高 榴，禹 莉*

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030，2.蚌埠醫(yī)學(xué)院檢驗醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

線粒體是一種廣泛存在于各類真核細胞中的細胞器，存在于所有有核的人類細胞中，參與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、生物合成、活性氧自由基生成、氧化磷酸化以及細胞凋亡的發(fā)生等生物學(xué)過程[1]。據(jù)研究，線粒體的遺傳物質(zhì)，即線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)，具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)合成的功能，其表達調(diào)節(jié)對于發(fā)育和分化過程中的線粒體生物生成至關(guān)重要。但線粒體僅能編碼部分蛋白質(zhì)，主要的線粒體蛋白質(zhì)均由細胞核基因編碼[2]，線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(mitochondrial transcriptionfactor A，TFAM)則是一種被證明可以調(diào)節(jié)體內(nèi)mtDNA拷貝數(shù)的哺乳動物蛋白質(zhì)，也是細胞核基因編碼的線粒體蛋白質(zhì)[3]。據(jù)報道，在多種人類腫瘤細胞中，包括前列腺癌[4]、肝癌[5]、結(jié)腸癌[6]等，mtDNA 與TFAM 表達水平均有改變，這表明TFAM基因表達水平與多種腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)?；诋?dāng)今世界腫瘤發(fā)生率和致死率逐年升高的現(xiàn)狀，研究TFAM 在各類腫瘤中的變化，有利于尋找潛在的生物標(biāo)志用于預(yù)測腫瘤的發(fā)生及預(yù)后，也有利于尋找治療的潛在靶點，為腫瘤治療提供有價值的指標(biāo)。目前TFAM對腫瘤產(chǎn)生影響的具體機制仍不清楚，所以腫瘤細胞中TFAM的分子功能值得深入探討。本文簡要概述近年來TFAM 對腫瘤細胞作用的研究進展，以期為腫瘤防治以及進一步藥物開發(fā)提供理論依據(jù)，為臨床治療提供新的理論視角。

1 TFAM的研究現(xiàn)狀

1.1 TFAM的結(jié)構(gòu)

TFAM是線粒體最重要的調(diào)控因子之一，它參與mtDNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及拷貝數(shù)的調(diào)節(jié)[7]。TFAM基因位于10 號染色體長臂21 區(qū)(10q21)，編碼蛋白相對分子質(zhì)量為25 000，是一種具有串聯(lián)高移動組(high mobility group，HMG)和結(jié)構(gòu)域的DNA結(jié)合蛋白，在線粒體基因組的表達、維持和組織中具有核心作用，包含4 個結(jié)構(gòu)域，依次為氨基端的HMG 結(jié)構(gòu)域(HMG-box A)、鏈接區(qū)、HMG結(jié)構(gòu)域(HMG-box B)和羧基端尾區(qū)[8]。

1.2 TFAM的生物學(xué)功能

1.2.1 TFAM 對mtDNA 復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的影響線粒體生物生成的過程中，受到線粒體基因和核基因的共同編碼。TFAM 可以與mtDNA 結(jié)合，對mtDNA 的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄進行調(diào)控。在轉(zhuǎn)錄起始時，TFAM 可以與人類線粒體基因組置換環(huán)(displacement loop，D-loop)區(qū)中的3個啟動子結(jié)合并彎曲DNA 的構(gòu)象，由于構(gòu)象的改變以及TFAM的羧基末端螺旋結(jié)構(gòu)可以與線粒體RNA聚合酶(mitochondrial RNA polymerase，POLRMT)氨基延伸端的螺旋區(qū)域相互作用，因此TFAM可以將聚合酶招募并穩(wěn)定在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物中，從而促進mtDNA 的轉(zhuǎn)錄，影響mtDNA 轉(zhuǎn)錄起始和蛋白表達[9]。并且，TFAM 與mtDNA 模板的比例數(shù)目與轉(zhuǎn)錄活性的升高并不是完全呈線性關(guān)系。雖然mtDNA復(fù)制的基本機制中不涉及到TFAM，TFAM 還是會對mtDNA 的復(fù)制具有調(diào)控作用。

