硫氧还蛋白互作蛋白在乳腺癌中的研究进展

肖 聪 张懿敏 孙圣荣

硫氧还蛋白互作蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)又称维生素D3上调蛋白1(vitamin D3 up-regulated protein 1，VDUP1)和硫氧还蛋白结合蛋白2(thioredoxin binding protein-2，TBP-2)，是用1α,25-二羟维生素D3处理HL-60细胞时所首次克隆发现。TXNIP属于α-视紫红质抑制蛋白(α-arrestin)家族成员，并且是家族中唯一一个可以与硫氧还蛋白(thioredoxin，TRX)结合并抑制其抗氧化功能的蛋白。TXNIP作为一种抑癌蛋白，在肝癌、前列腺癌、甲状腺癌等癌症中均证实有广谱的抗肿瘤作用[1～3]。在乳腺癌细胞中，TXNIP通过细胞周期阻滞、促进细胞凋亡、抑制细胞侵袭转移、抑制葡萄糖摄取等方式抑制肿瘤，并且能显著改善患者的预后。因此本文将重点阐述TXNIP的结构及其抑制肿瘤的机制，以此证明TXNIP作为乳腺癌分子治疗的新靶点具有潜在价值。

一、TXNIP的结构特点

编码TXNIP的基因位于人染色体1q21～22区，长约4174bp，其中包含8个外显子。TXNIP的启动子约269bp，其中包含一个重要的结构——碳水化合物反应元件(carbohydrate response element ，ChoRE)，其上面有两个E盒(E-boxes)，组成为CACGAG，两者间隔约为100bp，它可以直接通过结合转录因子MondoA:Mlx复合体、碳水化合物反应元件结合蛋白以及转录因子Myc:Max 复合体等，从而参与对TXNIP的调控[4]。Baldan等[5]证实，乳腺癌TXNIP的转录活性还与3种组蛋白修饰相关，其中组蛋白H3赖氨酸9～14乙酰化(H3K9K14ac)和组蛋白H3赖氨酸4三甲基化(H3K4me3)与转录激活相关，而组蛋白H3赖氨酸27三甲基化(H3K27me3)与转录沉默相关，并且在三阴性乳腺癌细胞中，TXNIP的转录活性显著受抑制，从而使TXNIP的抑癌作用难以发挥。目前，TXNIP表达水平的调节大多是通过调控mRNA水平而实现，因此对于TXNIP的调节与其启动子的激活或沉默密不可分。TXNIP蛋白相对分子质量为50kDa，能在胞膜、胞质、胞核、线粒体中穿梭，其隶属α-视紫红质抑制蛋白家族，结构特点是2个β折叠通过一个短序列夹着a-rrestin的结构域，因而属于该家族成员之一[6,7]。

二、TXNIP与氧化应激

氧化应激是指体内氧化和抗氧化平衡被打破，倾向于氧化，导致大量细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)积累而引起的氧化损伤过程[8]。临床上常用放、化疗来抑制乳腺癌，其机制之一便是促使乳腺癌细胞ROS累积过多，导致磷脂双分子层、核苷酸、线粒体膜等结构损害，最终诱导细胞凋亡坏死以达到抑制癌症的目的[9]。

TRX在细胞内清除ROS中发挥重要作用，其发挥功能主要是还原型的TRX。在乳腺癌细胞中，TXNIP是α-arrestin家族中唯一能与TRX结合的蛋白，TXNIP中的半胱氨酸63及半胱氨酸247位点与还原型TRX的活性位点的巯基形成二硫键，从而抑制TRX抗氧化的功能，促使ROS累积。并且TXNIP对TRX/ROS轴的影响会被p38 MAPK信号通路抑制剂SB03580所阻断，提示TXNIP参与p38 MAPK对细胞内ROS的调控[10]。Hwang等[11]对TXNIP-TRX的晶体结构分析发现，TRX与TXNIP结合后，TXNIP分子内的半胱氨酸残基所形成的二硫键会发生结构重排，导致TXNIP的结构域产生变化。综上，TXNIP可以通过结合TRX的活性中心，从而抑制其抗氧化的功能，参与对氧化应激的调节，同时TXNIP在细胞中序列结构的多样性提示其在细胞功能研究中的潜在价值。

