張馨怡，薛辛東

新生兒疾病專欄

RUNX3及其調(diào)節(jié)機制的研究進展

張馨怡，薛辛東

RUNX3是一重要的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)多個基因的表達，參與肺發(fā)育和肺疾病發(fā)生等多種生物學過程。其作用機制復(fù)雜，涉及到RUNX3的失活及其與TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修復(fù)蛋白等多種信號通路和蛋白的相互作用。

肺疾??； RUNX3基因； 肺發(fā)育； 細胞因子

在肺發(fā)育過程中，涉及到許多細胞因子和信號途徑的參與，而轉(zhuǎn)錄因子通過對基因進行時空表達的調(diào)控，發(fā)揮著重要的功能。RUNX3是重要的轉(zhuǎn)錄因子之一，隨著研究的不斷深入，逐漸認識到RUNX3不僅調(diào)節(jié)肺發(fā)育，而且與某些疾病，如腫瘤、氣道高反應(yīng)性疾病等發(fā)生密切相關(guān)。本文就RUNX3的結(jié)構(gòu)、生物學功能及其調(diào)節(jié)機制進行如下綜述。

1 RUNX3基因的結(jié)構(gòu)和功能

該基因?qū)俎D(zhuǎn)錄因子中的runt結(jié)構(gòu)域家族，是發(fā)育階段基因表達的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)者。在哺乳動物中，RUNX包含3個基因，即RUNX1、RUNX2、RUNX3，這些成員中均含有高度保守的runt結(jié)構(gòu)域，它們的基因產(chǎn)物都有結(jié)構(gòu)上的相似性，但行使不同的生物學功能，存在著組織特異性的表達。人類RUNX3基因位于染色體1p36.1，而鼠的位于4號染色體。人類的RUNX3全長約67 kb，含有P1、P2兩個啟動子(兩個啟動子區(qū)域均含數(shù)個分離的轉(zhuǎn)錄起始點)，6個外顯子。RUNX3基因的轉(zhuǎn)錄主要由啟動子P2操縱，P2位于外顯子2之前，GC含量約64%，其周圍有一個明顯的CpG島。而鼠的RUNX3是runt結(jié)構(gòu)域家族中最小的成員，也是研究相對較少的成員，但有重要的生物學作用。在發(fā)育階段，RUNX3通過調(diào)節(jié)基因的表達發(fā)揮重要的作用。此外，該基因通過調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化和凋亡等，參與多種疾病的發(fā)生過程等。

2 RUNX3與肺發(fā)育

肺發(fā)育過程中涉及了許多細胞和分子事件，包括細胞增殖、凋亡、分化和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)等。目前的研究已經(jīng)證實了RUNX3是肺發(fā)育中的重要影響因素。Lee等[1]研究證實，和野生型鼠相比，RUNX3陰性的鼠在生后第1天表現(xiàn)出肺泡的異常重構(gòu)，肺泡的異常增生；另外，在RUNX3-/-的細支氣管上皮細胞內(nèi)同時發(fā)現(xiàn)了具有肺泡上皮標志的SPB和細支氣管上皮標記的CC10，表明上皮細胞分化減弱。

EMT在多細胞生物體的發(fā)育過程中起重要作用，涉及到形態(tài)的發(fā)生、組織器官的形成等。有研究證實RUNX3在肺發(fā)育EMT調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。Lee等[2]研究證實，和野生型鼠相比，RUNX3陰性的鼠生后第1天，肺泡上皮細胞標記物E-cad表達明顯下降，而間質(zhì)細胞標記物Fibronectin表達明顯增強，同時也證實EMT誘導因子(Smad 2、3、4，Slug，Snail和TGF-β1)等表達明顯增強，提示在RUNX3陰性的鼠肺內(nèi)存在著異常的EMT過程，導致肺泡發(fā)育異常，該結(jié)果提示，RUNX3通過對不同基因進行調(diào)節(jié)，抑制異常的EMT過程，維持正常肺發(fā)育關(guān)鍵基因。

