RUNX3基因与恶性肿瘤关系的研究现状

郑子雯(综述),安云婷(审校)

(南昌大学a.研究生院医学部2007级;b.江西省妇幼保健院肿瘤科,南昌330006)

RUNT转录因子家族是一系列进化相对保守的后生动物蛋白。RUNT家族中的转录因子的氨基末端(N-)都有一个高度相似的RUNT结构域(runt domain,RD),由128个氨基酸组成,起着与DNA结合和形成异二聚体化的重要作用[1]。RUNX及其辅因子PEBP2β/CBFβ组成的蛋白复合体最早发现于20年前,后来因其在肿瘤发生机制中发挥着重要作用而逐渐受到重视。在RD中包含一个S型免疫球蛋白折叠,介导 RUNX蛋白与其DNA靶序列的结合,这种结合导致靶基因的激活或抑制[2]。RUNX家族基因在机体内广泛表达,但却因组织的特异性而表达各异。尽管在小鼠胚胎中观察到它们的同源相似度很高[3],但已经证实在不同组织类型中存在的RUNX基因发挥着不同的功能,并受到各种因子的调控、如 Sgpp1、Ncam1、p21WAF 1等[4]。本文就RUNX3基因与恶性肿瘤关系的研究现状作一综述。

1 RUNX3基因的定位特点与结构特点

RUNX3基因位于人染色体1p36,全长67 kb[5]。1p36在多种癌症当中都是作为一个基因缺失热点场所,在上皮癌、血液系统疾病以及神经组织肿瘤中都观察到了该染色体的基因缺失[6]。同样,RUNX3基因的缺失和减少也出现在多种肿瘤当中,如胃癌、胆管癌、胰腺癌及肺癌等[7]。因此,RUNX3基因的表达下降或缺失是恶性病变的早期提示,并表明了RUNX3作为抑癌基因而发挥作用的根据。在1p36上存在多种抑癌基因,如RIZ1、CHD5等[8],并有研究揭示了它们之间存在协同作用的关系[9],由此可以推断,通过调整核染色质结构而抑制基因转录发挥抑癌作用的 RUNX3基因,是与其他同样位于1p36上的核染色质调控基因共同完成生物学行为。

RUNX3基因含有P1和P2 2个启动子,6个外显子和1 290 bp的开放阅读框[3]。其转录主要由P2启动子操控。在该基因组中,P2启动子的GC含量约4.2 kb,周围有一个明显的CpG岛,因此从理论上说P2比P1更容易发生甲基化。启动子异常甲基化在基因表达调控、DNA修复、基因稳定及基因抑制等方面起着重要的作用,它阻碍了转录因子与DNA之间的相互作用而抑制转录,使与细胞增殖和分化有关的基因表达异常,细胞对正常分化过程的调节时空,最后形成肿瘤。RUNX 3是由α亚单位和β亚单位构成的含有415个氨基酸的异二聚体,RD位于α亚单位中,因此α亚单位承担了RUNX 3基因的主要生物学功能;β亚单位起到稳定RUNX 3基因,并增强RD与靶DNA结合的能力。RUNX 3基因的羧基末端富含脯氨酸和丝氨酸,在转录方面起重要作用[1]。