1.2.2 TFAM 對線粒體DNA 拷貝數(shù)的影響細胞內(nèi)mtDNA 拷貝數(shù)的調(diào)控是復(fù)雜而精確的，但其調(diào)控的確切機制尚不清楚。Clay Montier 等[10]提出了上下閾值理論，即當(dāng)mtDNA 拷貝數(shù)小于下閾值時，mtDNA 復(fù)制啟動，當(dāng)mtDNA 拷貝數(shù)高于上閾值時，mtDNA 降解開始。TFAM 是mtDNA 拷貝數(shù)的重要調(diào)控因子。過度表達TFAM的小鼠在心臟、腎臟和骨骼肌中有較高的mtDNA 拷貝數(shù)[11]，而TFAM 表達的抑制會降低mtDNA 拷貝數(shù)。因此，TFAM可能參與了mtDNA拷貝數(shù)的調(diào)節(jié)。

1.2.3 TFAM 對線粒體功能的影響在人類細胞中，線粒體DNA環(huán)包含約16.6 kb的堿基以及37個基因，其中22個基因編碼轉(zhuǎn)運RNA，2個編碼核糖體RNA和13個負責(zé)組成氧化呼吸鏈復(fù)合體的蛋白質(zhì)[12]。線粒體的主要功能之一是氧化磷酸化，這是產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)的主要來源，一定范圍內(nèi)的ROS對于細胞的正常增殖與分化十分必要，但過多則會造成損傷。由于mtDNA 的特殊性，使得它很容易受到ROS的攻擊，并且因mtDNA 的損傷修復(fù)機制與核DNA 不同，使得mtDNA的損傷更易保留，難以修復(fù)，長久的累積最終會產(chǎn)生氧化應(yīng)激。據(jù)報道，過度表達TFAM會增加mtDNA拷貝數(shù)，抑制線粒體ROS 及其上調(diào)，促進與線粒體氧化應(yīng)激有關(guān)的心臟保護[11]；在TFAM 的小鼠基因敲除模型中，細胞的氧化磷酸化受到損害，mtDNA的拷貝數(shù)降低，mtDNA氧化損傷的修復(fù)時間增加，小鼠的胚胎致死率明顯增加；對黑腹果蠅的研究也表明，TFAM 可以消除氧化應(yīng)激并抑制線粒體的過度損傷；此外，研究表明ROS 的水平在抑制TFAM 表達的腫瘤細胞中明顯增加，一同上升的還有腫瘤細胞對化療藥物的敏感性以及細胞凋亡率[13]。在人體衰老過程中，mtDNA的突變積累誘發(fā)了呼吸鏈的功能障礙，導(dǎo)致了ROS產(chǎn)生的增強。因此，年齡依賴性的記憶損傷可能是由呼吸鏈產(chǎn)生的氧化壓力造成的。TFAM 轉(zhuǎn)基因(TFAM transgenic，TG)小鼠在與年齡相關(guān)的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物積累方面有明顯改善，大腦中的復(fù)合物I 和IV 活性也有所降低，老齡化的TG 小鼠在運動記憶、工作記憶和海馬體長期記憶(long-term potentiation，LTP)方面的缺陷也得到明顯改善，推斷TFAM的過度表達可能通過防止小膠質(zhì)細胞的氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙來改善與年齡相關(guān)的大腦功能退化[14]。TFAM 中含有HMG 結(jié)構(gòu)域可以和DNA 中的磷酸骨架結(jié)合，增加線粒體DNA 的穩(wěn)定性和完整性，從而保護mtDNA 不被ROS 降解，不難得出，TFAM 在維持線粒體功能，尤其是對氧化應(yīng)激的清除以及降低相關(guān)疾病的發(fā)生方面具有重要意義。

