配对盒8在人类生长发育及恶性肿瘤发生发展中作用的研究进展△

何倩，何爱琴

南通大学附属肿瘤医院妇瘤科，江苏 南通 226300

配对盒（paired box，PAX）基因是首次在果蝇分段基因配对中发现的DNA 结构域，因其含有可以编码128 个氨基酸的DNA 结合结构域——配对域得名，该结构在进化过程中高度保守[1]。随后逐渐在小鼠、线虫、海龟及人体内发现多种PAX基因及其同源物[2]。PAX 家族广泛参与各组织及器官的胚胎发育，如PAX3、PAX9 在心血管系统发育成熟中发挥关键作用[3]；PAX5 参与中枢神经系统的形成及B 细胞的生长发育[4]；PAX2、PAX4、PAX6 参与胰腺的发育、分化及胰岛素的合成分泌[5]；PAX8是甲状腺、肾脏、生殖系统胚胎发育中的重要转录因子[6]，PAX8 也在多种恶性肿瘤中作为关键转录因子发挥促癌作用。本文对PAX8 在人类生长发育及恶性肿瘤发生发展中的作用进行综述。

1 PAX8 概述

PAX 家族根据N 端结合区是否存在同源体区以及是否存在八肽序列而被细分为4 个亚组，分别为Ⅰ组（包括PAX1、PAX9）、Ⅱ组（包括PAX2、PAX5、PAX8）、Ⅲ组（包括PAX3、PAX7）、Ⅳ组（包括PAX4、PAX6）[2]，几乎在人体发育过程中的各个组织中均可表达，在胚胎发育、细胞分化、器官和组织形成等过程中发挥关键作用，广泛参与调控人体各个信号通路[7]。PAX基因主要在干细胞表达，多数情况下，PAX的表达在器官发育成熟后降低，其基因调控的关键发育过程包括增殖、干细胞自我更新、抗凋亡以及细胞迁移和侵袭，共同构成了Hanahan 和Weinberg 提出的上述四个特征[8]。

PAX8 是PAX 家族成员，与所有的PAX 家族成员一样，PAX8 的表达在胚胎发育及肿瘤发生发展中发挥关键作用。PAX8携带一个N 端DNA 结合结构域和一个C 端反激活结构域，位于染色体2q14.1 上，具有6 个剪接体，由可变剪接（A～F）组成，这些亚型表现出不同的转录特性，但不改变DNA 结合结构域[9]。PAX8 主要在肾脏、甲状腺、米勒管衍生组织（宫颈、输卵管和子宫内膜）和男性生殖组织（精囊和附睾）等的发育中发挥重要作用[10]，同时也在不同类型恶性肿瘤中过表达，如甲状腺癌[11]、肾癌[12]、上皮性卵巢癌[13]、子宫内膜癌[14]等。

2 PAX8 在人类生长发育中的作用

2.1 甲状腺

哺乳动物甲状腺由甲状腺滤泡细胞和C 细胞组成，这两种细胞分别起源于不同的胚胎，甲状腺滤泡细胞起源于胚胎内胚层细胞，C 细胞来自神经外胚层，起源于胚胎发育早期的神经嵴[15]。哺乳动物甲状腺的分化主要是由甲状腺转录因子调控的，即NK2 同源盒-1（NK2 homeobox-1，NKX2-1）、叉头框E1（forkhead box E1，FOXE1）、PAX8、造血干细胞表达同源框蛋白（hematopoietically expressed homeobox，HHEX）[16]。PAX8 是分化甲状腺表型的主要调节因子，通过其128-氨基酸配对结构域与启动子区域结合来调节甲状腺球蛋白（thyroglobulin，Tg）、甲状腺过氧化物酶（thyroid peroxidase，TPO）、碘化钠同向转运体（Na+/I-symporter，NIS）的表达[16]。Ruiz-Llorente 等[17]通过ChIP-seq 发现，PAX8 可以与参与三级DNA 结构和染色质重塑的蛋白质直接作用，共同调节NIS基因启动子的转录激活，并且PAX8 会优先结合基因内区域和胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）岛，作为甲状腺功能的主要调节因子参与细胞周期调节、DNA 修复、细胞增殖和分化、细胞凋亡及细胞极性等。

2.2 肾脏

肾脏的生长发育需要经历一系列复杂的上皮-间充质转化（epithelial- mesenchymal transition，EMT）过程，在小鼠肾脏发育过程中，PAX8 基本上全程与PAX2 发挥协同作用，参与后肾诱导、分支形态发生和肾单位分化过程等[18]。有研究表明，PAX8突变小鼠可以发育出正常的泌尿生殖系统，而PAX2突变小鼠由于肾导管尾部伸长缺陷而无法形成正常的泌尿生殖系统，由此可见，PAX2 可以弥补PAX8 在肾脏发育中的功能缺失[19]。PAX2敲除小鼠可形成前肾及中胚层，但无法形成肾上腺，PAX2、PAX8联合敲除的小鼠甚至连前肾及中胚层都无法形成，这说明PAX8 主要在前肾及中胚层发育过程中发挥作用[20]。成年小鼠的肾延髓中，PAX8 可以结合编码尿素转运蛋白的溶质载体家族14 成 员2（solute carrier family 14 member 2，SLC14A2）的启动子以维持体内的水和电解质稳定[21]，而在健康成年人肾脏、输尿管、膀胱内均可检测到PAX8 染色[22]。

