吳 劍(綜述),史子敏(審校)

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2008級(jí);b.第二附屬醫(yī)院泌尿外科,南昌330006)

分化抑制因子(Id蛋白)家族屬于螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,H LH)轉(zhuǎn)錄因子成員,在堿性HLH(bHLH)蛋白的HLH結(jié)構(gòu)域周邊,含有強(qiáng)堿性區(qū)域,具有高度保守性,此為DNA結(jié)合所必需。bHLH蛋白以同源二聚體或異二聚體形式與DNA中E盒(CANNTG)或者是相關(guān)的N盒(CACNAG)結(jié)合,從而對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控,是正性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子;然而Id蛋白因缺乏富含堿性氨基酸的DNA結(jié)合域,不能與DNA結(jié)合。但其可與bHLH蛋白形成異二聚體,并抑制bHLH結(jié)合DNA在轉(zhuǎn)錄調(diào)控上起負(fù)性作用,為bHLH轉(zhuǎn)錄因子的顯性負(fù)性調(diào)節(jié)物。Id因子參與促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞分化、腫瘤形成及腫瘤血管形成、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等過(guò)程。除此之外還具有細(xì)胞定型和細(xì)胞結(jié)局決策作用、促進(jìn)胚胎發(fā)育和器官形成、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、參與細(xì)胞周期進(jìn)程等功能[1]。Id4因子為Id轉(zhuǎn)錄因子成員之一,相對(duì)于其他Id因子(Id1、Id2、Id3),人們對(duì)Id4的研究較少。隨著人們對(duì)Id4研究的深入,發(fā)現(xiàn)其在多種人類(lèi)組織器官及多種腫瘤中發(fā)揮獨(dú)特的作用,Id4基因啟動(dòng)子異常甲基化導(dǎo)致沉默及異常過(guò)表達(dá)等與腫瘤形成、腫瘤預(yù)后密切相關(guān),Id4有希望成為腫瘤預(yù)后標(biāo)記及治療的新靶點(diǎn)。本文對(duì)近年來(lái)有關(guān)Id4在人類(lèi)腫瘤中發(fā)揮的作用進(jìn)行綜述。

1 Id4基因結(jié)構(gòu)及其表達(dá)

人類(lèi)Id4基因位于染色體6p22.3-p23,Id4 cDNA啟動(dòng)子GC區(qū)含有覆蓋5′端的CpG島及開(kāi)放讀框(ORF)。其中CpG島甲基化異常與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[2]。Id4基因表達(dá)受多個(gè)正向和負(fù)向調(diào)控元件調(diào)控,如糖皮質(zhì)激素受體、環(huán)磷酸腺苷(cAMP)結(jié)合蛋白受體及雌激素受體等[3]。Id4基因廣泛表達(dá)于人體正常組織中,在成人組織中,如甲狀腺、胰腺、大腦、睪丸等組織器官中Id4呈高表達(dá);在胚胎組織中,如腦、腎臟、肺等組織中呈高表達(dá),而在肝臟中不表達(dá),對(duì)細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、組織器官形成起調(diào)控作用[2]。一般在靜止期細(xì)胞中,Id4表達(dá)水平適中或少量表達(dá),而在多種人類(lèi)腫瘤細(xì)胞中,由于異常高表達(dá)或啟動(dòng)子異常甲基化導(dǎo)致沉默等,與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)。Id4充當(dāng)了癌基因或是抑癌基因的角色,如在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤星形細(xì)胞瘤、髓母細(xì)胞瘤中Id4高表達(dá),而在大部分血液系統(tǒng)惡性腫瘤中,Id4常因異常甲基化呈低表達(dá)狀態(tài)。

