PRDM 与结肠癌关系的研究进展

刘冠，肖珺丹，王长友

(华北理工大学附属医院普外科，河北 唐山 063000)

0 引言

结肠癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一, 其发病率在全世界恶性肿瘤中排第三位，其死亡率在中国排名第五[1,2]。随着我国人民生活习惯和饮食结构的改变,结肠癌在我国的发病率逐年增高，严重影响患者的生活质量。由于结肠癌早期症状不明显,大部分患者在发现患者病时已处于癌症的中晚期,因此治疗效果受到很大的限制。阐明结肠癌的发病机制,寻找特异的诊断标志物和治疗靶点对于结肠癌的精准治疗至关重要。PRDM(PRDI-BF1 and RIZ homology domain containing)家族是一个关于人类肿瘤形成的转录因子家族，目前在人类中发现了19 个家族成员[3-6]，因所有家族成员的N 端都包含一个约130 个氨基酸的典型PR 结构域而得名。研究表明，PRDM 家族成员可以通过其固有的甲基转移酶活性或与其他染色质修饰酶相互作用参与基因的表观遗传调控[3-5]。通过这种方式，它们可以影响生物学过程，包括细胞的增殖和分化。因此，PRDM 基因与癌症的发生、侵袭和转移密切相关，其表达的改变影响着癌症患者的预后。近年来，国内外多项研究探索了PRDM 家族与结肠癌的相关性。本文主要对PRDM 基因在结肠癌中发生发展的作用进行分析和总结，为研究新的结肠癌诊断治疗策略以及评估患者预后关系提供重要理论依据。

1 PRDM 的结构及功能特点

恶性肿瘤的形成、进展和转移与癌基因、抑癌基因不可逆的积累突变和失调有关。PRDM 是Kruppel 样锌指基因产物的亚家族，可编码19 种不同的转录因子[6,7]。其特点是所有成员都包含一个保守的位于N 段的PR (PRDI-BF1 and RIZ1 homology)结构域，该结构域与 SET[Su(var)3-9, enhancer-ofzeste 和trithorax] 结构域高度同源，许多SET 结构域具有组蛋白或非组蛋白底物的甲基转移酶活性[3-4,8-9]。然而，到目前为止，只有少数PRDM 家族成员通过实验证明了其酶活性，其他缺乏内在酶活性的PRDM 蛋白能够直接或间接地与组蛋白修饰酶相互作用，以正向或负向调节染色质结构[1-3]。除了PRDM11 外，PR 结构域通常位于蛋白质的N 端区域，随后是锌指蛋白，由于其特殊的指状结构，它们在识别与结合DNA序列以及蛋白质-蛋白质相互作用中作用显著，从而可干预转录过程中基因的表达水平[3-4,8-9]。

大多数PRDM 家族是通过可变剪切或通过两种不同的启动子编码两种不同的产物，即PR+和PR-，它们表现出相反的作用，特别是在癌症中[3-5]。具体而言，全长型产物（PR+）通常起肿瘤抑制作用，而短型（PR-）起癌基因作用。在许多人类恶性肿瘤中均发现了两种表达产物失衡--PR-亚型表达更高的现象，这可能是由于PR+失活突变或表达降低，以及PR-表达增加导致的[4,5]。

近年来，随着PRDM 的研究不断拓展，人们发现PRDM通过调节表观遗传修饰、基因组重编程、炎症和代谢的稳态等过程参与恶性肿瘤的发生，对于癌症的预防、诊疗及指导患者预后具有重要意义。多种癌症都开展了PRDM 相关的研究，结肠癌也位列其中。

2 PRDM 与结肠癌的研究进展

2.1 PRDM1 通过抑制p53 转录调节细胞生长

PRDM1/BLIMP1 (B lymphocyte-induced maturation protein-1)是人β-干扰素基因表达的阻遏物[10]，同时，它是B淋巴细胞终末分化的多效调节因子[11]。PRDM1/BLIMP1 还在T 细胞和NK 细胞中表达，并调节它们在体内的平衡[12-14]。PRDM1/BLIMP1 并不具备固有的甲基转移酶活性，它是通过与HDACs 和G9a 的相互作用或直接结合并抑制MYC 转录因子来发挥其功能[15,16]。

