CBX4与肿瘤的研究进展

苏群英，王 娟，黄小英，吴雪铭，王兴枝子，龙喜带

研究表明多梳抑制复合物1(poly-comb repressive complex 1, PRC1)的重要成员CBX4(Chromobox 4)可通过调控转录和翻译后修饰等多个环节，在肿瘤的发病机制中起重要作用。CBX4是PcG家族中唯一具有酶活性的蛋白，可充当SUMO E3的连接酶，参与SUMO化修饰并与多种底物发生作用。研究发现，CBX4介导与疾病发生、发展的信号通路，参与细胞增殖、分化等生物学过程。本文就CBX4与肿瘤发生的相关机制及潜在的临床应用价值等方面的研究作一综述。

1 CBX蛋白的结构与功能

CBX4全称为E3 SUMO-蛋白连接酶，亦称为Pc2，是PRC1的重要组成部分，定位于17q25.3染色体上，全长6.26 kb，编码蛋白包含560个氨基酸蛋白。CBX4是唯一具有酶活性的CBX家族成员，其不仅具有N端染色质域和C端PcR box，还具有多种独特结构域，并可充当SUMO E3的连接酶[1-2]。Luis等[3]研究发现CBX4可维持人类表皮干细胞缓慢循环和未分化，且CBX4通过其SUMO连接酶活性抑制干细胞活化和分化，同时保护表皮干细胞免受衰老。Mardaryev等[4]研究结果显示CBX4是表皮发育和内稳态的调节因子。Long等[5]研究发现CBX4介导Smad相互作用蛋白1(smad-interacting protein 1, SIP1)的SUMO化，且可能是调节上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)在肿瘤发生中的重要干预靶点。实验结果表明PcG的CBX4同源蛋白也参与肿瘤的发生过程。李庆等[6]发现PcG基因RNF2在乳腺癌组织中呈高表达，与肿瘤大小、淋巴结转移和TNM分期相关。解学娜等[7]研究发现，CBX8对胃腺癌的发生、发展、转移及预后有重要的临床意义。目前，基于CBX4独特的结构域，其与疾病发生的相关机制及潜在的应用价值等逐渐成为医学研究的热点。

2 CBX4蛋白与肿瘤的关系

2.1 CBX4与造血系统疾病Kluanke等[8]研究证明CBX4、CBX2或CBX8的过表达可导致造血干细胞分化和衰竭，而CBX7则能增强自我更新并诱发白血病。熊凯等[9]研究发现在慢性粒细胞白血病(chronic myeloid leukemia, CML)中CBX4与HOX5的表达呈负相关，既CBX4在CML患者的外周血白细胞中表达明显下调，HOXA5在CML患者的外周血白细胞中的表达则为上调。若给予伊马替尼治疗后，CBX4和HOX5均能恢复至正常人的表达水平。研究进一步发现BCR-ABL1融合基因作为CML的分子标志物，与CBX4具有相关性，CBX4可以作为CML潜在的预后标志物。

2.2 CBX4与肝癌Wang等[10]发现CBX4在肝癌细胞系和肝癌组织中表达上调，且CBX4胞质高表达与肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)肿瘤大小、分化程度、TNM分期和AFP水平有关。肿瘤细胞胞质CBX4高表达的HCC患者具有较短的总生存期，进一步研究表明抑制CBX4表达可导致p16上调，PCNA和Cyclin E2表达降低。Li等[11]发现高表达CBX4的肝癌患者生存率明显低于低表达者，提示CBX4有可能是肝癌患者预后不良的独立因素。此外，Li等在低氧诱导的肝癌细胞中发现CBX4通过对HIF-1α进行SUMO化修饰，可导致靶基因缺氧诱导的血管内皮细胞生长因子(hypoxia-induced vascular endothelial growth factor, VEGF)表达上调，从而促进了癌细胞内的血管生成。研究表明CBX4依赖于泛素化作用基序(SUMO-interacting motifs, SIM)，有助于缺氧诱导的VEGF表达增强进一步促进血管生成。他们还通过构效关系进行分析，结果显示CBX4的SIM1主要介导HIF-1α/CBX4的相互作用，而SIM2对CBX4的HIF-1α的酰化反应敏感。Jiao等[12]发现CBX4对肝癌患者行肝动脉化疗栓塞术(transarterial chemoembolization, TACE)预后预测方面有一定的指导作用，即CBX4高表达的TACE患者生存率更高。最近的研究结果提示，CBX家族的2个SNP(CBX4 rs2289728和CBX7 rs139394)能降低HCC的风险，可能的机制是这2个SNP分别下调CBX4和CBX7的表达，导致CDKN2A基因表达增加，为进一步阐明HCC发病的分子机制提供新途径[13]。

