Id4因子与肿瘤相关性的研究进展

吴 剑(综述),史子敏(审校)

(南昌大学a.研究生院医学部2008级;b.第二附属医院泌尿外科,南昌330006)

分化抑制因子(Id蛋白)家族属于螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,H LH)转录因子成员,在碱性HLH(bHLH)蛋白的HLH结构域周边,含有强碱性区域,具有高度保守性,此为DNA结合所必需。bHLH蛋白以同源二聚体或异二聚体形式与DNA中E盒(CANNTG)或者是相关的N盒(CACNAG)结合,从而对相关基因进行转录调控,是正性调节转录因子;然而Id蛋白因缺乏富含碱性氨基酸的DNA结合域,不能与DNA结合。但其可与bHLH蛋白形成异二聚体,并抑制bHLH结合DNA在转录调控上起负性作用,为bHLH转录因子的显性负性调节物。Id因子参与促进细胞增殖、抑制细胞分化、肿瘤形成及肿瘤血管形成、肿瘤侵袭转移等过程。除此之外还具有细胞定型和细胞结局决策作用、促进胚胎发育和器官形成、诱导细胞凋亡、参与细胞周期进程等功能[1]。Id4因子为Id转录因子成员之一,相对于其他Id因子(Id1、Id2、Id3),人们对Id4的研究较少。随着人们对Id4研究的深入,发现其在多种人类组织器官及多种肿瘤中发挥独特的作用,Id4基因启动子异常甲基化导致沉默及异常过表达等与肿瘤形成、肿瘤预后密切相关,Id4有希望成为肿瘤预后标记及治疗的新靶点。本文对近年来有关Id4在人类肿瘤中发挥的作用进行综述。

1 Id4基因结构及其表达

人类Id4基因位于染色体6p22.3-p23,Id4 cDNA启动子GC区含有覆盖5′端的CpG岛及开放读框(ORF)。其中CpG岛甲基化异常与多种肿瘤的发生、发展密切相关[2]。Id4基因表达受多个正向和负向调控元件调控,如糖皮质激素受体、环磷酸腺苷(cAMP)结合蛋白受体及雌激素受体等[3]。Id4基因广泛表达于人体正常组织中,在成人组织中,如甲状腺、胰腺、大脑、睾丸等组织器官中Id4呈高表达;在胚胎组织中,如脑、肾脏、肺等组织中呈高表达,而在肝脏中不表达,对细胞增殖、细胞分化、组织器官形成起调控作用[2]。一般在静止期细胞中,Id4表达水平适中或少量表达,而在多种人类肿瘤细胞中,由于异常高表达或启动子异常甲基化导致沉默等,与肿瘤发生、发展及预后密切相关。Id4充当了癌基因或是抑癌基因的角色,如在神经系统肿瘤星形细胞瘤、髓母细胞瘤中Id4高表达,而在大部分血液系统恶性肿瘤中,Id4常因异常甲基化呈低表达状态。

2 Id4因子与细胞周期进程、细胞分化

Id4因子参与细胞周期进程并发挥重要作用,其通过两条途径对细胞周期调控:①非bHLH蛋白途径:直接与Rb蛋白或p107和p130的袋状蛋白相结合。Rb蛋白是目前已确认的肿瘤抑制因子之一,E2F因子是细胞由G1期向S期进展的重要细胞检查点,非磷酸化状态下的Rb蛋白与E2F因子形成二聚体,从而抑制细胞进程。Id4因子可与Rb蛋白结合,减弱Rb蛋白对E2F-DP1转录因子的抑制作用,促进细胞从G1期向S期进展。②bHLH蛋白途径:通过抑制bHLH蛋白活性,抑制细胞周期依赖蛋白激酶抑制物(CKI)p21相关基因的转录表达,从而促进细胞周期进程[1]。

