ATF1在肿瘤中的研究进展及临床应用价值

彭述堂，林港鹏，黄丹燕，何志巍

(广东医科大学科研中心中美肿瘤研究所 东莞市表观遗传学重点实验室，广东 东莞523808)

癌症是影响人类健康，导致患者死亡的重要原因，尽管放疗、化疗联合手术治疗等已经改善了癌症患者的预后和生存期，但癌症的难以治愈仍是目前困扰临床医师的主要问题。绝大部分肿瘤是环境因素与遗传因素(基因)相互作用的结果，其中多种基因突变的累积在肿瘤的形成与发展中发挥关键作用。这些基因突变主要发生在具有代表性的几类基因中，如癌基因、抑癌基因以及DNA修复相关基因等。p53基因是目前研究最为广泛和深入的抑癌基因之一，约50%的人类肿瘤与p53基因的突变有关，且p53基因的缺失或突变可能是细胞癌变的原因之一[1]。明确癌基因和抑癌基因与肿瘤发生发展的关系，对于肿瘤的治疗意义重大。目前，市面上已有大量针对肿瘤相关基因、蛋白的药物上市，并取得了良好效果，如世界首个基因治疗药物“重组人p53腺病毒注射液”主要靶向于血管内皮生长因子受体2及其他酪氨酸激酶的小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂舒尼替尼等。

转录激活因子1(activating transcription factor 1，ATF1)属于cAMP应答元件结合蛋白(cyclic AMP response element binding protein,CREB)家族成员。研究发现，ATF1在多种肿瘤中发挥着类似癌基因和抑癌基因的作用，其通过影响肿瘤发生、发展的细胞信号转导通路，参与肿瘤细胞相关的生物学过程，如增殖、凋亡、血管生成、迁移、侵袭、免疫监视等，从而影响肿瘤的发生、发展。当CREB/果蝇zeste基因增强子同源物2轴的激活受到抑制，侵袭性神经内分泌前列腺癌细胞的神经内分泌分化及血管生成减少[2]。烟草亚硝胺通过调节CREB/ATF1的磷酸化表达，促进具有细支气管Clara细胞特征的人肺腺癌细胞增殖[3]。有学者依据ATF1在各类肿瘤细胞的高表达及差异性表达，提出将其作为宫颈癌早期诊断及乳腺癌发生、发展的生物学标志物[4]。ATF1对肿瘤发生、发展的影响使其有望成为未来癌症治疗的强有力的作用靶点。现就ATF1在肿瘤中的增殖、凋亡、血管生成、迁移、侵袭、免疫等多种生物学过程及其临床应用价值进行综述。

1 ATF1的结构与功能

ATF1位于12q13.12，其结构和功能与肿瘤的触发及进展密切相关。在多种肿瘤中，染色体12q13上存在高频扩增与缺失现象，提示12q13上可能有癌基因与抑癌基因的存在[5]。12q上存在导致肿瘤细胞增殖和侵袭增强的信号转导通路中上游或下游的成员[6]。在鼻咽癌中，12q13扩增子中潜在的鼻咽癌相关致癌基因的改变在肿瘤的发生中至关重要[7]。此外，人鼻咽癌12q13扩增子的相关基因在鼻咽上皮细胞中的过表达也可促进肿瘤细胞增殖[8]。另外，12q基因组扩增是多形性腺瘤恶性转化的重要促进因素[9]。位于人染色体12q上的结肠癌过度表达蛋白-1(overexpressed in colon carcinoma-1，OCC-1)基因和衔接因子蛋白含pH域蛋白2基因邻近基因与结直肠癌的发生、发展相关[10]。在乳腺癌中，12q上OCC-1D的过表达也可导致MCF7细胞中亚G1细胞群的增加[11]。OCC-1D突变体对衔接因子蛋白含pH域蛋白2的表达有抑制作用，且可以调节细胞周期[12]。鼠类双微体2癌基因作为目前已知的调控p53基因的重要成员，也定位于人染色体12q13。