3 RUNX3與肺疾病

近年來研究發(fā)現(xiàn)，RUNX3參與了多種疾病的發(fā)生，而研究較多的是與腫瘤的關(guān)系。越來越多的研究認為，RUNX3是一抑癌基因，在上皮和間質(zhì)型腫瘤侵襲前和侵襲時，處于后生性的滅活狀態(tài)。肺癌是發(fā)病率較高的一種惡性腫瘤，其發(fā)生發(fā)展涉及到多種基因的調(diào)控，其中也包括RUNX3。大量研究證實，RUNX3的低水平表達，可促進肺癌的發(fā)生和進展。Araki等[3]曾對肺腺癌患者進行研究，發(fā)現(xiàn)RUNX3低水平表達與不良肺癌分化類型相關(guān)，同時通過隨訪，發(fā)現(xiàn)RUNX3表達水平較高的患者，其5年的存活率較高。也有研究報道，由于RUNX3基因超甲基化導致RUNX3的表達缺失，也是促進肺癌進展的又一原因[4]。

除了與肺癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān)外，RUNX3也參與了自身免疫反應(yīng)。研究表明，RUNX3調(diào)節(jié)了樹突狀細胞(DC)趨化因子受體CCR7的轉(zhuǎn)錄弱化。在RUNX3基因敲除鼠，CCR7表達增加，肺泡DC細胞向肺部的引流淋巴結(jié)遷移，使激活的DC細胞在引流淋巴結(jié)聚集，導致哮喘樣特征，因此認為RUNX3缺失可以促進哮喘的發(fā)生[5]。此外，過敏性的氣道炎癥反應(yīng)中也涉及到了RUNX3參與，實驗證實：RUNX3基因敲除鼠出現(xiàn)自發(fā)的嗜酸性細胞增多癥性肺部炎癥反應(yīng)，發(fā)生氣道重構(gòu)和黏液分泌過多[6]。也有研究證實，RUNX3對肺損傷的修復(fù)功能，對生后第1天的野生鼠和RUNX3基因敲除鼠分別進行激光輻射，誘導肺損傷模型，發(fā)現(xiàn)與野生型鼠相比，RUNX3基因敲除鼠的肺損傷愈合過程受到抑制，表現(xiàn)出異常的肺部結(jié)構(gòu)[7]。

4 RUNX3的作用機制

該基因是一轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)多種基因的表達，參與了生物體內(nèi)多種生物學過程，其功能的發(fā)揮涉及到多種機制和多種與之相關(guān)的上、下游細胞因子協(xié)同作用。

4.1 RUNX3的失活與疾病的發(fā)生 RUNX3基因啟動子去甲基化、組蛋白修飾、micro-RNA的調(diào)節(jié)、細胞質(zhì)錯位表達及半合子的缺失等，均可導致表達失活。4.1.1 RUNX3基因啟動子區(qū)DNA甲基化 DNA甲基化是調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的一種重要的表觀遺傳學方式。由S腺苷甲硫氨酸提供甲基，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下CPG島二核苷酸的胞嘧啶甲基化為5甲基胞嘧啶，基因啟動子區(qū)的胞嘧啶甲基化后導致基因表達沉默。研究證實，在許多腫瘤中都存在著RUNX3的低表達，而RUNX3低表達的原因主要是RUNX3啟動子區(qū)CPG島的超甲基化。如Kang等[8]研究表明，氧化應(yīng)激反應(yīng)可以使RUNX3甲基化，致RUNX3的失活，從而促進結(jié)腸癌的進展。Sato等[9]研究表明，某些肺癌患者中，存在RUNX3的失活，而異常甲基化是其失活的主要機制。Jiang等[10]發(fā)現(xiàn)，RUNX3的失活在乳腺癌的發(fā)展中起著重要作用，而此基因失活的原因是其啟動子的甲基化，并且證實RUNX3蛋白的表達水平對于評價乳腺癌的臨床預(yù)后有重要價值。

4.1.2 RUNX3基因啟動子區(qū)組蛋白的甲基化修飾 該修飾方式也屬于表觀遺傳學范疇，通過組蛋白甲基化修飾可以調(diào)節(jié)基因表達，而EZH2在組蛋白甲基化過程中起重要作用。EZH2是高度保守的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，它靶向作用于基因的啟動子區(qū)，并且使組蛋白H3的27位賴氨酸(H3K27)三甲基化，其作用的靶基因其中包括RUNX3等。EZH2可以募集DNA甲基轉(zhuǎn)移酶到RUNX3的啟動子區(qū)，使RUNX3的CPG島發(fā)生DNA甲基化[11]。EZH2可以靶向調(diào)節(jié)與發(fā)育相關(guān)的基因(其中包RUNX3)的啟動子，使啟動子中H3K27殘基的組蛋白H3甲基化，抑制基因轉(zhuǎn)錄[12]。