在结直肠肿瘤细胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 可以导致癌细胞的凋亡和生长停滞，并且敲除PRDM1/BLIMP1 诱导了p53 靶基因的表达，使得p53 mRNA 和蛋白质的表达水平均明显增高，而在敲除p53 基因的细胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 所导致的癌细胞凋亡在很大程度上被抑制。因此，PRDM1/BLIMP1 与p53 启动子结合并抑制其转录，p53 反过来与PRDM1/BLIMP1 结合并正向调节[17]。有研究表明，在骨髓瘤细胞系中存在PRDM1 基因的另一种蛋白质产物，命名为PRDM1β，它是通过内部启动子替代转录起始位点产生的，它的PR 结构域缺少氨基酸末端101aa[18]。最近一项研究表明，PRDM1β 是人结肠器官中的p53 应答基因，PRDM1 的表达降低可能预示着结肠癌患者的预后不良[19]。因此，PRDM1 在结肠癌中可能既有致癌作用又有抑癌作用，仍需要进一步的实验和研究证明PRDM1 与结肠癌的关系。

2.2 PRDM2 启动子甲基化促进结肠癌细胞的增殖

PRDM2 位于染色体1p36 处，具有肿瘤抑制作用，通常受人类多种恶性肿瘤的遗传变异影响。它的内部启动子可产生两种主要的蛋白质产物，分别为RIZ1（PR +）和RIZ2（PR-），即含有和不含有PR 结构域的两种蛋白产物[5]。如前文所述，它们的失衡可能是恶性肿瘤的重要原因。研究表明，RIZ1 和RIZ2 均在正常组织中大量表达，但在许多人类癌症组织和细胞中经常发现RIZ1 基因的失活以及RIZ2 表达水平的增高[20,21]。RIZ1 可能负调控细胞的生长和肿瘤发生，而RIZ2 可能是通过促进细胞有丝分裂的进而促进了癌细胞的发生和增殖[22,23]。研究发现，PRDM2/RIZ1 启动子中的CpG 岛经常在许多类型的癌症中被甲基化，例如乳腺癌、肝癌、结肠癌以及肺癌，DNA 甲基化被认为是PRDM2/RIZ1失活的主要机制[23]。实验证明，RIZ1 启动子异常甲基化是RIZ1 失活的主要原因,对RIZ1 进行去甲基化处理使其重新表达能明显减缓结肠癌细胞的增殖,促使其凋亡。总的来说，一些结果表明RIZ1 具有抑癌活性，而RIZ2 可以作为致癌基因发挥作用[5]。

2.3 PRDM3/MECOM 高表达促进结肠癌细胞的增殖和迁移侵袭能力

PRDM3/MECOM（MDS1 and EVI1 Complex） 基 因座位于染色体3q26.2 处，由两个编码基因融合而成，这两个编码基因具有两个不同的转录起始位点，分别产生MDS1（myelodysplasia syndrome 1） 和EVI1（ecotropic virus integration site 1），它们结合成含有PR-亚型结构域的产物，被称为EVI1 或者sPRDM3（shorter PRDM3）[25]。

有研究报道，EVI1 在结肠癌中呈现高表达，它的存在可能影响着结肠癌的发生发展和患者对化疗的敏感性。TGF-β是重要的肿瘤抑制因子，对于结肠癌的发生、侵袭和转移起着关键的作用，在结肠癌中常会发生TGF-β 反应的丢失。实验表明，EVI1 的高表达抑制了TGF-β 的信号转导，阻断了TGF-β 所诱导的结肠癌细胞的生长抑制。通过该机制，部分结肠癌细胞逃脱了TGF-β 的肿瘤抑制作用，这对于结肠癌的发生发展有着重要的影响[26]。上皮间质转化（Epithelialmesenchymal transition, EMT）在结肠癌的转移中起着重要作用。研究表明，EVI1 与所有已知的EMT 相关转录因子（SNAIL，SLUG，ZEB1,ZEB2，TWIST1 和TWIST2）之间呈负相关。SLUG 是EMT 的主要调控者，可以促进结肠癌细胞的迁移能力和侵袭性。EVI1 通过锌指结构直接与SLUG 启动子结合并下调其表达，从而抑制了EMT。进一步实验发现,沉默EVI1 增强了结肠癌的侵袭性,证明了它在结肠癌转移中的重要作用[27]。所以，EVI1 在结肠癌的增殖、侵袭和转移中发挥重要作用，有持续研究的价值。

