CBX与肿瘤关系的研究进展

曾 凯 综述 刘 明 审校

CBX与肿瘤关系的研究进展

曾 凯 综述 刘 明 审校

CBX蛋白(Chromobox protein homolog)是多梳蛋白家族(Polycomb group proteins，PcG)的重要成员，多梳蛋白家族是一种表观遗传调控复合物，以聚合转录抑制复合体PRCs的形式存在，可以通过修饰染色质对靶基因进行转录抑制，在调控细胞分化、衰老、死亡和肿瘤发生、转移中发挥着重要作用。CBX蛋白家族是经典型PRC1的重要成员，包括5个成员，CBX2、CBX4、CBX6、CBX7和CBX8，越来越多的证据表明它在肿瘤发生、发展中扮演重要角色。本篇综述阐述了目前关于CBX家族成员在肿瘤中的研究进展。

多梳蛋白家族PcG；CBX蛋白家族；肿瘤；发生机制

表观遗传调控可以通过对DNA本身及组蛋白的修饰影响基因转录活性而不改变DNA序列，近年来其在肿瘤进展中重要的作用逐渐成为研究热点[1]。PcG 蛋白的调节异常已被证实与多种肿瘤相关，CBX蛋白是表观遗传调控复合物PcG的重要成员，近期一些研究主要集中在CBX在干细胞中的不同功能，进一步表明了CBX组成与功能的多样性。

1 PcG复合体的功能与组成

多梳蛋白家族(Polycomb group，PcG)主要通过对 H3K27 的三甲基化修饰从而使靶基因沉默，PcG蛋白的目的基因包括编码转录因子、信号蛋白等多种重要基因，使其在调控细胞周期、维持胚胎干细胞多潜能性和自我更新能力、肿瘤发生等多种生物学过程中发挥重要作用[2]。PcG蛋白主要以聚合转录抑制复合体(Polycomb repressive complex，PRC)的形式存在，PRCs存在不同的成分组合(即构成异质性)，而组合的方式和数量则受细胞类型和发育阶段的影响(即时空特异性)[3]。在哺乳动物中，PcG 蛋白复合体由 PRC1和PRC2 组成，二者均含有核心蛋白RING(Sex combs extra)。PRC1主要分为经典型 CBX-PRC1和非经典型 RYBP-PRC1，经典PRC1由CBX、PCGF2/4(Polycomb group factor)和HPH(Human polyhomeotic homolog)组成。非经典PRC1由RYBP/YAF2、 KDM2、BCOR、 PCGF1/3/5/6组成。PRC2由EEd、 EZH1/2、 RbAb46/48、 Suz1/2、 PCL1/2/3组成[4](图1)。

图1 不同PRCs复合体的构成Figure 1 Biochemical structure in different PRCs complexes

2 CBX蛋白的组成与共同作用

人类CBX蛋白家族有5个成员，分别为CBX2、CBX4、CBX6、CBX7和CBX8。作为PRC1的核心蛋白，它们含有共同结构域N端的染色质区、C端的PcR box(Polycomb repressor box)和毗邻N端的DNA结合区，中间为各自不同的结构域。其中染色质区主要参与异染色质的调控与基因表达，同时还可以与H3K27me3结合，使CBX-PRC1复合体稳定招募在特定位点上[5]，研究证明不同CBX蛋白甲基化组蛋白的特点不同，CBX2、CBX7可以结合在H3K27me3和H3K9me3位点上，而CBX4更易与H3K9me3结合[6]；PcR box主要参与转录抑制，同时也能与CBX-PRC1复合体的其它成员(如RING1B)结合[7]。这些共同与差异的结构使CBX各成员整合到了PRC1复合物中，并分别对PRC1复合物的活性调控发挥了不同的作用。其中在胚胎干细胞中的研究取得了较大的进展，研究发现，干细胞增殖阶段，CBX7在维持胚胎干细胞多能性中发挥重要作用，而当胚胎干细胞进入分化阶段时，CBX7被CBX2和CBX4所取代，这种CBX家族成员内部的调控循环在维持胚胎干细胞多能性、肿瘤形成和细胞分化上发挥着关键作用；另外植入缺失不同CBX蛋白的胚胎干细胞可以导致小鼠患上不同类型的肿瘤，进一步表明各成员在肿瘤形成中的不同作用[8-9]。胚胎干细胞对于胚胎发育至关重要，这一发现对理解干细胞的增殖与肿瘤形成过程有着重要作用，也使更多研究开始关注不同CBX蛋白与肿瘤发生的关系。