4.1.3 RUNX3的錯位表達 除了甲基化外，RUNX3也可通過細胞內(nèi)錯位而失活。在許多腫瘤病例中都發(fā)現(xiàn)了RUNX3的錯位表達現(xiàn)象，如結(jié)直腸癌中，RUNX3的細胞漿錯位表達和進展期的癌癥有關(guān)，而細胞核內(nèi)RUNX3的表達和良好的預(yù)后相關(guān)[13]。一項臨床研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌患者中也存在著細胞漿中RUNX3錯位表達[14]。但值得注意的是，RUNX3的細胞漿定位并不局限于癌癥，一些正常的胃和結(jié)腸上皮細胞的胞漿內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了RUNX3錯位現(xiàn)象[15]。

除了以上情況外，在一些腫瘤中(如肺癌、胰腺癌、胃癌等)，也發(fā)現(xiàn)了RUNX3半合子的缺失[16]，表明RUNX3的下調(diào)可能是進展成惡性腫瘤的早期事件，提示該基因具有抑制腫瘤的功能。

4.1.4 MicroRNA與RUNX3 MicroRNA(miRNA)是一類非編碼的小分子RNA，通過它們的種子序列(5′末端2～8個核苷酸)和互補序列，與靶向基因mRNA的3′端非翻譯區(qū)結(jié)合，使靶基因mRNA的降解和(或)轉(zhuǎn)錄的抑制，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達，參與多種生理病理過程，包括細胞增殖、分化、凋亡等。目前認為miRNA調(diào)節(jié)約30% mRNA的轉(zhuǎn)錄。Dang等[17]對肺癌細胞A549進行研究，發(fā)現(xiàn)通過轉(zhuǎn)染miRNA-26a使其過表達，可以降低EZH2蛋白的水平，上調(diào)RUNX3蛋白的表達，并認為過表達的miRNA-26a靶向調(diào)節(jié)了EZH2的表達，而EZH2則調(diào)節(jié)了其下游的RUNX3基因。在一些實體腫瘤的研究中，發(fā)現(xiàn)了EZH2的過表達，并認為與miRNA-101的缺失，若導入MiR-101或者敲除EZH2的表達，即可以減少H3K27的三甲基水平[18]。上述研究提示，miRNA可以通過調(diào)節(jié)組蛋白甲基化修飾而影響RUNX3的表達。除此之外，miRNA與RUNX3基因DNA甲基化的關(guān)系也有報道，一項對胃癌SUN5細胞系的研究表明，MiR-130過表達能降低RUNX3蛋白的水平，并且與RUNX3的DNA超甲基化狀態(tài)呈負相關(guān)，同時也發(fā)現(xiàn)在RUNX3的3'UTR區(qū)包含著大量的與miRNA結(jié)合位點，提示miRNA還可通過調(diào)節(jié)DNA甲基化而影響RUNX3的表達[19]。

4.2 RUNX3基因的主要信號調(diào)節(jié)機制 盡管目前對RUNX3分子調(diào)節(jié)機制尚未完全清楚，但已發(fā)現(xiàn)了一些與RUNX3作用相關(guān)的細胞因子及信號途徑，如TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修復(fù)蛋白等。

4.2.1 RUNX3與TGF-β信號途徑 TGF-β是一種多功能的細胞因子，能夠觸發(fā)多條信號途徑，參與細胞的增殖、分化、凋亡等，涉及多種病理生理過程。研究表明，RUNX3對TGF-β信號途徑有調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，緊密連接相關(guān)蛋白Claudin-1是RUNX3直接的、正向調(diào)節(jié)的靶分子，RUNX3通過與TGF-β信號途徑中SMAD蛋白結(jié)合，直接上調(diào)Claudin-1的轉(zhuǎn)錄[20]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，采用TGF-β刺激胃癌細胞后，RUNX3與SMAD蛋白協(xié)作，直接上調(diào)凋亡前基因Bim1轉(zhuǎn)錄，提高細胞周期蛋白依賴激酶抑制劑p21WAF1的表達[21]。

