分化抑制因子1在肿瘤中表达及其作用的研究进展

陈玉北，王觅柱

(包头医学院第二附属医院，内蒙古 包头 014000)

随着人类社会的进步，医学发生了巨大的变革，与此同时危害人类健康的主要疾病构成也发生了改变。现代社会，肿瘤已经成为危害人类健康的一个重要因素，进一步深入地研究肿瘤的发生发展机制及肿瘤的早期诊断就显得极为重要。分化抑制因子(Inhibitors of Differentiation or Inhibitors of DNA binding，ID)是最近几年研究越来越广泛的肿瘤调节因子，在调节细胞周期进展和细胞分化方面起着关键作用。哺乳动物ID家族包括四种成员，分别为ID1、ID2、ID3、ID4,其中ID1研究最为深入广泛，其与肿瘤的发生和发展关系密切，在肿瘤细胞的增殖、分化、凋亡、转移等过程中起重要作用，ID1的表达水平与肿瘤的分化程度、肿瘤的转移情况、血管新生情况、肿瘤疾病分期及预后有很大关系。近年来，关于ID1的研究逐渐成为医学研究的热点问题，在此基础之上，对ID1在肿瘤方面上的研究进展进行总结与分析具有重要意义。

1 ID1的结构及功能

ID1( Inhibitors of Differentiation or Inhibitors of DNA binding 1)即分化抑制因子1，是分化抑制因子(ID)家族的一个重要成员。在哺乳动物细胞中，目前的研究已经发现了多种分化抑制因子，它们分别是ID1、ID2、ID3、ID4，其分子量约为13～20 kD不等[1-2]，在人类染色体上编码它们的基因分别位于以下位置：20q1, 2p25, 1p36以及6p22-21。分化抑制因子是HLH蛋白家族的成员之一，其结构特点与大多数HLH蛋白有相似之处。在HLH蛋白中都存在一个典型的螺旋环螺旋结构，这个螺旋环螺旋结构由位于两端的α螺旋和位于中间的袢环构成，α螺旋连接一个袢环，袢环再继续连接另外一个α螺旋，即构成螺旋-环-螺旋结构，在螺旋-环-螺旋结构中，α螺旋的氨基酸构成是相对恒定的，而袢环结构则保守性差，长度不定。我们知道，HLH蛋白可以同相同HLH蛋白或者不同HLH蛋白相互结合，从而形成二聚体，这一过程是通过位于α螺旋上的疏水残基间的相互作用而实现的。调节二聚体的形成过程对于基因转录来说是一个重要的调节方式。通常情况下，大多数的HLH蛋白均存在一个碱性区域，该碱性区域位于螺旋环螺旋结构附近。碱性区域的作用是与相应的DNA结合。如果一种HLH蛋白含有这种碱性区域，这种HLH蛋白即为碱性HLH蛋白即bHLH蛋白。HLH蛋白家族的成员大部分是bHLH。一般来说，大部分bHLH均可以对基因表达起到调控作用，这种作用是通过上调基因的转录而实现的。ID蛋白作为HLH蛋白家族的一员，也拥有特征性的螺旋-环-螺旋结构，但不同之处在于，ID不含有强碱性区域，故不能与DNA发生作用,ID可以通过其螺旋-环-螺旋结构中的疏水基团与bHLH发生相互作用形成异二聚体，从而抑制bHLH与DNA结合以及抑制bHLH与其他组织特异性HLH转录因子结合，从而抑制bHLH功能，抑制细胞分化，促进细胞分裂[1-2]。ID是一类寿命较短的蛋白质，生理状态下ID的降解方式为泛素化标记[3]。

