魏明莉 曾 軍 綜述 黃 娜 審校

似果蠅粒狀頭樣2基因與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

魏明莉 曾 軍 綜述 黃 娜 審校

似果蠅粒狀頭樣2基因(Grainyhead-like 2，GRHL2)是果蠅粒狀頭樣基因在哺乳動(dòng)物中的同源基因之一，是哺乳動(dòng)物所具有的一種似果蠅粒狀頭樣轉(zhuǎn)錄因子。在正常機(jī)體中，GRHL2參與調(diào)控上皮細(xì)胞的分化與發(fā)育，而對(duì)于腫瘤，GRHL2的作用是復(fù)雜的，既可抑制腫瘤的發(fā)生，也可以促進(jìn)腫瘤的形成，特別是上皮來源的惡性腫瘤大部分都涉及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程。進(jìn)一步研究GRHL2與腫瘤的關(guān)系，將為腫瘤患者的臨床診治帶來新的思路，本文就GRHL2與腫瘤的關(guān)系進(jìn)行綜述。

似果蠅粒狀頭樣2基因；腫瘤；上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

似果蠅粒狀頭樣2基因(Grainyhead-like 2，GRHL2)是果蠅粒狀頭樣基因在哺乳動(dòng)物中的同源基因之一，是哺乳動(dòng)物所具有的一種似果蠅粒狀頭樣轉(zhuǎn)錄因子。GRHL2的早期研究主要集中在哺乳動(dòng)物發(fā)育的生物學(xué)功能方面。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)GRHL2參與乳腺癌、結(jié)直腸癌、胃癌等腫瘤的發(fā)生發(fā)展[1-3]。GRHL2在不同腫瘤中的作用是不同的，既可以促進(jìn)腫瘤的形成，也可抑制腫瘤的發(fā)生。進(jìn)一步研究GRHL2在不同腫瘤中的作用，可為腫瘤患者的臨床診治提供新的思路。本文綜述近年來GRHL2與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展，以期為腫瘤的診治提供進(jìn)一步信息參考。

1 GRHL2與其家族

果蠅粒狀頭樣(Grainyhead，GRH)基因首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)，是參與編碼果蠅胚胎發(fā)育、表皮形態(tài)發(fā)生和中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等相關(guān)過程的重要轉(zhuǎn)錄因子[4-5]。GRH基因家族從果蠅到人類都有高度的保守性，其在哺乳動(dòng)物中的同源基因——似果蠅粒狀頭樣基因(Grainyhead-like，GRHL)在結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能上都與GRH有很強(qiáng)的相似性，都可以參與調(diào)控胚胎發(fā)育、表皮屏障形成及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等。其基因家族在哺乳動(dòng)物中有三個(gè)成員，目前被稱為似果蠅粒狀頭樣基因1(Grainyhead-like 1，GRHL1)、似果蠅粒狀頭樣基因2(Grainyhead-like 2，GRHL2)和似果蠅粒狀頭樣基因3(Grainyhead-like 3，GRHL3)，它們?cè)谛蛄泻蜕飳W(xué)方面都具有相似性[6-7]。研究表明它們主要存在于上皮組織，如表皮、口腔和嗅上皮、腎臟和泌尿生殖道、消化道、心肺等器官中[8]。這些基因包含可與DNA結(jié)合的免疫球蛋白折疊結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵抑癌基因p53的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域同源。該基因家族可能是p53的原始基因[9]。

