抑癌基因ARID1A的研究进展

张莹，吴迪，王潞，朱益平

（1.皖南医学院研究生学院，安徽 芜湖 241002；2.皖南医学院弋矶山医院肿瘤科）

在真核细胞中，DNA损伤修复能力的缺陷可导致基因突变，进而诱发癌变。染色质重塑在DNA转录、复制、损伤修复中发挥重要作用。SWI/SNF是重要的染色质重塑复合物，ARID1A是SWI/SNF的核心亚基，其在癌细胞中具有较高的突变率，是一种肿瘤抑制因子［1］。本文对ARID1A在多种癌症中的作用机制进行了综述。

1 ARID1A的基本特征

1.1 SWI/SNF染色质重塑复合物 在DNA复制、重组、修复及转录等过程中，染色质的包装及相应DNA分子发生改变，称为染色质重塑。ATP依赖染色质重塑复合物和组蛋白共价修饰复合物一起参与染色质重塑，共同调控染色质的结构及基因表达［2］。ATP依赖染色质重塑复合物有SWI/SNF、ISWI、Mi-2（染色质重塑和脱乙酰酶复合物）等［3］。 SWI/SNF复合物的成分在19.6%的人类癌症中突变［4］。SWI/SNF是多亚基染色质重塑复合物，利用ATP水解的能量来重新定位核小体，从而调节基因表达［5］。

1.2 ARID1A ARID1A又名BAF250a（BRG1-associated factor 250a），是SWI/SNF染色质重塑复合物的核心亚基［6］。ARID1A基因位于人染色体 1p36.11［7］。ARID1A 的 N 端包括一个 ARID（AT-rich interactive domain）结构域，又名BRIGHT结构域，约包含100个氨基酸，可与富含 AT的 DNA序列非特异性结合［8］。ARID1A的C末端LXXLL基序含有几个与糖皮质激素受体相互作用的结合位点，但目前尚不清楚ARID1A在调节激素信号传导中的作用是否有助于抑制肿瘤［9］。ARID1A与ARID1B是ARID1的两个亚基，Helming等［10］研究发现，ARID1B的基因产物与ARID1A互斥，且其是ARID1A突变癌细胞系存活优先需要的基因，ARID1A缺陷时ARID1B的缺失导致SWI/SNF复合物不稳定并且影响癌细胞和原代细胞的增殖；ARID1A和ARID1B常在癌症中共突变，但ARID1A缺陷的癌症会保留至少一个功能性ARID1B等位基因，这些研究结果表明，ARID1A和ARID1B等位基因的缺失协同促进癌症形成。ARID1A主要通过蛋白质之间的相互作用介导相关蛋白发挥作用［11］。

2 ARID1A在不同肿瘤中的突变及其作用机制

2.1 胃癌 胃癌是最常见的恶性肿瘤之一，在世界上所有癌症中的死亡率排名第三［12］。Zhu等［13］对98例原发性胃癌和40例胃良性病变患者的术后切片进行免疫组织化学检测，发现19.39%的胃癌组织、4.08%的癌旁组织和2.5%的正常胃黏膜均存在ARID1A缺失；ARID1A在胃癌组织中的表达水平著显低于癌旁组织和正常胃黏膜；ARID1A缺失与肿瘤大小、淋巴结转移及肿瘤分化程度显著相关；90例Ⅱ-Ⅲ期胃癌组织中，ARID1A阴性患者的临床转归明显低于ARID1A阳性患者，ARID1A在胃癌患者中的表达缺失与生存率差显著相关。Wiegand等［14］研究发现，ARID1A表达在胃癌中的缺失率为14%。Zang等［15］研究发现，8%的胃癌中检测到ARID1A突变（9/110），其与PIK3CA突变和微卫星不稳定性相关，在功能测定中发现，FAT4（一种钙黏蛋白家族基因）和ARID1A均发挥肿瘤抑制活性，因此，FAT4和ARID1A的体细胞失活可能是胃癌的关键致瘤事件。Wang等［16］检测了ARID1A在癌症组织和非癌组织中的表达，结果显示，在大多数荷瘤组织中，ARID1A mRNA（P＝0.0029）和蛋白（P＝0.0015）表达降低；为了进一步研究ARID1A表达的临床病理和预后作用，对224例石蜡包埋的胃癌组织块进行了免疫组化分析，数据显示ARID1A表达缺失与T分期（P＝0.001）和分级（P＝0.006）显著相关，并发现ARID1A表达缺失与胃癌患者的不良生存率显著相关（P＝0.003）。Yan 等［17］研究发现，ARID1A沉默促进了胃癌细胞的迁移和侵袭，且粘附蛋白E-cadherin在ARID1A缺失时显著下调，而在ARID1A过表达时上调；E-cadherin过表达可显著抑制胃癌细胞迁移和侵袭，而CDH1（编码E-cadherin）基因沉默则促进迁移；在ARID1A沉默的细胞系中恢复CDH1的表达，可恢复对细胞迁移的抑制；还发现ARID1A相关的SWI/SNF复合物与CDH1启动子结合并调节CDH1转录，表明ARID1A在调节胃癌细胞迁移和侵袭过程中可靶向E-cadherin。