三、TXNIP与乳腺癌

1.TXNIP与乳腺癌的凋亡：细胞凋亡又称作程序性细胞死亡，是细胞在基因的调控下发生的主动性死亡的过程，TXNIP促进乳腺癌细胞凋亡的作用主要与其参与氧化应激的过程有关。TRX不仅能增加转录因子AP-1的转录，促进肿瘤的发生，也可以与凋亡信号调节激酶(apoptosis signal-regulating kinase,ASK)结合，抑制ASK的促凋亡作用[12]。TXNIP与TRX结合后，一方面，TRX清除ROS的能力便下降，导致ROS累积，从而促进乳腺癌通过线粒体途径诱导凋亡；另一方面，导致与TRX结合的ASK减少，从而游离的ASK增加，发挥诱导细胞凋亡的作用。Huang等[13]在MCF-7及MDA-MB-231乳腺癌细胞中用组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA处理后，TXNIP显著上升，凋亡相关蛋白Bax/Bcl2比例增大，细胞发生明显凋亡，证实TXNIP在不同分子类型乳腺癌的凋亡中均发挥重要作用。 Baldan等[5]证实，在三阴性乳腺癌MDA-MB-157细胞中使用SAHA联合PJ34刺激TXNIP蛋白表达之后，细胞内caspase-3的活性显著升高，从而诱导肿瘤细胞凋亡；而三阴性乳腺癌MDA-MB-468细胞与MDA-MB-157细胞相比，不仅TXNIP的转录活性与组蛋白修饰程度不同，并且药物联合作用后，TXNIP的变化及caspase-3的活性均未发生显著变化，提示TXNIP促凋亡的机制与caspase-3活性的升高有关，并且两种三阴性乳腺癌之间的作用差异可能与TXNIP及其组蛋白修饰水平相关。

2.TXNIP与乳腺癌的细胞周期：细胞周期主要由细胞周期蛋白依赖激酶(cyclin-dependent kinases，CDK)正向调控，而p27kip1是一种CDK的抑制蛋白，主要通过影响Cyclin/CDK复合物的活性，诱导肿瘤细胞阻滞于G1期，从而达到细胞周期阻滞的作用[14]。而Jun激活区域-连接蛋白1(c-Jun activation domain-binding protein 1，JAB 1)能与之结合，降低其稳定性，加速p27kip1的降解[15]。Jeon等[16]研究证实，TXNIP不仅可以下调TRX活性，还可以直接作用于JAB1，增加p27kip的稳定性，使肿瘤细胞阻滞于G1期。而缺乏TXNIP后，JAB1则会与p27kip1结合，加速其降解，使之不能发挥细胞周期阻滞的作用。Park等[17]利用TCGA数据库分析及人乳腺癌组织芯片进行免疫组化实验，证实TXNIP和Ki67呈负相关，而与p27kip1呈正相关，TXNIP的高表达则提示细胞周期更长、增殖更慢。为了证实TXNIP作为抑癌蛋白的重要性，随后在人乳腺癌细胞中敲除TXNIP，证实缺乏TXNIP后，癌细胞摄取葡萄糖显著增加、增殖周期更短，并且显著降低氟维司群对肿瘤细胞的有效性。

3.TXNIP与乳腺癌的侵袭转移：上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指具有极性的上皮细胞转化为能在细胞基质间自由活动的间质细胞的过程，是肿瘤发生侵袭转移中特有的生物学特征。多项研究已证明，EMT在肿瘤发生侵袭转移的过程中扮演着重要的角色，EMT发生后，肿瘤细胞的侵袭能力明显增强[18]。Chen等[19]研究证实,miRNA-373能结合在TXNIP的3′端非翻译区，下调TXNIP表达水平之后，激活HIF-α-TWIST轴，促使乳腺癌细胞发生EMT，同时通过免疫组化方法证实，高表达的TXNIP与更低的TNM分级及更少的淋巴结转移相关。李建华等[20]在乳腺癌细胞中构建过表达/沉默TXNIP模型，证实过表达TXNIP之后，细胞的增殖及迁移能力均显著下降，而沉默TXNIP则显著增加乳腺癌的增殖及迁移能力，提示TXNIP在抑制乳腺癌侵袭转移中发挥重要作用，其中机制可能与抑制AKT/GSK3β信号通路有关。

