锌指蛋白在骨肉瘤中的研究进展

梁潇，吕嘉，丁娟，李飞，刘雪

(1.山西医科大学第二医院骨科，山西 太原 030001；2.山西白求恩医院骨科，山西医学科学院，山西 太原 030032)

骨肉瘤(osteosarcoma，OS)是最常见的原发性恶性骨肿瘤，具有易发生转移、预后差等特点，多发于青少年[1]。随着医疗科学发展，OS的诊断和治疗方面取得了一些进展，5年生存率从20%提高至60%～70%，但其预后仍不容乐观，多因患者产生化疗抵抗或肿瘤转移造成[2]。OS病因尚不明确，提高患者治疗后生存率的科学研究进展缓慢，因此深入学习了解其发病机理及进展机制十分必要[3]。

锌指蛋白(zinc-finger proteins，ZFP)家族是真核生物基因组中最大的转录因子家族，在细胞分化、胚胎发育等多种生物学过程中不可或缺[4]。最近，越来越多的证据表明ZFP家族在癌症发展进程中也发挥着重要作用。然而，其作用在不同癌症类型中存在差异，甚至在同一癌症类型中也可能存在差异[5]。目前越来越多的证据显示ZFP在OS发生发展中发挥重要作用，并有望成为OS新的肿瘤生物标志物和治疗靶点。本文就ZFP在OS基因调控中的一般机制及其在OS发生发展中的多种作用进行讨论。

1 ZFP家族结构与生物学功能

ZFP是一类含锌蛋白，其通过结合Zn2+以稳定结构，可自我折叠形成“手指状”，通常由一系列锌指组成[5]。ZFP第一次被发现于20世纪80年代，即来自非洲爪蟾卵母细胞的转录因子Ⅲa(transcription factor Ⅲa，TFⅢa)。此后，ZFP被发现广泛存在于动植物和微生物中[6]。

ZFP种类众多，可根据其保守结构域的不同分为3类：C2H2型、C4型和C6型[7]。而根据其锌指空间结构的不同可分成8种类型：Cys2-His2型锌指、塞结状锌指、高音谱号锌指、带状锌指、Zn2/Cys6型锌指、类TAZ2型锌指、锌离子环结合锌指和金属硫蛋白锌指。其中，C2H2型锌指是最常见的类型[8]。此外，根据其N端结构域的不同，又可分为指相关盒型(finger-associatted boxes，FAX)、指相关重复子型(finger-assocciated repeatss，FAR)、Pox病毒和锌指型(Pox virus and zincfingers，POZ)和kruppel相关盒型(krüppel-asssociated box，KRAB)[7]。

多种多样的空间结构使ZFP具有丰富的功能，如DNA的识别与结合、RNA的修饰与剪接、基因的转录激活与调控、蛋白质的折叠与组装以及脂质的结合等[4]。此外，除了识别结合DNA外，ZFP还可与某些RNA、DNA-RNA杂交分子和蛋白质等结合并发挥作用[9]。

2 与OS疾病相关的ZFP

2.1 促进OS进展相关的ZFP 研究表明，ZFP的异常表达在某些方面有助于OS的发生发展，如E盒结合锌指蛋白1(zinc finger e-box binding homeobox 1，ZEB1)。ZEB1也称TCF8，位于染色体10p11.2，属C2H2型ZFP，与调控干细胞分化和细胞的增殖、衰老和凋亡相关[10]。据报道，ZEB1敲低可促进OS细胞凋亡，并通过下调NF-kB/iNOS信号通路抑制细胞增殖或侵袭[11]。