Id4因子参与细胞定型,抑制细胞分化。在神经系统中,Id4因子在神经系统适时分化中是必须的,且发挥关键作用。Id4可促进有丝分裂及G1期向S期转变,调节神经干细胞的增殖和分化。破坏小鼠Id4基因可导致神经管增殖缺陷、过早的成神经细胞分化、脑结构强烈破坏,全脑容量减少[4]。此外,Id4因子可与OLIG蛋白及E2A蛋白相互作用,介导骨形态发生蛋白(BMP)的信号效应,抑制少突胶质细胞谱系定型,诱导神经祖细胞减少生成少突胶质细胞并促进星形细胞的生成[5]。神经髓鞘形成过程中,需要髓磷脂参与,体内外研究发现少突胶质祖细胞中Id4因子过表达减少了髓磷脂基因启动子活性,髓磷脂内源性表达下降,从而抑制髓鞘形成;而缺乏Id4因子则出现过早分化及细胞凋亡增加[6]。

3 Id4因子与肿瘤的关系

Id4因子在正常组织中参与细胞增殖、分化调控。而在肿瘤组织中,由于Id4基因的染色体易位、异常扩增及启动子异常甲基化导致表达沉默、缺失等,在不同来源、不同性质、不同程度的肿瘤组织中表达程度不同,在不同肿瘤组织的不同时段发挥不同的作用。Id4基因既可作为潜在癌基因或促癌基因,也可作为抑癌基因,与肿瘤发生、发展及预后密切相关。

3.1 Id4因子过表达及促癌作用

在人类神经星形细胞瘤细胞系SNB19、成神经管细胞瘤、成胶质细胞瘤及少突神经胶质细胞瘤等神经系统肿瘤中Id4因子呈高表达,通过对细胞周期和细胞分化进行调控,能使正常星形细胞向恶性转变,促进肿瘤形成[7]。Beger C.等[8]在早期研究中发现Id4因子能够调节BRCA1基因表达,与乳腺、卵巢癌的发生具有相关性。随后人们在小鼠乳腺癌细胞中发现Id4 mRNA表达水平上调,具有抑制乳腺上皮细胞分化、促进细胞增殖,促进肿瘤形成的作用[9]。Wu Q.等[10]对膀胱癌细胞系和膀胱癌组织中染色体6p22.3中及周边的扩增基因(其中包括Id4基因)进行对比研究,发现Id4基因在正常膀胱组织和膀胱癌组织中表达无显著差异,但在一小部分膀胱癌中Id4 mRNA转录增加并呈高表达,由此认为Id4基因为某一小部分膀胱肿瘤的癌基因,有时协同其他因子(如E2F3等)共同促进肿瘤发生、发展,有时侯能单独促进肿瘤的发生。另外有报道称在小细胞肺癌细胞核中发现Id4也有过表达,但其具体作用尚不明确[11]。

3.2 Id4启动子区异常甲基化与抑癌作用

Id4基因可作为抑癌基因,由于基因启动子甲基化导致表达沉默、缺失及后天失活,在若干种人类肿瘤中也被观察到,如急性白血病、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、胃癌、食管癌、胆管上皮癌等。

大量研究显示在小鼠和人类大部分血液系统肿瘤中,Id4基因起抑癌作用。利用基因组甲基化扫描技术(RLGS)对T/NK急性淋巴细胞白血病小鼠模型进行研究,发现Id4基因在正常人的骨髓细胞中呈高表达水平,而在急性白血病细胞中Id4基因启动子异常甲基化导致Id4呈低表达状态;再将Id4基因转染急性白血病细胞系后,发现白血病细胞重新表达Id4时,出现肿瘤细胞生长受抑、凋亡增加,Id4起肿瘤抑制基因作用[12-13]。Id4甲基化程度可预示肿瘤预后情况,在骨髓异常增生综合征中Id4基因的甲基化预示着转变为白血病的风险增高[14]。但是也有个别报道显示在B细胞前体急性淋巴细胞白血病中,由于染色体t(6;14)(p22;q32)易位导致Id4基因异位过表达,发挥促癌作用[15]。