2 TFAM與腫瘤

據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)公布：2020 年全球新增1 930 萬癌癥患者，1 000萬人因癌癥去世。目前，全球每5個人中就有1人會在一生之中罹患癌癥，每8名男性和每11名女性之中，就有一人會因癌癥去世。癌癥防控是世界性難題，近年來，我國癌癥總體發(fā)病率和死亡率呈現(xiàn)逐年上升趨勢，癌癥已成為嚴(yán)重威脅我國居民健康的重大公共衛(wèi)生問題。但美國癌癥研究協(xié)會(American Association for Cancer Research，AACR)關(guān)于整個癌癥治療領(lǐng)域的進展統(tǒng)計顯示，在過去一年中，橫跨癌癥治療的五大支柱——手術(shù)、放療、化療、分子靶向治療和免疫治療都取得了重大進展，正在挽救更多的癌癥患者并改善治療效果。由于腫瘤的發(fā)病原因復(fù)雜多樣，我們對于腫瘤的了解還不夠全面、深入。因此，關(guān)于腫瘤治療的研究仍需繼續(xù)，腫瘤問題依舊需要高度關(guān)注。

據(jù)研究，線粒體生物生成在腫瘤發(fā)生中起著重要作用[15]。線粒體生物發(fā)生由一組高度關(guān)聯(lián)成網(wǎng)的轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控因子所控制。

2.1 TFAM對腫瘤細胞生長增殖凋亡的影響

TFAM 在多種人類惡性腫瘤中高表達，與腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。與癌旁組織相比，TFAM 在部分癌組織中表達顯著減少，改變線粒體DNA的拷貝數(shù)，并且其表達水平的高低與腫瘤患者預(yù)后也密切相關(guān)。隨著研究的深入，TFAM 如何對腫瘤產(chǎn)生影響的部分分子機制得到驗證。胃癌是常見的腫瘤之一，與生活結(jié)構(gòu)、飲食方式密切相關(guān)，近年來有逐漸年輕化的趨勢。Lee 等[16]研究發(fā)現(xiàn)TFAM-mtDNA-calcium-CFAP65-PCK1 軸參與線粒體逆行信號傳導(dǎo)，影響腫瘤細胞分化和增殖。除此之外，有研究通過qRT-PCR、免疫組織化學(xué)法、Western blotting、熒光素酶活性分析實驗，以及進一步的細胞功能實驗，驗證miR-RNA 通過靶向TFAM 對皮膚鱗狀細胞癌[17]、乳腺癌[18]等腫瘤細胞的增殖及凋亡產(chǎn)生影響。并且，近些年探索腫瘤逃避NK 細胞殺傷的機制成為腫瘤免疫治療領(lǐng)域的研究熱點。Fan等[19]通過研究證明，TFAM表達下調(diào)誘導(dǎo)線粒體DNA 應(yīng)激促進HLA-G 表達來抑制NK 細胞的活化以及殺傷。Yang等[20]利用TFAMflox/flox與villin-cre+/+的C57BL6/J小鼠雜交得到TFAM 腸道特異敲除小鼠(TFAMcko)，運用氧化偶氮甲烷和葡聚糖硫酸鈉聯(lián)合誘導(dǎo)的炎癥相關(guān)結(jié)直腸癌小鼠模型；采用慢病毒轉(zhuǎn)染的方式構(gòu)建干涉和過表達人正常結(jié)腸上皮細胞NCM460中TFAM，并通過細胞周期和EdU 實驗檢測細胞增殖；利用共聚焦顯微鏡觀察NCM460細胞干涉TFAM 后mtDNA 應(yīng)激形態(tài)；采用qPCR 和ELISA 等方式檢測結(jié)腸組織中炎性因子的表達情況，結(jié)果顯示炎性腸癌患者腸癌組織中的TFAM表達較正常對照結(jié)腸組織顯著下降，TFAM缺失介導(dǎo)的線粒體DNA作用于炎性小體活化caspase-1 促進炎性因子IL-1β、IL-18 表達，這為炎癥相關(guān)結(jié)直腸癌的發(fā)生及潛在生物學(xué)機制提供了依據(jù)。

