)現(xiàn)miR-760的過表達顯著降低了SW620細胞(大腸癌細胞系)中FOXA1的表達，同時，抑制miR760后顯著增強HT29細胞(大腸癌細胞系)中FOXA1的表達。這些數(shù)據(jù)表明FOXA1可能是CRC細胞中miR-760的定向靶基因，提示該基因與大腸癌的發(fā)生密切相關(guān)，可能成為大腸癌治療的靶點，具有持續(xù)的研究價值。

3.2 Ets家族 Ets家族蛋白被分為A，B，C三個區(qū)，A區(qū)各成員間缺乏同源性，B區(qū)有少量同源性，每一個Ets成員均含有C區(qū)。Ets家族高度保守的DNA結(jié)合區(qū)是由85個氨基酸殘基構(gòu)成的，也被稱為Ets域。為一段帶翼的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)，可以和由12～15個堿基對組成的富含5'-GGA(A/T)-3'序列的Ets結(jié)合位點結(jié)合，從而控制靶定基因的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[30]。Ets-1是Ets家族九個亞族中的成員之一[31]，Ets-1蛋白同時含有A、B、C三區(qū)的蛋白，Ets-1內(nèi)含有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)，C區(qū)的蛋白內(nèi)包含了由85個氨基酸殘基組成的DNA結(jié)合區(qū)(Ets域)[11]。Ets-1作為Ets家族中研究相對較多的基因被報道，該基因的異常表達與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，動脈粥樣硬化和多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[32]。有研究報道Ets-1和TGM2(轉(zhuǎn)谷氨酰酶2)具有增強大腸癌增殖和遷移的能力，并且Ets-1還可作為TMG2的轉(zhuǎn)錄因子使其表達上調(diào)，同時參與TGM2對Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，從而參與大腸癌的發(fā)生和發(fā)展[33]。還有研究者證實Ets-1的高表達和細胞癌變呈正相關(guān)[34]；另外，JAMSHID等[35]的研究顯示，Ets-1基因的表達在CRC腫瘤中被檢測到，并且表明有57.59%的CRC組織中的Ets-1基因表達顯著高于正常的大腸組織。三組實驗研究都表明Ets-1參與大腸細胞的癌變過程，但是，關(guān)于Ets-1和大腸癌之間的分子機制研究較少，有待進一步研究。

3.3 鋅指蛋白 鋅指蛋白的高度保守結(jié)構(gòu)域類似手指狀，該指狀結(jié)構(gòu)的形成需與結(jié)合后自我折疊。而其存在正是鋅指蛋白發(fā)揮生理作用的關(guān)鍵，缺乏不僅可以影響鋅指蛋白與相應(yīng)DNA或RNA的結(jié)合，同時還會影響自身的穩(wěn)定性，影響基因的表達[36]。鋅指蛋白可根據(jù)與半胱氨酸(Cys)殘基和組氨酸(His)殘基結(jié)合構(gòu)成的不同空間結(jié)構(gòu)分為8大折疊群，分別為高音譜號鋅指、C2H2型鋅指、帶狀鋅指、鋅離子結(jié)合短環(huán)鋅指、塞結(jié)狀鋅指、金屬硫蛋白鋅指、類TAZ2型鋅指、Zn2Cys6鋅指[37]。鋅指蛋白545(ZNF545)是鋅指蛋白家族的一員，其相應(yīng)的編碼基因定位于19q13.1，ZNF545在腫瘤細胞中經(jīng)常出現(xiàn)缺失現(xiàn)象[38]。鋅指蛋白545可參與調(diào)節(jié)細胞的增殖和分化等功能，研究表明：ZNF545在胃癌、乳腺癌、食管癌中的表達下調(diào)能抑制相應(yīng)癌細胞生長[39-40]。潘烽平等[41]在利用qRT-PCR檢測32例患者大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達水平之后，發(fā)現(xiàn)在大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達量顯著低于正常組織，隨后又采用免疫組化法檢測了136對癌組織中ZNF545蛋白的表達情況，并發(fā)現(xiàn)了癌組織中ZNF545蛋白有低表達的特點，且ZNF545蛋白表達水平與腫瘤直徑和浸潤的深度有關(guān)。潘烽平等[42]之后又通過Transwell小室檢測發(fā)現(xiàn)，過表達ZNF545的細胞遷移能力和侵襲能力下降，并且ZNF545可以調(diào)節(jié)大腸癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)相關(guān)分子標(biāo)志物的表達，還可抑制磷酸化鋅指轉(zhuǎn)錄因子(slug)的表達，增加E-鈣黏蛋白的表達，而這些現(xiàn)象在ZNF545基因沉默的細胞中相反。另有研究表明，當(dāng)ZNF545基因被甲基化后表達降低，并且可以使細胞停滯在G0/G1期，以上的作用可能是通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT和Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來實現(xiàn)的。這些研究結(jié)果共同表明了鋅指蛋白545在大腸細胞癌變過程中起到的重要作用，可能是大腸癌潛在的靶基因。