2 ID1的表达与肿瘤及调控机制

大量研究发现，ID的异常表达与很多种肿瘤的发生发展有密切的关系，如乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌、甲状腺癌、鼻咽癌、肝癌、胃癌、结直肠癌等。ID1与肿瘤的发生发展有密切的关系。ID对于肿瘤的发生及肿瘤性疾病的进展具有促进作用，这种作用可通过多种方式实现。首先，ID1可以抑制细胞的分化。分化受到抑制是肿瘤产生及肿瘤性疾病进展的重要推动因素，仇超等通过研究证明通过抑制ID1基因，可以增强骨肉瘤细胞的分化能力，使其倾向分化成为成骨细胞[4]。其次，ID1可通过促进细胞增殖分裂促进肿瘤发生及发展。ID1对于肿瘤增殖的促进作用可以通过很多途径实现：ID1可通过影响其下游血管内皮生长因子及缺氧诱导因子1α的表达而促进结细胞增殖，并且也可以通过调节PI3K/AKT通路来实现这一作用[5]；ID1可以影响骨肉瘤中AKT磷酸化过程，上调磷酸化AKT比率，进而促进其肿瘤细胞的增殖[6]；前列腺癌细胞的生长速度随着ID1的表达增高而加速，当应用抑制剂抑制MEK1/2活性后，相比没有应用抑制剂，ID1所表现出的加快细胞增殖速度的能力明显降低，肿瘤细胞增值速度明显减慢，这或许证明ID1的促进肿瘤细胞增殖的作用，也可通过调节MAPK通路实现[7]；另外，ID1可通过NF-κB通路促进肿瘤细胞增殖[8]也可通过对RB/P16INK4a通路信号传导的抑制而促进细胞增殖[9]。肿瘤的发生及肿瘤性疾病的进展与肿瘤细胞的凋亡过程受到抑制有密切关系，且ID1具有这一作用。ID1的这一作用在很多研究中均有发现。有研究[10]表明，应用siRAN对小鼠骨肉瘤细胞进行ID1基因沉默后，细胞凋亡发生数量明显增加，这证明ID1可以抑制其凋亡。ID1抑制细胞凋亡的机制是复杂的，目前有研究发现ID1的这种作用可能与wnt通路有关。当对人骨肉瘤细胞进行ID1基因敲除后，β-catenin含量发生明显的降低，而β-catenin对于wnt通路的作用十分关键，同时可以观察到骨肉瘤细胞凋亡明显增多，这说明ID1的这种抑制凋亡作用可能与wnt通路相关[11]；同时ID1的这种作用也可能与AKT/mTOR通路和NF-kappaB通路有关[12-13]。ID1可延缓癌细胞老化及促进其永生化。p16蛋白对细胞的老化过程有关键性作用。有研究表明，ID1的这种延缓细胞老化作用可通过调低细胞内P16含量而实现[14]。ID1对细胞周期也有着一定的调控作用。有研究表明，ID1可通过上调cyclinD1表达、上调wnt2及β-catenin表达来使更多细胞由G1期进入S期，进而促进细胞增殖分裂[15]。沉默ID1基因后，食道癌细胞生长受到抑制，处于不同周期的细胞比率发生改变，S期减少，G0/G1期增加[16]。ID1表达量和肿瘤转移过程及肿瘤细胞的浸润能力有一定相关性。有研究发现[17]，肿瘤的浸润转移过程很大程度上依靠基质金属蛋白酶(MMP)的分泌，MMP与细胞外基质间的作用极大地影响了其浸润转移能力，通常浸润、转移能力越强的肿瘤，往往其细胞也有相对强的MMP分泌能力。ID1蛋白可以调节前列腺癌细胞中MMP-9的含量，增加其表达量[18]，从而加速肿瘤的浸润、转移过程。另外ID1可通过调节E-cadherin和Vimentin表达调节细胞上皮-间质转化而在肿瘤浸润转移中发挥重要作用[18-19]。有研究表明ID1在细胞内的含量与结肠癌的疾病分期、淋巴结转移情况有相关性[20]。 ID1蛋白可通过促进血管新生促进肿瘤的产生及肿瘤性疾病的进展。血管的新生过程对于肿瘤有重要意义，肿瘤的生长离不开血管的供血，同时肿瘤的浸润和转移也是通过新生的血管而实现的。ID1可通过多种方式促进肿瘤血管新生。有研究表明，ID1可调节细胞内VEGF含量，增加它的表达，进而发挥上述作用[21]。另外，ID1也可通过抑制tsp-1表达及募集血管内皮细胞前体细胞的方式来促进血管生成[22-23]。

