PEA3转录因子在恶性肿瘤中的表达及作用

黄东良，谢菲岚，刘 璐，刘锦涛※

(1.广东医科大学研究生学院，广东 湛江 524023； 2.深圳市宝安区人民医院消化内科，广东 深圳 518101)

肿瘤是危害人类健康的重大疾病。研究数据显示，2018年全球预计有1 810万新发癌症病例，其中有960万人死于恶性肿瘤[1]。恶性肿瘤早期通常缺乏特异性症状，多数患者在确诊时已处于中晚期，临床治愈率较低。因此，早发现、早诊断、早治疗是治愈癌症，提高患者生存率的关键。肿瘤的发生机制非常复杂，它涉及多基因、多分子及多种信号途径的共同作用。目前，寻找肿瘤相关特异性标志物，研究其作用机制，探索其临床价值成为研究热点。研究发现，多瘤病毒增强子激活剂3(polyomavirus enhancer activator 3，PEA3)在乳腺癌、前列腺癌、肺癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤中异常表达，其高表达与肿瘤的侵袭性密切相关[2]。然而，针对PEA3与恶性肿瘤的研究往往局限于一些非特异性信号通路及信号因子，如胞外信号调节激酶-促分裂原活化的蛋白激酶-ETS(E26 transformation-specific)变异体4 轴激活调节基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2和MMP-9介导的上皮钙黏素降解，促进食管鳞状细胞癌的发生和转移[3]。故研究PEA3转录因子相关信号途径，利用药物抑制信号通路上游或下游的相关基因，可能为肿瘤患者提供有效的靶向辅助治疗。现就PEA3的结构及功能，PEA3与恶性肿瘤之间的关系予以综述。

1 PEA3概述

PEA 3又称腺病毒增强子结合蛋白、ETS变异体4，属于ETS转录因子家族。ETS转录因子是细胞内最大的转录调控因子家族之一，目前已发现的ETS调控靶基因超过200多个，这些靶基因参与细胞增殖、分化、凋亡，造血及组织重构等诸多重要生理过程，因此ETS蛋白的突变、基因易位、扩增等常伴随肿瘤发生发展的过程[4]。

人的PEA3基因位于第17号染色体长臂区域(17q21.31)，其序列全长约为51 kb，包含13个外显子和12个内含子，可编码484个氨基酸。PEA3蛋白大致可分为3个区：N端区、中部区和C端区。其中，N端区和C端区各含有一个转录激活域，中部区含有一个高度保守的ETS结构域，ETS结构域能特异性识别并结合其靶基因DNA序列中的5′-GGAA-3′[5]。PEA3作为转录调控因子，存在分子内的负调控机制。在静息状态下，N端转录激活域和ETS结构域两侧的氨基酸序列能负向调控或抑制相邻结构域的活性。与其他ETS转录因子类似，PEA3能通过转录后的修饰或结合其他蛋白而改变其分子构象，解除分子内的自抑制作用。研究发现，磷酸化、乙酰化、小泛素相关修饰物化修饰均可以激活PEA3的转录活性，其中以磷酸化修饰最为常见，且磷酸化修饰能促进PEA3的乙酰化和小泛素相关修饰物化修饰，并增强其转录活性[6]。此外，Greenall等[7]利用酵母单杂交系统发现，上游刺激因子1能结合到PEA3蛋白的ETS结构域协同活化上游刺激因子1和增强PEA3转录活性。