转录因子的过度表达或过度激活对于肿瘤的生存、无限生长以及转移是必需的[13]。ATF1是CREB家族的重要成员之一。一方面，CREB家族自身所含有的亮氨酸拉链与其DNA结合区域特异性结合，从而影响相关靶基因的表达[14]。另一方面，ATF1与c-Fos、c-Jun等形成的二聚体激活蛋白(activator protein，AP)-1能够靶向调控肿瘤相关基因，促进或抑制肿瘤的发生[15]。

ATF1作为尤文肉瘤(Ewing′s sarcoma，EWS)/ATF1融合基因首先是在软组织恶性黑色素瘤(透明细胞肉瘤)中被发现的。软组织恶性黑色素瘤(透明细胞肉瘤)的标志性易位染色体t(12;22)(q13;q12)能编码EWS/ATF1融合蛋白[16]。EWS/ATF1融合蛋白无需其他ATF家族成员形成二聚体即可起反式激活作用，与靶蛋白的结合依靠ATF1的碱性亮氨酸拉链结构域，转录激活作用则有赖于EWS的活化结构[17]。另外，EWS/ATF1融合蛋白能够靶向小眼畸形相关转录因子，促进透明细胞肉瘤的黑色素细胞增殖，EWS/ATF1融合蛋白是透明细胞肉瘤细胞生长所必需的[18]。

ATF1也可作为非融合蛋白在肿瘤中发挥作用。在多种肿瘤中，高表达的AP-1转录因子亚基可促进肿瘤的发生，而ATF1能与FRA-1(Fos-related anti-gen 1)的启动子结合，调控FRA-1转录[19]。葡萄糖代谢率升高是肿瘤细胞生长所必需的，ATF1能增强己糖激酶Ⅱ的表达，提高葡萄糖代谢率[20]。ATF1在淋巴瘤细胞及激活的淋巴细胞中表达升高，提示其可能在细胞的生长及分化中起重要作用[21]。

2 ATF1对肿瘤的作用机制

2.1ATF1与肿瘤细胞增殖 近年来，ATF1与肿瘤细胞增殖的关系越来越明确。鼻咽癌的发生与ATF1的过度磷酸化有关，而ATF1的磷酸化与Pin1有关。Pin1具有结合和催化特定脯氨酸前Ser/Thr磷酸化基序的作用[22]，多种癌蛋白的表达和肿瘤抑制因子的作用受特定脯氨酸前Ser/Thr磷酸化(pSer/Thr-Pro)调节[23]。研究表明，Pin1能与Thr 184和Ser 198在ATF1处的磷酸化位点特异性结合，稳定ATF1高表达水平，上调Bcl-2蛋白的表达水平[24]。细胞周期蛋白D1是一种转录水平和蛋白质水平均受Pin1调控的基因。Pin1能增强c-Jun/c-Fos的激活以及β联蛋白向细胞核的转运，从而增加细胞周期蛋白D1转录的能力[25]。细胞周期素依赖性激酶3在丝氨酸63处磷酸化时，ATF1的转录活性增强。因此，ATF1能促进鼻咽癌细胞增殖。在小鼠结直肠癌细胞中，有活性的磷酸化的CREB升高[26]，p300能辅助CREB磷酸化，激活调控肠上皮细胞增殖的肠干细胞转录因子，包括Myb[27]。推测ATF1通过p300-Myb-CREB轴参与人结直肠癌细胞增殖。此外，ATF1基因缺失能将食管鳞状细胞癌EC1和Kyse 450细胞株的细胞增殖周期阻滞于S期[28]。

2.2ATF1与肿瘤细胞凋亡 目前，临床抗癌药物药效的发挥与诱导肿瘤细胞凋亡有关，如奥沙利铂通过增强肿瘤细胞的凋亡敏感性达到治疗结直肠癌的目的。ATF1也可作用于肿瘤细胞凋亡信号转导通路。Liang等[29]发现，ATF1能升高Bcl-2/Bax的比值，抑制胃黏膜上皮细胞凋亡信号转导通路，促进胃癌的发生。近年来有研究直接将EWS断点区域1的功能与癌细胞中的特定基因联系起来[30]。EWS断点区域1的表达可减弱野生型p53下游p21报告基因启动子的活性。p53可通过上调Bax蛋白、调节凋亡诱导蛋白1[31]或下调Bcl-2蛋白，促进细胞凋亡的发生[32]。在染色体22q12上发现，EWS断点区域1具有与cAMP反应元件ATF1融合的倾向[33]。推断ATF1在细胞凋亡中发挥作用。

