ESE- 3转录因子与肿瘤发生

吴家焱，陶永清，韩之波

(1.天津商业大学 生物技术与食品科学学院 天津市食品生物技术重点实验室， 天津 300134; 2.中国科学医学院 血液病医院(血液研究所)，天津 300041)

转录因子通过与基因启动子区域的特异DNA序列结合的方式调节基因的表达, 影响细胞生长、分化和凋亡。ESE- 3(epithelium-specific ETS transcription subfamily factor 3)是一个重要的调节上皮细胞分化的转录因子，广泛表达于哺乳动物的表皮，富含腺上皮的器官如乳腺、前列腺和胰腺等[1]。更重要的是，ESE- 3在调控细胞增殖[2]、衰老[3]和凋亡[4]以及在多种恶性肿瘤中起着至关重要的作用，现对ESE- 3因子及其在多种恶性肿瘤中研究进展作一综述。

1 ESE- 3概述

ESE- 3也称为EHF(ETS homologous factor)因子，能够单独与其效应分子形成转录复合物，增强或抑制不同下游靶基因的转录[5]。ESE- 3因子属于ETS(E26 transformation-specific)超家族的ESE(epithelium-specific ETS transcription subfamily)亚家族， 与家族其他因子具有相同的高度保守的ETS结

构域。在结构上，ETS家族通常有两个DNA结合域。一个是由高度保守的85个氨基酸组成的Ets结构域结合域，由3个α螺旋和4个β折叠形成，呈翼状螺旋-转角-螺旋结构，按照H1-β1-β2-H2-H3-β3-β4方式排列。通过Ets域，ESE- 3能够结合下游含有核心5′-GGA(A/T)-3′DNA序列的特异性调节元件，实现对靶基因的转录调节作用，从而参与各种不同通路的信号传导级联反应；另一个是PNT(pointed domain)结合域，由65～82个氨基酸组成，呈翼状螺旋-环-螺旋结构，与其他蛋白质结合形成多亚基复合物调节基因的表达，介导蛋白质间的相互作用。

ESE亚家族有着3个已知的成员，分别是ESE- 1/ELF3/ESX、 ESE- 2/ ELF- 5/ASTH1-I和 ESE- 3/EHF/ASTH1-J。ESE- 3与ESE- 1、ESE- 2不仅具有较大的序列同源性，而且它们都在上皮组织中表达。具体地说，ESE- 1在小肠、肝脏和胰脏等多种器官均有表达，而ESE- 2和ESE- 3的表达仅限于腺体，如唾液腺、乳腺和前列腺等。

ESE- 3分为3个亚型，分别是ESE- 3a、ESE- 3b和ESE- 3j[6]，均含有ETS域及PNT域。ESE- 3通过3个高亲和力结合位点作用反式激活c-MET启动子，上调HGF(hepatocyte growth factor)的表达，促进腺上皮细胞如前列腺、唾液腺和胰腺等增殖分化[1]。同时ESE- 3表达下调多个参与生长停滞或衰老的基因的表达，如小干扰RNA介导的ESE- 3的敲降导致小鼠胚胎成纤维细胞和多种肿瘤细胞系过早衰老[3]，表明了其是抑制衰老的关键因子。此外，ESE- 3还可以通过上调dr- 5使癌细胞发生TRAIL(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand)介导的细胞凋亡[4]。表明了ESE- 3对细胞的增殖、衰老和凋亡起着重要的调节作用。

2 ESE- 3 与肿瘤

ESE- 3作为上皮转录因子，特异性地表达在哺乳动物的表皮、富含上皮的器官以及上皮来源的细胞中，其在上皮或在富含腺上皮的组织中表达的异常导致了多种恶性肿瘤的发生发展。