2 PEA3的生理功能

PEA3转录因子最重要的生理功能之一为参与组织器官的发育，与其他ETS成员不同，PEA3蛋白的表达具有明显的时空特异性，在胚胎发育早期PEA3基因就开始表达，出生后其表达水平急剧降低，仅在脑、骨骼肌和结肠等少数组织和器官中存在[8]。PEA3参与组织器官发育的其中一个过程为分支形态的发生，这依赖于上皮细胞和相邻间充质之间的相互作用并在原始上皮胚芽分支产生树枝状管或腺泡结构。肾脏、肺、乳腺等器官的发育均需要分支形态发生的参与，而PEA3被认为是调控这一过程的关键基因。原位杂交结果显示，在小鼠胚胎发育的第9.5天，PEA3存在于中肾管的内皮顶端；第12.5天其广泛分布在输尿管芽分支及周围间充质区域；此后随着肾小球的分化，PEA3表达水平逐渐降低[9]。Lu等[10]发现，敲除PEA3基因后，部分小鼠胚胎肾脏发育不全甚至发育完全失败。PEA3基因除影响胚胎的分支形态发育外，还参与神经元树突和突触的生长和分枝发育。Fontanet等[11]发现，PEA3主要在小鼠树突和突触形成期间大量表达，干扰或敲除PEA3基因均会影响树突长度及其复杂性，损害小鼠的认知功能。此外，Laing等[12]发现，敲除PEA3基因将影响雄性小鼠的阴茎勃起和射精功能，故PEA3阴性表达的小鼠表现出雄性不育。

3 PEA3与恶性肿瘤

目前，已发现的PEA3调控靶基因包括MMP、骨桥蛋白、环加氧酶2、Muc4/Sialomucin复合物、血管内皮生长因子等，而这些靶基因的异常表达与肿瘤的发生发展密切相关[13]。PEA3的高表达促进上皮-间充质转化，细胞丧失极性和黏附力，导致上皮细胞获得迁移和侵入性，从而使肿瘤获得侵袭和转移的能力。目前，较为熟知的促分裂原活化的蛋白激酶信号通路被认为参与肿瘤的发展，其受多种受体酪氨酸激酶信号激活调节，PEA3转录因子位于这一信号通路的下游，一方面接受来自上游信号因子的调节，另一方面调控其下游的MMP、环加氧酶2等靶基因。下游相关靶基因的表达与肿瘤的发生进展有密切联系，如MMP通过降解细胞外基质、释放生物活性分子、调节生长因子和细胞因子信号、调控血管生成、调节炎症作用、诱导上皮-间充质转化等复杂过程，从而在肿瘤的发生发展中起重要作用。PEA3在成人正常组织和器官中不表达或表达水平较低，但在乳腺癌[14]、卵巢癌[15]、前列腺癌[16]等多种恶性肿瘤组织中出现异常表达，提示异常表达的PEA3是驱动肿瘤发生发展的重要因素。

3.1乳腺癌 高表达的PEA3转录因子在乳腺癌组织中较为常见，在临床乳腺癌组织标本中，超过50%的乳腺癌组织样本可以检测到PEA3转录因子的存在[17]。Trimble等[18]在研究人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2，HER2/Neu)基因诱导乳腺癌模型时发现，在乳腺癌组织中PEA3的表达量显著提高，提示PEA3可能是HER2/Neu下游的效应蛋白。HER2/Neu属于表皮生长因子受体家族，20%～30%的乳腺癌患者存在HER2/Neu异常表达[19]。临床研究发现，在HER2/Neu过表达的乳腺癌患者肿瘤组织中，PEA3的表达水平也显著提高，且与肿瘤级别和不良预后等密切相关[20-21]。为进一步验证PEA3在HER2/Neu诱导乳腺癌过程中的重要性，Shepherd等[22]构建了一个过表达Neu和抑制PEA3功能的双转基因小鼠(MMTV-neu/ΔNPEA3En)。结果发现，MMTV-neu/ΔNPEA3En小鼠的乳腺癌发生时间显著延迟，且较MMTV-neu小鼠肿瘤数量减少、肿瘤尺寸缩小。这提示，在HER2/Neu介导乳腺癌的发生发展过程中PEA3发挥重要作用。

HER2/Neu作为受体酪氨酸激酶能够活化促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，其可使PEA3被磷酸化，从而激活PEA3的转录活性[23-24]。活化的PEA3能结合到PEA3和Neu基因的启动子，进一步上调两者的表达量。此外，PEA3还能调控多种MMP(MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7和MMP-9)、环加氧酶2等在乳腺细胞中的表达。因此，PEA3表达水平的提高能促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭。