3 CBX蛋白与肿瘤

关于CBX蛋白，越来越多的证据表明它在肿瘤发生、发展中扮演重要角色。其中INK4a/ARF/INK4b(即CDKN2a位点)是最为熟知的CBX共同作用位点，其编码的3个肿瘤抑制因子p15INK4b、p14ARF(鼠为p19ARF)和p16INK4a在细胞周期、细胞衰老、细胞凋亡中发挥着核心作用，CBX蛋白可以通过与H3K27me3作用，沉默INK4a/ARF基因，导致其表达产物p16的表达下调，从而延缓细胞衰老[10]。除了在衰老通路调节中的共同作用，CBX各成员还在不同肿瘤中发挥着各自作用，下面介绍CBX蛋白在肿瘤中的研究情况。

3.1 CBX2在干细胞中的重要作用

最初在小鼠的胚胎成纤维细胞中研究发现，M33(CBX2同源基因)缺失可以通过破坏CDK4/6-pRb-E2F途径，使细胞停滞于G0/G1期，无法进入S期[11]。而在人类造血干细胞中，低表达的CBX2可以直接促进抑癌基因p21表达，抑制细胞增殖、促进凋亡，同时这一作用并不通过经典的BMI1/p16INK4a途径[12]。基于CBX2在调控细胞周期与干细胞中的重要作用，Clermont等[13]通过Meta分析发现，在来源于29个不同组织的8013份肿瘤样本中，CBX2表达下调或突变极少出现在肿瘤中；与正常组织相比，在25种肿瘤(以结肠癌、乳腺癌、胃癌、肺癌为主)中有表达上调的趋势；在其中的9种肿瘤(尤其前列腺癌)中，CBX2表达上调与远处转移及低生存率正相关，进而初步提出其广泛的致癌作用可能。随后它又在发生去势抵抗的转移性前列腺癌中证实，无论在前列腺癌移植模型LTL313B/LTL313H，还是癌组织样本中，转移组织的CBX2表达较原发灶显著升高，且升高的CBX2与预后不良相关；在转移癌细胞系LNCaP和C4-2中，转染沉默CBX2可以抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡，通过基因芯片分析这些CBX2表达缺失的细胞发现，CBX2调控多种重要的细胞增殖、转移相关基因，如ITGB8、DICER1、INPP5A、PIK3R1等，进一步提出了抑制CBX2可以诱导肿瘤细胞死亡，为其可能成为新的肿瘤治疗靶点提供依据[14]。