2.3ATF1与肿瘤血管生成 ATF1为内皮富集基因，在内皮细胞中丰富表达。Jones等[34]通过互补DNA文库分析和基因表达系列分析发现，ATF1基因在内皮细胞中高表达，在小鼠主动脉环实验中出现的抗血管生成现象与ATF1的缺失有关。ATF1的磷酸化可使癌性血管生成。ATF1的磷酸化可由血管内皮生长因子诱导，Keravis等[35]研究发现，在离体血管生成模型中，飞燕草素能特异性抑制内皮细胞血管内皮生长因子受体2信号通路介导的内皮细胞增殖，从而抑制黑色素瘤细胞肿瘤血管生成，这与飞燕草素能阻断血管内皮生长因子诱导的ATF1的磷酸化有关。Melnikova等[36]也证实，血小板活化因子可刺激转移性黑色素瘤细胞中ATF1的磷酸化，而血小板活化因子能通过与G蛋白偶联受体结合引发肿瘤血管生成[37]。综上，ATF1参与肿瘤细胞的血管生成。

2.4ATF1与肿瘤细胞转移 ATF1与肿瘤细胞转移密切相关。黑色素瘤细胞的转移表型与CREB/ATF1的过表达和功能有关[38]。黑色素瘤黏附分子本身可通过调节DNA结合抑制因子1参与黑色素瘤的转移。Braeuer等[39]研究表明，CREB/ATF1调节AP-2α的表达，AP-2α缺失和CREB/ATF1的过表达导致黑色素瘤细胞黏附分子的过表达，转录因子AP-2α在高转移黑色素瘤细胞(AP-2α阴性)中的重新表达导致肿瘤生长和转移潜能受到抑制。Melnikova等[40]在人转移性黑色素瘤细胞中也发现ATF1的表达明显增高。但ATF1并不是在所有肿瘤中都参与肿瘤细胞的转移。Huang等[41]研究发现，ATF1的表达与肿瘤细胞转移无相关性。

2.5ATF1与肿瘤细胞侵袭 抑制凝血栓蛋白-1(thrombospondin-1，TSP-1)能够抑制与血管生成相关的蛋白质，TSP-1通过调节血管生成等影响肿瘤侵袭[42]。ATF1与TSP-1启动子中cAMP反应元件结合位点相作用，可使肝细胞生长因子诱导的TSP-1的表达下调，进而导致甲状腺癌细胞侵袭性增强。胃癌高表达转录本1 (gastric carcinoma high expressed transcript 1，GHET1)是与肿瘤相关的长链非编码RNA之一，GHET1沉默可抑制体外肝癌细胞的侵袭，而ATF1蛋白可与GHET1结合，且ATF1的过表达可使GHET1下调介导的肝癌细胞侵袭的抑制作用失效[43]。CXC家族趋化因子受体4可能在乳腺癌细胞的侵袭中起作用。Mehta等[44]首先在CXC家族趋化因子受体4启动子缺失的分析中鉴定出一个由7个碱基对组成的p53抑制元件，其与cAMP反应元件/AP-1同源，电泳迁移率和染色质免疫共沉淀实验显示，ATF1和c-Jun与cAMP反应元件/AP-1结合。因此认为，p53抑制CXC家族趋化因子受体4参与的肿瘤侵袭需要ATF1的协助。

