SET基因在肿瘤发生发展中作用机制的研究进展

张婷婷，许波群

(南京医科大学第二附属医院妇产科，南京 210000)

SET(patient SE translocation)基因是一种参与多种细胞过程的癌基因，以SET-can融合基因的形式最早发现于1例急性未分化型白血病患者，也在对该患者的研究中首次提出SET基因与癌症相关性的假说[1]。在对SET-can融合基因的研究中揭示了SET与癌症之间的关系，其中有研究表明SET在肿瘤发生和转移中发挥重要作用[2]。近年来，对SET在生理及病理功能方面的研究取得了很大进展，其表达失调尤其是过度表达在各种疾病的发展过程中起关键作用，包括阿尔茨海默病、女性生殖内分泌疾病(如多囊卵巢综合征)及各系统恶性肿瘤等。SET是具有高度保守性的多任务蛋白，涉及基因表达调控、染色质修饰、翻译后修饰等多种生物过程，可作为多通路、多水平的调节靶因子[3]。越来越多的证据表明，SET基因在细胞中表达异常及胞质聚集现象与肿瘤的发生、发展密切相关[4-7]。现就SET基因在肿瘤发生、发展中的作用机制进行概述。

1 SET基因分子结构及生物学特性

SET基因位于人类第9号染色体的长臂上(9q34)[1]，在进化过程中高度保守，其转录剪切形成两种不同的蛋白亚型，即模板激活因子(template activating factor,TAF)-Ⅰα及TAF-Ⅰβ，分别编码290和277个氨基酸，两者只在N端存在差异，其后C端的氨基酸序列完全相同。与TAF-Ⅰα相比，TAF-Ⅰβ表达更广泛，如在急性未分化白血病T细胞中只表达TAF-Ⅰβ；在不同组织细胞中TAF-Ⅰβ表达量相对恒定；在小鼠卵巢、睾丸和爪蟾卵中，TAF-Ⅰβ为主要存在形式；TAF-Ⅰβ促进DNA复制、染色质转录及解聚的活性均明显高于TAF-Ⅰα；因此，推测TAF-Ⅰβ是SET蛋白发挥生物学活性的主要形式[8]。

SET蛋白最初在细胞核中被发现，被认定是一种重要的核蛋白，而有研究表明SET在细胞膜和细胞质也有表达，其是核小体组装蛋白的同源结构蛋白，参与核小体组装[9-11]。SET蛋白由N端结构域、核小体装配结构域和C端酸性尾3个结构域组成，在N端结构域(氨基酸1～24)存在磷酸位点Ser9和Ser24。SET蛋白作为核转录因子，在非磷酸化状态下以二聚体形式聚集在核内，Ser9位点磷酸化使SET二聚体解聚，导致胞核中SET蛋白转移至胞质中发挥相应作用；肿瘤发生、氧化应激等病理改变都有诱发SET蛋白至胞质中聚集的现象[12]。SET蛋白的C端酸性结构域由53个氨基酸组成，是其重要的功能域，具有染色体去凝集活性，参与染色质转录，对组蛋白乙酰转移酶结构域活性具有抑制作用，参与组蛋白的乙酰化和基因转录[13-14]。SET蛋白亦称为蛋白磷酸酶2A抑制剂2，SET蛋白N端及C端片段与蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase type 2A，PP2A)亚基结合，抑制PP2A活性，影响PP2A信号通路，促进雄激素合成、肿瘤细胞增殖分化、阿尔茨海默病中异常Tau蛋白磷酸化等生物学过程[15]。

2 SET在恶性肿瘤中的表达

SET蛋白在多系统恶性肿瘤中表达上调。早期研究发现，SET在造血干细胞中表达异常，其高表达常导致血液系统恶性肿瘤如慢性粒细胞白血病[4]，其后在非霍奇金淋巴瘤、急性髓性白血病中也观察到SET mRNA及蛋白水平表达增高现象[5-6]。约50%的乳腺癌细胞系中SET表达增高；在原发性乳腺癌患者中，患侧乳腺组织SET基因mRNA和蛋白表达水平显著增高，提示SET的致瘤潜能[7]。在肝癌、胰腺癌和转移性结直肠癌中SET表达增高[16-18]。此外，SET也被报道在其他肿瘤中表达上调，如头颈部鳞状细胞癌、绒毛膜癌、肾母细胞瘤、恶性脑瘤、肺泡软组织肉瘤、胃癌、睾丸癌、乳腺癌、肺癌和前列腺癌[19-21]。上述研究表明，SET表达增高与恶性肿瘤相关。

3 SET基因参与调控肿瘤发生、发展的作用机制

SET通过调控基因转录、DNA修复、细胞周期及细胞迁移等参与多种细胞生物过程。SET表达及细胞定位异常将导致细胞生理机制失常，诱发肿瘤细胞的发生、发展，甚至是肿瘤细胞耐药的发生。