3 ID1与肿瘤的关系

3.1ID1与乳腺癌 检测乳腺癌组织中的ID1表达情况可以发现，ID1表达的异常增加在乳腺癌组织中普遍存在，并且ID1的表达上调与乳腺癌病理分级相关，ID1的高表达通常预示着乳腺癌的病理分级相对高，这也就意味着恶性度高。因此，检测ID1表达情况可辅助判断乳腺癌的恶性程度及病理分级情况。应用经琼脂糖凝胶电泳技术也可以发现：ID1相应mRNA在乳腺癌细胞中含量普遍有所增加，而其mRNA在正常细胞中难以检测或含量极少，并且该mRNA含量的增加与肿瘤的分级高低有一定相关性，分级高的乳腺癌组织中其ID1mRNA含量也明显增高，这个发现也佐证了上述假想[24]。并且，ID1表达可受到雌激素调节，雌激素刺激其表达。ID1也可能由黄体酮所调节，ID1的表达可能因黄体酮的增多而降低。有研究发现ID1的表达程度与乳腺癌侵袭性有一定相关性，并且，黄体酮可以阻止乳腺癌细胞增殖和侵袭[25]。这些证据或许表明，ID1与乳腺癌存在密切相关性。

3.2ID1与前列腺癌 有人提出，激素相关性前列腺癌中肿瘤细胞增殖、凋亡可受到相应的激素的调节，这种调控很可能是通过调节ID的表达高低来实现的，而在与激素无关的前列腺癌中则缺乏这种调控关系。与此同时，ID1和前列腺癌转移的相关性也被注意到，通常高表达ID1的前列腺癌也会有着相对强的侵袭、浸润、转移能力。有研究发现，前列腺癌发生转移时PSA和PSAP水平降低可能是由于ID1过度表达所致[25]。同时，ID1的表达高低和分化程度有着密切的关系。研究发现，前列腺癌组织中ID1高表达，而前列腺增生组织中ID1表达量很低，二者存在巨大差异，并且ID1的这种不同表达情况在不同分化的前列腺癌中仍然存在，高分化的组织往往ID1表达相对低；另外也有研究发现，ID1的表达程度与前列腺癌的分期有着密切关系，ID1的高表达往往发生于分期相对差的前列腺癌组织中，可见ID1的表达情况和前列腺癌的侵袭能力存在密切关系。因此，ID1可作为新靶点在前列腺癌诊断及治疗中存在很大的潜力及意义[26]。

3.3ID1与宫颈癌 研究表明ID1表达异常在HPV引起的宫颈癌中普遍存在，ID1在其疾病发生及进展过程中有较大意义[25]。宫颈癌分化高低与ID1表达量之间存在一定相关性，高分化的组织往往表现出ID1的低表达，并且ID1的表达情况还与宫颈癌分期密切相关，ID1高表达通常说明肿瘤的分期也相对高。ID1的表达量在正常黏膜、宫颈上皮内瘤变、宫颈癌中存在明显差异。宫颈癌组织中其表达量最高，正常黏膜组织中几乎不表达，在上皮内瘤变中呈少量表达，并且细胞中ID1的mRNA含量也符合这种变化趋势。除此之外,研究也发现ID1高表达的宫颈癌组织中，新生血管密度往往也相对较高，这也许说明ID1的表达与宫颈癌组织中血管新生过程存在一定关联，肿瘤的产生及肿瘤性疾病进展的过程中，血管新生的意义不言而喻。因此，ID1是一种新的、快速、准确的试验检测方法，可以通过对ID1表达程度的检测判断肿瘤的恶性程度与评价患者的预后[27]。