4.2.2 RUNX3與Wnt信號途徑 除了TGF-β途徑，RUNX3也參與Wnt信號途徑調(diào)節(jié)過程。有研究表明，Runx3-/-的鼠腸道上皮細胞出現(xiàn)異常增生現(xiàn)象，可能是由于Wnt信號途徑的激活和該信號途徑靶基因(c-Myc和cyclinD1)表達上調(diào)的結(jié)果[22]。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，RUNX3可以和Wnt信號途徑中的關(guān)鍵分子TGF4及β-catenin形成三元絡(luò)合物，這種絡(luò)合物可以降低與DNA的連接、減少Wnt信號途徑中靶基因轉(zhuǎn)錄。因此RUNX3有阻斷Wnt信號途徑的靶基因調(diào)節(jié)作用。

4.2.3 其他途徑 眾所周知，DNA損傷后可以影響細胞信號途徑、細胞周期的調(diào)節(jié)、細胞修復(fù)和凋亡過程，從而導致疾病的發(fā)生。同樣，如果細胞修復(fù)機制功能失調(diào)，也可以提高疾病發(fā)生風險。目前，有些研究已經(jīng)將RUNX3與不同的DNA修復(fù)機制聯(lián)系在一起。如DNA錯配修復(fù)元件的突變在腫瘤中頻繁出現(xiàn)，尤其是MLH3和PMS2的缺乏，加速了腫瘤的進展，Split(Tle)家族基因-轉(zhuǎn)導素增強子Tle6-like過度表達，用以對抗RUNX3的反式激活能力，進一步促進了腫瘤的進展[23]。還有一項研究表明，RUNX3和DNA修復(fù)蛋白Ku70(DNA雙鏈斷裂修復(fù)機制的主要成員)相互作用，促進了DNA的修復(fù)，抑制了腫瘤的發(fā)展[24]。

此外，Yes相關(guān)蛋白屬于癌基因蛋白，是Hippo信號途徑的核內(nèi)效應(yīng)器，可作為轉(zhuǎn)錄協(xié)同因子，促進細胞的增殖。早期研究發(fā)現(xiàn)，RUNX3與Yes相關(guān)蛋白相互作用[25]，RUNX3與FOXO3a一起調(diào)節(jié)腸道內(nèi)的炎癥反應(yīng)[26]，但RUNX3與Yes相關(guān)蛋白、FOXO3a詳盡調(diào)節(jié)機制，仍需要進一步的研究和證實。

綜上所述，RUNX3是一種轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)多個基因的表達，參與肺發(fā)育和肺疾病發(fā)生等多種生命過程。其作用機制復(fù)雜，涉及到RUNX3的失活及其與TGF-β、Wnt、Claudin-1、Bim1、P21、YAP及DNA修復(fù)蛋白等多種信號通路和蛋白的相互作用。然而，目前對RUNX3的功能、作用機制等仍有待于進一步深入研究。

[1] Lee KS，Lee YS，Lee JM，et al. Runx3 is required for the differentiation of lung epithelial cells and suppression of lung cancer[J].Oncogene，2010，29(23)：3349-3361.

[2] Lee JM，Shin JO，Cho KW，et al. Runx3 is a crucial regulator of alveolar differentiation and lung tumorigenesis in mice[J].Differentiation，2011，81(4)：261-268.

[3] Araki K，Osaki M，Nagahama Y，et al. Expression of RUNX3 protein in human lung adenocarcinoma：implications for tumor progression and prognosis[J]. Cancer Sci，2005，96(4)：227-231.

[4] Li QL，Kim HR，Kim WJ，et al. Transcriptional silencing of the RUNX3 gene by CpG hypermethylation is associated with lung cancer[J]. Biochem Biophys Res Commun，2004，314(1)：223-228.

[5] Fainaru O，Shseyov D，Hantisteanu S，et al. Accelerated chemokine receptor 7-mediated dendritic cell migration in Runx3 knockout mice and the spontaneous development of asthma-like disease[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2005，102(30)：10598-10603.

[6] Fainaru O，Woolf E，Lotem J，et al. Runx3 regulates mouse TGF-beta-mediated dendritic cell function and its absence results in airway inflammation[J]. EMBO J，2004，23(4)：969-979.

[7] Lee JM，Kwon HJ，Bae SC，et al. Lung tissue regeneration after induced injury in Runx3 KO mice[J]. Cell Tissue Res，2010，341(3)：465-470.

[8] Kang KA，Zhang R，Kim GY，et al. Epigenetic changes induced by oxidative stress in colorectal cancer cells：methylation of tumor suppressor RUNX3[J]. Tumour Biol，2012，33(2)：403-412.

