劉 朱，周金蕙，母強(qiáng)元，劉蓓蓓，劉 捷，王大慶

0引言

Sox(sex determination region of Y chromosome related HMG-box gene，Sox)基因家族是指在進(jìn)化上含有保守的高遷移率族(high mobility group，HMG)盒的基因，由20多個(gè)成員組成，分為8個(gè)組，即SoxA～H[1-3]。其中HMG結(jié)構(gòu)域是由一個(gè)長為79個(gè)氨基酸的DNA結(jié)合基序組成的，位于Y染色體上的SRY(sex determination region of Y chromosome)基因上[4]，所有的Sox蛋白都通過HMG結(jié)構(gòu)域識(shí)別DNA上的(A/T)(A/T)CAA(A/T)序列并與之結(jié)合[5]，已有研究表明，Sox蛋白并不是通過結(jié)合此序列發(fā)揮作用，而是不同的Sox蛋白通過識(shí)別不同結(jié)合位點(diǎn)激活基因的表達(dá)[6]，從而調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)、細(xì)胞分化及器官發(fā)育[4]。已有研究表明Sox2基因在腫瘤中過表達(dá)，并與肺癌、胃腺癌、乳腺癌等不同癌癥的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、侵襲性等密切相關(guān)[7]；此外，Sox2的高表達(dá)與癌癥患者的耐藥性和生存不良呈正相關(guān)，因此有研究者認(rèn)為Sox2可能是抗癌治療的一個(gè)靶點(diǎn)[8]。同時(shí)Sox2基因也是視網(wǎng)膜發(fā)育的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)其發(fā)生突變或表達(dá)水平改變時(shí)會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜發(fā)育不良[9]，并且對(duì)眼睛的發(fā)育及眼部疾病的發(fā)生發(fā)展也有一定的作用。

1 Sox2基因的結(jié)構(gòu)和功能

Sox2屬于B1亞族[4]，位于染色體3q26.3-27區(qū)段，其編碼的Sox2蛋白包含317個(gè)氨基酸[10]，由N端的HMG結(jié)構(gòu)域、中間的二聚化(dimerization，DIM)結(jié)構(gòu)域和C末端的反式激活(transactivation，TAD)結(jié)構(gòu)域組成[8]，其中Sox2最重要的結(jié)構(gòu)域是HMG結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域在物種間高度保守，除了與特定的DNA共有序列結(jié)合外，還包含核定位和核輸出信號(hào)[11]。Sox2基因C末端反式激活結(jié)構(gòu)域的功能是識(shí)別和結(jié)合目標(biāo)基因的啟動(dòng)子，從而激活或抑制基因表達(dá)[11]。研究表明Sox2是維持胚胎干細(xì)胞自我更新能力和多能性所必需的轉(zhuǎn)錄因子[12]，它在維持胚胎和神經(jīng)干細(xì)胞功能方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]，常作為干細(xì)胞標(biāo)記物[14]。但是Sox2是無法單獨(dú)行使轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的，常與其他蛋白如p63、Pax6等結(jié)合后發(fā)揮作用。p63和Pax6的點(diǎn)突變可導(dǎo)致眼部畸形，p63可調(diào)節(jié)角膜發(fā)育和角膜上皮細(xì)胞的再生[15]，Pax6在晶狀體形成前在頭部外胚層中廣泛表達(dá)，與Sox2共同作用調(diào)節(jié)晶狀體的早期發(fā)育[16]。

2 Sox2基因在眼部疾病中的研究

2.1Sox2基因與翼狀胬肉翼狀胬肉是常見的眼表疾病，其特征是異常結(jié)膜向角膜浸潤性生長，導(dǎo)致瞼球黏連、復(fù)視、散光或失明[17]，一項(xiàng)薈萃分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)2013/2018期間翼狀胬肉在全球患病率為12%[18]?，F(xiàn)有研究認(rèn)為翼狀胬肉的發(fā)生、發(fā)展可能與紫外線暴露、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、遺傳不穩(wěn)定、表觀遺傳重建以及干細(xì)胞功能障礙有關(guān)[19]。還有研究認(rèn)為角膜緣上皮干細(xì)胞的改變在翼狀胬肉的發(fā)展中至關(guān)重要[20]，角膜緣干細(xì)胞(limbal stem cells，LSCs)具有自我更新、增殖和分化的特性[21]，防止結(jié)膜上皮細(xì)胞向角膜上皮遷移[22]。Shirzadeh等[21]利用RT-PCR檢測了多功能標(biāo)志物Sox2、OCT4在翼狀胬肉和正常結(jié)膜組織中的mRNA表達(dá)水平，其中OCT4是一個(gè)含有POU同源結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，在眼睛胚胎發(fā)育過程中維持干細(xì)胞的多功能性；研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于正常結(jié)膜組織，兩者在翼狀胬肉組織中含量均較低，且兩者的表達(dá)水平之間呈正相關(guān)。推測在OCT4和Sox2表達(dá)量下調(diào)后，LSCs的增殖能力下降，結(jié)膜上皮細(xì)胞向角膜侵襲，從而導(dǎo)致了翼狀胬肉的發(fā)生。但此研究目前僅在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行了初步研究，還需進(jìn)行免疫組織化學(xué)及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，并發(fā)掘可能與此途徑相關(guān)的下游轉(zhuǎn)錄因子。