3.4ID1与甲状腺癌 检测甲状腺癌组织中ID1表达情况可以发现ID1表达异常上调普遍存在，而在正常腺体中ID1往往很少表达，这说明了ID1和甲状腺癌存在一定相关性。但研究也表明，ID1表达的高低与甲状腺癌的肿瘤大小、复发、转移等无明显关系，并且ID1表达的高低与甲状腺癌病人预后的关系还不是很明确，需要进一步研究。在甲状腺癌中，ID1的表达受到多种物质的调节比如：TSH、TF-1、PDGF、NGF、EGF、IGF-1、雌激素。已有研究表明ID1是TGF+的早期靶点，它可增加甲状腺肿瘤细胞的侵袭性[28]。

3.5ID1与鼻咽癌 郭明明等人发现，ID1在20例鼻炎和88例鼻咽癌组织中的表达量存在较大差异，后者明显相对前者呈现出ID1高表达，并且这种ID1在细胞中的含量高低与鼻咽癌分期及预后有一定关系，但与鼻咽癌患者年龄、性别、淋巴结转移无显著关系[29]。陈孝珍等人也得出了相似的结论[30]。

3.6ID1与消化系统肿瘤

3.6.1ID1与肝癌 ID1表达水平不仅在肝癌中很高，而且在丙型肝炎病毒感染的肝细胞中也具有高表达量，而在正常肝脏组织中，它们表达非常低。另外对于由乙肝病毒所引发的肝癌，ID1的表达高低对其预后有一定的影响，肝硬化患者中，ID1高表达的患者一般疾病进展较快且生存时间相对短。研究发现，ID1受 MAPK/ERK 通路调节，与肝癌中 c-Myc 水平上调存在一定关联。另外ID1可以直接和c-Myc发生相互作用，从而调节其转录过程[28]。

对于肝癌细胞的实验证明，设法调低ID1表达后，细胞的生长速度、迁移能力以及侵袭力都发生显著的降低，并且与未调低ID1表达的肝癌细胞相比，化疗药物对其的毒性作用明显增加，这也许说明阻断ID1有助于肿瘤干性的逆转，是值得进一步探索的治疗靶点[31]。

3.6.2ID1与胃癌 有研究对比了胃癌组织、癌旁组织、正常胃黏膜间ID1表达差异，结果发现在胃癌组织中ID1呈现高表达，且其表达程度明显高于癌旁组织，正常黏膜则呈现出几乎不表达，并且在10 %～30 %肠化生伴有异型增生的组织中可检测出ID1的表达，且ID1的表达在组织中不同部位存在显著的差异。在胃癌中，ID1的高表达主要分布在细胞质，ID1在细胞核的表达量很少。另外，探索ID1表达情况与胃癌临床病理的关系的研究也有一定的发现，ID1与分化高低存在明显相关性，高分化胃癌中检测到的ID1表达量明显低于低分化者，且ID1与胃癌分期也存在一定关联，分期越高，则ID1表达相对越多，由此可见在胃癌的发生及疾病进展中，ID1的表达升高起到了一定的促进作用[32]。