3.2 CBX4的SUMO化修饰与肿瘤

CBX4在肿瘤中的作用与其多种独特结构域相关，它是家族中唯一具有酶活性的蛋白，可充当SUMO E3连接酶参与SUMO化修饰(Small ubiquitin-like modifier E3 ligase，SUMO E3 ligase)[2]。SUMO化修饰为一种类似于泛素化修饰的蛋白翻译后水平的调节，主要通过E3酶与底物蛋白特异性结合，在转录调节、染色质结构及基因组稳定性维持以及DNA修复中扮演重要角色[15]。同时异常的SUMO化已被证实与多种疾病相关，包括神经退行性疾病、心衰、恶性肿瘤等[16]。目前已知的CBX4可调控底物包括BMI1、HIPK2、SIP1、CtBP、CTCF、Dnmt3a、HIF-1α、ZNF131、CBS等十余种[17]。CBX4作为E3酶的特殊作用，在一些肿瘤中得到了证实。Li等[18]发现高表达CBX4的肝癌患者生存率明显低于低表达者，提出CBX4是判断肝癌患者预后的独立因素。进一步在低氧诱导的肝癌细胞中，CBX4通过对HIF-1α的两个赖氨酸位点进行SUMO化修饰，使其靶基因缺氧诱导的血管内皮细胞生长因子(Hypoxia-induced vascular endothelial growth factor，VEGF)表达上调，促进了癌细胞内的血管生成，同时CBX4还调控了红细胞生成素(EPO)等其他肿瘤发生相关靶基因，常氧时却不发生上述作用。随后Jiao等[19]发现CBX4对肝癌患者行肝动脉化疗栓塞术(TACE)预后预测方面有一定指导，高表达CBX4的TACE患者生存率更高。另外在乳腺癌中CBX4可以通过对锌指蛋白131(Zinc finger protein 131，ZNF131)的SUMO化修饰抑制雌激素的信号转导，减弱乳腺癌细胞中雌激素诱导的细胞增殖[2]。近期Yang等[20]发现CBX4在骨肉瘤中高表达并与肿瘤临床分期、恶性程度相关。同时在常氧条件下敲除CBX4，可以使HIF-1α目的基因VEGFA、PDK1、ANGPTL4、HK2表达下调，但不影响HIF-1α的表达，推测在骨肉瘤中CBX4可能通过调控HIF-1α发挥作用。总之CBX4通过其SUMO E3酶的作用调控多种重要蛋白，近年来CBX4在恶性肿瘤中的表达及作用机制逐渐成为研究的热点。

3.3 CBX6在肿瘤中的表达分析

CBX6在肿瘤中研究较少，多集中在基因组表达的分析。全基因组关联研究(Genome-wide association study，GWAS)可以用来寻找与复杂疾病相关的遗传因素，Rothman等[21]通过GWAS探究膀胱癌的遗传易感性发现，染色体22q13.1区域的rs1014971为肿瘤发生高风险的单核苷酸多态性(SNP)位点，CBX6、APOBEC3A作为该区域内已知基因，在膀胱癌发生中的具体作用机制需要被进一步发现。类似的，由于PcG成员EZH2、BMI1在维持多形性脑胶质瘤干细胞自我更新中发挥重要作用，Li等[22]为了探究PcG成员在多形性脑胶质瘤(GBM)中的作用，利用TCGA数据库分析发现，区别于其它PcG成员，CBX6与CBX7在4种不同表型的GBM中表达显著降低，但表达水平与GBM分级并无明显关联，进一步在GBM细胞系T98G、U251MG中转染过表达的CBX6发现，GBM细胞生长受到抑制。总的来说，CBX6与肿瘤发生的更多关联需要被发现。

3.4 CBX7的广泛抑癌作用

在肿瘤形成的过程中，CBX7蛋白是被研究最多的家族成员，迄今为止在多数人类恶性肿瘤中，CBX7的表达下降。CBX7最初在膀胱癌中进行了分析，在93例接受手术治疗后的膀胱癌患者中，随着恶性程度的增加，CBX7 mRNA表达水平逐渐下降[23]，之后类似的分析也出现在甲状腺癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌等恶性肿瘤中。在甲状腺癌中，利用RT-PCR和免疫组化方法评估CBX7表达发现，在正常甲状腺细胞中CBX7丰富表达，而随着分化程度的下降和肿瘤发生的进展，CBX7表达水平逐渐下降，在分化较好的乳头状癌(PTC)和滤泡癌(FTC)中少量表达，在未分化癌(ATC)中几乎检测不到。同时在36.8%的ATC和68.7%的PTC中发生了杂合性缺失。另外CBX7的表达下降，在甲状腺癌移植鼠模型中也得到了验证[24-25]。在结肠癌中，利用组织芯片免疫分析(TMA)一千余例病变显示，与正常肠黏膜比较，CBX7表达下降，且与预后不良相关，另外值得注意的是，CBX7与高迁移率族蛋白A1(High mobility group protein A1，HMGA1)协同作用，促进癌前病变向结肠癌进展[26-27]。在肺癌中，这种肿瘤抑制作用表现的更为明显，在正常肺泡细胞中CBX7表达丰富，而目前尚未在肺癌样本中检测出CBX7蛋白，这其中50%样本发生了杂合子缺失，此外，研究中的癌旁正常组织也发生了CBX7蛋白表达缺失[28]。近年来，CBX7被认为是一种新的抑癌基因，未来更多的关于CBX7作为潜在肿瘤药物对肿瘤敏感性的研究需要被进行。

