GRHL3在肿瘤中作用的研究进展

谭林，王骞，陈维顺

(中南大学湘雅医学院附属株洲医院 株洲市中心医院消化内科，湖南 株洲 412007)

GRHL(Grainyhead-like)家族是果蝇GRH(Grainyhead)家族在脊椎动物中的同源家族，在哺乳动物中的表达具有组织特异性和时间特异性，主要分布于上皮组织，对于保持上皮组织的完整性至关重要[1]。近年来，GRHL转录因子在癌症中的作用已被学者广泛研究。除了作为肿瘤抑制因子的作用外，在许多情况下GRHL还具有促进肿瘤生长的功能，这使它们成为潜在的药物靶点[2]。GRHL3作为Grainyhead家族中的一员，最早被发现主要参与调控果蝇上皮的发育，后来的研究发现其在包括人类在内的哺乳动物的皮肤屏障形成和内皮细胞的迁移等生理过程中亦发挥重要作用[3]。GRHL3在人类的多种肿瘤中存在异常表达现象，且在肿瘤的发生发展过程中也具有一定的生理意义，特别是在肿瘤细胞的凋亡、迁移和侵袭过程中起重要作用[4]。因此，研究GRHL3在肿瘤中作用的具体分子机制有望为抗肿瘤治疗提供新靶点。然而，GRHL3在不同类型肿瘤中的作用可能相互矛盾：在一些肿瘤中发挥促癌作用，而在某些肿瘤中又表现为抑癌效应，且GRHL3与多种肿瘤的预后密切相关，故导致近年其在肿瘤中的作用成为研究热点。现就GRHL3的生理学功能及其在肿瘤发生发展中的作用予以综述,以为进一步深入研究GRHL3提供参考。

1 GRHL3概述及其生物学功能

1.1概述 GRHL基因编码一个高度保守的转录因子家族，最初在一个神经管未能完全闭合的果蝇突变体中发现，异常的头部颗粒细胞会导致粒状头部表型，故由此命名该家族基因[5]。随后该基因家族又相继在线虫以及包括人类在内的各种动物体内被发现[6]。GRHL转录因子属于LSF(late SV40 factor)/GRH转录因子家族，该家族有两个分支，其中GRH子族由GRHL1、GRHL2和GRHL3组成，LSF/CP2子族由TFCP2、LBP1a和LBP-9转录因子组成[7]。GRHL1、GRHL2和GRHL3具有显著的序列同源性，表达模式上存在重叠，核心DNA结合位点亦有相同。此外，3个基因编码的蛋白在N端、DNA结合结构域和C端二聚体上具有高度同源性的相互作用结构域。但3个转录因子的表达具有组织特异性[8]，生物学功能也存在差异[9]，且GRHL1和GRHL2无法代替GRHL3在生理过程中的作用[8]。GRHL3作为GRHL家族的成员之一，其在人体染色体中定位于1p36.11，互补DNA全长为1 665 bp，GRHL3蛋白含有555个氨基酸，分子量为70 000[10]。

1.2生物学功能 GRHL3可通过调控多种表皮分化基因的表达，在皮肤屏障形成过程中起重要作用。GRHL3的突变影响包括编码结构蛋白、细胞黏附分子和脂质加工酶类等在内的表皮分化复合体基因以及多种与终末分化和屏障功能相关的基因表达，使表皮无法形成一个有效的渗透障碍，最终导致表皮水分流失过快和化学物质的透皮吸收增加，以及脆弱的皮肤质量[11]。有实验表明，敲除GRHL3基因的小鼠出现表皮分化受限，同时存在严重的屏障功能障碍，且GRHL3-/-小鼠角质层的形成，颗粒层细胞外脂质成分的形成和细胞黏附均受到抑制，甚至因无法形成足够的表皮屏障在出生时即出现严重脱水而死亡[12-13]。GRHL3可调控胚胎发育过程中表皮切口的愈合。哺乳动物切口愈合需要在上皮层平面协调细胞的运动，在此过程中GRHL3可通过调控Rho蛋白鸟苷酸交换因子19的表达影响肌动蛋白的聚合和细胞极性，进而调节切口愈合的过程和调控细胞骨架的重组和细胞迁移[14]。所以GRHL3表达缺失的小鼠会出现切口愈合障碍。

