RUNX家族转录因子 3在恶性肿瘤中作用的研究进展△

刘曙，王学红

1青海大学研究生院，西宁 810016

2青海大学附属医院消化内科，西宁 810000

RUNX家族转录因子（RUNX family transcription factor，RUNX）最初于1994年被Levanon等[1]在果蝇基因中发现，是多瘤病毒增强子结合蛋白2的一个亚单位，也是急性髓系白血病（acute myeloblastic leukemia，AML）中（t8；21）染色体易位的一部分。在哺乳动物中，有3个RUNX基因，分别为RUNX1、RUNX2和RUNX3基因，每个基因都有不同的组织特异性表达模式。它们的功能取决于细胞环境，并与主要的发育途径有关。其中RUNX1与人类白血病有关，对造血干细胞的生成至关重要。RUNX2对骨骼发育至关重要，具有致癌潜力。RUNX3在许多组织中都有不同程度的表达，具有十分重要的作用。RUNX3在许多恶性肿瘤中作为重要的肿瘤抑制因子起到抑癌基因的作用。因此，本文对RUNX3基因的基本特性及其在恶性肿瘤发生发展等生物学过程中的作用机制进行综述。

1 RUNX家族

RUNX基因属于后生动物转录因子家族，是发育的主要调节因子。它在控制正常细胞生长和发育所需的各种过程中起着关键作用，包括细胞增殖、分化、细胞谱系规范和凋亡。RUNX基因发挥重要作用的其他过程包括表观遗传记忆、DNA修复、上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和炎症。RUNX基因已在绝大多数后生动物基因组中被发现，但基因数量因物种而异。在大多数双边动物中，RUNX基因通常只有一个拷贝，而在昆虫和脊椎动物中，RUNX基因通常有3个或更多拷贝。在哺乳动物中，包括人类在内，RUNX家族通常由3个成员编码，分别为RUNX1、RUNX2和RUNX3，每个成员的表达水平在不同组织中有所不同[2]。可以普遍观察到RUNX在恶性肿瘤中的异常表达，它们在人类恶性肿瘤发展过程中常常起着突出的、有时甚至是矛盾的作用。有研究表明，在小鼠中使用逆转录病毒转染，RUNX1、RUNX2和RUNX3被证明与c-myc共同发挥致癌基因的作用，从而诱导T细胞淋巴瘤[3]。因此，RUNX基因可以同时具有致癌和抑癌功能，这表明了RUNX蛋白是潜在的生物标志物，也是治疗肿瘤的有吸引力的治疗靶点。

2 RUNX 3概述

RUNX3基因在RUNX家族中是最古老的基因，于最原始的蛇形纲动物中被发现，调节其原始胃肠系统的生长[4]，并参与多种生物活动，包括胃肠道的发育[5]、背根神经节的神经发生[6]和T细胞分化[7]等。RUNX家族成员均包含一个名为“Runt结构域（Runt domain，RD）”的高度保守区域，每一个都能够与常见的核心结合因子β亚基（corebinding factor subunit β，CBFβ）形成异二聚体，这是一个约120个氨基酸的DNA结合异源二聚区。结构域跨越分子的N端部分，具有S型免疫球蛋白折叠[8]，它介导RUNX蛋白与DNA结合，以及与伙伴亚单位CBFβ的蛋白质-蛋白质之间的相互作用，而β亚基还可以增强RD与靶DNA的结合力；跨越分子的C端部分则含有较多脯氨酸和丝氨酸，在转录调控方面起到重要作用[9]。通过基因分析显示RUNX3基因长约67 kb，位于染色体1p.13-p36.11上，其氨基酸编码区上游含有P1、P2两个启动子，各有数个转录起始位点，通常由启动子P2操纵RUNX3基因的转录过程，故从理论上讲，启动子P2要比P1更容易发生甲基化。恶性肿瘤的相关研究报道中，RUNX3位于该染色体区域的杂合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）表明了其在肿瘤中的潜在肿瘤抑制作用[10]，在调节细胞生长发育、细胞凋亡以及细胞信号转导等生物学效应方面更是发挥着不可或缺的作用。

3 RUNX 3在恶性肿瘤中的主要作用机制

RUNX3作为一种肿瘤抑制基因，在肺癌、结肠癌、胃癌和前列腺癌中，在位于染色体1p36上[11]的区域表现出频繁的LOH，其启动子甲基化在多种肿瘤的发生与发展中起重要的调节作用，并通过转化生长 因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和WNT途径调节细胞增殖、生长和凋亡[12]。RUNX3可以与转录因子4（transcription factor 4，TCF4）和β-连环蛋白（WNT途径的关键效应物）形成复合物，以抑制TCF4、β-连环蛋白与靶DNA结合，从而削弱靶基因的转录[13]。RUNX3亦可以直接与TGF-β的效应分子SMAD家族成员3（SMAD family member 3，SMAD3）结合，参与细胞生长的抑制过程[14]。RUNX3基因的表达异常通常会使得SMAD蛋白功能受限，并促进TGF-β信号转导，从而导致肿瘤的发生。此外，RUNX3还通过调节阻断蛋白-1的转录直接参与EMT的调节，从而抑制肿瘤侵袭和转移[13]。