2.1 ESE- 3与前列腺癌

前列腺癌是最常见的恶性肿瘤，并且是男性恶性肿瘤死亡最常见的原因。ESE- 3在前列腺上皮细胞中表达[7]，对前列腺上皮细胞的分化过程起着关键作用。在前列腺癌细胞系PC- 3存在着某种机制，能够使ESE- 3启动子区域的CpG位点特异性甲基化，从而使得ESE- 3表达的缺失，应用5-Adc使ESE- 3启动子去甲基化后，ESE- 3通过结合caspase- 3启动子并上调caspase表达，从而导致PC- 3细胞的凋亡。Lin28A和Lin28 B促使肿瘤的发生并且能够恢复体内致瘤细胞干性，促进肿瘤发展。而ESE- 3是第一个已知的转录因子，对Lin28A基因和Lin28B基因都起着抑制作用[8]。ESE- 3的表达对前列腺上皮细胞的分化以及干性维持起重要的调控作用,其缺失会则会促进前列腺上皮细胞的上皮间质转化从而具备干性特征，诱发肿瘤。且在致瘤性前列腺上皮细胞模型中对ESE- 3的敲除能够抑制IL- 6诱导的前列腺恶性肿瘤的发生[9]。而ESE- 3表达上调则会抑制前列腺上皮细胞的干性特征，并降低肿瘤的发生，同时ESE- 3的下调与前列腺的术后复发及总生存期的降低密切相关。因此，ESE- 3因子可作为治疗前列腺癌的新标记。另外,旨在恢复ESE- 3表达或功能可能是一种增加前列腺癌对治疗的敏感性的有效策略[10]。

2.2 ESE- 3与食管癌

食管癌是世界常见的恶性肿瘤之一[11]。目前，食管鳞状细胞肿瘤的分子机制仍然不是非常清楚。ESE- 3在正常食管上皮细胞的细胞核中表达。ESE- 3定位于食管鳞状细胞肿瘤的细胞质中，是一个肿瘤抑制基因。ESE- 3可以通过过度表达来恢复在细胞核的位置，从而抑制了食管癌细胞的增殖、克隆形成、迁移和侵袭。ESE- 3a和ESE- 3b在食管细胞中略有不同，且两种异构体定位无显著差别。ESE- 3的转移可能是由于变性的蛋白的相互作用或者细胞核输出系统的饱和引起的。恢复定位的ESE- 3抑制了食管鳞状细胞肿瘤的生长和集落的形成，表明了ESE- 3作为抑癌基因可能与食管鳞状细胞肿瘤的发生有关[12]。

2.3 ESE- 3与卵巢癌

卵巢癌是第二大常见的妇科肿瘤，并在妇科癌症中死亡人数最高。这种疾病的高病死率主要是由于大部分患者被诊断时已经是晚期，尽管有成功的初始治疗，但是高复发率也让卵巢癌有着高病死率[13]。研究表明，ESE- 3对卵巢肿瘤细胞的增殖、凋亡和转移起着重要作用。从机制上来说，ESE- 3的敲降抑制了ERK的活性并且抑制了cyclin D1、ICAM 和 MMP- 2的表达，显著地促进了卵巢癌细胞的凋亡，但增加了受损细胞的黏性和细胞的侵袭能力，表明了ESE- 3可能是通过 ERK和AKT信号通路来调节这些生物进程[14]。卵巢恶性肿瘤从固体形式到积液的发展及转移过程中，ESE- 3表达水平随之降低，且ESE- 3表达水平与患者生存率呈正相关，所以ESE- 3的表达可以是卵巢癌一个新的预后指标，而且在治疗卵巢癌时对ESE- 3的抑制可以作为一种新的治疗策略。

2.4 ESE- 3与甲状腺癌

甲状腺癌是最常见的内分泌系统中的恶性肿瘤，在过去的30年中患病人数迅速增加[14]。ETS家族转录因子与甲状腺癌的发生发展有密切关联[21]。ESE- 3在甲状腺乳头状肿瘤中上调频繁，ESE- 3的敲降显著抑制甲状腺癌细胞的致瘤潜力，而ESE- 3过表达则增强癌细胞的增殖及其运动性和侵袭能力。通过PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路，ESE- 3的敲降显著地抑制了甲状腺癌细胞的增殖、集落形成、迁移、侵袭和转移以及裸鼠致瘤潜能。ESE- 3可能通过结合EBS启动子，激活HER家族受体酪氨酸激酶使甲状腺肿瘤发挥致癌作用。所以，ESE- 3是一种在甲状腺癌中转录调控HER2和HER3的新型功能基因，为甲状腺癌的治疗提供了一个潜在的治疗靶点[15]。

2.5 ESE- 3与结肠癌

结肠癌是临床常见的消化道恶性肿瘤，发病率逐年升高并呈年轻化的趋势[16- 17]。瞬时转染的ESE- 3增加结肠癌细胞中的dr- 5 mRNA和蛋白水平，ESE- 3外源表达提高了dr- 5启动子活性[8]。ESE- 3基因在结肠癌中表达下调或缺失，通过结合位于EBSs区域启动子,直接反式激活RUVBL1的表达，RUVBL1过表达导致的结肠肿瘤细胞免于p53介导的细胞凋亡，所以ESE- 3介导的RUVBL1表达使得结肠肿瘤细胞避免p53介导的细胞凋亡。所以ESE- 3和RUVBL1有望成为结肠肿瘤治疗的靶向分子，为结肠癌的临床分子靶向治疗提供重要的理论及实验依据[18]。

