PIG3启动子结合元件（TGYCC）n与肿瘤易感性的研究进展

陈凤霞，浦飞飞

1. 武汉大学中南医院肿瘤放化疗科（武汉 430071） 2. 武汉市第一医院骨科（武汉 430022）

PIG3是在筛选凋亡起始前p53诱导的靶基因时发现的p53下游调控细胞凋亡的靶基因，其在物种之间高度保守且与植物NADPH 氧化还原酶高度同源[1]。PIG3通过参与合成活性氧（reactive oxygen species, ROS）及对氧化应激的调控参与细胞凋亡过程，因此，PIG3基因也被认为是一种抑癌基因[2]。PIG3的启动子区有一段串联重复序列（TGYCC）n（Y=C 或T），其仅在灵长类动物中进化，并且只有在灵长类动物中p53与（TGYCC）n 结合诱导PIG3的转录活性最强[3]。近年来，有研究发现（TGYCC）n 的多态性与PIG3的转录调控及癌症易感性密切相关[4]。

1 PIG3基因启动子区（TGYCC）n转录调控的分子机制

PIG3定位于2P23.3，全长7 424 bp，它的编码区由五个外显子组成[5]。p53能够与PIG3基因启动子区域中的两个位点结合，一个位于转录起始点上游的-328 至-308 位点，研究显示，此位点对于p53介导的PIG3的转录激活不是必需的；另一结合位点位于PIG3启动子区转录起始位点下游+442 至+517 之间的（TGYCC）n 五核苷酸重复序列，此位点对于p53介导的转录激活至关重要。而且，p53的同源基因p63、p73也能够与这段序列结合，从而激活PIG3的转录。研究表明，伴随p53突变的肿瘤，p53的突变体不能与（TGYCC）n 结合并介导PIG3的转录激活，但是它们仍有激活其他p53反应元件的能力，如诱导p21的表达、调控细胞周期阻滞[6]。

抑制素1（prohibitin, PHB1） 和抑制素2（prohibiton, PHB2）能与PIG3启动子区（TGYCC）15结合，并且PHB1/PHB2 的这种结合可不依赖于p53的存在和凋亡刺激[7]。PHB1 和PHB2 以二聚体或蛋白复合物存在于细胞膜、细胞核、细胞质和线粒体特定的亚细胞结构中[8]。PHB1 和PHB2的亚细胞定位不同，发挥的作用也不同。存在于细胞膜上的PHB1 和PHB2 参与许多信号通路的转导，调控多种细胞生理功能，包括代谢、转录、凋亡、细胞骨架重排及细胞分化；存在于线粒体中的PHB1 和PHB2 形成环状分子，作为伴侣蛋白稳定新合成的线粒体蛋白[9-10]。

组蛋白甲基转移酶蛋白SETD2 能够与p53相互作用，并且选择性调控p53下游基因，包括促凋亡基因PIG3、Bax等[11]。乳腺癌易感基因1（the breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1）的沉默在一定程度上能够影响p53依赖的PIG3激活[7-12]。p53能够与BRCA1的N 端Rad50 结合位点和C端BRCT 区域相互作用，从而上调p53介导的转录[13]。BRCA1的过表达能够稳定野生型p53，调控DNA 修复和生长停滞基因的转录[14]。另外，人类细胞凋亡易感蛋白（human cellular apoptosis susceptibility protein, hCAS/CSE1L） 也参与PIG3的转录调控，通过与PIG3启动子区相互作用影响p53依赖的凋亡。与p53不同，hCAS/ CSE1L 只能与PIG3启动子区的-318 至-813 位点结合，激活PIG3的转录，并且这种结合不依赖于p53[15]。此外，hCAS/CSE1L基因表达下调能够促进PIG3启动子区组蛋白H3 第27 位赖氨酸的甲基化，这种甲基化能够抑制PIG3的转录修饰，但对于第4位和第9 位赖氨酸的甲基化却没有影响[15]。

2 PIG3多态性与癌症易感性的关系

对PIG3基因启动子区（TGYCC）n 这一位点的人群进行分析，结果显示（TGYCC）n 具有多态性，在高加索人中，这一等位基因包括10、15、16、17，出现频率分别为5.1%、62.0%、21.4%、11.5%[4]。然而，日本学者的一项研究发现，PIG3基因启动子区（TGYCC）n包括7个等位基因，n 分别为10、12、14、15、16、17、18[16]。Guan等的研究认为（TGYCC）n 重复次数与被p53激活的程度呈正相关，且（TGYCC）n 重复次数越多，活性越强[4]。然而，之后的研究推翻了此前的结论，发现无论是在p53缺失型还是p53野生型细胞中，（TGYCC）n 的活性都是最强的，因此，（TGYCC）15也被认为是野生型的等位基因[3]。

（TGYCC）n 多态性与癌症易感性相关研究结果不一致。对1 239 名非西班牙裔白人的调查结果显示，（TGYCC）n 多态性与头颈部鳞癌的发病风险存在相关性，拥有（TGYCC）15的人患头颈部鳞癌的风险较其他三种类型明显降低[3]。PIG3的启动子包含可变数量的五核苷酸（TGYCC）n（Y=C或T）串联重复序列（VNTRs），据报道，VNTRs的数量与TP53的激活相关，PIG3启动子VNTRs与侵袭性膀胱癌的发生相关[16]。不过，也有研究数据并不支持PIG3多态性与癌症易感性增加相关的观点，研究者认为还是应该进行包括其他类型癌症在内的更大规模的研究[17]。这种研究间的不一致性可能是由于样本量大小不同，也可能是研究人群种族和地理环境的差异。