幽门螺杆菌（H.pylori，Hp）感染引起慢性胃炎和消化性溃疡，被认为是胃癌发生发展的危险因素。研究发现，Hp阳性胃癌组织中miR-223-3p的表达水平显著高于Hp阴性组织；胃癌组织中miR-223-3p与ARID1A表达呈负相关，miR-223-3p通过直接靶向ARID1A并降低其表达来促进胃癌细胞的增殖和迁移［18］。

Yang等［19］用PI3K抑制剂BKM120和PARP抑制剂奥拉帕利对ARID1A缺失的胃癌细胞进行联合治疗，结果发现，联合治疗能有效抑制胃癌细胞的增殖、侵袭和转移，表明ARID1A可使肿瘤细胞对PI3K和PARP抑制剂敏感，并且ARID1A缺失可作为潜在的预测治疗生物标志物。

2.2 妇科肿瘤 ARID1A在卵巢透明细胞癌中基因组测序中有高达57%的突变［20］。在其他妇科肿瘤，如子宫透明细胞癌和子宫内膜样癌［21］、宫颈癌［10］和子宫癌肉瘤中也有不同程度的ARID1A突变。

Wiegand等［22］对卵巢透明细胞癌和子宫内膜样癌进行了完整的转录组测序，结果表明119例卵巢透明细胞癌中有55例发生ARID1A突变（46%），33例子宫内膜样癌中有10例发生ARID1A突变（30%），76例高级别浆液性卵巢癌中未见突变；BAF250a蛋白的缺失与卵巢透明细胞癌和子宫内膜样癌亚型以及ARID1A突变的存在密切相关；在2例患者中，ARID1A突变和BAF250a蛋白表达缺失存在于肿瘤和邻近非典型子宫内膜异位症中，但不存在于远端子宫内膜异位病灶中；这些数据表明，ARID1A作为肿瘤抑制基因经常在卵巢透明细胞癌和子宫内膜样癌中存在突变，由于ARID1A突变和BAF250a的缺失可见于癌前病变，因此推测这是子宫内膜异位症转化为癌症的早期事件。Yen等［23］对比研究了非典型增生和子宫内膜癌的ARID1A的表达情况，结果发现子宫内膜癌ARID1A表达的缺失（可能是由于体细胞失活突变）与从非典型增生到子宫内膜癌的进展相关。ARID1A缺失本身不足以导致小鼠卵巢肿瘤的发生，只有ARID1A和PTEN同时缺失的小鼠才会促进卵巢肿瘤的发生［24］。Guan等［25］使用条件性敲除小鼠模型，ARID1A和PTEN在小鼠卵巢表面上皮中单独或组合缺失，发现6个月后，59.1%的ARID1A和PTEN双敲除小鼠发育出卵巢子宫内膜样癌或未分化癌，而其余小鼠则仅表现出卵巢表面上皮增生；相反，在ARID1A或PTEN纯合或杂合缺失的52只小鼠中未发生卵巢病变；这些结果表明ARID1A单独失活不足以引发肿瘤，还需要其它的遗传改变，如PTEN缺失以驱动肿瘤发生。Guan等［1］另一项研究发现，恢复野生型ARID1A在具有ARID1A突变的卵巢癌中的表达，可抑制小鼠中肿瘤异种移植物的细胞增殖和肿瘤生长，而RNAi介导的非转化上皮细胞中ARID1A的沉默可增强细胞增殖和致瘤性，表明ARID1A起肿瘤抑制剂的作用；基因表达分析还发现了ARID1A的下游靶标，包括CDKN1A和SMAD3，它们是p53的靶基因，进一步研究发现，ARID1A/BRG1复合物与p53直接相互作用，表明ARID1A与p53协同调节CDKN1A和SMAD3的转录和妇科癌症肿瘤的生长。Sato等［26］研究发现，在ARID1A突变的卵巢透明细胞癌细胞系中siRNA介导的ARID1B敲低显著降低了细胞生长；在免疫组织化学分析中，ARID1A缺失的卵巢透明细胞癌样本中的ARID1B水平也较低，并且与无进展生存期较短有关，这证明ARID1A突变以及ARID1B低表达水平可能是卵巢透明细胞癌预后不良的标志，ARID1B也可能是抗癌治疗的有力靶标。Guo等［27］研究发现，在乳腺癌中，ARID1A沉默可显著增加细胞增殖和迁移，其主要作为转录抑制因子起作用，ARID1A通过调节转录因子CEBPα的染色质进入来抑制长的非编码RNA UCA1的表达，ARID1A的功能缺失可激活UCA1，进而诱导细胞增殖和迁移。

