CUG2的研究进展

庄丽雯,安锦丹,王 莹

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院形态学实验室；3.牡丹江医学院解剖教研室,黑龙江 牡丹江 157011)

肿瘤是机体细胞异常增殖所形成的新生物，其发生发展与转移受诸多因素的影响。近年来，越来越多的致癌因子被发现，这些致癌基因虽然对细胞的功能具不同的影响，但是都参与了肿瘤的发生和发展[1]。主要由于多种癌基因和肿瘤抑制基因的非遗传性遗传改变，和/或其细胞活性的失调。这些肿瘤相关基因的转录失调是细胞转化过程中最常见的细胞现象之一[2]。它们在癌症中的转录异常，为癌症治疗提供了重要的思路。2007年，韩国学者Lee等研究发现[3]一种致癌因子，在多种癌性组织及小鼠成纤维细胞具有高致瘤性故以一个假定的致癌基因并命名为CUG2(Cancer upregulated gene 2)。它在人体的多种肿瘤中具有高表达[3]。目前多项研究表明，CUG2能够促进细胞的凋亡，以及侵袭和转移。本文将围绕近年来CUG2的分子结构和功能、以及与肿瘤发生发展关系的最新研究进展予以综述。

1 CUG2的分子结构及功能

1.1 CUG2的分子结构Lee等[3]通过使用Affymetrix基因芯片系统，对来自11个不同组织(242个正常组织和300个肿瘤组织)进行常见的上调未知基因的分析。发现了一种未被鉴定的基因，普遍在恶性肿瘤组织中呈高表达，后命名为癌症上调基因2(CUG2，cancer upregulated 2)。基因筛查结果显示，CUG2在11种恶性肿瘤组织中至少有五种表达超过2倍增加，其中高度上调的有卵巢癌(6.3)、肝癌(6.0)、肺癌(4.9)、胰腺癌(3.8)。后来Hori等进一步研究发现[4]，CUG2为CCAN(Constitutive Centromere Associated Network)的组成部分，可以与CENP-T形成复合物，故又将其称为CENP-W。CUG2蛋白定位于细胞核内，人CUG2分子量约10kDa，其mRNA全长约600bp，cDNA大小约531bp。CUG2有可以编码88个氨基酸多肽的ORF，ORF的上游存在一个终止密码子和一个多聚腺苷酸的尾端。CUG2定位于染色体6q22.32，延伸长度约为8.5kb，具有3个外显子结构。从肽序列中未发现CUG2与已知蛋白质具有显著的同源性，但是DR1与CUG2具有微弱的同源性，DR1是一个转录调节因子，被称为基因转录抑制剂。从而推测CUG2可能与细胞转录调节有关。

1.2 CUG2与有丝分裂CUG2是CCAN的组成部分[4]，可以与CENP-T一起形成复合物。该复合物与核小体DNA和经典组蛋白H3直接相关。除CENP-C外，CENP-T/CENP-W在其他CCAN组分的上游起作用，CENP-T/CENP-W复合物直接与CENP-A协同建立着丝粒染色质结构。并且CENP-T/CENP-W和CENP-C提供了不同的途径来连接着丝粒与外部动粒组件。在有丝分裂细胞中，建立双极纺锤体是维持基因组完整性的关键。两个关键结构，即纺锤体极和染色体的动粒，通过对微管稳定性和组织的显著影响来调节纺锤体的结构和功能[5]。KIM[6]等通过CENP-W在着丝粒中的定位，发现CENP-W可以和CENP-T和CENP-A相互作用，导致心轴装置的异常定位。CENP-W蛋白的消耗可以诱导人类细胞异常的有丝分裂，即有缺陷的染色体聚集从而导致有丝分裂的延长，紊乱的前中期样染色体散布在纺锤体极点附近并形成多中心纺锤体，与中心粒分裂相关[7]。

