EMT转录因子及其调控机制的研究进展

熊婷，傅蓉

（中国药科大学，江苏南京 211198）

静止的上皮细胞向运动的间充质表型转变被称为上皮-间充质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）。其主要由一组核心EMT转录因子（EMT-TFs）介导，其中包括Snail超家族、E盒结合锌指蛋白（Zeb）家族和Twist家族，这些转录因子激活了经典的EMT程序，导致细胞黏附分离、上皮细胞极性丧失和间充质、运动表型的表现，其正常的执行对于胚胎发育、干细胞分化和伤口愈合等过程是不可或缺的[1]。然而，在癌症进展中，EMT被异常激活，EMT-TFs和下游调控的基因影响了癌症进展中的大量阶段：肿瘤起始、前体病变的建立、基因改变的积累、逃避肿瘤监测以及治疗抵抗到转移的发展[1-2]。因此，了解EMT复杂的分子机制，明确信号通路与其转录、翻译和翻译后调控之间的联系，可为理解肿瘤发展的进程，开发靶向药物提供新的途径。

1 EMT转录因子家族

1.1 Snail超家族

Snail转录因子超家族成员包括Snail（Snail1）、Slug（Snail2）和Smuc（Snail3），共同特点是都拥有C端的4或5个C2H2锌指，可以与靶基因中的E-box基序（5′-CANNTG-3′） 结合，以及N 端的转录阻遏基序SNAG结构域[3]。Snail超家族在与细胞存活和分化相关的多个过程中起着至关重要的作用。

Snail1最早在黑腹果蝇中发现，对中胚层的形成至关重要。作为导致EMT的多个信号通路的关键调节因子，Snail1可以通过直接抑制E-钙粘蛋白（E-cadherin）表达将正常的上皮细胞转化为间充质细胞[4]。在多种癌症中，Snail1过表达通常与E-cadherin表达呈负相关，与肿瘤细胞的迁移、侵袭和转移增强呈正相关，同时预示着更差的预后[5]。此外，Snail1介导EMT通过诱导免疫抑制来加速转移，在小鼠模型中敲除Snail1，可以增强肿瘤浸润淋巴细胞和全身免疫反应，显著抑制肿瘤生长和转移[6-7]。因此，Snail1是预防肿瘤转移的有效靶点。

Slug是Snail转录因子家族的另一个成员，是发育过程中EMT、中胚层形成和神经嵴细胞迁移所必需的。与Snail1类似，Slug也被表征为强E-cadherin抑制因子和主要EMT诱导因子，与癌症干细胞形成、细胞周期调节、细胞凋亡以及侵袭和转移有关[8]。此外，Slug是Twist诱导的EMT和转移的重要介质。Twist需要诱导Slug抑制EMT的上皮分支，然后和Slug共同作用以促进EMT和转移[9]。

Smuc是Snail家族中最近被鉴定的成员，在成人骨骼肌和胸腺中高度表达并参与细胞分化[10]。与Snail1和Slug相比，Smuc具有不同的功能特征。此外，Smuc EMT诱导能力相对于Snail1和Slug较差[11]。

1.2 Zeb家族

Zeb家族由Zeb1和Zeb2组成。Zeb1和Zeb2都具有N端和C端锌指，能够与其靶启动子中的调节DNA序列结合，这导致Zeb家族可以参与不同的生物事件，例如胚胎发生、造血以及EMT。

Zeb1在中胚层组织中表达，参与了胚胎发生和发育。在结直肠癌（CRC）细胞中，Zeb-1对E-cadherin的抑制，导致癌细胞的增殖和恶性程度增强[12]。Zeb1表达增强介导的EMT也会增加癌细胞的干性和迁移，从而促进化疗耐药。在胰腺癌中，含有蛋白激酶2（ROCK2）的Rho相关卷曲螺旋可增强Zeb1的表达，导致Zeb1介导的EMT增加胰腺癌细胞对化疗药物吉西他滨的耐药性[13]。在前列腺癌细胞中，Zeb1刺激ATP结合盒亚家族C成员10（MRP4）的上调，以将多西紫杉醇从癌细胞中输出，从而导致癌细胞对化疗的敏感性降低[14]。总之，Zeb1是增强肿瘤细胞侵袭和增殖的重要介质，并介导降低化疗效率。有研究指出Zeb1导致乳腺癌细胞具有放射抗性，阻断Zeb1可能会使肿瘤细胞对放疗或化疗敏感，从而解决耐药性问题[15]。