2 GRHL2的功能

GRHL2通過對(duì)E-cadherin 2號(hào)內(nèi)含子和連接蛋白Cldn4核心啟動(dòng)子順式調(diào)控原件的調(diào)控，調(diào)節(jié)上皮頂端連接復(fù)合體的形成，來參與調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞的分化與發(fā)育。在肝臟，GRHL2通過調(diào)節(jié)參與緊密連接蛋白Cldn3和Cldn4的表達(dá)，提高肝小管上皮屏障功能，控制管腔擴(kuò)張，促進(jìn)上皮細(xì)胞形態(tài)發(fā)生[10-11]。在腎臟的集合管和輸尿管GRHL2呈現(xiàn)高表達(dá)，GRHL2/Ovol2調(diào)節(jié)Cldn4和Rab25表達(dá)促進(jìn)腎小管管腔擴(kuò)張和腎小管上皮屏障的形成[12]。在肺組織，GRHL2參與肺泡上皮的發(fā)育，它對(duì)肺上皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生和調(diào)節(jié)人氣道上皮細(xì)胞的多種生理功能具有重要的作用，包括細(xì)胞形態(tài)發(fā)生、黏附、動(dòng)力以及建立維持氣道上皮屏障功能，并識(shí)別許多重要的靶基因[13-14]。GRHL2表達(dá)減少可致E-cadherin下調(diào)，支氣管、肺泡上皮大量破壞，氣道上皮細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)，促使肺纖維化。Varma等[15]研究發(fā)現(xiàn)，人和小鼠肺纖維化有重要的病理生理差異，表明了GRHL2在肺纖維化中上皮活化的重要作用。GRHL2也參與對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)耳發(fā)育的調(diào)控，在斑馬魚同源基因GRHL2b的研究中，顯示GRHL2對(duì)于腦的形態(tài)發(fā)育、維持中腦-后腦邊界具有重要作用[16]。Han等[17]利用斑馬魚Tol2轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因捕獲技術(shù)，模擬GRHL2引起DFNA28的過程，發(fā)現(xiàn)GRHL2通過促進(jìn)Claudin b和Epcam在內(nèi)耳中的表達(dá)來調(diào)控內(nèi)耳上皮細(xì)胞間連接的發(fā)育，維持內(nèi)耳腔內(nèi)的組分和濃度，為耳石和半規(guī)管系統(tǒng)的正常發(fā)育提供必要的環(huán)境，從而保證了聽力和平衡系統(tǒng)功能的正常運(yùn)作。此外，GRHL2還通過控制胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分支形態(tài)的發(fā)生，來影響胎盤功能[18]。GRHL2基因的突變則會(huì)引起一種常染色體隱性遺傳性疾病——外胚層發(fā)育不良綜合癥[19]。

3 GRHL2與腫瘤

GRHL2不僅在正常機(jī)體生理功能中發(fā)揮著重要作用，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展方面也起著非常重要的作用。越來越多的研究表明GRHL2與腫瘤的形成密切相關(guān)，在不同類型的腫瘤中GRHL2既可以作為轉(zhuǎn)錄激活子，亦可作為轉(zhuǎn)錄抑制因子發(fā)揮不同的作用[20]。

3.1 GRHL2與乳腺癌

在乳腺癌患者中，大部分為luminal A、luminal B和HER-2陽性型，而GRHL2出現(xiàn)表達(dá)上調(diào)；只有大約10%的乳腺癌患者為低緊密連接蛋白表達(dá)量亞型(低Claudin)、高轉(zhuǎn)移性乳腺癌，此類乳腺癌主要涉及EMT過程，而GRHL2出現(xiàn)表達(dá)下調(diào)[21]。GRHL2促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞EMT發(fā)生，一部分是通過直接抑制鋅指E盒結(jié)合同源框1(ZEB1)啟動(dòng)子表達(dá)來抑制ZEB1的表達(dá)，也抑制Smad蛋白介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄和上調(diào)miR-200b/c、TGF-β受體拮抗劑，骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)來促進(jìn)EMT的發(fā)生，另一方面，GRHL2通過調(diào)控上皮表型基因上皮-鈣黏蛋白(E-cadherin)、Tjp2、Cldn4、Cldn7和Wnt配體等來促使EMT的發(fā)生[10]。另一研究表明，GRHL2在乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中異位表達(dá)，逆轉(zhuǎn)EMT，恢復(fù)失巢凋亡敏感性，抑制乳腺癌的發(fā)生[21]。TGF-β和Wnt信號(hào)通路可通過將ZEB1結(jié)合于GRHL2啟動(dòng)子來抑制GRHL2的表達(dá)，從而誘導(dǎo)EMT發(fā)生。GRHL2可通過改變Six1-DNA復(fù)合物結(jié)合來抑制ZEB1的激活。GRHL2和ZEB1之間存在相互反饋回路，控制著上皮-間質(zhì)表型以及由EMT驅(qū)動(dòng)腫瘤的進(jìn)展[22]。

GRHL2可直接調(diào)節(jié)腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的一個(gè)關(guān)鍵抑制因子E-cadherin的表達(dá)，其表達(dá)下調(diào)與腫瘤的進(jìn)展密切相關(guān)[23]。通過shRNA敲除GRHL2在人類乳腺上皮細(xì)胞系MCF10A中的表達(dá)，可以促進(jìn)E-adherin的表達(dá)下調(diào)，誘發(fā)EMT的發(fā)生[1]。也有研究表明，GRHL2在小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞株4T1中過表達(dá)，誘導(dǎo)上皮基因表達(dá)促進(jìn)小鼠模型中腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[1]。此外，GRHL2表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致乳腺癌患者出現(xiàn)相對(duì)較短的無進(jìn)展生存期以及乳腺癌轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)上升[24]。目前，不同的研究結(jié)果存在差異提示GRHL2可能在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展中具有雙重調(diào)節(jié)作用。