2 Id4因子與細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞分化

Id4因子參與細(xì)胞周期進(jìn)程并發(fā)揮重要作用,其通過(guò)兩條途徑對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控:①非bHLH蛋白途徑:直接與Rb蛋白或p107和p130的袋狀蛋白相結(jié)合。Rb蛋白是目前已確認(rèn)的腫瘤抑制因子之一,E2F因子是細(xì)胞由G1期向S期進(jìn)展的重要細(xì)胞檢查點(diǎn),非磷酸化狀態(tài)下的Rb蛋白與E2F因子形成二聚體,從而抑制細(xì)胞進(jìn)程。Id4因子可與Rb蛋白結(jié)合,減弱Rb蛋白對(duì)E2F-DP1轉(zhuǎn)錄因子的抑制作用,促進(jìn)細(xì)胞從G1期向S期進(jìn)展。②bHLH蛋白途徑:通過(guò)抑制bHLH蛋白活性,抑制細(xì)胞周期依賴(lài)蛋白激酶抑制物(CKI)p21相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá),從而促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程[1]。

Id4因子參與細(xì)胞定型,抑制細(xì)胞分化。在神經(jīng)系統(tǒng)中,Id4因子在神經(jīng)系統(tǒng)適時(shí)分化中是必須的,且發(fā)揮關(guān)鍵作用。Id4可促進(jìn)有絲分裂及G1期向S期轉(zhuǎn)變,調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化。破壞小鼠Id4基因可導(dǎo)致神經(jīng)管增殖缺陷、過(guò)早的成神經(jīng)細(xì)胞分化、腦結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈破壞,全腦容量減少[4]。此外,Id4因子可與OLIG蛋白及E2A蛋白相互作用,介導(dǎo)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的信號(hào)效應(yīng),抑制少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系定型,誘導(dǎo)神經(jīng)祖細(xì)胞減少生成少突膠質(zhì)細(xì)胞并促進(jìn)星形細(xì)胞的生成[5]。神經(jīng)髓鞘形成過(guò)程中,需要髓磷脂參與,體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)少突膠質(zhì)祖細(xì)胞中Id4因子過(guò)表達(dá)減少了髓磷脂基因啟動(dòng)子活性,髓磷脂內(nèi)源性表達(dá)下降,從而抑制髓鞘形成;而缺乏Id4因子則出現(xiàn)過(guò)早分化及細(xì)胞凋亡增加[6]。

3 Id4因子與腫瘤的關(guān)系

Id4因子在正常組織中參與細(xì)胞增殖、分化調(diào)控。而在腫瘤組織中,由于Id4基因的染色體易位、異常擴(kuò)增及啟動(dòng)子異常甲基化導(dǎo)致表達(dá)沉默、缺失等,在不同來(lái)源、不同性質(zhì)、不同程度的腫瘤組織中表達(dá)程度不同,在不同腫瘤組織的不同時(shí)段發(fā)揮不同的作用。Id4基因既可作為潛在癌基因或促癌基因,也可作為抑癌基因,與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)。

3.1 Id4因子過(guò)表達(dá)及促癌作用

在人類(lèi)神經(jīng)星形細(xì)胞瘤細(xì)胞系SNB19、成神經(jīng)管細(xì)胞瘤、成膠質(zhì)細(xì)胞瘤及少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤等神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中Id4因子呈高表達(dá),通過(guò)對(duì)細(xì)胞周期和細(xì)胞分化進(jìn)行調(diào)控,能使正常星形細(xì)胞向惡性轉(zhuǎn)變,促進(jìn)腫瘤形成[7]。Beger C.等[8]在早期研究中發(fā)現(xiàn)Id4因子能夠調(diào)節(jié)BRCA1基因表達(dá),與乳腺、卵巢癌的發(fā)生具有相關(guān)性。隨后人們?cè)谛∈笕橄侔┘?xì)胞中發(fā)現(xiàn)Id4 mRNA表達(dá)水平上調(diào),具有抑制乳腺上皮細(xì)胞分化、促進(jìn)細(xì)胞增殖,促進(jìn)腫瘤形成的作用[9]。Wu Q.等[10]對(duì)膀胱癌細(xì)胞系和膀胱癌組織中染色體6p22.3中及周邊的擴(kuò)增基因(其中包括Id4基因)進(jìn)行對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)Id4基因在正常膀胱組織和膀胱癌組織中表達(dá)無(wú)顯著差異,但在一小部分膀胱癌中Id4 mRNA轉(zhuǎn)錄增加并呈高表達(dá),由此認(rèn)為Id4基因?yàn)槟骋恍〔糠职螂啄[瘤的癌基因,有時(shí)協(xié)同其他因子(如E2F3等)共同促進(jìn)腫瘤發(fā)生、發(fā)展,有時(shí)侯能單獨(dú)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。另外有報(bào)道稱(chēng)在小細(xì)胞肺癌細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)Id4也有過(guò)表達(dá),但其具體作用尚不明確[11]。