微小核糖核酸(micro RNA，miRNA)是一类长度为20～24个碱基的微小RNA，在细胞内发挥着重要的调节作用。有研究发现ZEB1是miR-340的直接靶标，miR-340通过负调节ZEB1的表达抑制细胞增值和促进细胞凋亡以增强OS对顺铂的敏感性[12]。长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)已被证明在许多疾病状态下失调，因其在包括OS在内的各种疾病中的作用而受到越来越多的关注。作为ZEB1的反义RNA，lncRNA ZEB1-AS1在OS组织和细胞中表达上调，且其高表达与不良预后相关，可促进OS细胞的增殖和迁移。在机制上，ZEB1-AS1直接结合并招募p300到ZEB1的启动子区域，激活ZEB1转录，ZEB1-AS1可通过表观遗传激活ZEB1的表达[13]。而LncRNA HOTAIR可以作为miR-217的内源竞争RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)，上调ZEB1表达以促进OS的进展[14]。有研究发现LncRNA PCAT-1通过降低miR-508-3p表达并激活其靶基因ZEB1调节OS的发展，PCAT-1/miR-508-3p/ZEB1可能是OS患者的候选治疗靶点[15]。此外，PCAT6也被证实可作为miR-143-3p的海绵抑制其活性，导致ZEB1水平升高，以达到促进OS进展的功能[16]。此外，X连锁锌指蛋白(zinc finger X-chromosomal protein，ZFX)也被报道在OS的恶性增殖过程中作为癌基因起作用。

ZFX也称ZNF926，位于染色体Xp22.11，属C2H2型ZFP家族的成员。ZFX蛋白包含一个转录活化结构域，一个核定位序列和一个由13个C2H2型锌指组成的DNA结合结构域。研究表明，敲低ZFX可以降低人OS细胞Saos-2和MG63的增殖和克隆形成能力，而ZFX siRNA对OS细胞具有抗肿瘤作用[17]。ZFX是一种促进OS细胞生长的新型增殖调节剂，可以作为OS肿瘤治疗的新分子靶点[18]。

OS患者常表现为肺转移，导致高患者死亡率，而在肿瘤转移过程中上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的过程是必不可少的。EMT转录因子(EMT-transcription factors，EMT-TF)的过表达与OS的不良预后相关。作为EMT-TF，ZEB1被证实可抑制正常骨发育及OS中的成骨细胞分化。在OS细胞中，ZEB1的过表达通常与DLK-DIO3位点的沉默有关，该位点在OS细胞中的表观遗传学再激活可降低ZEB1表达、诱导分化，并对标准治疗敏感[19]。ZEB1还受到SIRT1的正向调节，增强了OS的EMT过程和转移[20]。在OS细胞中，ZEB1被证实是miR-708-5p的直接靶基因，miR-708-5p可通过下调ZEB1的表达，抑制OS细胞的EMT进程，从而抑制OS的迁移和侵袭[21]。此外，GLI-Kruppel家族成员2(GLI-Kruppel family member 2，GLI2)被报道在OS组织中表达较配对正常组织高，其过表达可促进OS细胞的迁移和侵袭能力。在体外实验中，GLI2敲低可减少OS的肺部转移[22]。

GLI2位于染色体2q14.2，属GLI家族，是C2H2型ZFP，也称THP1，是刺猬信号通路的重要成员之一，与胚胎发生相关[23]。GLI2敲低后促进了OS细胞周期阻滞在G1期，并伴随细胞周期加速因子cyclin D1、SKP2和磷酸化Rb蛋白表达的降低和p21的升高[24]。GLI2是miR-141-3p的直接靶标，miR-141-3p可以负调节GLI2及其下游甲状旁腺激素相关蛋白1，miR-141-3p对OS细胞中增殖和凋亡的作用是通过GLI2途径实现的[25]。此外，miR-202也被报道作为一种肿瘤抑制因子，通过下调GLI2表达来调节OS细胞增殖和凋亡。除GLI2外，敲低ZFX也可导致G0/G1期细胞周期停滞和亚G1期细胞的显著增加[17]。

柚皮苷是一种柑橘类生物类黄酮，具有抗炎作用以及心脏和神经保护作用，在多种癌症类型中均具有抗肿瘤作用。在OS中，柚皮苷通过抑制ZEB1的表达来抑制细胞增殖和侵袭，并诱导癌细胞的凋亡，导致cyclin D1、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2和bcl-2的下调[26]。对阿霉素耐药的人OS细胞中ZEB1蛋白表达升高，而SIAH1的过表达可以抑制ZEB1的表达，并增加OS细胞的Dox敏感性[27]。