3.7ID1与结直肠癌

3.7.1ID1在结肠癌发生发展中的作用 目前大量证据表明，ID1在结肠癌的发生及结肠癌疾病进展中发挥了很大的促进作用，其促进作用可通过多种方式实现。主要促进方式如下：(1)促进肿瘤增殖。有研究表明在结肠癌细胞HT-29中导入表达ID1的质粒后，随着肿瘤细胞ID1表达上调，VEGF的表达也有所增加，同时细胞增殖速度明显增加；相反，抑制ID1表达后，细胞内VEGF含量减少，细胞增殖速度减慢，这说明ID1可以促进HT-29细胞增殖，这种作用可能与上调VEGF表达有关[33]。同时也有研究表明，ID1促进结肠癌细胞增殖可能与HIF-1α、VEGF 和PI3k/Art通路有关，高表达ID1的结肠癌细胞中通常可发现HIF-1α、VEGF含量也相应增加，并且该种细胞增殖能力也明显增加，但加入PI3k/Art抑制剂后，可以发现HIF-1α、VEGF表达明显下调[34]。陈慧菁等发现应用7-羟基异黄酮后，结肠癌细胞表达ID1可明显下调，与此同时细胞增殖能力减弱，并且survivin和PCNA表达明显下调，这可能提示ID1促进细胞增殖可能与survivin和PCNA有关[35]。(2)促进肿瘤浸润、转移：对结肠癌细胞SW620的一项实验发现，设法敲除其ID1基因后，细胞内β-catenin及MMP2的表达明显下降，上皮黏蛋白含量明显增加，并且细胞侵袭力下降、转移能力受到削弱，这可能证明，在结肠癌细胞中，ID1可能会影响其上皮-间质转化，通过这种方式，进而增加SW620细胞的侵袭及转移倾向[36]。同时也有研究表明，在应用siRNA敲除ID1基因，可观察到结肠癌细胞MMP-9表达明显下调，同时通过划痕实验与迁移实验证实，其侵袭能力明显下降，这可能说明，ID1也可通过上调MMP-9表达的方式起到上述作用[37]。(3)影响肿瘤血管新生过程：血管的新生对于肿瘤的增殖、浸润、转移过程有着极为重要的意义，这种意义具体体现在两个方面，一方面肿瘤生长过程依靠新生血管提供血供，另一方面肿瘤的浸润转移过程也依靠肿瘤血管的发生。对结肠癌细胞HT-29进行的实验表明，应用质粒提高其ID1表达后，随着ID1的表达明显增加，细胞中VEGF的表达以及HIF-1α的表达也相比正常HT-29细胞明显增加，并且应用该细胞培养液培养人脐静脉内皮细胞时发现，该培养液下，人脐静脉内皮细胞所表现出的血管形成能力明显比正常培养液下强，应用该种ID1高表达的HT-29细胞进行动物实验时发现，该细胞所形成的肿瘤组织中微血管密度明显高于正常HT-29细胞[38]。这也许说明ID1可以通过促进血管生成来促进结肠癌发生发展，其作用可能与调控VEGF的表达以及HIF-1α的表达有关。且有研究表明，ID1调控VEGF的表达以及HIF-1α的表达可能与PI3k/Art通路有关[34]。(4)调控细胞周期、抑制细胞凋亡：陈慧菁[35]等发现应用7-羟基异黄酮作用于结肠癌细胞后，ID1表达明显下调，与此同时细胞cyclin D1和cyclin E表达较之前减少，细胞S期数量较之前有所减少且凋亡细胞数明显增加，这也许说明，ID1可调控结肠癌细胞周期和抑制其凋亡，通过这种方式，ID1可促进结肠癌的发生及疾病进展。

3.7.2ID1在结肠癌中的表达 曹磊等[39]发现在结肠癌的分化程度高低与细胞ID1表达量存在一定的关系，检测低分化的结肠癌组织可以发现其组织中ID1表达情况呈现为高表达，而针对高分化或者中分化结肠癌进行同样的检测，可发现其ID1表达量明显小于低分化者，呈弱表达状态。李文炼等[40]证明ID1的表达程度与结肠癌的浸润程度、分化程度、分期情况存在关系，ID1高表达往往发生在分化相对低、分期相对差、浸润较深的结肠癌中。而ID1的表达与患者年龄、性别、肿瘤直径不存在明显的关系。

综上所述，ID1在多种肿瘤中表达均有升高，可通过多种方式作用于多条通路发挥其促进肿瘤发生发展的作用，但目前关于ID1在肿瘤的发生及进展中的具体作用及其作用原理仍不十分明确，对ID1进行深入细致研究很有必要且意义重大。深入研究ID家族及其成员在肿瘤中的作用机制，有望进一步阐明肿瘤的发生发展机制，从而能找到新的，快速的，准确的肿瘤治疗靶点，并开发新药，对肿瘤的治疗意义重大。