2 CUG2与肿瘤

2.1 CUG2促进肿瘤细胞的侵袭和转移肿瘤的侵袭、转移对于临床患者的预后与生存非常重要。因此，对CUG2与肿瘤侵袭、转移的机制进行详细的了解非常必要。在胶质瘤中CUG2是表达上调的致癌基因，CUG2对于提高脑胶质瘤的恶性肿瘤程度有重要的作用。CUG2与病理级别呈正相关[8]。并且RAS的表达水平也明显高于正常脑组织，且与胶质瘤的病理级别也呈正相关性，CUG2可以调节RAS的表达,从而提高胶质瘤的侵袭性[9]。汲乾坤发现[10]下调CUG2表达可以明显抑制脑胶质瘤U87T细胞的增殖、迁移、侵袭以及凋亡。此外，STAT1是过表达CUG2的结肠癌细胞的细胞迁移和伤口愈合所必需的[11]。EMT是当前肿瘤细胞侵袭、转移的研究热点，对于肿瘤的侵袭和转移具有重要的作用。KAOWINN等研究发现[12]，CUG2与NPM1的过表达激活Sp1和Smad2/3转录因子，其与TGF-β启动子结合，增强了TGF-β蛋白的产生。产生的TGF-β以自分泌或旁分泌方式与TGF-β受体结合。TGF-β信号传导以非规范方式激活Akt和MAPK。P38 MAPK也被CUG2直接激活，尽管信号传导途径未知。随后，Akt和MAPK通过激活Smad2/3，Snail，Twist转录因子，降低了上皮标志物E-cadherin的表达并增加了间质标记物N-cadherin和vimentin的表达，从而促进EMT。另外，MALILAS等[13]发现EGFR和TGF-β信号传导之间具有相互作用，但是具体机制还不清楚。随后作者实验[14]发现，CUG2通过NEK2上调YAP1表达，并且YAP1通过激活TGF-β信号传导在CUG2诱导的EMT中起作用。

2.2 CUG2促进肿瘤细胞的凋亡已有许多的研究表明，异常激活ras和myc等癌基因都可能引发细胞安全机制的失效，最终致使细胞凋亡。范阳华等[9]研究发现，Ras在胶质瘤中表达上调,与胶质瘤的发生关系密切。对于Ras是否与CUG2诱导细胞凋亡相关，还需要进一步研究。Lee等[15]研究发现，CUG2的过表达可能诱导细胞过早进入后期，导致细胞分裂不当或染色体分离不当。总的来说，通过这些高度有丝分裂事件的细胞稳态失衡可能引发不可逆转的凋亡信号。CUG2过表达的SKOV-3细胞中，caspase-3、caspase-8、PARK-1等的水平明显升高，并且CUG2的过表达介导caspase-3和caspase-8的激活，进而诱导细胞凋亡。通过以上多项研究可以得出结论，CUG2与肿瘤的发生发展以及恶性程度密切相关。CUG2不仅可以促进肿瘤细胞的侵袭、迁移和增殖还可以促进凋亡，但是具体机制尚不清楚，需要进行进一步的深入研究。

3 CUG2与肿瘤发生发展相关的因子

肿瘤的形成是一个复杂的过程，是细胞生长与增殖的调控发生严重紊乱的结果。受到许多调节因子的调控，如是生长因子、生长因子受体、信号转导蛋白和转录因子等。肿瘤的形成与这些调节因子发生异常有关。了解CUG2促进肿瘤发生发展的过程，对于肿瘤的治疗具有重要作用。

3.1 CUG2与B23B23蛋白对于核仁结构和功能的维持具有重要作用。有研究发现[16]，CUG2蛋白质的N-末端三分之二可能参与了和B23的相互作用，或者非常需要由该N末端结构域维持的三维结构，维持整个蛋白质和B23结合的稳定性。B23在前期动粒组装阶段，通过募集CUG2到着丝粒复合体中发挥作用。范阳华等[11]通过与正常脑组织相比，发现胶质瘤组织中CUG2、B23的表达水平高，且与胶质瘤的病理级别具有正相关性，以及与CUG2、B23的mRNA表达水平之间成正相关性。因此，我们可以推测B23是治疗CUG2在癌组织中高表达的靶点。

3.2 CUG2与(hnRNP)U(hnRNP)U是hnRNP复合物的一个组成部分，有助于稳定有丝分裂期间的动粒-微管相互作用。(hnRNP)U和CUG2的细胞分布相似[17]，两者均可以在核基质以及染色质相关组分中检测到。(hnRNP)U与CUG2的相互作用，在稳定的动粒-微管附着(包括染色体衍生的微管成核)中起作用。并且(hnRNP)U和CUG2之间的相互作用通过抑制蛋白酶体介导的降解相互增加彼此的蛋白质稳定性。

3.3 CUG2与CSN5CSN5是CSN复合物的第五个成分，最初发现它作为c-Jun、Jab1(Jun activation domain-binding protein 1)的转录辅激活因子[18]。CSN5现在不仅作为Cullin-ring泛素连接酶去甲基化的重要催化亚基，而且作为多功能细胞周期调节剂具有重要意义[19]。目前，越来越多的证据表明CSN5是一种癌蛋白，在不同来源的肿瘤中过表达，敲低CSN5可以抑制癌细胞的增殖[20]。此外，CSN5作为CSN全酶的一部分，独立地积极的参与细胞增殖、细胞周期进程、细胞凋亡和基因组稳定性维持等基本细胞功能。CHUN等研究发现[21]，CSN5可以与CUG2相互作用，并且CSN5可以控制CUG2蛋白水平，调控CUG2的蛋白酶体降解。因此，CSN5对治疗肿瘤组织中CUG2的高表达具有重要作用。