在人类正常乳腺上皮细胞中Id4有表达,但是在雌激素受体(ER)阳性的乳腺癌和癌前病变中其表达被抑制;相反,在ER阴性的肿瘤中却表现为Id4阳性;说明Id4在人类乳腺中起肿瘤抑制因子作用,并且Id4在乳腺导管上皮细胞中的表达可能受雌激素调节[16]。原发乳腺癌样本及乳腺癌细胞系中,Id4基因启动子区异常甲基化,Id4因子表达低下或缺失,增加了乳腺癌淋巴结转移风险,并是乳腺癌患者无复发生存率的不利因素[17-18]。而这些结果与上述在小鼠乳腺癌模型中的研究结果相矛盾,这是否预示人类与小鼠乳腺癌发生中Id4因子表达调控有所不同,目前不得而知,有待进一步研究。

Asirvatham A.J.等[19]发现Id4因子只出现在雄激素受体阳性的细胞中,在正常前列腺上皮细胞中,Id4基因可能起潜在的肿瘤抑制基因作用。而与此同时,Yuen H.F.等[20]却发现原发前列腺癌中Id4在细胞核内的过表达显著增加了患者病灶转移发展风险,并认为Id4可能为远端转移的潜在预兆标志。随后Carey J.P.等[21]再次对前列腺癌细胞系中Id4基因表达情况进行分析,发现前列腺癌细胞系Id4表达下调,Id4基因被甲基化,异位的Id4表达能导致细胞凋亡增加和减少细胞增殖,认为Id4在前列腺癌中起肿瘤抑制作用。然而关于Id4基因在前列腺癌中具体作用机制,Id4在前列腺癌中究竟发挥何作用,有待更多的研究去证实。

在消化道肿瘤中,亦有报道Id4扮演着肿瘤抑制基因的角色。在结肠、直肠腺癌中,Id4启动子区CpG岛被甲基化,导致Id4表达下调,促使肿瘤形成[22]。通过氧化偶氮甲烷诱导的小鼠结肠癌模型中存在Id4基因甲基化[23],Umetani N.等[24]研究认为Id4基因后天的超甲基化与结肠直肠癌的低分化程度及不良预后相关,可作为不依赖TNM评分的肿瘤预后标记。同样,在胃腺癌中也发现因启动子甲基化导致的Id4表达下调[25],在食管癌中也发现类似的变化[26]。

4 Id4因子与肿瘤血管的形成

Id4的表达可受突变的p53和E2F1协同调控激活,通过突变的p53、E2F1、Id4转录轴促进肿瘤新生血管形成;Id4很可能与血管生成因子3′端非编码区形成核糖蛋白体复合物的形成,参与血管生成因子的转录后调控从而促进新生血管形成[27]。

5 Id4因子与细胞凋亡

Id4的过表达能够诱导星形胶质细胞源性细胞聚集及凋亡[28]。在急性白血病小鼠模型中,Id4因子能诱导白血病细胞凋亡增多[12];人红白血病K562细胞株中,Id4明显增加K562细胞凋亡数,推测可能与Bcl-xl的表达有关[29]。关于Id4在肿瘤细胞中增加肿瘤细胞凋亡的具体调控机制尚不明确。

6 问题与展望

人们对Id4基因在多种正常组织及多种肿瘤的作用及其机制有了初步了解,Id4因子生物学功能具有复杂而多样性,在不同系统肿瘤、不同类型肿瘤中发挥不同作用。Id4基因不能简单描述为抑癌基因或是癌基因,目前关于Id4在人类肿瘤中作用的相关报道仍存在许多问题及不甚明了的地方,其在人类多种肿瘤中发挥的作用和调控机制有待进一步研究。Id4基因有望成为新的抗肿瘤治疗靶点及辅助判断肿瘤预后的分子标记。

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