2.3 女性生殖系统

女性生殖系统的发育是一个复杂的过程，在胚胎发育早期，泌尿生殖系统主要来源于胃肠道中胚层[23]，女性生殖道来自于一对称为米勒管的管状结构，它可发育形成输卵管、子宫、阴道上皮，PAX8已被证明可在小鼠米勒管中表达[24]。在成年人体内，PAX8 也可在正常子宫内膜细胞、输卵管分泌细胞中表达[25]。Adler 等[26]通过免疫组化法检测27个正常卵巢组织中PAX8 的表达情况，结果发现，12 个正常卵巢组织中可见PAX8 的表达，其中9 个（占所有卵巢组织的33%）显示中至强染色，其余15 个正常卵巢组织中未显示PAX8 染色；此外，还通过聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）检测66 个卵巢表面上皮细胞系中PAX8mRNA 表达情况，其中47 个细胞系中可以检测到PAX8的表达。PAX8敲除模型由于甲状腺及生殖道的严重发育不良呈现出典型的甲状腺功能减退症及不孕症[27-28]。另外，Ferretti 等[29]还在人足月胎盘滋养层细胞中检测到PAX8 的表达，其表达主要是由人绒毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）通过环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）依赖性机制调控，并可调节Wilms肿瘤抑制基因1（Wilms tumor gene 1，WT1）的表达。

2.4 男性生殖系统

男性生殖系统的主要功能是产生精子、储存精子和分泌雄激素。睾丸、附睾、输精管、射精管和精囊均来自中胚层导管，该导管在女性胚胎中退化[30]。在小鼠胚胎期，中胚层导管的衍生物开始形成连接睾丸和附睾上部的传出导管，PAX8 在小鼠的中胚层中表达，成年期在附睾中表达，PAX8缺失小鼠的传出导管及附睾萎缩变性，睾丸引流受阻导致生精上皮的继发性紊乱及睾丸萎缩，随着年龄的增长，最终导致成年人睾丸的混合萎缩，表现为与未分化的附睾初始段相关的不孕症[31]。

2.5 其他

近年来，国内外多项研究致力于探讨PAX8 在人体组织中的表达，其对人体器官发育的重要作用不仅局限于甲状腺、肾脏、米勒管器官等。Tacha等[22]通过对1100 例正常组织进行免疫组化检测发现，PAX8 在小脑、脾脏、淋巴结、胸腺、扁桃体、甲状腺、输卵管、肾脏、子宫、胰腺和尿道中均有不同程度的表达。

3 PAX8 在肿瘤发生发展中的作用

3.1 甲状腺癌

甲状腺癌是最常见的内分泌系统恶性肿瘤，占所有内分泌恶性肿瘤的90%，甲状腺癌来源于甲状腺滤泡细胞，大多数是分化良好的恶性肿瘤，甲状腺乳头状癌是最常见的病理类型，约占甲状腺肿瘤的80%，大多数甲状腺乳头状癌患者预后良好[11]。100%的甲状腺乳头状癌表达PAX8，91%～100%的甲状腺滤泡状癌表达PAX8，80%的间变性甲状腺癌表达PAX8[32]。甲状腺滤泡状癌常发生染色体重排，其中t（2；3）（q13；p25）处的平衡易位最常见，该易位是PAX8 与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ，PPARγ）结合，可产生PAX8-PPARγ融合蛋白，其是滤泡性甲状腺癌PPARγ重排家族的主要成员，这种融合蛋白由PAX8 的羧基末端部分和完整的PPARγ融合，由PAX8启动子驱动[33-34]。Lui 等[35]发现，PAX8-PPARγ融合蛋白过表达可以促进人甲状腺细胞增殖，进而发挥融合蛋白的致癌作用。甲状腺透明变梁状肿瘤（hyalinizing trabecular tumor，HTT）是较为罕见的甲状腺肿瘤，且大多是滤泡细胞起源的良性上皮肿瘤，有研究表明，PAX8-GLIS家族样锌指蛋白因子3（GLIS family zinc finger 3，GLIS3）融合蛋白几乎存在于所有的HTT 中，可以作为诊断HTT 的辅助标志物[36]，过表达的PAX8-GLIS3 可以促进甲状腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，其机制主要是PAX8启动子上调了GLIS3 的表达，获得了致癌特征并驱动了HTT 肿瘤的发生[37]。

3.2 肾细胞癌

肾细胞癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，恶性程度较高，起源于肾实质泌尿小管上皮系统，其最常见的组织类型为透明细胞癌[38]。Hu 等[39]通过对84 例肾透明细胞癌、66 例肾嗜色细胞癌、57例肾乳头状癌和16 例肾嗜色细胞癌的组织进行PAX8染色，结果发现，PAX8在肾透明细胞癌中的阳性表达率为92.85%（78/84），在肾嗜色细胞癌中为80.30%（53/66），在肾乳头状癌中为94.74%（54/57），在肾嗜色细胞癌中为93.75%（15/16）。Bleu 等[12]也通过大规模的功能基因组筛选确定PAX8为肾细胞癌的候选癌基因，沉默PAX8可以抑制肾癌细胞的增殖。