2.6ATF1与肿瘤免疫 肿瘤是癌细胞与免疫系统长期“共进化”的结果，肿瘤主动“利用/编辑”免疫系统来诱导免疫逃逸。机体免疫系统能识别并清除恶性肿瘤细胞，从而抑制肿瘤的发生、发展[45]。目前，逃逸免疫监视被认为是肿瘤的标志之一[46]。转化生长因子-β能抑制细胞毒T淋巴细胞多个细胞毒基因的表达，使肿瘤细胞逃脱免疫监控，ATF1对颗粒酶B和γ干扰素起重要的转录抑制作用[47]。由免疫细胞和某些非免疫细胞经刺激分泌的细胞因子与机体抗肿瘤免疫应答密切相关，其中CREB /ATF1与白细胞介素-6启动子的结合可调控巨噬细胞中白细胞介素-6的转录[48]。

肝细胞生长因子作为一类促肿瘤转移生长因子，可在ATF1的介导下引起TSP-1的转录下调，导致甲状腺肿瘤细胞浸润[49]。氧化还原反应性转录因子核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)参与免疫调节，其通过调节p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)-cAMP-CREB/ATF1信号通路调节树突状细胞的免疫功能。在Nrf2缺陷的未成熟小鼠中，CREB/ATF1的磷酸化可增加对p38MAPK抑制的敏感性，p38-MAPK-CREB/ATF1信号轴的失调是未成熟小鼠中Nrf2缺陷的树突状细胞免疫功能改变的基础[50]。另外，ATF1可与主要组织相容性复合物 Ⅰ 类基因相互作用，ATF1在辐射白血病病毒感染胸腺细胞后上调H-2Dd基因的转录[51]。在人表皮样肿瘤细胞中，显性负性突变的ATF1降低了H-2Dd基因的转录[52]。总之，ATF1可能参与肿瘤的免疫过程，并在其中发挥重要作用。

3 ATF1的相关临床应用价值

3.1ATF1作为肿瘤诊断标志物 早期诊断对于肿瘤的治疗具有重要意义，而ATF1可作为肿瘤早期诊断的生物标志物。在原发性和复发性宫颈癌小鼠模型中发现，ATF1基因表达显著提高，并且在血液外泌体中也检测到ATF1基因，这表明ATF1可作为宫颈癌早期诊断的标志物[53]。研究发现，早产妇女乳腺癌患病风险较晚产妇女和零产妇女低：早期妊娠可通过下调ATF1等降低乳腺组织中参与有丝分裂信号通路的关键蛋白的表达；与晚期妊娠和从未妊娠相比，早期妊娠还具有更高的基因组稳定性和组织炎症少的特点，其基础是ATF1等的差异表达[54]。以上研究表明ATF1可用作预测乳腺癌进展风险的生物标志物。

3.2ATF1与靶向治疗 近年来，靶向治疗药物可显著改善肿瘤患者的生存率。如血管内皮生长因子受体抗体(贝伐单抗)和酪氨酸激酶抑制剂等靶向治疗转移性肾细胞癌[55-56]以及吉非替尼、埃洛替尼等靶向治疗非小细胞肺癌[57]。miR-30a可直接靶向ATF1，下调ATF1能降低共济失调-毛细血管扩张症相关蛋白的磷酸化，从而增加非小细胞肺癌细胞对辐射的敏感性，加强放射治疗的效果[58]。以上研究提示，靶向ATF1的药物具有辅助治疗肿瘤的价值。木兰素是一种能靶向ATF1的抗癌化合物，其能以浓度依赖性方式靶向抑制ser63区ATF1的磷酸化，从而抑制细胞增殖，抑制表皮生长因子等肿瘤促进剂诱导的细胞增殖和转化[59]。

4 结 语

ATF1通过参与肿瘤细胞的增殖、凋亡、血管生成、迁移、侵袭、免疫监视等生物学过程，影响肿瘤的发生、发展。在肿瘤的治疗方面，ATF1有望成为肿瘤诊断的早期标志物及肿瘤发生、发展的生物标志物。虽然对于ATF1的作用机制尚未了解完全，但其在肿瘤发生、发展中的作用非常重要，需要进一步地深入研究。ATF1在各类肿瘤发生、发展过程中的作用提示其有可能成为治疗癌症的一个有效靶点。因此深入研究ATF1在肿瘤中发生、发展的作用机制，有望为肿瘤的治疗提供新途径。