2.2Sox2基因與角膜疾病McGowan等[14]發(fā)現(xiàn)Sox2在受損的角膜內(nèi)皮細(xì)胞(corneal endothelial cells，CECs)中表達(dá)，并且Chang等[23]利用CRISPR/dCas9技術(shù)激活Sox2，使Sox2在人角膜內(nèi)皮細(xì)胞(human corneal endothelial cells，hCECs)中過表達(dá)，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Sox2在CECs中可抑制Wnt/β-catenin通路、激活GSK3β、AKT/FKHRL1信號(hào)通路，從而增加線粒體功能和能量的產(chǎn)生，促進(jìn)CECs細(xì)胞增殖、遷移與再生。后又在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Sox2的活化可促進(jìn)傷口愈合，恢復(fù)CECs的功能和形態(tài)，從而減輕角膜水腫，使角膜變得透明。Hwang等[24]通過轉(zhuǎn)染Sox2 siRNA至hCECs中，反向證明Sox2/Wnt/線粒體途徑在hCECs中的調(diào)控作用，進(jìn)一步說明Sox2可能通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路調(diào)節(jié)CECs的增殖、維持hCECs干性。未來可以深入探究線粒體受Sox2調(diào)節(jié)后對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的影響，并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

Bhattacharya等[15]發(fā)現(xiàn)Sox2和p63在體外未分化的人角膜緣上皮干細(xì)胞和祖細(xì)胞中共表達(dá)，可能調(diào)控角膜上皮再生。Sox2可調(diào)控p63并促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞分化。敲除Sox2基因可顯著抑制原代角膜緣干細(xì)胞和祖細(xì)胞長期集落形成的能力，細(xì)胞增殖明顯減弱。但有趣的是，Sox2敲除且p63過表達(dá)組與基因敲除空載對(duì)照組的集落形成能力和細(xì)胞凋亡率無顯著差異，說明Sox2的調(diào)節(jié)作用部分是通過p63實(shí)現(xiàn)的。研究中還發(fā)現(xiàn)miR-450b是Sox2的直接抑制因子，可直接靶向Sox2部分調(diào)控p63，從而抑制細(xì)胞集落形成能力和增殖能力，并誘導(dǎo)角膜上皮細(xì)胞分化。miR-450b對(duì)Sox2的調(diào)節(jié)可能為研究角膜疾病的發(fā)病機(jī)制提供了一個(gè)新的研究方向。

2.3Sox2基因與白內(nèi)障白內(nèi)障是指各種原因?qū)е戮铙w混濁的一種疾病[25]，是世界上最常見的致盲原因[26]，其發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，現(xiàn)有研究表明白內(nèi)障的發(fā)生可能與Sox2基因有關(guān)。Kamachi等[27]已經(jīng)證明Sox2和Pax6協(xié)同作用，結(jié)合至本身具有晶狀體特異性增強(qiáng)子活性的DC5片段上，形成高遷移率的三元復(fù)合物，從而促進(jìn)晶狀體的發(fā)育。當(dāng)Sox2基因發(fā)生突變時(shí)則可能導(dǎo)致白內(nèi)障[28]。