3.4 CUG2与EZH2EZH2是PRC2的催化亚基，在各种癌症中异常表达，例如乳腺癌，膀胱癌和前列腺癌，有研究显示[22]，EZH2靶基因具有生长抑制和凋亡的作用。有助于选择性地灭活癌症中的肿瘤抑制基因。KOH等研究发现[23]，CUG2与EZH2结合后增强EZH2的蛋白质稳定性。CHIP结果显示，异位表达的CUG2结合EZH2靶基因的启动子后可以增强EZH2介导的转录抑制，从而促进EZH2向其靶基因的募集。总得来说，在肿瘤发展过程中，CENP-W和EZH2协作沉默肿瘤抑制基因。

3.5 CUG2与SP1、SP3Sp蛋白在诱导型基因表达的调控中起着关键作用[24]。Sp1现已明确被认为是人类癌症的1个重要因素，因为其靶基因含有调控细胞周期，肿瘤生长和转移的关键因素[25]，如细胞周期蛋白，细胞周期抑制因子，c-myc等。Sp1可以通过与其他癌基因或肿瘤抑制因子协同调节这些靶基因，并且它还可以直接作为致癌基因[26]。虽然转录因子Sp1和Sp3普遍表达，并且具有相似的DNA结合特异性，但是Sp1主要作为转录激活因子，Sp3作为激活因子或抑制因子起作用，这些都取决于启动子结构和细胞环境[27]。KIM等研究发现[28]，位于-74至-31的启动子区域是CUG2近端启动子的主要决定因子，Sp1可以作为CUG2的基础表达中的主要元件。并且Sp1与Sp3可一起作为基础和血清诱导的CUG2转录的主要调节剂。但其中Sp1在CUG2基础转录中起主要作用，而Sp3可能在该启动子环境中起辅助作用。

3.6 CUG2与START1CUG2可以激活START1，导致抗病毒基因OASL2的上调，从而激活结肠癌细胞对VSV的抗性[29]。KAOWINN等研究发现[30]，CUG2通过START1-HDAC4信号传导诱导EGFR上调以赋予肺癌(癌)细胞多柔比星抗性。由于乙酰化可通过磷酸乙酰基转换影响START1激活，因此,抑制HDAC可使细胞对多柔比星诱导的细胞凋亡敏感。有趣的是，外源性CUG2过表达上调HDAC4，但不上调HDAC2或HDAC3。沉默HDAC4通过降低START1磷酸化和EGFR表达使细胞对阿霉素的耐药性敏感，结果表明，HDAC4，START1和EGFR之间存在相互作用。

3.7 CUG2与EGFR表皮生长因子受体(EGFR)是ErbB蛋白家族成员，由细胞外配体结合域，跨膜结构域和细胞内酪氨酸激酶结构域组成，负责其信号转导能力。EGFR介导的信号转导涉及Ras/MAPK和Src-Stat3级联以及蛋白激酶C激活，所有这些都导致促进细胞增殖，细胞凋亡抑制和诱导转移[31-32]。EGFR过表达常见于各种癌症，包括肺癌、胃癌和结直肠癌[33-35]。MALILAS等研究发现[13]，TGF-β信号传导的抑制降低了EGFR及Akt，ERK，JNK和p38 MAPK的表达，导致START1磷酸化和HDAC4表达的下调。EGFR和TGF-β信号传导之间的相互作用，但是具体机制还不清楚。

3.8 CUG2与HIF-α、Ras缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)对于肿瘤细胞的增殖、EMT、血管生成、侵袭转移等具有重要作用，经廖长春等研究发现[36],HIF-α和CUG2在胶质瘤组织中表达水平明显高于癌旁正常组织,并与胶质瘤病理级别具有相关性,且两蛋白表达水平之间也呈正相关。HIF-α可调节CUG2表达，未来HIF可能是治疗CUG2高表达肿瘤的重要靶点。