2.3 CBX4与骨肉瘤Yang等[14]研究发现CBX4高表达与骨肉瘤的临床分期晚、恶性度高和肿瘤坏死率低密切相关。敲减CBX4可显著抑制骨肉瘤细胞的生长和存活，导致HIF-1α目的基因VEGFA、PDK1、ANGPTL4、HK2的表达下调，这些研究结果表明CBX4在常氧条件下可通过激活HIF-1α信号通路促进骨肉瘤的发生、发展。在骨肉瘤中，GRM4过表达可显著抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭。Zhang等[15]首次揭示GRM4和CBX4在骨肉瘤细胞之间的相互作用可以限制CBX4的核定位并影响HIF-1α的转录活性，且通过GRM4/CBX4/HIF-1α信号通路抑制骨肉瘤细胞的恶性生物学行为。最新一项研究发现CBX4可以通过招募GCN5来维持Runx2启动子上的H3K27Ac促进骨肉瘤中Runx2的转录，从而促进骨肉瘤的转移[16]。进一步分析显示酪蛋白激酶1α(casein kinase 1α, CK1α)能够在T437处磷酸化CBX4，通过相互作用蛋白(CHIP)促进CBX4的泛素化和降解，这与磷酸化影响PRC1复杂亚基(如CBX2/CBX7和Bmi1)的功能的观点相符。从机制上来说，通过转录Runx2、CK1α和HSC70的羧基末端使CBX4表达下调，进而促进骨肉瘤转移。CBX4通过募集GCN5到Runx2启动子和转录上调Runx2来促进骨肉瘤转移。值得注意的是，与骨肉瘤进展有关的细胞因子TNFα可减少T437处CBX4的磷酸化，从而增加细胞中CBX4的表达，提示CK1α促进CBX4的磷酸化与骨肉瘤的发展有关。综上表明，CBX4可作为骨肉瘤的新靶点，为骨肉瘤的治疗提供新的治疗方法。

2.4 CBX4与乳腺癌Zeng等[17]检测179例乳腺癌组织中CBX4的表达，结果发现与非肿瘤组织相比，CBX4在乳腺癌组织中表达上调。该实验结果提示CBX4高表达与肿瘤转移、临床分期晚和总生存率低密切相关。体外实验发现CBX4以PRC1依赖性方式抑制miR-137的启动子活性及其表达，而miR-137通过靶向3’-UTR来降低Notch1、Jag1和Hey2的表达，这些研究表明CBX4可通过miR-137介导的Notch1信号传导促进乳腺癌的发生，靶向CBX4/miR-137轴可为乳腺癌的治疗提供有效的治疗手段。Meng等[18]研究结果亦证实CBX4在人乳腺癌组织和癌细胞系中的表达均上调，CBX4促进乳腺癌细胞增殖，是miR-129-5p的靶点。Oh等[19]发现CBX4也可以通过对锌指蛋白131( zinc finger protein 131, ZNF131)的SUMO化修饰抑制雌激素的信号转导，乳腺癌细胞中雌激素诱导的细胞生长功能被抑制减弱，从而抑制乳腺癌细胞的增殖。以上结论表明CBX4可作为乳腺癌的新靶点，为乳腺癌靶向治疗提供新选择。

2.5 CBX4与结直肠癌Wang等[20]研究发现CBX4与结直肠癌组织中Runx2的表达呈负相关，而CBX4高表达和Runx2低表达的组合与患者总生存率显著相关。进一步分析显示，CBX4具有维持Runx2启动子募集组蛋白脱乙酰基酶3(Histone deacetylase 3, HDAC3)的作用，而HDAC3维持脱乙酰化的组蛋白H3K27状态来抑制Runx2的表达。CBX4的功能取决于其与HDAC3的相互作用，而不取决于其SUMO E3的连接酶。当破坏CBX4-HDAC3相互作用时消除了Runx2抑制细胞迁移和侵袭。该研究表明CBX4可能在结直肠癌中起到抑癌作用，而稳定CBX4与HDAC3相互作用的策略可能会有益于转移性结直肠癌患者。

2.6 CBX4与肺癌Ismail等[21]研究发现CBX4是BMI1重要的上游调节因子，控制BMI1的SUMO化，可调节BMI1对哺乳动物细胞DNA损伤位点的转移。Hu等[22]研究发现CBX4基因敲除通过抑制CDK2和细胞周期蛋白E的表达，有效地在G0/G1期阻滞细胞周期。进一步研究表明CBX4通过调节BMI1的表达，促进肺癌细胞的增殖和转移，参与肿瘤发生和细胞周期调控。

2.7 CBX4与肾癌Jiang等[23]研究发现CBX4在肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma, ccRCC)中发挥致癌作用。CBX4表达增高，与患者不良预后相关。研究发现CBX4通过抑制KLF6启动子的转录活性下调KLF6，CBX4通过物理结合HDAC1来维持其在KLF6启动子上的定位，KLF6异位表达或CBX4-HDAC1相互作用的中断会减弱CBX4介导的细胞生长和迁移，而抑制CBX4可增加HDAC的抑制剂Trichostatin A(TSA)诱导的细胞凋亡，同时也抑制肿瘤的生长。这些研究结果提示CBX4是一种ccRCC潜在预后因子，也是ccRCC的潜在治疗靶点。

3 小结与展望

综上所述，CBX4是近年引发关注的肿瘤基因之一，其表达异常或遗传性改变参与肝癌、骨肉瘤、乳腺癌、白血病、肺癌、肾癌等恶性肿瘤的发生、发展，主要机制为CBX4通过调控VEGF、Smad、CK1α、miR-137、ZNF131、Runx2等信号分子来促进肿瘤血管新生和增加肿瘤恶性生物学行为等。尽管关于CBX4在肿瘤的增殖及转移等方面取得了很大的进展，但有关CBX4上游调控机制以及其遗传性变异是如何调控CBX4或通过何种机制参与肿瘤发生的过程并不清楚，应当是未来有待解决的的重要问题；此外，开展CBX4作为靶点的临床研究也是未来重要的发展方向。