GRHL3通过调控上皮迁移影响哺乳动物发育过程中多种生理结构的闭合。GRHL3表达于神经管闭合中发育的神经褶，主要参与调节神经褶区域外胚层中上皮细胞的迁移和分化活动，进而影响神经褶的发育和神经管闭合过程。GRHL3在小鼠中表达缺失时，因神经管畸形而出现严重的脊柱裂和颅脑畸形[15]。GRHL3可通过调控F-肌动蛋白聚合、丝状伪足形成以及细胞形态变化影响眼睑前缘部分角质形成层细胞的迁移，故GRHL3基因敲除的小鼠还会出现眼睑闭合障碍[16]。在GRHL3基因敲除的小鼠眼睑中，因肿瘤坏死因子-α的表达受到抑制，降低了表皮生长因子受体和胞外信号调节激酶的磷酸化水平，导致小鼠角质形成层细胞无法迁移而不影响组织愈合[17]。

GRHL3是内皮细胞迁移所必需的分子，且其作用不需依赖血管内皮生长因子的参与[18]。有研究表明，转染GRHL3后的人脐静脉内皮细胞迁移能力得到提升。GRHL3可诱导蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)和内皮中一氧化氮合酶的磷酸化，且一氧化氮依赖性迁移完全取决于GRHL3的表达[19]。此外，因GRHL3可抑制内皮细胞的凋亡，内皮细胞的功能会由于GRHL3表达的缺失而紊乱[20]。

2 GRHL3在肿瘤发生发展中的作用

有研究表明，GRHL3在人类多种恶性肿瘤中存在异常表达现象，尤其在涉及恶性肿瘤的增殖、凋亡、转移、侵袭等方面具有重要意义[4]。运用慢病毒转染技术沉默GRHL3基因可以使细胞上皮的极性丧失并获得间质特性，诱导上皮-间充质转化的发生，进而促进肿瘤的侵袭和迁移。另有研究表明，运用DNA重组原理对小鼠进行GRHL3基因全面敲除后，小鼠表现出显著的化学物质致癌易感性和表皮的过度增殖特性，表明GRHL3在某些恶性肿瘤中表现出比较明显的抑癌作用[21]。可见，GRHL3在不同肿瘤中的作用不同。

2.1GRHL3在鳞状细胞癌中的作用 Darido等[22]通过体内外实验证实，在皮肤鳞状细胞癌中GRHL3作为依赖微RNA(microRNA，miR)-21原致癌网络的一个靶点，可以直接下调人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)的表达，导致磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号途径的激活增加和细胞的过度增殖，而胞外信号调节激酶1/2的磷酸化受到抑制，起抑癌作用；且GRHL3基因敲除的小鼠表现出表皮过度增殖和对化学致癌作用的易感性以及自发性皮肤肿瘤形成，进一步验证了GRHL3的抑癌特性[22]。而Bhandari等[23]研究显示，GRHL3可结合并抑制miR-21的启动子，说明这两种因子可相互影响，参与形成了一个调节回路。Saffarzadeh等[24]采用TCGA(The Cancer Genome Atlas)数据库分析得出，GRHL3在不同病理分期的头颈部鳞状细胞癌组织中的表达水平均低于正常组织；随后应用实时荧光定量聚合酶链反应验证得出，癌旁非肿瘤组织中GRHL3信使RNA表达水平为头颈部鳞状细胞癌组织的4.21倍，可作为该肿瘤的潜在生物标志物。但亦有研究表明，在头颈部鳞状细胞癌中GRHL3的缺失并没有激活PTEN/PI3K/Akt/mTOR信号通路，而是诱发了糖原合成酶激酶-3β的减少，导致c-Myc表达的上调，进而增强鳞状细胞癌的侵袭和转移能力[25]，可见GRHL3/糖原合成酶激酶-3β/c-Myc信号轴是头颈部鳞状细胞癌发生发展的重要参与者。邓庆梅等[26]研究也发现，GRHL3在皮肤鳞状细胞癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织和正常皮肤组织，且与皮肤鳞状细胞癌的TNM分期密切相关，过表达GRHL3可促进人皮肤鳞状细胞癌A431的迁移和侵袭。进一步对GRHL3过表达的A431细胞基因表达谱进行分析发现，有128个差异表达基因与细胞的侵袭和迁移能力密切相关，而其中26个基因与染色质免疫共沉淀测序提示的GRHL3调控细胞侵袭和迁移相关的候选靶基因一致。可见，GRHL3不仅在不同类型的鳞状细胞癌中的作用不同，而且在同一种类型的鳞状细胞癌中的作用亦存在争议。