2 RUNX3基因的抑癌机制

2.1 RUNX3基因在TGF-β信号转导途径中的功能

RUNX 3基因是转化生长因子β(transforming grow th factor beta,TGF-β)信号转导通路下游的一个转录因子。TGF-β是上皮细胞生长的负性调节因子,耐受TGF-β介导的生长抑制作用是许多肿瘤发生的重要信号,它广泛参与细胞增殖分化、胚胎发生、血管形成、肿瘤发生、细胞外基质形成及骨骼形成与重建等多种生物学事件[10]。TGF-β的信号转导主要通过激活Smad蛋白实现。目前已发现的Sm ad蛋白分为 3类:①受体 Smad(R-Sm ads),即Sm ad 1、2、3、5、8,是 TβR-Ⅰ 激酶底物 ;②协同Sm ad(Co-Smad),即 Sm ad 4,通过与 R-Smads的结合形成复合物移入细胞内调节靶基因的转录;③抑制性Smad(I-Smad),即Smad 6、7,它们以不同的方式抑制Sm ads的信号转导[11]。TGF-β受体有Ⅰ型(TβR-Ⅰ)和Ⅱ型(TβR-Ⅱ)。当 TGF-β与细胞膜上的 TβR-Ⅱ结合后,形成 TGF-β/TβR-Ⅱ复合物,并迅速导致 TβR-Ⅰ磷酸化。活化的 TβR-Ⅰ与细胞内R-Smads结合,并磷酸化;活化的 R-Sm ads与Smad 4结合成寡聚物,将 TGF-β的信号传递至细胞核内,调节靶基因的转录,并诱导下游基因的表达。由此可见,TGF-β信号转导通路的配体、受体和胞内信号转导分子Sm ad蛋白组成一个抑制肿瘤信号的通路。通路异常即可引起信号紊乱,促进肿瘤的发生。目前研究表明,RUNX3可与R-Smads结合,而被激活的Smad复合物需要在RUNX3基因的指导下才能从细胞质转入细胞核内特定靶位点,并与RUNX3共同激活靶基因的转录,从而对细胞的分化、周期调控、凋亡和恶性转化起作用,参与 TGF-β对上皮细胞生长的负性调控作用[12]。

2.2 RUNX3基因在DNA修复中的作用

信号转导途径、细胞周期调控及细胞凋亡过程,无论哪一个环节都有可能出现DNA损伤,而DNA损伤的发生,无疑是加速了肿瘤的恶化。当然,非正常的DNA修复更加剧了肿瘤恶变的风险。Chen P.C.等[13]的研究显示,RUNX3基因与多种DNA修复机制有关。DNA错配修复元件的突变在肿瘤细胞中时常发生,尤其是M LH 3和PMS2更加速了癌症的进程,并指出许多转导样增强因子(TLE)基因族成员的过表达使得错配修复基因发生突变。Tle6与RUNX3相互作用后,RUNX3的超激活能力显著下降。除了与错配修复有关外,RUNX3基因更直接参与DNA的修复机制。Tanaka Y.等[14]的研究发现,RUNX3与DNA修复蛋白Ku 70有协同作用,Ku 70是对于双链DNA的断裂进行非同源性内部修复的主要修复基因。

2.3 RUNX3基因参与诱导癌基因的衰老

众所周知,癌基因的衰老诱导是癌前病变早期的一个特征性生物学功能。癌基因的衰老诱导是肿瘤抑制当中重要的一种生物模式,它能有效地阻碍异常的增生信号。在白血病病例的研究中发现,RUNX1和 RAS途径经常同时发生突变,并且RUNX1的缺乏通过上调 Bm i-1和 Bcl-2以抑制p16Ink4a并表达p19Arf,从而抑制了N-RAS的衰老诱导和细胞凋亡[15]。RUNX3同RUNX家族中的其他基因成员一样作为癌基因衰老诱导的中介物质发挥作用,参与p14ARF→M dm2→p53致癌途径的衰老诱导[16]。

2.4 RUNX3基因的生物学行为

RUNX基因家族在过度表达的时候会表现出癌基因的特性,RUNX 3也不例外[17]。在鼠类的病毒感染实验中已经证实RUNX3基因的高表达,并且在Salto Tellez M.等[18]的研究中,使用免疫组化技术观察基底细胞癌组织,发现细胞核中RUNX 3基因的强表达。此外,Nevadunsky N.S.等[15]还发现了RUNX3基因在卵巢上皮癌中同样存在过度表达,并指出RUNX3只能增强肿瘤细胞的生存能力,并不能直接使其增殖。另外在对头、颈部鳞状细胞癌的研究中也观察到了RUNX3基因的过度表达,并与其恶性程度有关,RUNX3基因的异常表达甚至抑制了化疗药物阿霉素的生物作用[19]。Guo W.H等[20]发现,有的RUNX3基因在RD域存在突变,突变后的RUNX 3基因的活性降低或失活,不能抑制细胞的生长。