3.2卵巢癌 卵巢癌是女性常见的恶性肿瘤之一，其恶性程度高，容易发生腹腔转移，晚期卵巢癌预后极差，病死率高。PEA3在正常卵巢组织中不表达，而在卵巢癌中表现为高表达[15]。Davidson等[25]发现，在大部分晚期卵巢癌标本的肿瘤细胞和基质细胞中PEA3均有表达，且基质细胞中过表达PEA3的比例更高；生存分析提示，PEA3的表达水平与患者存活期相关，故PEA3可作为预测卵巢癌不良预后的标志物，这对指导临床病情评估及治疗具有重要价值。上皮组织来源的恶性肿瘤常伴随表皮生长因子受体的过表达。Cowden Dahl等[26]发现，表皮生长因子受体活化能促进PEA3在细胞核内的积累和增加MMP的转录表达，从而增强卵巢癌的侵袭转移能力，提示PEA3在表皮生长因子受体介导的卵巢癌发生发展中发挥重要作用。另外，PEA3在激活血管内皮生长因子的过程中也发挥重要作用，血管内皮生长因子作为作用最强的一种促血管生长因子，不仅能调节肿瘤组织新生血管生成，还被报道与卵巢癌的进展及预后有关[27]。

3.3尤文肉瘤(Ewing′s sarcoma，EWS) EWS是一类小圆形细胞的低分化恶性肿瘤，也是儿童和青少年常见的恶性原发性骨肿瘤。EWS没有特定的形态学表型，它的发生与染色体易位密切相关，易位使得第22号染色体长臂的EWS基因连接到不同的ETS基因上，形成EWS-ETS融合基因[28]。目前共发现5种EWS-ETS融合基因，其中EWS-PEA3较为罕见，它涉及t(17;22) (q12;q12)易位。目前EWS-PEA3的转化活性和致瘤机制仍不清楚，其可能通过调节端粒酶活性致使端粒重复序列添加到染色体中。EWS-ETS融合蛋白的N端是EWS的转录激活域，其C端包含ETS的DNA结合域[29]。与ETS相比，EWS-ETS融合蛋白的转录活性更强，故EWS-ETS诱导细胞恶性转化的能力更强[28]。

3.4前列腺癌 研究发现，50%～70%的前列腺癌患者存在染色体易位，易位使得不同ETS基因连接到跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2，TMPRSS2)基因的5′非翻译区末端[30]。TMPRSS2基因启动子存在雄激素响应元件，其在前列腺细胞中表达水平较高，因此易位后ETS基因在前列腺组织中的表达水平显著提高[31]。体内和体外研究表明，融合基因TMPRSS2-ETS过表达能促进肿瘤细胞的增殖和恶性转化[32]。在前列腺癌患者中，TMPRSS2-ETS相关基因融合突变最为常见(55%)，而TMPRSS2-PEA3频率较低，占1.6%[33]。Qi等[34]通过研究148例前列腺癌组织标本发现，2例存在PEA3融合突变，45例存在PEA3过表达。提示，PEA3异常表达在前列腺癌中高频存在，但与ERG不同，染色体易位并非PEA3过表达的主要原因。功能研究表明，沉默PEA3基因能够抑制雄激素非依赖性前列腺癌细胞的增殖，而其他类型ETS与TMPRSS2基因融合后过表达对肿瘤细胞的增殖能力无影响[16]。因此，与其他ETS相比，PEA3对前列腺发生发展的影响更为复杂。

3.5肺癌 在非小细胞肺癌中，肿瘤表达了PEA3转录因子的信使RNA，而正常肺组织和肿瘤中存在的正常细胞中没有PEA3信使RNA的表达。为检验PEA3转录因子在非小细胞肺癌中的生物学重要性，有学者将PEA3转录因子基因导入缺乏PEA3转录因子表达的非小细胞肺癌细胞系中，结果发现PEA3转录因子对非小细胞肺癌的细胞运动和侵袭性有重要作用[35]。另一项研究显示，PEA3转录因子能激活Rho/Rho激酶通路，该通路的激活在PEA3转录因子诱导的细胞运动和侵袭以及非小细胞肺癌的形成和转移中起重要作用[36]。此外，PEA3转录因子和半乳糖基转移酶Ⅰ基因的表达与肺癌细胞高转移表型有关，降低或干扰半乳糖基转移酶Ⅰ的表达可抑制细胞黏附、体外侵袭潜能和黏着斑激酶的酪氨酸磷酸化[37]。虽然在PEA3亚家族中PEA3转录因子与肺癌关系最密切，但其相关报道极少，且在肺癌进展中的机制尚不十分明确。