Zeb2是Zeb家族的另一成员，与Zeb1类似，其在肿瘤细胞迁移和侵袭中发挥着至关重要的作用。在非小细胞肺癌（NSCLC）中，MDM2结合蛋白（MTBP）通过上调Zeb2介导EMT，增强NSCLC肿瘤细胞的转移[16]。此外，Zeb2介导EMT激活磷脂酰醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶b（Akt）通路，诱导NSCLC细胞产生顺铂耐药性[17]。在目前已知的情况下，Zeb2对于EMT的介导作用，使其可以作为癌症治疗的潜在靶点。

1.3 Twist家族

Twist家族主要包括Twist1和Twist2，对于原肠胚和中胚层的形成至关重要。在哺乳动物中，Twist1和Twist2具有高度的结构同源性，但它们在发育过程中具有不同的功能[18]。Twist1参与了发育过程中神经管闭合[19]，而Twist2则是在围产期抑制促炎细胞因子表达，维持发育稳态[18]。而在EMT中，Twist1和Twist2的作用较为相似，Twist1/2与E-cadherin启动子的保守E-box序列结合并募集共抑制因子如HDAC2来抑制E-cadherin的转录[20]。同时，Twist1/2的过表达诱导间充质标志物如纤连蛋白和N-钙粘蛋白的表达[21]。

Twist1在多种侵袭性癌症细胞中过表达是诱导波形蛋白（Vimentin）表达的关键因子。Vimentin是一种重要的EMT间充质细胞标志物，可以驱动细胞可塑性，并与不良预后和高转移率相关[22]。

Twist2在乳腺上皮细胞和乳腺癌细胞中的异位表达促进了干细胞标志物的表达，并增强了干细胞样细胞的自我更新。此外，Twist2导致STAT3的组成型激活，其存在于超过50%的原发性乳腺肿瘤和肿瘤衍生细胞系中[23]。

2 EMT转录因子在转录水平上的调控

2.1 Snail超家族

TGF-β通路中受体活化型Smads（R-Smads）复合物能够直接与Snail1的启动子结合以诱导其转录，并且可以与Snail1形成复合物以抑制编码E-cadherin和occludin的基因的表达[24-25]。除了通过Smads和其他激酶向细胞核传递信号外，TGF-β受体受到TGF-β刺激信号后，细胞质膜近端的Par6蛋白会被TGF-βRII磷酸化，并导致E3连接酶Smurf1的招募，在识别Smad蛋白降解的同时，Smurf1识别RhoA GTPase降解，导致RhoA的活性缺失，诱导Snail1表达，而肌动蛋白丝组织的改变和紧密连接的丢失也会促进EMT[26]。此外，在许多癌症中，Wnt信号通路直接诱导Snail1和Slug的表达[27]。肿瘤微环境内的I型胶原也可以通过激活NF-κB通路，释放p65亚基入核促进Snail1的转录，诱导EMT[28]。在鳞状细胞癌细胞中，Akt通过激活NF-κB诱导Snail1的转录进而介导EMT[29]。

2.2 Zeb家族

乳腺上皮细胞中，胰岛素样生长因子1（IGF-1）的过表达会激活ERK增加Zeb1的转录[30]。与之类似的，乳腺癌细胞中NF-κB可以增加Zeb1和Zeb2的启动子活性，诱导上皮细胞向间充质表型转变[31]。

2.3 Twist家族

TGF-β和肿瘤抑制基因p12可以影响编码Twist基因的表达，该基因通过抑制E-cadherin促进EMT[32]。此外，表皮生长因子（EGF）还诱导Snail1和Twist的表达，从而抑制表达E-cadherin的CDH1启动子活性[33]。Wnt也与乳腺上皮细胞中Twist表达的增加有关[34]。