4 RUNX 3在恶性肿瘤中的研究进展

4.1 胃癌

胃癌是世界上最常见的消化系统恶性肿瘤之一，也是全球第二大肿瘤相关死亡原因[15]。相关报道显示，在新发的消化系统恶性肿瘤病例中有44.6%在中国[16]。RUNX3与胃癌细胞的增殖和转移有关[17]，RUNX3基因的缺失或失活均可以导致胃黏膜上皮细胞增生和分化异常[18]，正常胃黏膜上皮细胞核和细胞质中均存在不同程度的RUNX3表达。Li等[19]发现RUNX3基因缺乏的小鼠，其胃黏膜上皮细胞增殖会加快而凋亡受到抑制，使胃黏膜明显增厚，并且会使胃黏膜上皮细胞对生长抑制因子（比如TGF-β）呈现出拮抗效应，TGF-β属于生长因子的一种，在许多生理发育过程中起到抑制作用，大多数肿瘤的发生及发展过程都与TGF-β通路紊乱有关，而RUNX3是TGF-β信号途径中一个非常重要的角色，一些重要的生物学效应均可以通过RUNX3和TGF-β家族成员来共同介导，RUNX3基因的改变可以极大地影响TGF-β信号的活性，进而在胃癌的发生过程中起着重要的作用[20]。近年来大量研究发现，失调的微小RNA（microRNA，miRNA）可以直接调节胃癌细胞的生物学功能，其家族中有多种基因已被证实参与了胃癌的发生和进展。Lai等[21]研究证实，miRNA-130b是胃癌细胞和组织中沉默RUNX3的候选基因，其过度表达增加了细胞活力，减少了TGF-β所诱导的凋亡，导致RUNX3蛋白表达受抑制，从而促进肿瘤发生。Song等[22]研究证实，miRNA-17-5p作为促肿瘤分子抑制RUNX3的表达，以此促进胃癌细胞的增殖和侵袭。因此，在胃癌患者中，miRNA家族和RUNX3可能成为未来胃癌治疗的潜在靶点。

4.2 结直肠癌

结直肠癌是恶性程度较高的肿瘤之一。在美国和欧洲，大肠癌是仅次于肺癌的第二常见肿瘤[23]。据报道，中国的大肠癌发病率逐年增长，并将在未来几年继续上升[24]。Mu等[25]研究表明，70%的原发性人类结直肠癌中RUNX3表达降低；超过90%的晚期肿瘤表现为高度转移性肿瘤，RUNX3水平降低。Xue等[26]研究发现，RUNX3的高表达可以抑制人结肠癌细胞系HT-29细胞中基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）2和MMP9的表达，MMP的分泌可以促进恶性肿瘤细胞侵入邻近组织、血管和淋巴管，使肿瘤细胞发生侵袭和淋巴结转移。此外，肿瘤患者死亡的主要原因是转移，而肿瘤细胞中的EMT过程是转移的关键步骤。Kim等[27]研究发现，RUNX3表达的缺失与大肠癌TNM分期直接相关，还检测到上皮标志物E-钙黏蛋白和间充质标志物波形蛋白的表达变化与RUNX3表达的变化相对应，RUNX3过表达会显著抑制人结肠癌细胞系HCT116和DLD-1细胞中MMP2和MMP9的表达，至少部分抑制肿瘤转移，并且通过敲除RUNX3基因可诱导MMP2的表达，但不诱导MMP9的表达。通常MMP的活性受到抑制会抑制肿瘤细胞的迁移和血管生成[28]，以及新生血管的募集，从而阻碍肿瘤的侵袭和转移[29]，并受到血管生成刺激因子血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的调节，该因子已被确定为肿瘤血管生成的关键介质，参与实体瘤进展过程中的肿瘤血供[30]。有研究表明，RUNX3在人类胃癌和结直肠癌细胞中通过转录抑制下调VEGF表达，且在恢复RUNX3的表达后，VEGF分泌减少[31-33]，说明RUNX3通过调节VEGF分泌抑制血管生成。上述研究结果表明，敲除或恢复RUNX3基因可能是抑制结直肠癌血管生成或转移的一种治疗手段。

