锌指蛋白家族在肝细胞癌发生发展中的作用

2020-12-21魏俊伟赵彩彦

临床肝胆病杂志 2020年12期

魏俊伟，赵彩彦

1 河北医科大学第三医院感染科, 石家庄 050051； 2 邯郸市第一医院消化内科，河北邯郸 056000

世界卫生组织最新数据显示，每年约有78.1万人死于肝细胞癌(HCC)，占癌症总死亡人数的8.2%；其中有50%的HCC病例和死亡病例发生在中国，是目前我国第四位的常见恶性肿瘤及第三位的肿瘤致死病因[1]。HCC起病隐匿，早期不易诊断，我国60%以上HCC诊断时已为中晚期，是导致预后不良的主要原因。目前研究[2]表明，基因的异常表达参与了HCC的发生发展，且针对这些异常表达基因的靶点治疗是未来HCC精准治疗的方向。锌指蛋白(zinc finger protein, ZNF)家族是人类基因组中最大的转录因子家族，它参与调控细胞分化、胚胎发育，并与许多疾病相关。目前越来越多的证据显示ZNF在HCC发生发展中发挥重要作用，并有望成为HCC新的肿瘤生物标志物和治疗靶点。本文就近年来ZNF家族与HCC相关研究进展作一综述。

1 ZNF家族的结构与生物学功能

ZNF家族是最大的序列特异性DNA结合蛋白家族，由2%的人类基因编码[3]。根据锌指半胱氨酸(Cys)和组氨酸残基围绕Zn2+所构成的空间结构的不同，可将ZNF家族分成8个不同的折叠群[4]：类C2H2型锌指、塞结状锌指、高音谱号锌指、带状锌指、Zn2/Cys6型锌指、类TAZ2型锌指、锌离子结合短环锌指和金属硫蛋白锌指。其中C2H2型锌指为最大的也是目前研究最多的一类锌指。C2H2型ZNF中的锌指模体以线性重复的排列方式存在于蛋白质的C末端，除了串联锌指模体外，C2H2型ZNF还包含其他功能域，如Krüppe相关性保守盒、痘病毒锌指、BTB(取3个典型的含有此功能域的基因的首字母命名)、SCAN(取4个典型的含有此功能域的基因的首字母命名)等。不同类型的ZNF具有丰富的生物多样性功能，参与调控细胞分化、胚胎发育，并与许多疾病相关，是一类重要的功能蛋白质。本文就C2H2型ZNF在基因调控中的一般机制及其在肝癌发生发展中的多种作用进行讨论。

2 ZNF家族在HCC中的作用

2.1 促癌作用

2.1.1 促进增殖 ZNF233由Krüppe相关性保守盒结构和12个锌指结构域组成。Xie等[5]发现肝癌组织中ZNF233表达水平显著升高，并且与肝癌患者的肿瘤分级、分期及预后相关；进一步的体内外实验证实，敲除ZNF233基因可以抑制肝癌细胞的增殖和肿瘤的发生。ZNF281也可称之为ZBP99，近年来已被证实为一种上皮细胞-间充质转化诱导转录因子，参与了多潜能和癌症的调控[6-7]。Chen等[8]发现肝癌患者外周血单个核细胞中ZNF281表达水平明显升高，且其增高水平与肿瘤的大小、分期以及血管侵袭性呈正相关；细胞功能实验证实了ZNF281可以促进肝癌细胞增殖。ZNF384重排在混合型急性白血病中的作用已被多项研究[9-10]证实，最近He等[11]研究证明ZNF384在HCC组织中表达升高，通过直接上调Cyclin D1的表达来促进HCC细胞的增殖，且与肿瘤复发和总体生存率不良明显相关，因此可作为HCC患者的预后预测因子。

2.1.2 逃避凋亡 ZNF32基因定位于10q23-q24染色体区域，多项研究均提示ZNF32基因为肿瘤促进基因；其中Li等[12]报道ZNF32在HCC中显著上调，在中等水平活性氧下，SP1靶向激活ZNF32基因转录，进而激活ZNF32靶基因补体1q结合蛋白(complement 1q-binding protein, C1QBP)转录来逃避氧化应激诱导的凋亡，从而为ZNF32的抑制及促氧化抗癌药物联合应用于HCC的治疗提供了一种有前景的策略。关于ZNF689，在软琼脂集落形成实验的功能评估中显示它有致瘤活性，并与转录辅助阻遏物TIF1β相互作用[13]。Shigematsu等[14]进一步研究发现在体内ZNF689 siRNA降低了HepG2小鼠的肿瘤生存能力，且ZNF689通过抑制Bak/Bax/Bid通路来阻断促凋亡信号，从而导致HCC的进展。

2.1.3 促进复发 ZNF687在肾脏、脾脏等造血器官中高度表达，参与调节造血细胞的增殖和分化[15]。Zhang等[16]报道ZNF687在HCC细胞系和组织中显著上调，且与HCC无复发生存率显著相关，并证实ZNF687是通过靶向上调多能性相关因子BMI1、OCT4和NANOG的表达促进肿瘤复发。