3.2 GRHL2與結(jié)直腸癌

Quan等[2]研究發(fā)現(xiàn)，GRHL2在結(jié)直腸癌組織中較癌旁組織中表達(dá)明顯增加，且Ki-67染色水平、腫瘤體積大小和TNM分期與其表達(dá)水平呈正相關(guān)，患者的總生存率及無復(fù)發(fā)生存率也與之相關(guān)；GRHL2的過表達(dá)促進(jìn)結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞增殖的同時(shí)也抑制腫瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移，這種雙重作用，可能與其對(duì)細(xì)胞周期、EMT過程的影響以及ZEB1和GRHL2形成負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)在對(duì)結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT調(diào)控有關(guān)。在HT29和HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞系中GRHL2沉默表達(dá)顯著抑制體外細(xì)胞增殖和體內(nèi)腫瘤的發(fā)生，其分子機(jī)制涉及對(duì)ZEB1和E-cadherin的表達(dá)調(diào)控，這與GRHL2在乳腺癌的作用相似。

3.3 GRHL2與胃癌

有研究結(jié)果表明，GRHL2在胃癌組織中出現(xiàn)高表達(dá)但在與之相鄰的非癌組織中出現(xiàn)低表達(dá)[25]。最近的研究表明，GRHL2的mRNA和蛋白表達(dá)水平在胃癌標(biāo)本中明顯表達(dá)下調(diào)，轉(zhuǎn)導(dǎo)外源GRHL2到人胃癌SGC7901細(xì)胞株中，明顯抑制胃癌細(xì)胞增殖和促進(jìn)其凋亡，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，GRHL2的高表達(dá)明顯降低c-Myc和Bcl-2蛋白的表達(dá)水平，GRHL2可能抑制胃癌細(xì)胞增殖，并在胃癌發(fā)展過程中起著抑制作用[3]。

3.4 GRHL2與口腔腫瘤

在口腔鱗狀細(xì)胞癌中GRHL2表達(dá)增高，促進(jìn)了hTERT的高表達(dá)和端粒酶的活性，進(jìn)而使腫瘤細(xì)胞異常增殖，敲除GRHL2基因使hTERT啟動(dòng)子活性顯著降低，能減少端粒酶活性和口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞生存能力[26]。

3.5 GRHL2與其他類型腫瘤

在其他類型的腫瘤中，仍存在GRHL2的異常表達(dá)，如GRHL2的表達(dá)降低抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，GRHL2可能是預(yù)測(cè)肝癌復(fù)發(fā)的一個(gè)指標(biāo)[27]；在腎透明細(xì)胞癌中，GRHL2的表達(dá)增加與疾病復(fù)發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，GRHL2陽性的患者無病生存率明顯降低[28]；在宮頸癌中GRHL2下調(diào)表達(dá)[29]；在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中發(fā)現(xiàn)GRHL2表達(dá)增加[30]。GRHL2表達(dá)水平與卵巢癌相關(guān)，GRHL2-miR-200-ZEB1通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控與組蛋白修飾可保持卵巢癌細(xì)胞呈上皮細(xì)胞狀態(tài)，GRHL2基因缺失增加啟動(dòng)子上組蛋白標(biāo)記物H3K27me3及miR-200b/a和E-cadherin基因上GRHL2結(jié)合位點(diǎn)的水平，GRHL2通過miR-200-ZEB1在卵巢癌EMT中起著舉足輕重的看門人作用[31]。最近有研究表明，通過沉默GRHL2，H1975肺癌細(xì)胞可維持E/M狀態(tài)(即混合E/M型)，與肺癌的進(jìn)展相關(guān)[32]。 目前，GRHL2參與這些類型腫瘤的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)與展望

GRHL2不僅在機(jī)體的正常生物學(xué)功能方面發(fā)揮著重要作用，在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展方面也起著重要的作用。特別是上皮來源的惡性腫瘤，大部分涉及EMT過程，而EMT在腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，促使細(xì)胞發(fā)生遷移及侵襲，然而EMT在腫瘤進(jìn)展過程中的分子機(jī)制尚未完全了解。在已知GRHL2轉(zhuǎn)錄因子作用下，GRHL2基因?qū)Ω鞣N上皮細(xì)胞的發(fā)育和維持是必要的，參與相關(guān)靶基因和信號(hào)的調(diào)控。進(jìn)一步研究GRHL2在不同腫瘤中的作用機(jī)制，將為腫瘤患者的臨床診治帶來新的思路。

1 Xiang X，Deng Z，Zhuang X，et al.Grhl2 determines the epithelial phenotype of breast cancers and promotes tumor progression[J].PLoS One，2012，7(12)：e50781.