4.TXNIP与乳腺癌的糖代谢：肿瘤细胞较正常细胞，有着更高的代谢速率，能源源不断的从微环境中吸收营养，以提供自己的能量所需。因此大量的基础和临床研究已证实高血糖可以促进肿瘤的发生、发展，成为致癌的危险因素。MondoA/MLX是一种对糖十分敏感的转录因子复合体，可以在线粒体外膜和核膜来回穿梭。在高糖环境下，TXNIP启动子上的碳水化合物反应元件在核因子Y(nuclear factor Y,NFY)的参与下，能招募MondoA/MLX 复合体，从而刺激TXNIP转录的激活。高糖能促进TXNIP表达，反过来TXNIP能抑制葡萄糖转运体葡萄糖转运体1(glucose transporters 1，GLUT1)在细胞膜的分布，从而抑制癌细胞对葡萄糖的摄取 。Hong等[21]研究证实TXNIP与GLUT1结合后，会被网格蛋白包绕，形成囊泡，促进其内吞，因此减少细胞膜上GLUT1的分布，从而直接抑制葡萄糖向细胞内转运；其次TXNIP也会下调GLUT1的转录水平，从而间接减少肿瘤细胞对葡萄糖的摄取。为了证实TXNIP在乳腺癌糖代谢中的作用，Shen等[22]在人乳腺癌细胞通过沉默和过表达TXNIP之后，证实Myc:Max 转录复合体与MondoA:Mlx转录复合体竞争结合在TXNIP启动子上面的E盒，下调TXNIP的转录后，从而导致癌细胞摄取更多葡萄糖，增殖速度显著加快。Noguchi等[23]在人肝癌细胞、乳腺癌细胞及神经母细胞瘤细胞这3种细胞株中证实右旋阿洛糖上调TXNIP转录及蛋白表达后，GLUT1的表达显著减少，使肿瘤细胞对葡萄糖摄取均明显下降，从而发挥广谱抑制肿瘤的作用。综上所述，高血糖会促进肿瘤的发生和发展，同时也会促进TXNIP的表达，但TXNIP表达升高后，以负反馈的形式抑制了肿瘤细胞摄取过多葡萄糖，从而发挥抑制肿瘤的作用。

5.TXNIP与乳腺癌的预后：TXNIP不仅体现在抑制肿瘤的生物学特征，并且与肿瘤患者的预后息息相关。大部分乳腺癌患者中，TXNIP处于低表达状态，而在TXNIP高表达的患者中，往往提示患者具有更良好的预后。Nie等[24]对共计150例乳腺癌患者的癌组织进行免疫组化实验来对比TXNIP的差异及影响，证实32%的患者TXNIP呈高表达，68%患者呈低表达，且TXNIP高表达的患者较低表达的患者有更低的分期分级及更好的总生存期(overall survival,OS)。Shen等[22]研究证实在288例三阴性乳腺癌的患者中，高表达TXNIP的患者的无转移生存时间也较低表达TXNIP的患者更长，并且证实TXNIP是受c-Myc的负向调节，提示TXNIP在Myc的基因治疗中具有潜在价值。有研究者利用组织芯片及免疫组化技术等证实，乳腺癌组织中TXNIP处于低表达的状态，并且TXNIP与其他不良预后的指标呈负相关，如Ki67，提示TXNIP联合Ki67有预测乳腺癌患者预后的潜在价值。综上所述，TXNIP不仅在组织细胞水平上证实与抑制肿瘤有关，同时也在生存获益上预示着患者有更良好的预后，因此TXNIP以后可能发展为临床上评估患者病情及预测预后的重要指标。

四、展 望

乳腺癌的发生率在我国一直高居不下，严重影响患者的身心健康，给患者及其家属带来了极大的负担。TXNIP在人乳腺癌细胞中参与严密、精准的调控，不仅参与细胞内氧化应激的调控，并且以促进细胞凋亡、阻滞细胞周期、抑制癌症侵袭转移、抑制糖摄取等方式抑制乳腺癌细胞，且高表达的TXNIP能使患者生存获益，这均提示TXNIP具有抑制乳腺癌的潜在价值。然而，目前关于TXNIP在乳腺癌中生物学功能的研究多局限于基础研究，缺乏大样本的临床对照研究证实。因此如何将这一分子研究更好地与临床结合，用于对易感人群的个体化治疗和疾病监测，这是今后亟需解决的问题，也将具有更重要的临床和科研价值。