3.2 Id4啟動(dòng)子區(qū)異常甲基化與抑癌作用

Id4基因可作為抑癌基因,由于基因啟動(dòng)子甲基化導(dǎo)致表達(dá)沉默、缺失及后天失活,在若干種人類(lèi)腫瘤中也被觀察到,如急性白血病、乳腺癌、前列腺癌、結(jié)腸癌、胃癌、食管癌、膽管上皮癌等。

大量研究顯示在小鼠和人類(lèi)大部分血液系統(tǒng)腫瘤中,Id4基因起抑癌作用。利用基因組甲基化掃描技術(shù)(RLGS)對(duì)T/NK急性淋巴細(xì)胞白血病小鼠模型進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)Id4基因在正常人的骨髓細(xì)胞中呈高表達(dá)水平,而在急性白血病細(xì)胞中Id4基因啟動(dòng)子異常甲基化導(dǎo)致Id4呈低表達(dá)狀態(tài);再將Id4基因轉(zhuǎn)染急性白血病細(xì)胞系后,發(fā)現(xiàn)白血病細(xì)胞重新表達(dá)Id4時(shí),出現(xiàn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)受抑、凋亡增加,Id4起腫瘤抑制基因作用[12-13]。Id4甲基化程度可預(yù)示腫瘤預(yù)后情況,在骨髓異常增生綜合征中Id4基因的甲基化預(yù)示著轉(zhuǎn)變?yōu)榘籽〉娘L(fēng)險(xiǎn)增高[14]。但是也有個(gè)別報(bào)道顯示在B細(xì)胞前體急性淋巴細(xì)胞白血病中,由于染色體t(6;14)(p22;q32)易位導(dǎo)致Id4基因異位過(guò)表達(dá),發(fā)揮促癌作用[15]。

在人類(lèi)正常乳腺上皮細(xì)胞中Id4有表達(dá),但是在雌激素受體(ER)陽(yáng)性的乳腺癌和癌前病變中其表達(dá)被抑制;相反,在ER陰性的腫瘤中卻表現(xiàn)為Id4陽(yáng)性;說(shuō)明Id4在人類(lèi)乳腺中起腫瘤抑制因子作用,并且Id4在乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞中的表達(dá)可能受雌激素調(diào)節(jié)[16]。原發(fā)乳腺癌樣本及乳腺癌細(xì)胞系中,Id4基因啟動(dòng)子區(qū)異常甲基化,Id4因子表達(dá)低下或缺失,增加了乳腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn),并是乳腺癌患者無(wú)復(fù)發(fā)生存率的不利因素[17-18]。而這些結(jié)果與上述在小鼠乳腺癌模型中的研究結(jié)果相矛盾,這是否預(yù)示人類(lèi)與小鼠乳腺癌發(fā)生中Id4因子表達(dá)調(diào)控有所不同,目前不得而知,有待進(jìn)一步研究。