3 PIG3的生物学功能

PIG3在细胞内主要发挥两种不同的作用。首先，PIG3通过参与合成ROS 及对氧化应激的调控参与细胞凋亡过程。这是由于当DNA 受到损伤时，PIG3抑制了过氧化氢酶，使细胞内通过氧化呼吸产生的副产物ROS 不能被及时清除，进而在细胞内大量堆积，最终诱导细胞凋亡[18]。基于这一观点，肿瘤细胞内PIG3应该被选择性失活才有利于肿瘤细胞生长。然而值得注意的是，恶性肿瘤细胞内ROS 的水平是亚致死剂量的，这种剂量的ROS 能够促进细胞增殖，导致遗传基因突变，协助转移灶形成[19]。研究表明，在紫外线作用下，PIG3能够与谷胱甘肽过氧化物3 （glutathione peroxidase 3, GPx3）N 端氨基酸残基（2-114）相互作用，促进ROS 的产生和细胞内积累。当PIG3缺失或GPx3基因突变时，细胞内ROS 水平显著下降，紫外线诱导的细胞凋亡也显著降低[20]。因此，GPx3-PIG3信号通路对于紫外线诱导的ROS 的产生和细胞凋亡至关重要。同时，GPx3 和PIG3对于ROS 的产生和细胞死亡也是不可或缺的。研究发现，GPx3 有两种形式，一类存在于血浆中，不能与PIG3或其他的辅酶相互作用，影响抗氧化剂还原ROS；另一类存在于细胞内的GPx3 能与PIG3形成复合物，激活PIG3后可促进ROS 产生和细胞凋亡[21]。GPx3 是谷胱甘肽过氧化酶家族的一员，能够氧化还原谷胱甘肽减少过氧化氢的产生。细胞内的GPx3 能够促进PIG3介导的ROS 的产生，但具体机制仍未阐明，可能是作为PIG3的激动因子或PIG3-ROS 酶的一个亚单位[22]。因此，仅PIG3的过表达不足以产生致死剂量的ROS，只有促进ROS 积累的促凋亡基因共同参与，才能发挥p53诱导的凋亡。

其次，PIG3参与了DNA 损伤反应通路的调控。PIG3主要定位于细胞质，有大约30%的PIG3定位于细胞核，只有定位于细胞核的PIG3才能参与DNA 损伤修复。PIG3控制多个细胞周期检查点的转换，并且对于维持S 期和G2/M 期检查点的转换是必需的。细胞内PIG3的下调导致G2/M 检查点的延长，细胞损伤修复出现异常[23]。而且，细胞内PIG3的沉默使细胞对DNA 损伤试剂敏感性增加，抑制53BP1，Mre11，Rad50 和Nbs1 向DNA 损伤反应点招募，使细胞正常的损伤修复机制缺失，导致细胞存活率下降[6]。PIG3作为DNA 损伤反应通路的上游成分，主要通过ATM 途径激活，不仅可以加强p53依赖的抗肿瘤细胞反应，使细胞周期停滞、诱导细胞凋亡或衰老；还可以参与DNA 损伤修复。对于恶性肿瘤细胞而言，p53依赖的抗肿瘤细胞反应已经在肿瘤的发展过程中丧失，但是参与DNA 损伤修复仍得以保留，因为DNA 双链断裂是致命的[24]。鉴于这一发现，PIG3的缺失无论对于正常细胞还是癌症细胞都是致命的。

4 小结

PIG3在细胞中既发挥促进凋亡的作用，又发挥促进增殖的作用，其在细胞中发挥何种作用不仅与细胞类型有关，而且与DNA 损伤程度也密切相关。当正常细胞遭受低剂量DNA 损伤时，p53诱导细胞周期停滞，此时PIG3参与DNA 损伤修复，激活DNA 损伤修复机制，当DNA 修复完成后细胞周期才能得以继续；当细胞遭受大剂量DNA 损伤时，p53诱导所有促凋亡基因共同表达，促使ROS 大量积累，促进细胞凋亡。在肿瘤细胞中，p53的低表达或突变使细胞内PIG3表达较低，当肿瘤细胞遭受DNA 损伤时，PIG3被招募到细胞核参与DNA 损伤修复，使促凋亡基因的产生减少，ROS 维持在亚致死量水平，能够促进细胞增殖及转移灶形成[7]。

PIG3启动子区（TGYCC）n 重复序列可能影响p53的结合及其介导的转录活性，从而影响肿瘤的发生风险[3-4]。PIG3等位基因（TGYCC）15变异多态性可能影响p53结合头颈部鳞状细胞癌易感标志物[4]；PIG3启动子TGYCC 的可变串联重复序列VNTRs 与侵袭性膀胱癌的发生有关[16]。PIG3启动子TGYCC 基因多态性在癌症的发生发展及临床诊疗中起着重要作用，分析其遗传易感性可为临床诊疗提供新思路及理论支持。除了与基因多态性相关，肿瘤还与种族、地域和个体差异有关，研究样本量、多个基因位点、多种细胞因子基因交互作用等也会产生影响[25]。但这些还有待在大样本、多临床特征和多中心的前瞻性研究中加以验证。

综上，PIG3是p53下游调控细胞凋亡的靶基因，在细胞中发挥着两种截然相反的作用，既通过细胞内ROS 的积累诱导细胞凋亡，又参与DNA损伤修复。因此，如何平衡PIG3在肿瘤细胞中的这两种作用是一个值得深入研究的方向，对临床上肿瘤的诊断及治疗具有重要的应用价值。