2.2GRHL3在乳腺癌中的作用 在早期的报道中，有学者提出锌指蛋白652在正常乳房上皮细胞中抑制GRHL3，但在癌细胞中抑制作用消失或减弱[27]。有研究者发现，低侵袭性的乳腺癌细胞系中过表达GRHL3可明显增强细胞的迁移和侵袭能力，而敲低侵袭性较强的乳腺癌细胞系中的GRHL3时，肿瘤细胞的迁移和侵袭能力明显受到抑制[28]。亦有研究发现，GRHL3在乳腺癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织，且在乳腺癌细胞中GRHL3对分拣连接蛋白16(sorting nexin 16，SNX16)的启动子具有负调控作用，其可通过结合SNX16的启动子抑制SNX16的表达，进而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭[29]。由此可见，转录因子GRHL3在乳腺癌中起促肿瘤作用。然而，Xu等[30]在临床研究中发现GRHL3在非三阴性乳腺癌及早期乳腺癌组织中的表达水平明显高于进展期乳腺癌组织，且在三阴性乳腺癌中的表达水平最低；同时，GRHL3的表达水平与患者临床分期及组织学分级呈正相关，是乳腺癌的独立预后因素。在另一项研究中，GRHL3表达阳性的乳腺癌患者总生存率高于GRHL3表达阴性的患者，且在有淋巴结转移的情况下，GRHL3表达阳性的乳腺癌患者生存期相对较长，研究者推测以上机制可能涉及GRHL3直接调节上皮钙黏素的表达水平而影响上皮-间充质转化的发生[31]。可见，GRHL3在不同类型及分期的乳腺癌中发挥的作用不同，其中的具体分子机制仍需深入探讨。

2.3GRHL3在食管癌中的作用 韩晓楠等[32]研究发现，在食管癌组织和细胞中GRHL3的表达水平显著高于癌旁正常组织和细胞，且在食管癌组织中GRHL3的表达与肿瘤浸润程度、淋巴结转移、临床分期、肿瘤分化程度呈正相关；进一步研究发现，在食管癌组织中GRHL3和c-Myc在信使RNA水平和蛋白水平的表达也呈显著正相关，敲低GRHL3的表达后，食管癌细胞克隆形成能力、增殖活性、迁移及侵袭能力均显著降低，同时伴随上皮钙黏素蛋白的表达水平升高以及神经钙黏素蛋白和c-Myc蛋白的表达水平降低。提示GRHL3可能通过调控c-Myc通路诱导食管癌的恶性行为，其机制可能与促进上皮-间充质转化的发生有关。然而，Liang等[33]通过分析Oncomine数据库发现，与正常组织相比，食管癌组织中的GRHL3表达下调，miR-194可能通过靶向抑制GRHL3的表达激活PTEN/Akt信号通路，进而促进食管癌细胞的增殖和迁移。可见，GRHL3在食管癌中的作用仍存在争议，有待进一步探讨。