2.4Sox2基因與無眼癥和小眼癥先天性眼睛缺陷是影響全球約2100萬兒童的一大類疾病，無眼癥和小眼癥是相對(duì)常見的先天性缺陷，約20%的患者是由Sox2基因突變引起的[29]。Sox2是目前被確定為單基因突變導(dǎo)致無眼癥和小眼癥的主要致病基因[30]，其突變方式包括全基因缺失和基因內(nèi)缺失、無義和移碼改變及影響DNA結(jié)合或反式激活結(jié)構(gòu)域的錯(cuò)義突變等[31]。但其調(diào)控機(jī)制尚未得到充分了解，尤其是在轉(zhuǎn)錄后水平。Dash等[32]發(fā)現(xiàn)保守的RNA結(jié)合基序蛋白(RNA-binding motif protein 24，Rbm24)能通過與Sox2 mRNA 3’UTR中富含AU的元件(ARs)結(jié)合正向調(diào)控Sox2 mRNA的穩(wěn)定性，表明Rbm24是影響眼發(fā)育時(shí)期Sox2蛋白正常表達(dá)的重要因子；反之，對(duì)小鼠和魚類的研究發(fā)現(xiàn)，Rbm24缺乏可使Sox2表達(dá)下調(diào)，并導(dǎo)致無眼癥和小眼癥，而Rbm24基因敲除的小鼠在發(fā)育過程中，其眼組織細(xì)胞凋亡增加，眼發(fā)育調(diào)節(jié)因子和標(biāo)志物如LHX2、Pax6、JAG1、E-cadherin和γ-Crystallin表達(dá)異常，表明Rbm24可介導(dǎo)Sox2的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，從而影響眼睛的發(fā)育。Brastrom等[29]在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)Rbm24同源基因Rbm24a的敲除水平對(duì)其眼球形態(tài)發(fā)育的影響呈劑量依賴關(guān)系，小劑量敲除Rbm24a可引起輕微的小眼球病變，大劑量敲除Rbm24a的胚胎表現(xiàn)為更突出的小眼球病變并合并心包積液。他們向Rbm24a敲除的胚胎中注射不含3’UTR端的外源性Sox2 RNA可以部分抑制眼球形態(tài)異常并恢復(fù)一定的視覺功能，進(jìn)一步表明Rbm24a和Sox2轉(zhuǎn)錄后修飾在眼部組織發(fā)育過程中具有關(guān)鍵作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏Sox2的小鼠中，當(dāng)Sox2的表達(dá)量是正常水平的40%時(shí)，會(huì)因?yàn)樯窠?jīng)前體細(xì)胞分化異常及對(duì)Notch信號(hào)通路的激活使視網(wǎng)膜前體細(xì)胞增殖減少，從而導(dǎo)致不同程度的小眼癥[33]。

2.5Sox2基因與高度近視近視是最常見的眼部疾病之一，在年輕人中的患病率高達(dá)90%，伴隨而來的高度近視在年輕人中的患病率為10%～20%[34]。Li等[35]對(duì)83例160眼正視人群和117例211眼高度近視患者進(jìn)行病例對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)在中國人群中，Sox2基因可能與高度近視的遺傳易感性有關(guān)，其等位基因可能是高度近視的易感基因。但此研究存在一定的局限性，尚需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量在不同的人群中進(jìn)行驗(yàn)證并進(jìn)行更深入的遺傳分析，以進(jìn)一步闡明Sox2基因變異在高度近視風(fēng)險(xiǎn)中的作用。

2.6Sox2基因與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，Rb)是一種常見的影響兒童的原發(fā)性眼內(nèi)惡性腫瘤。Rb可對(duì)眼睛和視力造成嚴(yán)重?fù)p害，后期因顱內(nèi)和全身轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致患兒死亡[36]。Tong等[37]發(fā)現(xiàn)Sox2在Rb患兒癌組織及其外周血中的表達(dá)水平與Rb的臨床病理特征密切相關(guān)。與高分化Rb患者的癌組織及外周血相比，Sox2在低分化Rb患者癌組織及外周血中表達(dá)水平顯著增高。因此Sox2可能成為診斷Rb的一項(xiàng)新的腫瘤標(biāo)志物。

3小結(jié)

Sox2基因是維持胚胎干細(xì)胞多能性和自我更新特性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一，常作為干細(xì)胞標(biāo)記物。Sox2參與多種生物學(xué)過程，如調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、凋亡、分化，參與腫瘤的形成和發(fā)展等，并且在眼部常見疾病的發(fā)生發(fā)展中起一定作用。當(dāng)其發(fā)生突變時(shí)，可導(dǎo)致白內(nèi)障、無眼癥和小眼癥等相關(guān)疾病，但其現(xiàn)存研究較少且不夠深入，還有待進(jìn)一步研究Sox2基因在眼部疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制，以期能為疾病的診斷與治療提供新的思路。