3.1 SET调控基因转录 SET可以通过影响组蛋白乙酰化修饰、DNA甲基化、染色质重塑等调控基因转录及表达，当生理机制失常，基因转录异常可引起肿瘤的发生。基因转录与核小体密切相关，核小体通过调节蛋白结合位点等因素参与基因转录调控过程。核小体是染色质基本结构单位，由组蛋白和包裹在组蛋白八聚体周围的147 bp DNA组成[22]。核心组蛋白重构或DNA链位置改变均可增加启动子序列与转录因子的接触性，进而影响基因转录活性和细胞周期进程。SET是核小体组装蛋白1家族成员，辅助组蛋白从细胞质穿梭到细胞核，用于随后的核小体组装[3,23]。Seo等[24]发现SET、TAF-Ⅰα和组蛋白乙酰转移酶抑制剂(inhibitor of histone acetyltransferases,INHAT)构成的蛋白质复合物，通过结合和替换组蛋白乙酰转移酶抑制p300/环腺苷酸反应元件结合蛋白(CAMP-response element binding protein，CREB)及其相关因子PCAF(p300/CREB-associated factor)介导的组蛋白从而促使组蛋白乙酰化。Cervoni等[25]研究表明，INHAT蛋白复合物通过抑制核小体DNA与去甲基化酶之间的结合进而影响DNA的甲基化状态，导致DNA过度甲基化。此外，有研究表明SET与染色质动力学相关，SET可直接与核心组蛋白作用，通过屏蔽核心组蛋白的正电荷影响染色质动力学[24-26]。SET通过影响染色质结构，调控DNA转录活性，进而影响细胞周期[26-28]。

此外，SET直接与重要的转录因子如肿瘤抑癌p53基因、FoxO1基因等作用调控转录调节功能[29-30]。p53肿瘤抑制因子是多个复杂信号通路的核心[31-32]。Wang等[30]研究发现，SET的C端酸性结构域直接与p53的“未乙酰化的”C端结构域结合并强烈抑制p53的转录活性。Kim等[33]报道，SET可与p53 C端乙酰化赖氨酸残基结合，抑制p300/CBP和PCAF介导的p53乙酰化，从而诱导p53的靶基因转录抑制。有研究表明失去SET与p53结合作用，阻止p53介导的细胞周期阻滞和细胞应激时的凋亡可导致小鼠成瘤模型中的肿瘤包块消退，因此SET可以通过抑制p53基因转录促进肿瘤发生、发展[34-35]。Papadakis等[36]通过研究希腊白种人发现，晚期肺癌患者中SET表达上调，通过抑制p53转录从而抑制其下游抑癌因子TP53表达，最终抑制肺癌细胞凋亡及细胞损伤修复等过程。FoxO1被p300/CBP和PCAF介导乙酰化作用，Chae等[31]研究发现SET能够在INHAT结构域与FoxO1结合并抑制其乙酰化，从而上调其转录活性，促进下游因子p21基因的转录，正向调节氧化应激下FoxO1介导的细胞凋亡。

SET也是激素受体的重要调控因子，SET通过其INHAT结构域与糖皮质激素受体、甲状腺激素受体、雌激素受体相互作用[35-36]。雌激素受体阳性乳腺癌患者癌细胞生长依赖于高雌激素表达，表明SET在雌激素受体阳性乳腺癌细胞中呈高表达，但具体基因转录机制尚不清楚，需要进一步研究。

3.2 SET调控DNA修复 DNA损伤可以通过多种方式修复，如果修复功能有缺陷，DNA损伤就可能造成两种结果：细胞死亡和发生基因突变，进而恶性转化为肿瘤细胞。SET在DNA修复方面具有重要作用，是人错配基因修复和人同源基因修复过程中不可缺少的重要部分。人肾上皮细胞HEK293T中，SET通过提高编码细胞抗氧化防御蛋白的表达，如PRDX(peroxiredoxin)2基因、PRDX6基因、SOD2(superoxide dismutase 2)基因，保护细胞免受轻度氧化应激[9]。Kalousi等[29]研究表明，SET蛋白通过抑制同源重组和DNA损伤反应调控DNA修复[30]。SET蛋白在神经元亚细胞中表达，可调节DNA损伤和修复，SET蛋白在胞质中聚集表示DNA损伤更加敏感，易导致细胞死亡[9]。Kim等[37]发现DNA双链断裂末端的Ku70/80区域是非同源末端连接修复通路的初始步骤，Ku70/80的C端含有3个赖氨酸乙酰化位点，可以与SET蛋白的INHAT结构域相结合。一旦细胞发生DNA损伤，Ku70/80就从SET中分离出来，启动DNA修复或Bax基因介导的凋亡。然而，SET表达增高打破了SET和Ku70/80结合模式平衡，抑制DNA修复和乙酰化介导的细胞凋亡，导致细胞内受损DNA的积累，最终导致突变和癌变[37]。据报道，SET在癌症患者细胞中有累积现象[38]。也有研究表明在多种肿瘤中SET发生突变，失去调节DNA损伤及修复能力，进而易导致细胞凋亡，如肾透明细胞癌、小儿晚期神经胶质瘤、急性T淋巴细胞白血病等[39]。