3 RUNX3基因与恶性肿瘤的关系

Li Q.L.等[2]研究中,剔除鼠胎中 RUNX 3基因后,小鼠出生不久便死亡,而在人胃癌组织中有45%～60%的患者RUNX3基因表达下调或缺失。因此,RUNX3基因是胃黏膜上皮主要的生长因子,并指出RUNX 3基因的低表达或不表达与其启动子P2区域的甲基化有关(P＜0.05)。Wei D.等[21]研究发现,恢复RUNX3基因表达可抑制动物模型中人胃癌细胞的生长和转移,并显示胃癌细胞周期停滞,凋亡增强,侵袭性明显减弱,因此RUNX3基因是一个重要的预后因素。在大肠癌的研究中,同样研究显示在癌组织中存在不同程度的RUNX3基因表达缺失或下调,并存在启动子的高甲基化。Imam ura Y.等[22]还发现其甲基化与肿瘤细胞分化程度有关及肿瘤转移有关。在与肺癌的相关研究中,LiQ.L.等[2]指出RUNX3启动子区域CpG岛甲基化在肺癌细胞系和原发性肺癌中均有发生,且甲基变异具有肿瘤特异性,在正常肺组织中未观察到。RUNX 3甲基化与基因沉默相关,并在使用甲基化抑制剂及脱乙酰酶抑制剂处理后,甲基化失活的基因能够重新表达。姜 影等[23]研究表明,与良性乳腺疾病相比,在乳腺癌组织中RUNX3基因表达明显下降,且与患者的临床分期密切相关,并通过随访发现术后生存时间越长者,其RUNX3基因的表达率越高,同时ER、PR强阳性的病例,RUNX 3呈较高的阳性表达率,RUNX3基因表达与乳腺癌雌、孕激素水平呈正相关,说明RUNX3的表达可能接受雌、孕激素及其受体的调节。此外,RUNX3基因的缺失与失活还见于肝细胞癌、前列腺癌及子宫内膜癌等[24]。表明 RUNX3基因甲基化见于多种恶性肿瘤。在 Nevadunsky N.S.等[25]对 RUNX3基因与卵巢癌的研究中显示,RUNX3在浆液性卵巢癌中的表达明显高于正常卵巢上皮组织(P＜0.01),免疫组化着色显示在卵巢癌组织中RUNX3表达主要位于细胞浆。QRT-PCR结果显示,RUNX3 m RNA在卵巢交界瘤和恶性卵巢肿瘤中的表达显著高于正常卵巢上皮组织(P=0.006、0.023)。在卵巢癌细胞(卵巢癌细胞株SKOV 3)中过度表达的RUNX 3基因由慢病毒基因传递,表达为突变型RUNX 3基因,在疾病发生发展的初期表达很少,无法检测。随着恶性程度的加深,而逐渐显现出来(P=0.043)。而内源性野生型的 RUNX3是由siRNA转染进卵巢肿瘤细胞(OVCAR429)中,该类型在疾病的初期表达较高,并随着疾病的进展表达逐渐减弱(P=0.021)。由此可以推测RUNX3的突变可能导致了其功能的改变,从而失去了对细胞抑制的调控,表现为癌基因。因此,尽管RUNX3通常是作为抑癌基因而存在,也不能忽视它作为癌基因的一面。

4 结语

RUNX3基因能够调控细胞的生长发育和凋亡,对细胞的信号转导和其他生物学效应有着重要而复杂的转录调控作用。关于其失活机制、抑癌机制、突变机制及其与恶性肿瘤关系的研究正在不断深入,为RUNX 3基因在恶性肿瘤的临床科研及应用中赋予更大的价值和意义,使其有望成为肿瘤诊断标志物和基因治疗的靶点。

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