2 Quan Y，Jin R，Huang A，et al.Downregulation of GRHL2 inhibits the proliferation of colorectal cancer cells by targeting ZEB1[J].Cancer Biol Ther，2014，15(7)：878-887.

3 Xiang J，F(xiàn)u X，Ran W，et al.Expression and role of grainyhead-like 2 in gastric cancer[J].Med Oncol，2013，30(4)：714.

4 Bray SJ，Burke B，Brown NH，et al.Embryonic expression pattern of a family of Drosophila proteins that interact with a central nervous system regulatory element[J].Genes Dev，1989，3(8)：1130-1145.

5 Dynlacht BD，Attardi LD，Admon A，et al.Functional analysis of NTF-1，a developmentally regulated Drosophila transcription factor that binds neuronal cis elements[J].Genes Dev，1989，3(11)：1677-1688.

6 Ting SB，Wilanowski T，Cerruti L，et al.The identification and characterization of human Sister-of-Mammalian Grainyhead(SOM)expands the grainyhead-like family of developmental transcription factors[J].Biochem J，2003，370(3)：953-962.

7 Wilanowski T，Tuckfield A，Cerruti L，et al.A highly conserved novel family of mammalian developmental transcription factors related to Drosophila grainyhead[J].Mech Dev，2002，114(1/2)：37-50.

8 Auden A，Caddy J，Wilanowski T，et al.Spatial and temporal expression of the Grainyhead-like transcription factor family during murine development[J].Gene Expr Patterns，2006，6(8)：964-970.

9 Kokoszynska K，Ostrowski J，Rychlewski L，et al.The fold recognition of CP2 transcription factors gives new insights into the function and evolution of tumor suppressor protein p53[J].Cell Cycle，2008，7(18)：2907-2915.

10 Werth M，Walentin K，Aue A，et al.The transcription factor grainyhead-like 2 regulates the molecular composition of the epithelial apical junctional complex[J].Development，2010，137(22)：3835-3845.

11 Senga K，Mostov KE，Mitaka T，et al.Grainyhead-like 2 regulates epithelial morphogenesis by establishing functional tight junctions through the organization of a molecular network among claudin3，claudin4，and Rab25[J].Mol Biol Cell，2012，23(15)：2845-2855.

12 Aue A，Hinze C，Walentin K，et al.A Grainyhead-like 2/ovo-like 2 pathway regulates renal epithelial barrier function and lumen expansion[J].J Am Soc Nephrol，2015，26(11)：2704-2715.

13 Gao X，Vockley CM，Pauli F，et al.Evidence for multiple roles for grainyhead-like 2 in the establishment and maintenance of human mucociliary airway epithelium[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110(23)：9356-9361.

14 Varma S，Cao Y，Tagne JB，et al.The transcription factors Grainyhead-like 2 and NK2-homeobox 1 form a regulatory loop that coordinates lung epithelial cell morphogenesis and differentiation[J].J Biol Chem，2012，287(44)：37282-37295.

15 Varma S，Mahavadi P，Sasikumar S，et al.Grainyhead-like 2(GRHL2)distribution reveals novel pathophysiological differences between human idiopathic pulmonary fibrosis and mouse models of pulmonary fibrosis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2014，306(5)：405-419.

16 Dworkin S，Darido C，Georgy SR，et al.Midbrain-hindbrain boundary patterning and morphogenesis are regulated by diverse grainy head-like 2-dependent pathways[J].Development，2012，139(3)：525-536.

17 Han Y，Mu Y，Li X，et al.Grhl2 deficiency impairs otic development and hearing ability in a zebrafish model of the progressive dominant hearing loss DFNA28[J].Hum Mol Genet，2011，20(16)：3213-3226.

18 Walentin K，Hinze C，Werth M，et al.A Grhl2-dependent gene network controls trophoblast branching morphogenesis[J].Development，2015，142(6)：1125-1136.