3.3 SET基因调控细胞周期 细胞分裂的过程由周期蛋白依懒性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)和细胞周期蛋白复合物精确调控，CDKs及其复合物是保证细胞周期有序进行的关键因素。Carlson等[21]首先注意到SET表达与细胞增殖状态密切相关，在静止或接触抑制的细胞中SET表达较低，在快速分裂的细胞中表达显著升高。研究发现SET与多种基因相互作用调控细胞周期[22]。p21蛋白是CDKs的强效抑制因子，而SET可与p21相互协同作用，特异性调节细胞周期CDKs复合物，导致细胞分裂G1～S期的过渡[40]。细胞周期蛋白B-CDK1复合物对核底物的G2相向M相转变和磷酸化至关重要，而核底物磷酸化是有丝分裂开始的必要条件。SET可在细胞分裂S期和G2期阻断B-CDK1复合物，从而避免这些细胞周期复合物过早活化。肿瘤抑制因子p53作为转录因子，通过激活相关蛋白表达抑制CKDs复合物进而导致细胞周期停滞。如上所述，SET可以抑制p53及FoxO1乙酰化作用从而阻碍应激状态下p53及FoxO1引起的细胞周期阻滞和细胞凋亡。Wang等[30]在SET基因影响急性早幼粒白血病NB4-R1细胞生物学特性研究中发现，沉默SET基因导致NB4-R1细胞G0/G1期明显增加，S期细胞比例明显减少，SET在NB4-R1细胞增殖中发挥重要作用[41]。

3.4 SET基因参与调控磷酸化作用和肿瘤的发生发展 PP2A是经典的肿瘤抑制因子，是真核细胞中的丝氨酸/苏氨酸磷酸酶，广泛参与各种细胞过程，包括蛋白质合成、信号转导、细胞周期调节、细胞凋亡、代谢和应激反应[42]。SET蛋白通过其结构域(aa25-119)直接与PP2A相互作用，抑制PP2A磷酸酶活性。通过干扰PP2A相关肿瘤抑制信号如蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)、细胞外调节蛋白激酶、c-Jun氨基端激酶、C-myc癌基因等促进肿瘤发生及发展[43]。研究报道SET通过抑制PP2A介导的c-Myc活性，下调N-myc下游调控因子1，促进肺癌细胞上皮-间质转化[44]。Liu等[45]发现SET可以通过PP2A/Akt信号通路促进胃癌细胞恶性转化。

3.5 SET基因参与肿瘤细胞迁移信号通路 SET与肿瘤转移抑制因子NM23核苷二磷酸激酶和正Ras相关C3肉毒素底物1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1,Rac1)的相互作用提示，SET在恶性肿瘤细胞转移中起促进作用[46-52]。NM23是一种转移抑制因子，可降低癌细胞的迁移能力[46]。NM23的3′～5′核酸外切酶活性是其转移抑制功能的核心[46,53]，SET通过与其形成SET/NM23复合物阻止NM23从细胞质转移至细胞核，从而抑制其3′～5′核酸外切酶活性并促进细胞转移[48]。SET还通过激活Rho GTP酶、Rac1和其他转移促进信号转导，包括Akt、p21激活激酶1和p38促分裂原活化的蛋白激酶，促进肿瘤细胞迁移[46,54]。体内外实验均证实Rac1与SET蛋白相关，在肿瘤细胞中Rac1被激活后，核蛋白SET磷酸化转移至质膜，激活下游激酶信号转导通路[53]。

4 SET基因与靶向治疗

SET基因对肿瘤的发生、发展起重要作用，在不同的肿瘤中SET均高表达，目前许多研究致力于将SET作为抗癌靶向标志物。FTY720磷酸酯是一种鞘氨醇类似物，作为免疫抑制剂用于多发性硬化症患者[19]。FTY720可以通过干扰SET-PP2A相互作用，抑制SET表达且重新激活PP2A，从而产生显著的抗癌活性。FTY720的抗癌作用已在部分肿瘤中得到证实，研究表明其通过SET路径激活PP2A通路，对胃肠道肿瘤的生长起抑制作用，FTY720可在抑制肺癌细胞生长的同时提高肺癌细胞对顺铂的敏感性[19,55]。COG112是一种特异的细胞穿透肽，可以阻止Rac1-SET复合物的形成，进而抑制细胞迁移和侵袭[55]。OP449是COG112二聚化后的衍生药物，其生物活性更强。研究发现OP449对胰腺癌患者肿瘤生长发挥抑制作用[15]。进一步研究证实，OP449协同酪氨酸激酶抑制剂对SET的拮抗作用显著增强，联合治疗可降低恶性肿瘤的耐药性[56]。

5 小 结

SET作为多任务蛋白，广泛存在于组织器官，可通过不同的作用机制介导肿瘤细胞启动并且促进其发展，与肿瘤发生、转移、预后密不可分。SET蛋白通过参与基因转录、DNA修复及多种细胞过程(包括细胞迁移、细胞周期、细胞凋亡)调控肿瘤的进展。SET在促进肿瘤发生、转移和治疗性耐药发展方面发挥重要作用，因此，SET是预测药物敏感性的潜在生物标志物。目前已有SET抑制剂处于研究和评估阶段，这些研究成果对肿瘤的诊治有指导性作用，也为SET基因的进一步研究提供了方向。