4.3 肺癌

肺癌[其中80%～85%为非小细胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）]是世界上肿瘤相关死亡的主要原因[17]，而且数据表明，肺癌是仅次于心脏血管性疾病的第二大死亡原因[34-35]。在人类1p36.1染色体上，RUNX3位于该处的染色体位点的LOH可诱导肺癌的发生[11]，在包括肺癌在内的多种恶性肿瘤中，各种肿瘤抑癌基因（tumor suppressor gene，TSG）启动子位点的异常甲基化模式是一个关键机制。研究表明，NSCLC中RUNX3基因启动子的高甲基化率明显高于正常肺组织[36]，而启动子高甲基化、表达降低、LOH和各种WNT途径抑制剂失活，如 WNT-1[37]、WNT-3[38]、WNT-5a[39]、蓬乱蛋白-1（dishevelled-1，Dvl-1）、蓬乱蛋白-3（dishevelled-3，Dvl-3）[40]、TCF-4[41]和 Pygopus-2[42]，均与NSCLC患者的预后紧密相关。在肿瘤组织中，RUNX3甲基化与性别、吸烟史或TNM分期没有显著关系。Stewart[43]研究发现，WNT/β-连环蛋白在人类恶性肿瘤中显著改变。在NSCLC中，WNT信号十分重要，WNT抑制剂可减少细胞增殖，尽管β-连环蛋白通常在NSCLC中表达，但在某些肿瘤中，它与预后改善存在矛盾的关系，可能是因为E-钙黏蛋白的相互作用，WNT通路的改变在一系列人类肿瘤中很常见。由于WNT通路在NSCLC中具有重要的生物学和预后意义，因此它也可能被证明是一种有用的治疗靶点。且RUNX3启动子的高甲基化变化通常是可逆的，通过去甲基化药物治疗可能有助于抑制肿瘤的发生、进展和改善预后。但是目前尚不清楚去甲基化药物是否会增加临床上WNT途径抑制剂的表达，以及其治疗效果是否与WNT抑制剂的作用有关，这些仍有待进一步商榷。

4.4 前列腺癌

前列腺癌是全世界男性死亡的主要原因之一[2]，是一种发生和进展过程都十分复杂的恶性肿瘤。正常前列腺组织中可以见到RUNX家族中几乎所有转录因子的表达，然而随着疾病的进展，每个RUNX基因在前列腺癌中的表达不同[44]，通常RUNX1/2可在前列腺癌细胞系中正常表达，而RUNX3常在前列腺癌中缺失，这种缺失可能与肿瘤进展有关。前列腺癌中RUNX3的低表达与癌旁正常前列腺组织中RUNX3蛋白的高表达相关，表现出高达20%的表达水平差异[45]，其主要作用方式是调节MMP来降解细胞外基质[45-47]，以达到肿瘤的浸润与远处转移，在正常前列腺组织和具有外源性RUNX3表达的PC3细胞中，RUNX3可上调基质金属蛋白酶组织抑制剂2（tissue inhibitor of metalloproteinase 2，TIMP2）的 表达 ，从 而 下 调MMP2的表达。而外源性RUNX3的表达及其对TIMP2/MMP2的调节则抑制了转移性前列腺癌细胞的迁移和侵袭行为。上文已谈及，VEGF是正常骨发育和肿瘤形成过程中血管生成的关键调节因子，类似于RUNX3抑制MMP表达的过程，当RUNX3在前列腺癌细胞中过度表达时，VEGF分泌会显著减少[45]，进而对前列腺癌血管生成起到重要的调节作用。此外，有学者对RUNX及CBFβ的相关研究表明，RUNX家族是去势耐受性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC）的驱动因素，并且包括前列腺癌在内的多种上皮性肿瘤都与已知的所有RUNX转录因子及CBFβ有关[48]。这些研究结果表明了RUNX基因是潜在的生物标志物，也是治疗肿瘤的有吸引力的治疗靶点。

5 小结与展望

RUNX3是TGF-β信号通路的下游效应器，在细胞凋亡、血管生成、EMT、细胞迁移和侵袭中发挥关键作用。RUNX3通过连接WNT致癌途径和TGF-β肿瘤抑制途径，成为真正致癌的主要因素。通常RUNX3基因的半合子缺失、RUNX3启动子的高甲基化或RUNX3蛋白的细胞质分离会导致该基因的失活，而RUNX3蛋白从细胞核到细胞质的错误定位亦会导致RUNX3失活[49]，使得这种基因在人类肿瘤中成为一种假定的肿瘤抑制因子，在肿瘤的进展和转移上，比如 EMT[50]、黏附[32]、侵袭[51]、凋亡[52]和血管生成[33]中发挥不同程度的作用。但是，目前有关RUNX3的相关研究仍停留于其作为肿瘤抑制因子或抑癌基因上，尚不清楚RUNX3如何以及在何处与调节肿瘤发展和转移的途径相互作用。另外，有学者专门提出RUNX3不是真正的细胞自主肿瘤抑制基因[53]，而且RUNX3在控制免疫和炎症方面发挥作用，从而间接影响上皮性恶性肿瘤的发展。因此，未来研究方向将着重于在生理和病理背景下剖析RUNX3的上下游信号通路，探索其作用机制并转化成果，从而为开发针对RUNX3基因甲基化的药物或者对肿瘤的靶向治疗和预防提供有益的指导和帮助。