19 Petrof G，Nanda A，Howden J，et al.Mutations in GRHL2 result in an autosomal-recessive ectodermal Dysplasia syndrome[J].Am J Hum Genet，2014，95(3)：308-314.

20 Chen W，Xiao LZ，Oh JE，et al.Grainyhead-like 2(GRHL2)inhibits keratinocyte differentiation through epigenetic mechanism[J].Cell Death Dis，2012，3(12)：e450.

21 Cieply B，Riley P，Pifer PM，et al.Suppression of the epithelial-mesenchymal transition by Grainyhead-like-2[J].Cancer Res，2012，72(9)：2440-2453.

22 Cieply B，F(xiàn)arris J，Denvir J，et al.Epithelial-mesenchymal transition and tumor suppression are controlled by a reciprocal feedback loop between ZEB1 and Grainyhead-like-2[J].Cancer Res，2013，73(20)：6299-6309.

23 Pyrgaki C，Liu A，Niswander L.Grainyhead-like 2 regulates neural tube closure and adhesion molecule expression during neural fold fusion[J].Dev Biol，2011，353(1)：38-49.

24 Yang X，Vasudevan P，Parekh V，et al.Bridging cancer biology with the clinic：relative expression of a GRHL2-mediated gene-set pair predicts breast cancer metastasis[J].PLoS One，2013，8(2)：e56195.

25 Cheng L，Wang P，Yang S，et al.Identification of genes with a correlation between copy number and expression in gastric cancer[J].BMC Med Genomics，2012，5(1)：14.

26 Kang X，Chen W，Kim RH，et al.Regulation of the hTERT promoter activity by MSH2，the hnRNPs K and D，and GRHL2 in human oral squamous cell carcinoma cells[J].Oncogene，2009，28(4)：565-574.

27 Tanaka Y，Kanai F，Tada M，et al.Gain of GRHL2 is associated with early recurrence of hepatocellular carcinoma[J].J Hepatol，2008，49(5)：746-757.

28 Butz H，Szabo PM，Nofech-Mozes R，et al.Integrative bioinformatics analysis reveals new prognostic biomarkers of clear cell renal cell carcinoma[J].Clin Chem，2014，60(10)：1314-1326.

29 Torres-Reyes LA，Alvarado-Ruiz L，Pina-Sanchez P，et al.Expression of transcription factor grainyhead-like 2 is diminished in cervical cancer[J].Int J Clin Exp Pathol，2014，7(11)：7409-7418.

30 Danila DC，Anand A，Schultz N，et al.Analytic and clinical validation of a prostate cancer-enhanced messenger RNA detection assay in whole blood as a prognostic biomarker for survival[J].Eur Urol，2014，65(6)：1191-1197.

31 Chung VY，Tan TZ，Tan M，et al.GRHL2-miR-200-ZEB1 maintains the epithelial status of ovarian cancer through transcriptional regulation and histone modification[J].Sci Rep，2016，6：19943.

32 Jolly MK，Tripathi SC，Jia D，et al.Stability of the hybrid epithelial/mesenchymal phenotype[J].Oncotarget，2016，7(19)：27067-27084.

(收稿：2016-09-24)

Research progress of the relationship between granule head-like 2 gene and tumor in Drosophila melanogaster

WEIMingli，ZENGJun，HUANGNa

Department of Respiratory Medicine，The First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College，Chengdu 610500，China

Grainhead-like 2(GRHL2)is one of the homologous genes of Drosophila granule head-like gene in mammals，which is a kind of Drosophila granule head transcription factor.In normal organisms，GRHL2 is involved in the regulation of epithelial cell differentiation and development.In tumors，GRHL2 is complex.GRHL2 not only inhibits tumorigenesis，but it also promotes tumor formation，especially epithelial origin of malignant tumors mostly involving epithelial-mesenchymal transition(EMT)process.Further study of the relationship between GRHL2 and tumor will provide a new idea for the clinical diagnosis and treatment of cancer patients.The relationship between GRHL2 and tumor is reviewed in this paper.

Grainyhead-like 2；Neoplasm；Epithelial-mesenchymal transition

成都醫(yī)學(xué)院學(xué)校課題(CYZ14-006)

成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科(成都 610500)

魏明莉，女，(1985-)，碩士研究生，從事呼吸系統(tǒng)腫瘤方面的研究。

黃娜，E-mail：717308813@qq.com

R73

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.03.013