3.9 CUG2与SCFβ-TrCP-1最新研究发现[37]，通过促进复杂的反汇编，CUG2可以作为SCFβ-TrCP-1活性的新的负调节剂，对于SCFβ-TrCP-1泛素连接酶活性的细胞周期特异性核控制是重要的。与复杂拆卸中涉及的已知分子相比，CUG2具有独特的特征。首先，它可以作为核心成分之一SKP-1的完美替代物并入复合物中，作为CUL-1和β-TrCP-1之间的连接体。其次，CUG2通过促进β-TrCP-1的降解来降低SCFβ-TrCP-1活性。数据显示CUG2的过表达或敲低对β-TrCP-1及其靶标的蛋白质表达水平有直接影响。在CUG2敲低后CDC25A显著降低，并且这些细胞中的有丝分裂进展受到严重损害，结果表明，CUG2有效调节β-TrCP-1活性及其在有丝分裂控制中的作用。CUG2促进β-TrCP-1的核穿梭以增加其致癌性。值得注意的是，CUG2可以通过阻止SCFβ-TrCP-1泛素连接酶在晚期G2过早降解CDC25A，及时激活CDK1和有丝分裂进入中发挥特殊作用。

4 CUG2参与肿瘤发生发展的信号通路

了解CUG2在肿瘤发生发展相关通路中的作用，对于日后阻断CUG2致癌作用非常重要。当前研究发现CUG2参与了以下几条信号通路。

4.1 MAPK信号通路有研究发现[12]，Akt和MAPKs的激活在CUG2介导的EMT中起重要作用，其中Akt，ERK和JNK的激活依赖于TGF-β信号传导，但p38 MAPK的激活不依赖于TGF-β。p38 MAPK或Ras的抑制即使在CUG2存在下也可以阻止病毒的增殖，但ERK，JNK和Src激酶的抑制不能[11]。从而得出结论，结果表明p38 MAPK和Ras的激活在CUG2中的逆转录病毒复制中起关键作用，激活ras信号途径、MAPKs，引起肿瘤的发生。

4.2 自噬ROS与细胞凋亡和自噬相关，可以调节细胞的生长和存活[38]，过度产生ROS可造成不可逆的细胞损伤,诱导细胞凋亡和自噬。外源性CUG2过表达通过增强抗氧化剂和多药耐药蛋白如MnSOD，Foxo1，Foxo4，MRP2和BCRP的表达来减少多柔比星治疗期间ROS的形成，而EGFR沉默通过降低这些蛋白质的表达增加ROS水平[13]。有研究发现[39]，A549-CUG2细胞内抑制Atg5或Beclin1的表达，导致自噬损伤诱导过量的ROS形成，降低S6激酶的活性和ISG15的表达，从而导致A549-CUG2细胞易受VSV感染。

4.3 Wnt/β-catenin信号通路Wnt/β-catenin信号通路在细胞增殖，分化和肿瘤发生中起重要作用。CUG2过表达通过提高的NEK2表达来增加Ser33/Ser37处β-catenin的磷酸化。该事件提供了β-catenin对E3连接酶的抗性以降解。上调的β-catenin参与CUG2诱导的CSC表型。CGK062是一种小化学分子，可以通过NEK2降低了β-catenin的蛋白质水平，抑制CUG2诱导的恶性肿瘤特征，包括增加的细胞迁移，侵袭和球形成[40]。目前，对于CUG2虽然已有大量的研究，但是对于CUG2的致癌机制还是不太清楚。仍需要进行详细的研究。

4.4 Ras信号通路在胶质瘤中，Ras信号通路普遍失调,并且与胶质瘤的发生密切相关。胶质瘤组织[9]中CENPW，RAS的表达水平明显高于正常脑组织，且与胶质瘤的病理级别呈正相关性，以及与CUG2、RAS的mRNA表达水平之间成正相关性。CUG2可以调节RAS的表达,作为胶质瘤治疗新靶点。同时，作者推测CENP-W可以与B23协作调控RAS信号通路，但其具体机制尚不明确。

5 展望

CUG2具有双重特性(致癌和抗肿瘤发生)，对细胞的信号转导及其他一些生物过程都有重要作用。过表达CUG2可以促进肿瘤的生长，也可以促进细胞的凋亡，关于CUG2如何命令两种相反作用以及如何平衡这些极其不同的功能的神秘问题还未得到解决。人体各种恶性肿瘤中CUG2普遍高表达，未来CUG2可能会成为某些肿瘤的诊断指标，但是目前对CUG2的研究还处在起步阶段。进一步研究CUG2的分子机制及其在致癌过程中的作用、以及它与其他基因或者蛋白的相互作用，对于在基因水平对肿瘤的诊断、治疗和预后判断有重要的临床意义。