3.4 干擾素調(diào)節(jié)因子3(Interferon regulatory factor 3，IRF-3)家族 IRFs家族一般由300～500 bp組成，IRFs家族的保守結(jié)構(gòu)是含有五個色氨酸(Trp)重復(fù)序列組成的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，分布在N-端，可與干擾素刺激響應(yīng)元件(ISRE)結(jié)合，從而啟動相關(guān)基因的表達[44]。許多IRF包含的核定位序列都分布在保守結(jié)構(gòu)域或其相鄰位置，可以提供將該轉(zhuǎn)錄因子送至細胞核的信號，其后是IRFs的調(diào)節(jié)區(qū)域，可以調(diào)控IRFs的活性，有些IRFs還有自我抑制的結(jié)構(gòu)域，如IRF2、IRF3等，IRFs的C-端可介導(dǎo)自身二聚體的形成或與家族的其他成員組成形成異源二聚體進行信息傳導(dǎo)。轉(zhuǎn)錄因子IRF1也稱為干擾素調(diào)節(jié)因子1，由IRF1基因轉(zhuǎn)錄而來，定位在5q31.1，是由329個氨基酸殘基結(jié)合而成的蛋白質(zhì)[45-46]，IRF1與靶基因啟動子區(qū)域的ISRE結(jié)合，從而影響靶基因的表達，IRF1與ISRE的結(jié)合實際上是DNA的N端螺線結(jié)構(gòu)與ISRE的結(jié)合，任何一個IRF轉(zhuǎn)錄因子都可與其靶基因有類似的結(jié)合[45]。IRF1可參加免疫應(yīng)答，抑制腫瘤發(fā)生，調(diào)節(jié)細胞的壞死等生理活動[46]。另有研究表明：IRF1可以抑制胃癌、食道癌、腎癌等腫瘤的發(fā)生，并且還能促進惡性腫瘤細胞的凋亡[47-52]。吳燕芳等[53]利用單變量Cox和多變量Cox分析方法推斷IRF1可能是CRC患者RFS(recurrence-free survival，無復(fù)發(fā)生存期)的潛在診斷生物標(biāo)志物，這一結(jié)論在癌癥基因譜數(shù)據(jù)中被證實。另外，基因富集分析表明IRF1影響了與免疫細胞招募和激活相關(guān)的基因和通路，并且IRF1基因區(qū)cg275877780和cg15375424CpG位點的DNA甲基化與IRF1 mRNA表達呈負相關(guān)，與CRC的復(fù)發(fā)呈正相關(guān)。洪敏等[54]后來的研究證實IRF1可以通過促進RASSF5(RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)蛋白)的表達來抑制RAS-Rac1通路，從而起到抑制大腸癌遷移和增殖的作用。另外，袁理等[55]發(fā)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)因子IFN-γ可以激活I(lǐng)RF1，從而使microRNA-29b表達上調(diào)，而microRNA-29b可通過調(diào)節(jié)IGF1/PI3K/AKT通路來阻礙大腸癌的轉(zhuǎn)移，并且IRF1和microRNA-29b之間還存在正反饋調(diào)節(jié)，進一步證實了IRF1在抑制大腸細胞癌變中的作用。

3.5 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-2(AP-2)家族 AP-2家族的保守結(jié)構(gòu)域為HSH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)DNA結(jié)合域，能與特定的DNA結(jié)合后，調(diào)控該基因的表達。GAYNOR等[56]證實AP-2家族的相應(yīng)編碼基因位于6號染色體上，N-端則負責(zé)活化轉(zhuǎn)錄，該段富含谷氨酸和脯氨酸殘基。AP-2α是AP-2家族中的一員，其他的家族成員還有AP-2β、AP-2γ、AP-2 δ、AP-2ε。AP-2α與其他家族成員都有一個中心堿性區(qū)域，其后的羧基端有一個高度保守的HSH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)基序，可與它鄰近的堿基區(qū)一起實現(xiàn)序列特異性的DNA結(jié)合功能[15，57]。人們發(fā)現(xiàn)在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤以及大腸癌中都有AP-2α的表達缺失或降低。MENG等[58]研究表明，髓過氧化物酶(MPO)啟動子SNPs rs2243828和rs2333227的突變能夠影響AP-2α與rs2333227結(jié)合的親和力，從而提高MPO的表達，激活I(lǐng)L23A-MMP9介導(dǎo)的致癌信號通路，提示了AP-2α在大腸細胞癌變中的重要作用。王曉嬌等[59]的研究發(fā)現(xiàn)CRC細胞衍生的乳酸可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子AP-2α的活性及其靶蛋白Elk-1的表達，從而促進抑制性免疫檢查點受體Sirpα(signal regulatory protein-α，信號調(diào)節(jié)蛋白α)的表達，從而達到逃避先天免疫監(jiān)視的目的。另有研究表明AP-2α能與微小RNA共同作用，參與大腸細胞的癌變，研究發(fā)現(xiàn)miR-200c通過與AP-2α3'-UTR特異性結(jié)合在轉(zhuǎn)錄后抑制AP-2α蛋白的表達，從而起到促進細胞增殖的作用[9]。目前關(guān)于AP-2α的研究還比較有限，但是其在大腸細胞癌變中的作用意義十分重大，有望為大腸癌的臨床診斷提供新的思路。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)錄因子是具有DNA結(jié)合區(qū)和轉(zhuǎn)錄激活區(qū)等重要功能區(qū)的蛋白質(zhì)分子，在人體內(nèi)的許多生物學(xué)進程中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在調(diào)控人體基因的表達方面有著決定性的作用。近年來，有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中作用的研究已有較多發(fā)現(xiàn)，許多文章報道轉(zhuǎn)錄因子與大腸細胞的癌變有關(guān)，并進一步證實了一些轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中的功能。由于大腸癌對人體健康的嚴(yán)重威脅，尋找其發(fā)生的明確的特異性標(biāo)志物已成為研究熱點，但是結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中作用的研究現(xiàn)狀來看，許多轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌發(fā)生中的分子作用機制尚未明確，轉(zhuǎn)錄因子是否能夠成為直接用于大腸癌的診斷、治療的特異性靶點仍需進一步探索。