3.3 女性生殖系统肿瘤

女性生殖系统起源于米勒管，米勒管肿瘤包括子宫肿瘤及子宫外肿瘤[40]，目前普遍认为，PAX8 是鉴定米勒管肿瘤的高特异性标志物[41-42]，女性生殖系统肿瘤主要包括卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌等，研究显示，PAX8 在上皮性卵巢癌中的阳性表达率为95.00%（57/60）[43]，在子宫内膜癌中为98.06%（152/155）[25]，在宫颈癌中为96.97%（64/66）[44]。高级别卵巢浆液性癌（high-grade serous ovarian carcinoma，HGSC）是最常见的上皮性卵巢癌，约占上皮性卵巢癌的75%[45]，通常认为其起源于输卵管上皮[13]。Elias 等[46]为探讨PAX8在卵巢癌中的功能，敲低PAX8的表达后在HGSC 细胞系中进行RNA-Seq 分析，以确定PAX8直接调节的转录谱，结果发现，敲低PAX8的表达对输卵管分泌上皮细胞系转录组几乎无影响，但对卵巢癌细胞系的转录谱影响较大，PAX8靶基因在卵巢癌细胞增殖、血管生成和细胞黏附中显著富集。此外，Corona 等[47]通过对232 个卵巢癌全基因组测序数据进行整合，90%的卵巢癌可通过PAX8位点的体细胞扩增、上游增强子的突变或结合位点的体细胞突变导致PAX8 通路的改变，进而可能导致PAX8 及其基因靶标的失调。Palma 等[48]的研究发现，PAX8 在卵巢癌细胞系中高表达，转染短发夹RNA（short hairpin RNA，shRNA）沉默PAX8后卵巢癌细胞SKOV3 的生长明显受到抑制，将shPAX8 的SKOV3 细胞种植到裸鼠体内，观察肿瘤大小，结果发现，肿瘤大小与单个个体PAX8 的表达水平密切相关。在子宫内膜癌中，有研究对229 例患者的临床特征进行分析，PAX8 阳性表达与肿瘤高级别（P﹤0.01）、Ⅱ型非雌激素依赖型子宫内膜癌（P﹤0.01）和淋巴血管浸润（P=0.019）相关；生存分析结果显示，PAX8 与患者的5年总生存期相关（P=0.015），与患者的5年无病生存期也相关（P=0.020）[49]。López-Urrutia 等[50]研究显示，宫颈癌组织及正常宫颈组织中PAX8mRNA的表达水平存在显著差异，PAX8基因在宫颈癌组织中存在复杂的基因重排，并产生多种异常转录本。还有研究显示，在人乳头瘤病毒感染的宫颈细胞及组织样本中均可检测到PAX8 表达上调[51]。

3.4 男性生殖系统肿瘤

Ozcan 等[10]对正常组织、原发性肿瘤组织及转移性肿瘤组织进行PAX8 免疫组化染色检测，结果发现，男性生殖系统的所有精囊和附睾标本中都可见弥漫且较强的PAX8 染色，但在尿路上皮、生殖细胞、Leydig 细胞、Sertoli 细胞或前列腺上皮中均不可见PAX8 染色。研究显示，PAX8 染色可见于由米勒管衍生器官转化导致的原发性上皮肿瘤，如附睾浆液性囊腺瘤、睾丸癌等，免疫组化法检测PAX8 的表达情况可将这些肿瘤与PAX8 表达阴性的男性生殖系统肿瘤（尿路癌、睾丸癌、前列腺癌等）鉴别开来[52]。

3.5 其他

在胆管癌中，有研究通过对73 例胆管癌患者PAX8 的表达情况进行免疫组化检测，结果显示，28 例（38%）患者的PAX8 有不同程度的染色，且远端胆管癌中PAX8 的染色更强，且与T 分期呈弱相关[53]。研究显示，肝癌组织中PAX8 的表达明显上调，PAX8 表达上调可促进肝癌细胞增殖、迁移、侵袭及EMT[54]。此外，在非霍奇金淋巴瘤[55]、胃癌[56]、胰腺癌[57]、神经胶质瘤[58]中均可见不同程度的PAX8 强染色。

4 小结与展望

PAX8 是一种谱系标志物，在小鼠及人类甲状腺、米勒管衍生器官等的生长发育中均可发挥重要作用。PAX8 广泛参与胚胎发育及肿瘤的发生发展过程，可与不同蛋白伴侣相互作用，参与表观遗传重构、刺激增殖、抑制凋亡和血管生成等过程，可作为与PAX8 阴性肿瘤鉴别诊断的重要生物学标志物。但目前PAX8 在多种肿瘤发生发展中的分子机制尚不明确，仍需进一步开展多中心、大样本研究，以探讨其在不同肿瘤中的作用机制，预测其下游靶基因，为临床诊疗提供思路。