2.1.4 多重作用 ZNF667最初在心肌缺血预适应中被发现显著过表达。Cheng等[17]发现在肝癌组织和细胞中ZNF667表达增多，且与肿瘤大小、临床分期和肿瘤分化有关，并发现ZNF667主要通过调节Bcl-2和Bax的表达来促进细胞的增殖、侵袭和迁移。ZNF267又称HZF2，调控包括发育、增殖和分化在内的多种生物学过程。Schnabl等[18]发现ZNF267表达水平在肝硬化组织及肝癌组织均升高，且细胞实验证实了ZNF267可以促进肝癌细胞的增殖和迁移。由于肝硬化是HCC的主要危险因素，因此ZNF267可以作为慢性肝病患者的HCC预防和治疗潜在靶点。ZNF217在多种肿瘤组织中呈过表达，且与肿瘤的侵袭性行为和临床预后不良有关。Si等[19]最新报道ZNF217在体内外实验中均可以促进肝癌细胞增殖与侵袭，进一步的分子机制研究发现miRNA-101直接结合于ZNF217,而ZNF217与LSD1相互作用形成转录抑制复合物靶向抑制CDH1基因的转录，首次揭示了miRNA-101/ZNF217/CDH1轴的调控机制，为ZNF217可能成为HCC患者的治疗靶点提供了新的证据。

2.2 抑癌作用

2.2.1 诱导凋亡 ZNF307也被称为ZKSCAN4、ZSCAN36和ZNF427，从人类胚胎心脏cDNA克隆而来。Liang等[20]研究发现ZNF307的表达在HCC组织和细胞中显著下调，ZNF307过表达增加了细胞凋亡的发生率，而敲低降低了细胞凋亡的发生率。与此相一致的是，凋亡关键调节因子如caspase-3、BAX和BCL-2也被ZNF307调节。ZBP-89又称为ZNF-148、BFCOL1和BERF-1，To等[21]报道ZBP-89通过与Bak基因启动子靶向结合促进其转录，进而诱导肝癌细胞凋亡。

2.2.2 多重作用 ZNF774是一种新型C2H2型ZNF，Guan等[22]发现ZNF774在HCC中表达明显下调，且以ZNF774/NuRD复合物形式抑制了包括NOTCH2在内的一组基因，从而抑制肝癌细胞的增殖、侵袭、生长和转移。ZNF382基因位于19q13.13号染色体，据报道[23]，它在包括乳腺癌、结肠癌、食管癌、胃癌等在内的多种癌症中经常被甲基化，并可能发挥肿瘤抑制作用。Dang等[24]报道在HBV相关肝癌中ZNF382基因因启动子被甲基化其表达水平下降，体内外实验证实其可以抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭、迁移及诱导凋亡，并阐述了ZNF382通过转录抑制其下游靶基因比如FOS、DVL2、JUN、FZD1进而抑制AP-1和Wnt/β-catenin通路和激活p53信号通路的分子机制。ZNF545基因位于19q13.13号染色体上，在多种人类肿瘤中ZNF545基因亦经常被甲基化[25-26]。Yang等[27]报道ZNF545在HCC中通过抑制NF-κB信号抑制肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭及诱导凋亡。

2.3 其他作用

2.3.1 具有干细胞样特性锌指蛋白X连锁(zinc finger protein X-linked, ZFX)基因位于X染色体上，已有研究[28]证明ZFX是胚胎干细胞和成体干细胞自我更新的共同分子调控因子。Lai等[29]研究发现ZFX表达水平在HCC组织明显升高，且ZFX可通过转录激活Nanog和SOX2的基因表达，使肝癌细胞具有干细胞样特征，如自我更新和耐药特性。

2.3.2 作为癌-睾丸抗原(cancer-testis antigen, CT-Ag)

ZNF165是已知的睾丸组织特异性基因，在正常成人睾丸组织中表达[30]。Dong等[31]发现ZNF165在肝癌、胃癌等癌组织中亦有表达，且在一部分HCC患者血清中检测到针对ZNF165的抗体，因此ZNF165是一种能够引起体液免疫反应的新型CT-Ag，并参与肝癌生物学过程，为肝癌的免疫治疗提供了新的视角。以上ZNFs在HCC中的作用见表1。

3 ZNF家族在HCC中的相关调控机制

ZNF在HCC中通过对下游基因的转录调节参与细胞的增殖、凋亡、侵袭与转移，且不同的调控层次导致ZNF在肿瘤发生中的作用不同。下文就C2H2型ZNF在HCC发生过程中的不同调控层次进行简单总结(图1)。第一，转录水平调控：ZNF基因启动子CpG岛区域被甲基化，从而抑制ZNF基因转录；第二，转录后水平调控：ZNF在肿瘤组织中的表达差异由癌症相关的miRNA调控；第三，翻译后水平调控：不同的环境刺激会激活信号转导级联反应使ZNF蛋白发生翻译后修饰如乙酰化、磷酸化等，翻译后修饰调控影响ZNF与其他蛋白和靶基因DNA结合的能力；第四，与序列特异性DNA结合水平调控：ZNF以其不同的蛋白结构域或与不同的翻译后修饰结合来招募不同的相互作用蛋白，包括转录辅助激活因子/辅助抑制因子、染色质修饰因子和其他转录因子，最终与序列特异性DNA结合激活或抑制下游基因调控细胞的增殖、凋亡、侵袭与转移。

4 小结与展望

ZNF家族作为人类基因组中最大的转录因子家族，广泛参与了人类体内的各种生物学过程。目前越来越多的证据显示了这种潜力，即ZNF在HCC发生发展中发挥重要作用，通过多种调控层次最后对下游靶基因的转录调节调控细胞的增殖、凋亡、侵袭与转移，并有望成为HCC新的肿瘤生物标志物和治疗靶点。但由于ZNF家族种类和结构的复杂性，且在HCC中的作用机制尚未完全阐明，仍有待于进一步的研究与探索。