2.2 TFAM對腫瘤細胞輻射敏感性的影響

近年來，由于放射治療在癌癥治療中的廣泛使用，輻射生物學(xué)領(lǐng)域的研究變得越來越重要。但臨床資料顯示，放療有一定發(fā)生失敗的概率以及有復(fù)發(fā)的可能性。并且，許多腫瘤細胞對射線的敏感性不高，存在著輻射劑量高、對正常組織副作用大以及腫瘤細胞放射抵抗等問題亟待解決。這提示我們要注意提高放療的靶向性、精確性。如今，放療與化療、基因治療以及免疫治療聯(lián)合的治療手段逐漸成為當(dāng)今腫瘤治療研究的熱點。探究腫瘤細胞的輻射增敏機制，對于提高腫瘤治療效果有著指導(dǎo)性的意義[21]。

先前的研究證實，降低TFAM 表達可使腫瘤細胞對化療試劑和電離照射增敏。然而，潛在的機制在很大程度上仍然未知。Jiang等[22]發(fā)現(xiàn)TFAM表達的降低通過誘導(dǎo)G1/S期阻滯和降低E2F1、phospo-Rb、PCNA 和TK1 的表達來損害腫瘤細胞的增殖。此外，他們證明了敲除TFAM 可以增強p53 與MDM2 之間的相互作用，導(dǎo)致p53和下游靶點TIGAR的表達降低，從而導(dǎo)致線粒體超氧化物和DNA 雙鏈斷裂(double strand breaks，DSB)水平升高，而電離輻射處理細胞會加劇這兩種情況。這些結(jié)果表明，TFAM 的抑制可以通過影響線粒體衍生ROS 的產(chǎn)生來加劇輻射誘導(dǎo)的DSB水平。目前已提出了一種新的機制，即TFAM 通過p53/TIGAR 信號通路調(diào)節(jié)腫瘤細胞對電離輻射的敏感性。這表明TFAM可能是增加癌細胞對放療敏化的潛在靶點。

不止如此，Tang 等[23]證實了環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)在輻照腫瘤細胞中增強TFAM表達的作用。實驗結(jié)果顯示，TFAM與COX-2在輻照腫瘤細胞中同時上調(diào)，COX-2衍生的前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)增強了p38-MAPK 的激活，這進一步刺激了線粒體動力相關(guān)蛋白(dynamin-related protein 1，drp1)介導(dǎo)的TFAM的上調(diào)。并且，得出NS-398抑制COX-2可阻斷輻射誘導(dǎo)的TFAM表達，PGE2治療可刺激TFAM表達的結(jié)論。

2.3 TFAM對腫瘤細胞耐藥的調(diào)節(jié)作用

耐藥現(xiàn)象嚴(yán)重影響了腫瘤有效治愈率，如何提高藥物耐受性也是腫瘤界的新興研究熱點。越來越多的證據(jù)顯示，微核糖核酸(miRNAs)可能通過靶向TFAM 來增加敏感性。紫杉醇是一線化療藥物，具有耐藥現(xiàn)象。Yao 等[24]發(fā)現(xiàn)在乳腺癌細胞MCF-7 中，分別上調(diào)和下調(diào)miR-200a 的表達后聯(lián)合紫杉醇處理，利用MTT和BrdU檢測細胞生長的情況；同時，轉(zhuǎn)染TFAM過表達質(zhì)粒后，單獨或聯(lián)合紫杉醇處理，檢測細胞增殖活力和DNA 合成能力變化。結(jié)果表明紫杉醇可通過miR-200a/TFAM通路調(diào)整其化療敏感性。

陳曦等[25]探討了miR-186-5p 在乳腺癌細胞5-Fu 化療敏感性中的作用，通過制備針對5-Fu 產(chǎn)生抗性的耐藥株(MCF-7/5-Fu)，對乳腺癌細胞MCF-7轉(zhuǎn)染miR-186-5p抑制劑，并對乳腺癌耐藥株MCF-7/5-Fu轉(zhuǎn)染miR-186-5p模擬物，經(jīng)過熒光素酶報告實驗、qRT-PCR 和Western blot 等以及進一步的功能實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上調(diào)乳腺癌耐藥細胞中miR-186-5p 的表達可有效逆轉(zhuǎn)細胞耐藥性。并且，結(jié)果顯示，miR-186-5p 與TFAM mRNA 3'-UTR區(qū)存在互補結(jié)合的序列，且miR-186-5p負調(diào)控TFAM的表達，由此推測，miR-186-5p可能通過靶向作用TFAM在乳腺癌細胞耐藥性中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