3.5 CBX8在肿瘤中的差异表达

CBX8蛋白在肿瘤中差异表达明显。在白血病研究中，利用免疫共沉淀发现，CBX8可以与白血病融合基因MLL-AF9、ENL直接作用，CBX8低表达可以抑制MLL-AF9诱导的白血病细胞增殖，同时MLL-AF9诱导的CBX8缺陷小鼠，将不能患白血病，证明CBX8对MLL-AF9转录调控和诱导白血病发生中发挥必不可少的作用[29]。而在慢性髓性白血病细胞K562中，过表达CBX8可通过AKT-RB-E2F1通路抑制细胞衰老，预示着CBX8可能成为慢性髓性白血病治疗的潜在靶点[30]。在许多消化系统肿瘤中，CBX8也有着异常表达。在食管癌中CBX8表达增加，并与预后相关，在小鼠与体外敲除CBX8可以增加p21、Wee1和CHK1的磷酸化水平，导致细胞周期延长，揭示其癌基因的可能[31]；有趣的是，在结肠癌中CBX8有着双向作用，虽然在结肠癌中CBX8表达升高，但高表达的CBX8提示着低远处转移率和较好的预后；进一步在体内与体外敲除CBX8可以使抑癌基因p53表达升高，抑制细胞增殖，但肿瘤细胞远处转移能力却表现为增强[32]。在肝细胞癌组织中，CBX8高表达并提示预后不良，但其作用机制需要进一步研究[33]。在乳腺癌中，CBX8高表达并提示预后不良，进一步机制分析发现CBX8与Wdr5相互合作，通过调节H3K4me3促进Notch的表达，最后通过Notch信号通路促进乳腺癌的发生[34]。以上研究均提示CBX8调控许多细胞增殖、存活相关基因和通路，然而CBX8在不同肿瘤中的具体作用机制仍需要被发现。

4 小结与展望

近年来，随着表观遗传学的研究发展，PcG蛋白在干细胞分化、细胞发育、衰老、肿瘤等多种生物过程中发挥重要的调节作用。CBX蛋白作为PcG蛋白的重要组成，在其中也发挥了关键作用。然而目前关于CBX蛋白的研究较少，更多的关于CBX蛋白具体功能和调控作用机制，CBX蛋白与其他表观遗传调控因子之间的相互作用，与非编码RNA的作用需要进一步被发现；此外还有CBX蛋白在不同类型的细胞和组织中的翻译后修饰机制。总之，随着不断深入研究CBX蛋白在干细胞生物学与肿瘤发生中的作用，有助于探索表观遗传修饰，同时CBX蛋白部分成员作为潜在的癌症生物标志物，可能为癌症早期诊断、预后和治疗提供依据。

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(收稿：2016-11-21)

Research progress of CBX protein and tumor

ZENGKai，LIUMing

Department of General Surgery，The Fourth Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Harbin 150001，China

CBX protein(chromoboxin protein homolog)is an important member of PcG(polycombe group proteins)family protein，and PcG protein is an epigenetic regulatory complex that exists in the form of polymeric transcriptional inhibitory complexes PRCs.PcG protein can modify the target gene to transcript chromatin and plays an important role in stem cell differentiation and tumorigenesis and metastasis.The CBX protein family is an important member of the classic PRC1.Recent studies have focused on the different functions of CBX in stem cells，further demonstrating the composition and function of CBX.From more evidence，CBX plays an important role in tumorigenesis and development.This review summarizes the current advances in the study of CBX family members in tumors.

Polycomb group protein；Chromobox protein homolog；Tumors；Mechanism

哈尔滨医科大学附属第四医院普外科(哈尔滨 150001)

曾凯，女，(1987-)，硕士研究生，从事消化道肿瘤综合治疗的研究。

刘明，E-mail：18745077935@163.com

R73-3

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.02.014