3 EMT转录因子在翻译后水平上的调控

3.1 Snail家族的翻译后修饰

3.1.1 Snail1的翻译后修饰

Snail1受到泛素-蛋白酶体途径严格调控，在细胞质中会被迅速降解，半衰期仅约25 min[35]。而Snail1在不同位点的磷酸化则会影响其细胞亚定位，从而影响其后续降解过程。当Snail1在细胞核被翻译合成后，糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）磷酸化Snail1导致其由细胞核易位至细胞质，由酪蛋白激酶1磷酸化Snail1 Ser104和Ser107位点，随后GSK-3β磷酸化其Ser96和Ser100位点[35]，最终E3连接酶β-TrCP与Snail1的磷酸化位点结合，通过泛素-蛋白酶体途径降解Snail1。在此途径中，多种修饰形式起到协同或拮抗作用。例如，Lats2蛋白可磷酸化Snail1 Thr203位点，使Snail1保留在细胞核中以提高其稳定性，从而以Snail1依赖性方式增强细胞EMT和肿瘤细胞侵袭[36]。磷酸酶SCP4可去磷酸化GSK-3β所磷酸化的Snail1位点，从而抑制Snail1后续的泛素化降解。与之类似，ATM蛋白磷酸化Snail1 Ser100位点，磷酸化的Snail1与HSP90结合而被稳定，介导EMT诱导乳腺肿瘤的转移[37]。而PKD1磷酸化Snail1 Ser11则会导致Snail1从细胞核易位至细胞质，促进其与E3连接酶亚基FBXO11结合并通过泛素化降解[38]。除了磷酸化修饰外，组蛋白乙酰转移酶CBP还可以乙酰化Snail1 Lys126和Lys187位点，从而增强Snail1诱导靶基因激活，触发间充质相关基因的常染色质改变，从而诱导EMT[39]。Snail1的糖基化修饰则通过核易位抑制Snail降解并促进EMT[40]。

3.1.2 Slug的翻译后修饰

Slug蛋白的半衰期约0.5 h，与Snail1类似，GSK3β可以磷酸化Slug Ser92、Ser96、Ser100和Ser104位点，影响Slug的细胞亚定位，最终通过泛素-蛋白酶体途径降解Slug[41]。然而，GSK-3β失活与癌症中的Slug过量并没有强烈相关性，表明与Snail1不同，Slug经历独立于GSK-3β介导的磷酸化的蛋白酶体降解[42-43]。后续研究表明，Slug的乙酰化是控制其在肿瘤中丰度的决定性因素[44]。去乙酰化酶sirtuin2去乙酰化Slug Lys116位点可以稳定Slug，而乙酰化酶CBP乙酰化Slug Lys166和Lys211位点也具有相似的影响，均会促进EMT，表明Slug转录因子翻译后修饰的复杂性[17]。此外，在前列腺癌小鼠模型中，Slug Lys192位点的Sumo化可以稳定Slug，抑制其降解，进而介导EMT促进肿瘤的进展[45]。

3.2 Zeb家族的翻译后修饰

与Snail超家族不同，目前对于Zeb家族翻译后修饰的研究主要聚焦于影响转录活性而非降解。蛋白激酶C（PKC）的活化可磷酸化Zeb1 Thr851、Ser852和Ser853位点，阻碍Zeb1的靶基因结合位点，降低Zeb1转录活性。类似的，磷酸化Zeb1 Thr867位点会影响Zeb1的核易位，阻止Zeb1在核内积累，从而降低其转录活性[46]。

Zeb2存在sumo化修饰，sumo化修饰不影响Zeb1的亚细胞定位，但调节其转录活性。与野生型相比，Zeb2 sumo缺失的突变体对E-cadherin 转录表现出更强的抑制作用，表明sumo化修饰减弱了Zeb2的转录抑制活性[47]。

3.3 Twist家族的翻译后修饰

翻译后修饰是调节Twist诱导EMT能力的关键机制之一，几种泛素E3连接酶已经被证明可促进Twist1的蛋白酶体降解。例如，肿瘤抑制因子PAQR3通过促进Twist1与其E3连接酶BTRC之间的复合物形成来增加蛋白酶体介导的Twist1降解，从而抑制EMT[48]。而IKKβ介导的Twist1磷酸化也通过增加BTRC与Twist1的结合亲和力促进其降解[49]。此外，MAPK介导的Twist1 Ser68位点磷酸化增强了其稳定性，驱动癌细胞的侵袭和转移[41]，而SCP1介导的该位点去磷酸化则加速了Twist1的降解[50]。Pirh2、FBXL14等E3连接酶也被证明介导Twist1降解抑制EMT[51]。然而，迄今为止，高度相关的Twist2翻译后修饰的功能和机制尚未明确。

4 结语

EMT的发生是肿瘤转移中的关键起始，也是肿瘤获得耐药性的关键因素。研究EMT及相关转录因子的作用机制，有助于理解肿瘤的传播方式以及癌症如何发展成具有耐药性而无法治愈的疾病，从而改善抗癌疗法。此外，结合靶向EMT的转录因子及其上游调控方式进行药物开发，可以为控制肿瘤转移提供新的思路和方向。