2.3 肝癌 ARID1A基因突变在肝细胞癌中达12.17%～35.9%［28］。Huang 等［29］通过对乙型肝炎病毒阳性的肝细胞癌患者的外显子组测序发现，100例肝细胞癌病例的13例（13%）中鉴定了ARID1A存在21个突变；在110个配对肝细胞癌样本中有14个（12.7%）存在ARID1A突变。Sun等［30］研究发现，在一些肝细胞癌患者中，ARID1A在原发性肿瘤中高表达，但在转移性病变中未表达，表明ARID1A在起始后可能丢失；具有肝特异性纯合或杂合ARID1A缺失的小鼠对肿瘤起始具有抗性，ARID1A过表达则加速起始；而已建立的肿瘤中纯合或杂合ARID1A缺失加速了肿瘤进展和转移；ARID1A通过增加CYP450介导的氧化应激促进肿瘤起始，而肿瘤内ARID1A的缺失降低了肿瘤迁移、侵袭和转移相关基因的转录；这表明ARID1A具有依赖于背景的肿瘤抑制和致癌作用。

2.4 其他肿瘤 研究发现，ARID1A基因的异常表达和突变在肺癌［31］、肾癌［32］、膀胱癌［33-34］等中均存在。

Wei等［35］回顾性收集209例患者的临床病理资料和石蜡包埋的原发性结直肠癌标本，其中111例结肠癌患者和98例直肠癌患者；在TNM（tumor-node metastasis）分期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期患者分别出现 7.4%、24.1%、22.2%和 46.3%的 ARID1A缺失，在ARID1A缺失患者中，远处转移率为46.3%，而ARID1A未缺失患者只有29.7%有远处转移；在病理分化方面，在ARID1A缺失患者中分别有25.9%、66.7%和7.4%为低、中和高分化的肿瘤；ARID1A缺失与晚期TNM分期（P＝0.020）、远处转移（P＝0.026）、不良病理分级（P＝0.035）有关；然而，与Ⅳ期结直肠癌的ARID1A阴性患者相比，ARID1A阳性的患者总体生存率更差，由此表明，ARID1A缺失与结直肠癌患者的临床病理特征以及Ⅳ期患者的生存率相关。Wu等［36］研究发现，极光激酶A（aurora kinase A，AURKA）可选择性地抑制ARID1A缺陷的结肠直肠癌（CRC）细胞的生长；而ARID1A可负调节AURKA基因启动子转录；ARID1A缺失的细胞可以增强AURKA转录，导致细胞周期蛋白CDC25C的持续激活，CDC25C是G2/M转换和进入有丝分裂的关键蛋白，抑制ARID1A缺失细胞中的AURKA活性可显著增加G2/M阻滞并诱导细胞多核和细胞凋亡；结果表明，药理学抑制AURKA-CDC25C轴可作为治疗ARID1A功能缺失突变的CRC的新策略。

Zhang等［31］研 究 发现，通 过 siRNA 沉默ARID1A可促进肺癌细胞增殖和集落形成能力，并抑制紫杉醇诱导的细胞凋亡，在非小细胞肺癌中ARID1A表达降低，并与淋巴结转移和TNM分期显著相关。

Lichner等［37］发现，与正常肾皮质样本相比，67%的肾透明细胞癌样本中ARID1A蛋白表达较低，68%的ARID1A mRNA水平表达降低；ARID1A蛋白和mRNA表达降低与肿瘤分级和分期有关。

在膀胱癌中也存在ARID1A突变，产生的缺陷蛋白缺失DNA结合域或LXXLL基序的缺陷［33］。Lena等［38］研究发现，与正常尿路上皮对照组相比，所有膀胱癌中ARID1A蛋白缺失的病例百分比与增加的分期和分级呈正相关。