2.4 PRDM5 启动子甲基化促进结肠癌的发生发展

PRDM5 被认为是重要的肿瘤抑制基因，在细胞分化和癌细胞恶性转化的过程中起着重要的作用。研究表明，PRDM5在人类正常组织中广泛表达，但由于启动子CpG 岛甲基化而在多种癌症中表达下调或沉默。关于其潜在机制，可能是通过负调控Wnt/β-catenin 信号通路和癌基因表达（例如CDK4、TWIST1、MDM2）来发挥作用[28]。PRDM5 的表观遗传沉默也存在于结肠癌中，其异位表达导致了癌细胞的生长抑制，表明PRDM5 在结肠癌中起着抑癌作用。值得注意的是，在原发性结直肠癌中检测到PRDM5 启动子甲基化，但在与肿瘤相邻的区域收集的非癌组织标本中并未检测到[29]。最近一项研究显示，在锯齿状癌变途径的BRAF 突变型结肠癌中观察到了显着的PRDM5 启动子甲基化，而在传统途径的BRAF野生型癌症中检测到了较低水平的甲基化。此外，PRDM5 甲基化在部分锯齿状息肉中也很明显，表明这可能是肿瘤发生的早期事件[30]。所以，PRDM5 是结肠癌中重要的抑癌基因。

2.5 PRDM10 促进BCL2 表达导致结肠癌细胞的耐药性

目前，有关PRDM10 在结肠癌中的作用的研究不多，利用生物信息学分析发现PRDM10 在许多恶性肿瘤（例如肝细胞癌，前列腺癌和鼻咽癌以及胃癌和结直肠癌）中存在高表达，可能具有致癌的作用。有研究表明，PRDM10 蛋白可以与BCL2 基因的启动子结合以上调其表达，这可能是促进肿瘤发生的潜在机制[31]。BCL2 蛋白决定癌细胞对化疗的反应，因此，BCL2 抑制剂的研究和开发对于发现癌症中新的药理调节剂具有巨大的潜力。目前仍需进一步的研究来确定，是否可以PRDM10 的表达以抑制BCL2，以研发新型的肿瘤抑制剂。

2.6 PRDM14 促进结肠癌细胞的增殖和迁移侵袭能力

越来越多的证据表明，癌干细胞可以产生具有各种表型的癌细胞，是细胞耐药性和癌症转移的重要原因，并且是关键的治疗靶点[32-34]。

PRDM14 是位于染色体8q13.3 上，具有1 个PR 结构域和6 个锌指结构的蛋白，广泛存在于人类的不同组织中。它是胚胎干细胞（ESC）多能性和原始生殖细胞（PGC）形成的特异性转录调节因子，通过多种表观遗传调控机制抑制或激活相关靶基因，在维持细胞多能性上发挥着重要作用[35]。

最近，已经在多种恶性肿瘤中检测出了PRDM14 的异常表达，例如乳腺癌、胰腺癌、非小细胞肺癌等[36-38]。有研究报道了PRDM14 在体内或体外均促进了肿瘤干细胞样表型，并提出PRDM14 有作为新的治疗标靶的潜力[39-42]。日本的一项研究通过免疫组化实验证明了PRDM14 在结肠癌组织中高表达，且高表达PRDM14 的细胞主要是肿瘤浸润前沿细胞。在按癌症分期进行的分析中， PRDM14 的高表达是Ⅲ期结肠癌患者的独立预后因素。此外，实验证明，PRDM14 的高表达增强了体外结肠癌细胞的干性、侵袭性和耐药性，并增强了体内癌细胞的致瘤性[43]。这些结果表明，PRDM14 的表达上调与结肠癌患者的淋巴结转移、疾病分期相关。然而，对于结肠癌患者PRDM14 高表达的机制尚不完全清楚。可能通过 DNA 启动子区和 CpG 岛区域的异常甲基化，导致抑癌基因失活和癌基因激活，从而上调PRDM14 蛋白的表达，使PRDM14成为染色体 8q13 上的基因扩增的靶点[43,44]。总之，PRDM14可以作为结肠癌患者耐药性或预后的潜在生物标志物，特别是对于制订Ⅲ期结肠癌患者的辅助治疗方案具有指导意义。

3 展望

目前，有关PRDM 家族的研究有力的证实了其与结肠癌的发生发展密切相关，它们通过影响肿瘤细胞的增殖、侵袭、迁移、凋亡以及经上皮间质转化过程影响结肠癌的发生发展，对于结肠癌的诊断、治疗及预后具有潜在的研究价值。PRDM有望成为结直肠癌的分子标志物及治疗靶点，为结肠癌的预防、诊断、治疗和指导结肠癌患者的预后开辟出新的途径。