此外，順鉑(cisplatin，DDP)是一種廣泛應(yīng)用的化療藥物，F(xiàn)an等[26]發(fā)現(xiàn)，TFAM可能是miR-199a的靶基因。敲除TFAM可以部分逆轉(zhuǎn)由miR-199a-3p 抑制誘導(dǎo)的MDA-MB-231 細胞的DDP 耐藥性，而TFAM 過表達可以部分恢復(fù)miR-199a-3p 誘導(dǎo)的MDA-MB-231/DDP 細胞對DDP 的化療敏感性。這些結(jié)果表明，miR-199a-3p 能夠通過抑制TFAM 的表達減弱乳腺癌細胞的順鉑抗性。

綜上所述，TFAM 可以作為腫瘤增敏中一個有前途的治療關(guān)鍵點。但TFAM在腫瘤治療中發(fā)揮作用的分子機制仍需進一步探索。

2.4 TFAM在腫瘤中的臨床意義和預(yù)后價值

20世紀(jì)以來，癌癥、心腦血管疾病等預(yù)后嚴(yán)重的疾病成為威脅人類健康的頑兇，促進了對預(yù)后多角度、多層面研究的普遍開展。預(yù)后研究有助于醫(yī)患雙方了解疾病的發(fā)展趨勢，并作出知情的臨床決策。

Gao 等[27]通過收集患者的乳腺癌組織和鄰近的正常組織，并對Nrf1 和TFAM 蛋白的表達進行了免疫組織化學(xué)陣列分析，研究結(jié)果表明，Nrf1 和TFAM 蛋白在不同類型的乳腺癌患者的癌細胞中表達增加，與陰性表達患者相比，Nrf1 和TFAM 陽性表達患者的臨床預(yù)后更差，生存時間更短。這些結(jié)果表明，Nrf1 和TFAM 是確定個體化治療和乳腺癌預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物。不僅如此，在食管鱗狀細胞癌[28]、肝癌[29]等癌癥中TFAM在癌細胞中表達增加也得到驗證。然而，并不是所有癌癥中均存在此現(xiàn)象。Katsuki 等[6]采用了類似的方法，收集了左側(cè)或右側(cè)結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)患者的癌組織，進行免疫組織化學(xué)染色，探討TFAM 表達與臨床病理因素及預(yù)后的關(guān)系。結(jié)果顯示，TFAM 表達與左側(cè)結(jié)直腸癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移、TNM分期及淋巴浸潤均有顯著相關(guān)性，而與右側(cè)結(jié)直腸癌患者的任何因素均無明顯相關(guān)性。上述結(jié)果提示TFAM是左側(cè)CRC患者腫瘤進展和預(yù)后不良的有效標(biāo)志物，但在右側(cè)CRC患者中不是。

這些結(jié)果表明，TFAM 的表達可能是確定個體化治療和腫瘤預(yù)后的有用參數(shù)，可以作為開發(fā)靶向治療的新目標(biāo)，不過，腫瘤界需要進行更多的機制研究，以期進一步了解該基因的表達方式及其與細胞功能的關(guān)系。

3 展 望

惡性腫瘤發(fā)病率逐年上升，病因尚不清楚。TFAM 在多種人類惡性腫瘤中高表達，與腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，作為腫瘤分子治療靶點和生物標(biāo)志物是個較好的選擇。目前，關(guān)于TFAM如何在腫瘤中發(fā)揮作用，已經(jīng)有部分猜想得到驗證，但仍舊缺乏更多的數(shù)據(jù)。本文為臨床研究腫瘤的發(fā)病機制，尋找診斷及判斷預(yù)后的標(biāo)記物，以及探索新的精準(zhǔn)治療靶點提供了參考依據(jù)。