2.6 ESE- 3与胰腺导管腺癌

胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adeno carcinoma, PDAC)是一种难治的恶性肿瘤，患者的5年生存率不高于6%[19]。尽管近来PDAC诊断和治疗的有着极大改进，但大多数胰腺癌患者仍死于局部淋巴结和/或远端器官的侵袭和转移[20- 21]。而对PDAC的入侵和转移的机制只有很少的了解。与相邻的正常胰腺组织相比， PDAC中的ESE- 3表达显著降低，PDAC这一特点与肿瘤淋巴结转移和血管侵袭增加密切相关，并且患者的无复发生存率和总生存率也随之降低。在108例患者中，ESE- 3和E-钙黏蛋白两者表达都是阴性时，患者的生存时间更短，无复发生存率和总生存率分别是4个月和9个月；当二者有其一表达阳性时，无复发生存率和总生存率则分别是5个月和12个月；当二者表达均是阳性时，无复发生存率和总生存率显著提高，分别是12个月和20个月。从机制上讲，ESE- 3通过直接绑定和反式激活E-钙黏蛋白启动子，上调了PDAC细胞中的E-钙黏蛋白的表达从而抑制了PDAC细胞的转移，ESE- 3的下调促进了PDAC细胞迁移和入侵，也促进在原位小鼠模型中PDAC细胞的转移。因此在治疗转移性胰腺导管腺癌患者时，可以通过减少ESE- 3启动子的甲基化来维持ESE- 3的表达，从而降低胰腺导管腺癌细胞活力和细胞迁移和侵袭的能力[22]。

2.7 ESE- 3与胃癌

胃癌是世界上常见的难治性癌症之一[23- 24]。与正常组织相比，ESE- 3在胃癌组织中的表达显著上调和扩增，促进了胃癌细胞的增殖。此外， ESE- 3的表达与胃癌患者的生存率呈负相关，ESE- 3扩增显著地缩短患者生存时间。ESE- 3是通过促进EMT过程从而使得胃癌细胞转移，而ESE- 3的敲低显著地抑制了裸鼠中胃癌细胞的增殖，集落形成，迁移，侵袭和致瘤潜力，并诱导细胞周期停滞和凋亡。ESE- 3作为HER2新的转录因子和胃癌HER3和HER4的调节剂，通过结合其启动子内的GGAA核心序列转录调节HER2的表达来促进胃肿瘤发生，表明ESE- 3是通过调节人类表皮生长因子体HER家族的受体酪氨酸激酶的胃癌功能性的癌基因，其可能成为这种癌症潜在的预后判断的独立指标，为基因治疗提供新靶点[25]。

3 问题与展望

基因表达涉及到多层次多角度的调控，ESE- 3因子作为一个重要的转录因子，在对上皮细胞及多种肿瘤的转录调控中发挥了举足轻重的作用。如前所述,ESE- 3在前列腺癌，食管鳞状细胞癌和胰腺导管腺癌中起抑癌作用，并经常被启动子甲基化沉默。另一方面，它在卵巢癌，胃癌，结肠癌和乳腺癌中过表达， 与卵巢癌预后不良相关，且ESE- 3促进甲状腺肿瘤发生致癌作用。ESE- 3表达的异常与罹患这些恶性肿瘤的患者的生存率有着很大的联系。当然，可以认为ESE- 3的表达异常并不会直接导致疾病，而是因为其他致癌机制导致ESE- 3表达异常。然而，ESE- 3限制上皮细胞分化及在多种肿瘤中的异常表达，至少表明其可能是恶性肿瘤的一个标志。但是，目前存在着ESE- 3在各种肿瘤对靶基因的具体调控机制，在结合药物治疗时对疾病的影响以及与其他基因联合表达的研究仍不透彻的问题。今后应深入ESE- 3因子及其靶基因的作用，进一步研究相关的细胞信号通路，将为深入研究其在多种生理和病理过程中的作用提供理论依据, 有助于阐明ESE- 3在恶性肿瘤中的发展规律, 为从分子水平研究疾病的发病机制, 以及临床的诊断和药物的治疗提供新的思路。

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