Geulah等［39］研究发现，大约25%的胰腺癌含有产生SWI/SNF复合物蛋白质的基因突变，结肠中缺失ARID1A的小鼠会发展成胰腺导管腺癌，在含有致癌Kras突变的成人腺泡细胞中抑制ARID1A可加速腺泡至导管的转变并导致胰腺导管腺癌前体病变，这些病变不能通过恢复内源性ARID1A的表达来逆转。

3 ARID1A的生物学作用

3.1 干细胞全能性 ARID1A在早期胚胎和胚胎干细胞中均有高水平表达，而ARID1A缺失可导致早期胚胎发育过程缺失中胚层，还可导致胚胎干细胞不能维持正常干细胞表型，易于分化，并导致Sox2、Utf1和Oct4等自我更新基因表达下降，而Gata4、Gata6、Tnt2和Myl3等与发育有关的基因表达增加［40］。Yan等［41］研究发现，在小鼠胚胎干细胞分化过程中ARID1A和ARID1B的水平降低，而BRM的水平升高，暗示这些复合物可在胚胎干细胞维持或分化中起作用；构建具有ARID1B双等位基因失活的胚胎干细胞，发现这些细胞显示出降低的增殖速率和异常的细胞周期，且这些细胞缺乏未分化的胚胎干细胞的自我更新能力，并表现出分化细胞的某些表型，这表明ARID1相关的SWI/SNF对于小鼠胚胎干细胞维持其正常增殖和多能性是必需的。ARID1A蛋白调节核小体占位和组蛋白修饰引发胚胎干细胞分化，研究发现ARID1A使胚胎干细胞建立平衡的染色质构型，这对于胚胎干细胞的正确分化是必需的［42］。

3.2 ARID1A对细胞周期的调控 研究表明，ARID1A在细胞周期的G0期积聚，但在细胞周期各阶段表达下调，至有丝分裂期ARID1A含量完全消除［43］。ARID1A基因缺失会导致细胞周期停滞的延迟，再次加入血清，细胞就可以迅速进入细胞周期，发生完全相反的结果［44］。ARID1A可在DNA损伤后促进细胞周期检查点激活，因此当产生DNA损伤时，ARID1A缺失的细胞不能促进细胞周期检查点的激活，从而表现出启动和维持细胞周期停滞的能力受损［45］。为了保持基因组完整性，细胞周期以连续和不可逆的方式被严格和精确地调节，ARID1A控制细胞周期/DNA损伤检查点，调节P53靶标和端粒酶活化［46］。

Zhang等［31］检测了几种凋亡和增殖相关蛋白，发现ARID1A缺失可显著上调细胞周期素D1和Bcl-2表达，这提示ARID1A可通过调节细胞周期素D1和Bcl-2调节细胞增殖和凋亡。

3.3 对信号通路的调控 ARID1A与PI3K途径激活有关［11，47］。Chandler等［48］在卵巢透明细胞癌研究中发现了ARID1A与PI3K途径之间的相互作用关系。Samartzis等［49］研究发现，卵巢癌ARID1A突变导致PI3K/Akt通路的激活，常合并编码PI3K的催化亚基P110α的PI3KCA的突变。因此，ARID1A的生物学作用可能依赖于它与PI3K/Akt通路的相互作用。

Yang等［18］研究发现Hp感染诱导miR-223-3p表达，NF-κB可通过直接结合miR-223-3P启动子促进miR-223-3P表达，且其是Hp介导的miR-223-3P上调所必需的，而miR-223-3p可通过直接靶向ARID1A促进胃癌细胞的增殖和迁移，结果表明，NF-κB/miR-223-3p/ARID1A轴可将Hp诱导的慢性炎症过程与胃癌联系起来。如上所述，Yan等［17］研究发现ARID1A在调节胃癌细胞迁移和侵袭过程中靶向E-cadherin。

综上所述，ARID1A作为SWI/SNF染色质重塑复合物的一个重要组成亚基，是肿瘤抑制因子，在多种肿瘤中发生突变或缺失。目前对于ARID1A的具体抑癌机制仍不十分清楚，对于ARID1A在不同肿瘤中的突变差异性；ARID1A是否通过影响激素水平来发挥抑制肿瘤的作用；ARID1A基因突变对于肿瘤预后的影响等问题仍需深入研究。对ARID1A基因的功能及其具体的分子作用机制的深入研究，将增加对染色质重塑生物学作用的认识，并为癌症诊断和治疗提供新的思路，从而研究出诊断、治疗癌症的新靶标。