Asirvatham A.J.等[19]發(fā)現(xiàn)Id4因子只出現(xiàn)在雄激素受體陽(yáng)性的細(xì)胞中,在正常前列腺上皮細(xì)胞中,Id4基因可能起潛在的腫瘤抑制基因作用。而與此同時(shí),Yuen H.F.等[20]卻發(fā)現(xiàn)原發(fā)前列腺癌中Id4在細(xì)胞核內(nèi)的過(guò)表達(dá)顯著增加了患者病灶轉(zhuǎn)移發(fā)展風(fēng)險(xiǎn),并認(rèn)為Id4可能為遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的潛在預(yù)兆標(biāo)志。隨后Carey J.P.等[21]再次對(duì)前列腺癌細(xì)胞系中Id4基因表達(dá)情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)前列腺癌細(xì)胞系Id4表達(dá)下調(diào),Id4基因被甲基化,異位的Id4表達(dá)能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加和減少細(xì)胞增殖,認(rèn)為Id4在前列腺癌中起腫瘤抑制作用。然而關(guān)于Id4基因在前列腺癌中具體作用機(jī)制,Id4在前列腺癌中究竟發(fā)揮何作用,有待更多的研究去證實(shí)。

在消化道腫瘤中,亦有報(bào)道Id4扮演著腫瘤抑制基因的角色。在結(jié)腸、直腸腺癌中,Id4啟動(dòng)子區(qū)CpG島被甲基化,導(dǎo)致Id4表達(dá)下調(diào),促使腫瘤形成[22]。通過(guò)氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸癌模型中存在Id4基因甲基化[23],Umetani N.等[24]研究認(rèn)為Id4基因后天的超甲基化與結(jié)腸直腸癌的低分化程度及不良預(yù)后相關(guān),可作為不依賴(lài)TNM評(píng)分的腫瘤預(yù)后標(biāo)記。同樣,在胃腺癌中也發(fā)現(xiàn)因啟動(dòng)子甲基化導(dǎo)致的Id4表達(dá)下調(diào)[25],在食管癌中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的變化[26]。

4 Id4因子與腫瘤血管的形成

Id4的表達(dá)可受突變的p53和E2F1協(xié)同調(diào)控激活,通過(guò)突變的p53、E2F1、Id4轉(zhuǎn)錄軸促進(jìn)腫瘤新生血管形成;Id4很可能與血管生成因子3′端非編碼區(qū)形成核糖蛋白體復(fù)合物的形成,參與血管生成因子的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控從而促進(jìn)新生血管形成[27]。

5 Id4因子與細(xì)胞凋亡

Id4的過(guò)表達(dá)能夠誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞源性細(xì)胞聚集及凋亡[28]。在急性白血病小鼠模型中,Id4因子能誘導(dǎo)白血病細(xì)胞凋亡增多[12];人紅白血病K562細(xì)胞株中,Id4明顯增加K562細(xì)胞凋亡數(shù),推測(cè)可能與Bcl-xl的表達(dá)有關(guān)[29]。關(guān)于Id4在腫瘤細(xì)胞中增加腫瘤細(xì)胞凋亡的具體調(diào)控機(jī)制尚不明確。

6 問(wèn)題與展望

人們對(duì)Id4基因在多種正常組織及多種腫瘤的作用及其機(jī)制有了初步了解,Id4因子生物學(xué)功能具有復(fù)雜而多樣性,在不同系統(tǒng)腫瘤、不同類(lèi)型腫瘤中發(fā)揮不同作用。Id4基因不能簡(jiǎn)單描述為抑癌基因或是癌基因,目前關(guān)于Id4在人類(lèi)腫瘤中作用的相關(guān)報(bào)道仍存在許多問(wèn)題及不甚明了的地方,其在人類(lèi)多種腫瘤中發(fā)揮的作用和調(diào)控機(jī)制有待進(jìn)一步研究。Id4基因有望成為新的抗腫瘤治療靶點(diǎn)及輔助判斷腫瘤預(yù)后的分子標(biāo)記。

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