Wnt信号通路是癌症进展中发挥作用的经典通路之一，可通过调节ZEB1促进胶原蛋白修饰酶Loxl2表达，促进c-Fos诱导的OS形成。c-Fos/AP-1通过启动子结合直接调节OS细胞中Wnt7b和Wnt9a的Wnt配体表达，Wnt7b和Wnt9a又通过转录因子Zeb1和Zeb2促进小鼠和人OS细胞中的Loxl2表达。因此，可考虑将Wnt或Loxl2作为OS肿瘤治疗的新分子靶点[28]。

2.2 抑制OS进展相关的ZFP 除促进OS发生发展外，也有几种ZFP作为OS的抑癌基因被报道，如ZNF652。ZNF652基因位于染色体17q21.32，属C2H2型ZFP，具有转录因子活性，参与RNA聚合酶Ⅱ的转录调控，主要作为转录因子在细胞核中发挥作用，在乳腺癌、外阴癌等癌症中被报道为促癌基因[29]。然而，在OS中ZNF652被报道是miR-337-3p的下游基因。circVRK1作为miR-337-3p的微RNA海绵，促进ZNF652表达，从而抑制OS的增殖、迁移和侵袭，即circVRK1通过调节miR-337-3p/ZNF652轴抑制OS的进展[30]。ZNF281也称GZP1、ZBP99、ZBP-99或ZNP-99，基因位于染色体1q32.1，属C2H2型ZFP，具有与DNA结合的转录抑制活性，可与RNA聚合酶Ⅱ顺式调节区序列特异性结合，参与基因表达的负调控，主要定位于核质中[31]。据报道，ZNF281在OS患者组织中表达下调，且低表达的患者预后较差。在OS患者的组织中，ZNF281与ROCK1呈负相关，但与miR-144呈正相关，ZNF281可以通过上调miR-144来下调ROCK1，以抑制OS中的癌细胞侵袭和迁移[32]。

ZFP36也称TTP、GOS24、TIS11、RNF162A，属CCCH型ZFP，具有多种生物学功能，具有与特定mRNA 3'-UTR区富含AU区域结合的活性，是核糖核蛋白复合物的组分之一，基因定位于染色体19q13.2[33]。有报道显示，ZFP36在OS邻近组织中的表达高于肿瘤组织，ZFP36表达升高可显著延长OS患者的总生存期(overall survival，OS)和无进展生存期(progression-free survival，PFS)[34]。MCP-1诱导蛋白(MCP1-induced protein，MCPIP1)，也称ZC3H12A，位于染色体1p34.3，是CCCH型ZFP，属于ZC3H12基因家族，该家族共有4个成员，分别为ZC3H12A、ZC3H12B、ZC3H12C和ZC3H12D，其保守性强，是巨噬细胞活化的负调节因子[35]。有报道显示，在OS临床样本中，MCPIP1的3'-UTR可被miR-421特异性靶向结合，从而表达下调，促进OS生长[36]。但是ZFP36和MCPIP1在OS中的具体作用机制尚不明确，仍需进一步探索。

3 小结与展望

综上所述，不同ZFP受到不同种类的方式调节，在OS的发生发展过程中具有不同的作用，各种ZFP在OS中的异常表达与OS的发生发展及预后关系密切(见表1)。尽管近年来人们对ZFP的研究不断深入，但就现状来看，还有许多与OS相关的ZFP没被发现，并且还有许多ZFP的作用机制尚未完全阐明，仍有待于进一步的研究与探索。OS的病理机理十分复杂，而ZFP家族作为真核生物最大的转录因子家族，还有许多功能机制等待发掘。目前应更加关注ZFP在OS中的生物学功能和调控作用，为今后OS的临床诊断、分子分型、靶向治疗和预后预测提供坚实的理论依据。

表1 ZFP在OS疾病进展中的作用