3.6消化道恶性肿瘤 晚期消化道恶性肿瘤的5年生存率极低，这在很大程度上是由于缺少有效的靶向治疗，而PEA3与消化道恶性肿瘤的发生发展有潜在关联。在正常结直肠和胃组织中，PEA3不表达或表达量极低，而在结直肠癌和胃癌组织中，PEA3的表达水平显著提高，且与肿瘤分期、淋巴结或远端转移、复发及生存期密切相关[38-39]。结直肠癌最重要的一个病因为结直肠腺瘤的癌变，正常结肠组织从腺瘤到恶性肿瘤的转化过程中，PEA3的表达量明显提高[40]。研究表明，PEA3过表达能促进上皮-间充质转化和MMP的表达，从而增强结肠癌细胞的侵袭和转移能力[38,41]。胃肠道间质瘤是一类起源于消化道间叶组织的肿瘤，占消化道肿瘤的0.2%[42]。PEA3在胃肠道间质瘤中的表达水平与有丝分裂越活跃程度、转移和耐药等恶性特征密切相关[43]。敲低胃肠道间质瘤细胞的PEA3能够抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭及小鼠体内肿瘤的生长；过表达PEA3则促进了细胞周期蛋白D1的表达，活化Wnt/β联蛋白信号通路，提示PEA3在胃肠道间质瘤的恶性转化过程中发挥重要作用。

目前，针对PEA3与食管癌的研究极少。研究认为，与正常食道上皮相比，食管鳞状细胞癌组织中PEA3的表达异常增多，且其表达水平越高，TNM分期越高，患者生存期越短[44]。进一步研究发现，敲低PEA3能够下调原癌基因蛋白激酶B的磷酸化和MMP-13的表达，抑制食管鳞状细胞癌的增殖、迁移和侵袭，以及增加对化疗药物阿霉素的敏感性。同样，PEA3转录因子在食管腺癌中也存在过表达。一项研究利用食管癌细胞系OE33展示了PEA3转录因子在促进食管腺癌细胞侵袭和增殖方面发挥的重要作用，而参与这个过程的一个重要下游调控因子为MMP-1，激活其表达可能增加肿瘤细胞的侵袭力，影响患者的预后[45]。

3.7其他 除乳腺癌、卵巢癌等恶性肿瘤外，PEA3在肝癌[46]、胰腺癌[47]、口腔鳞状细胞癌[48]等肿瘤组织中也存在高表达。目前普遍认为，MMP是PEA3参与肿瘤恶性转化和进展的重要成员之一，PEA3能够通过特定的信号通路途径，上调MMP的表达，促进肿瘤细胞的恶性转化[3]。在一项针对PEA3与肝癌的研究中，PEA3-MMP-1轴被证明在肝癌的进展中扮演重要角色[49]。理论上，研发能够抑制MMP表达的药物在一定程度上可以延缓恶性肿瘤疾病的发展，延长患者的生存时间。然而，类似肝癌、胰腺癌这些常见且恶性程度高的肿瘤，相关基因的研究极其缺乏，故PEA3可能成为研究的一个新方向。

4 小 结

PEA3转录因子作为ETS转录因子PEA3亚家族的成员，在正常生理活动及组织器官的形成过程中发挥重要作用；同时，它是异常信号通路的参与者，促进了恶性肿瘤的发生和进展。PEA3与乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌等诸多肿瘤细胞的增殖、浸润转移密切相关，是驱动肿瘤发生发展的重要基因。此外，PEA3的表达水平与肿瘤恶性程度、临床分期、淋巴转移情况等密切相关，其可作为预测恶性肿瘤进展及生存期等指标。目前，PEA3促进肿瘤发生发展的分子机制尚未完全阐明，有待进一步研究。PEA3调控机制的研究将有助于靶向药物的开发，从而阻断PEA3介导的恶性转化，改善肿瘤患者的预后。未来，PEA3转录因子有望作为某些恶性肿瘤的早期诊断及生存和预后的预测指标，并可能成为肿瘤治疗的新靶点。