2.4GRHL3在弥漫大B细胞淋巴瘤中的作用 李丽美等[34]通过对168例弥漫性大B细胞淋巴瘤患者组织行免疫组织化学检测得出：弥漫性大B细胞淋巴瘤非生发中心型组织中GRHL3的阳性表达率高于生发中心型，且在生发中心型弥漫性大B细胞淋巴瘤中的阳性表达率仅为14.28%。已有研究显示，GRHL3-PTEN-PI3K-Akt-mTOR为重要抑癌途径[22]；Pfeifer和Lenz[35]也已证实，在超过半数的生发中心型弥漫性大B细胞淋巴瘤病理组织中PTEN的表达缺失可激活PI3K-Akt通路导致肿瘤细胞增殖，故推测生发中心型弥漫性大B细胞淋巴瘤的发病机制可能是GRHL3蛋白的缺失引起PTEN的缺失，从而激活通路导致肿瘤发生；此外，在非生发中心型弥漫性大B细胞淋巴瘤中GRHL3蛋白的表达与肿瘤的Ann Arbor分期、乳酸脱氢酶水平、淋巴结外累及情况及国际预后指数评分呈正相关，提示GRHL3与非生发中心型弥漫性大B细胞淋巴瘤的发生、发展密切相关。Liu等[36]发现，GRHL3阳性表达的弥漫性大B细胞淋巴瘤患者5年生存率明显低于GRHL3阴性表达患者，且GRHL3的表达是患者生存不良的独立预测因子。因此，GRHL3在弥漫性大B细胞淋巴瘤中起促癌作用，且可能作为判断患者预后的潜在生物标志物。

2.5GRHL3在结直肠癌中的作用 Wang等[37]通过对进展期结直肠癌患者的癌组织和癌旁组织行微阵列分析显示，GRHL3在结直肠癌中占主导地位，且GRHL3在结直肠癌细胞株中的表达水平明显高于人正常肠黏膜细胞株，下调GRHL3的表达可抑制结直肠癌细胞的体外增殖、侵袭和迁移及使细胞在G0/G1期细胞周期阻滞，诱导细胞凋亡。Yuan等[38]基于GEPIA和HPA数据库分析得出：GRHL3信使RNA和蛋白在癌组织中的表达水平均显著高于正常结肠组织，且其表达量与肿瘤的TNM分期呈正相关，与患者的生存期呈负相关；而下调GRHL3的表达可抑制结肠癌细胞的增殖能力。综上可知，GRHL3在结直肠癌中高表达，且与结直肠癌的发生发展、侵袭转移以及预后密切相关，其有望成为治疗结直肠癌的新靶点及判断患者预后的分子标志物。

2.6GRHL3在胃癌中的作用 许易诚等[39]研究发现，GRHL3在胃癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织，且GRHL3蛋白的阳性表达与胃癌患者的TNM分期呈明显正相关，GRHL3高表达胃癌患者的术后5年生存率明显低于GRHL3低表达患者，GRHL3高表达是影响胃癌患者预后的独立危险因素，提示GRHL3可能参与了胃癌细胞的迁移、侵袭和转移。故推测检测胃癌组织中GRHL3基因的表达水平有助于分辨肿瘤的恶性程度以及预测患者的预后。

2.7GRHL3在肝癌中的作用 蔡文文[40]发现，GRHL3在肝癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织和正常肝组织，且与患者的血清甲胎蛋白水平、TNM分期、病理分化程度密切相关；同时，GRHL3与肝癌多药耐药基因1(multidrug resistance gene 1，MDR1)在肝癌组织中的表达呈正相关；进一步研究发现，肝癌耐药细胞系中GRHL3和MDR1的表达量明显高于敏感株细胞系，且过表达GRHL3的敏感株细胞中MDR1的表达水平明显升高，而下调GRHL3的耐药细胞株中MDR1的表达水平明显下降。这表明GRHL3在肝癌中高表达，且可能通过对MDR1表达的正向调控在肝癌耐药的发生发展中起至关重要的作用。

3 小 结

GRHL3作为GRHL家族成员之一，因其具有促进某些细胞的凋亡、变形、运动和迁移等重要生理学功能，故在人体正常生长发育过程中发挥重要作用。由于GRHL3在这些方面的功能与肿瘤细胞的凋亡、迁移和侵袭具有高度的相似性，或两者是一致的，导致其在肿瘤中的作用成为近年研究热点。然而，GRHL3在不同类型恶性肿瘤中发挥的作用不同，甚至在同一种类型肿瘤中的作用亦存在争议，所以对GRHL3在肿瘤中的作用及其分子机制的研究仍有待进一步深入，以期未来使其成为一种新的生物学标志物以指导临床诊断和治疗。