[9] Sato K，Tomizawa Y，Iijima H，et al. Epigenetic inactivation of the RUNX3 gene in lung cancer[J]. Oncol Rep，2006，15(1)：129-135.

[10] Jiang Y，Tong D，Lou G，et al. Expression of RUNX3 gene，methylation status and clinicopathological significance in breast cancer and breast cancer cell lines[J]. Pathobiology，2008，75(4)：244-251.

[11] Viré E，Brenner C，Deplus R，et al. The Polycomb group protein EZH2 directly controls DNA methylation[J]. Nature，2006，439(7078)：871-874.

[12] Lee TI，Jenner RG，Boyer LA，et al. Control of developmental regulators by Polycomb in human embryonic stem cells[J]. Cell，2006，125(2)：301-313.

[13] Soong R，Shah N，Peh BK，et al.The expression of RUNX3 in colorectal cancer is associated with disease stage and patient outcome[J]. Br J Cancer，2009，100(5)：676-679.

[14] Ito K，Liu Q，Salto-Tellez M，et al.RUNX3，a novel tumor suppressor，is frequently inactivated in gastric cancer by protein mislocalization[J]. Cancer Res，2005，65(17)：7743-7750.

[15] Ito K，Lim AC，Salto-Tellez M，et al. RUNX3 attenuates beta-catenin/T cell factors in intestinal tumorigenesis[J]. Cancer Cell，2008，14(3)：226-237.

[16] Yanada M，Yaoi T，Shimada J，et al. Frequent hemizygous deletion at 1p36 and hypermethylation downregulate RUNX3 expression in human lung cancer cell lines[J]. Oncol Rep，2005，14(4)：817-822.

[17] Dang X，Ma A，Yang L，et al. MicroRNA-26a regulates tumorigenic properties of EZH2 in human lung carcinoma cells[J]. Cancer Genet，2012，205(3)：113-123.

[18] Varambally S，Cao Q，Mani RS，et al. Genomic loss of microRNA-101 leads to overexpression of histone methyltransferase EZH2 in cancer[J]. Science，2008，322(5908)：1695-1699.

[19] Lai KW，Koh KX，Loh M，et al. MicroRNA-130b regulates the tumour suppressor RUNX3 in gastric cancer[J]. Eur J Cancer，2010，46(8)：1456-1463.

[20] Chang TL，Ito K，Ko TK，et al. Claudin-1 has tumor suppressive activity and is a direct target of RUNX3 in gastric epithelial cells[J]. Gastroenterology，2010，138(1)：255-265.

[21] Chi XZ，Yang JO，Lee KY，et al. RUNX3 suppresses gastric epithelial cell growth by inducing p21(WAF1/Cip1) expression in cooperation with transforming growth factor {beta}-activated SMAD[J]. Mol Cell Biol，2005，25(18)：8097-8107.

[22] Ito K，Lim AC，Salto-Tellez M，et al. RUNX3 attenuates beta-catenin/T cell factors in intestinal tumorigenesis[J]. Cancer Cell，2008，14(3)：226-237.

[23] Chen PC，Kuraguchi M，Velasquez J，et al. Novel roles for MLH3 deficiency and TLE6-like amplification in DNA mismatch repair-deficient gastrointestinal tumorigenesis and progression[J]. PLoS Genet，2008，4(6)：e1000092.

[24] Tanaka Y，Imamura J，Kanai F，et al.Runx3 interacts with DNA repair protein Ku70[J]. Exp Cell Res，2007，313(15)：3251-3260.

[25] Yagi R，Chen LF，Shigesada K，et al. A WW domain-containing yes-associated protein (YAP) is a novel transcriptional co-activator[J]. EMBO J，1999，18(9)：2551-2562.

[26] Snoeks L，Weber CR，Wasland K，et al.Tumor suppressor FOXO3 participates in the regulation of intestinal inflammation[J]. Lab Invest，2009，89(9)：1053-1062.

(本文編輯：李志文)

110004 沈陽，中國醫(yī)科大學研究生學院(張馨怡)；中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院新生兒科(薛辛東)

張馨怡(1983-)，女，中國醫(yī)科大學97級七年制碩士研究生在讀。研究方向：新生兒疾病。

薛辛東，110004 沈陽，中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院新生兒科。

10.3969/j.issn.1674-3865.2015.01.002

R722.19

B

1674-3865(2015)01-0003-04

2014-11-24)