人分化抑制因子3的研究進(jìn)展

仲愛芳綜述,李曉軍審校

(1.常州第一零二醫(yī)院 檢驗(yàn)科,江蘇常州213003;2.南京軍區(qū)南京總醫(yī)院解放軍臨床檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究所,江蘇南京210002)

分化抑制因子,又稱DNA結(jié)合抑制因子(Inhibitors of differentiation/DNA binding,Id)屬于螺旋-環(huán)-螺旋(HLH)轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一,對(duì)堿性HLH(bHLH)轉(zhuǎn)錄因子活性起負(fù)調(diào)節(jié)作用。哺乳動(dòng)物細(xì)胞含四種Id分子(Id1-Id4)。Id3,作為血清誘導(dǎo)的立即早期基因1991年第一次在小鼠成纖維細(xì)胞系中被發(fā)現(xiàn),該分子參與多種細(xì)胞生物學(xué)過程,本文就其表達(dá)的調(diào)控以及其生理和病理作用等方面作一綜述。

1 Id3的結(jié)構(gòu)與基本功能

Id蛋白是一類分子量約13-20 kDa的小分子蛋白,這類蛋白有一共同類型的結(jié)構(gòu)域:此結(jié)構(gòu)域長40-50個(gè)氨基酸殘基,其中含兩個(gè)既親水又親脂的α螺旋,兩個(gè)α螺旋被一個(gè)不同長度和序列的連接環(huán)區(qū)分開。高保守螺旋區(qū)通過螺旋上疏水基團(tuán)的相互作用形成同源或異源二聚體,從而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。大部分HLH蛋白有一個(gè)與HLH基序相鄰的強(qiáng)堿性區(qū)域,為DNA結(jié)合所必須,故此類HLH又稱為堿性HLH(bHLH)蛋白。Id分子是一類特殊的HLH蛋白,因其本身缺乏DNA結(jié)合必需的堿性氨基酸序列,與bHLH結(jié)合成異二聚體后,抑制bHLH與DNA及其他組織特異性bHLH轉(zhuǎn)錄因子(如E蛋白)的結(jié)合,對(duì)bHLH轉(zhuǎn)錄因子活性起負(fù)調(diào)節(jié)作用,影響細(xì)胞特異性基因的表達(dá),從而抑制細(xì)胞分化。

Id3基因定位于染色體1p36上,由三個(gè)外顯子和兩個(gè)內(nèi)含子組成,小鼠Id3基因的第一個(gè)外顯子包括 5＇端非編碼區(qū)(UTR)和前100個(gè)氨基酸殘基編碼區(qū),在+357位置被一個(gè)105 bp的內(nèi)含子所分割;第二個(gè)外顯子含19個(gè)氨基酸編碼區(qū)和26 bp的3＇端非編碼區(qū),隨后的是506 bp的第二個(gè)內(nèi)含子和第三個(gè)約500 bp UTR的外顯子 。人源的和鼠源的Id3在基因水平有75.8%的相似,氨基酸有95.8%的相似。

2 Id3表達(dá)的調(diào)控

2.1 Id3的表達(dá)

Id3的表達(dá)在胚胎發(fā)育過程中呈動(dòng)態(tài)調(diào)控狀態(tài),在細(xì)胞發(fā)育過程中,Id3基因大量表達(dá)于未分化的、增殖性細(xì)胞;隨著細(xì)胞分化和成熟,Id3基因表達(dá)逐漸減少。

Id3也表達(dá)于成熟期組織細(xì)胞中,如成纖維細(xì)胞、肌源性和成骨前體細(xì)胞、前脂肪細(xì)胞、滋養(yǎng)細(xì)胞、淋巴樣和成單核細(xì)胞系、星形細(xì)胞、前列腺上皮細(xì)胞等中都有表達(dá)。根據(jù)細(xì)胞和組織的類型不同,Id3的表達(dá)可以是組成性的,或者通過刺激誘導(dǎo)表達(dá)。Id3的表達(dá)水平一般在未分化細(xì)胞中比較高,在分化終末期的細(xì)胞Id3表達(dá)呈下調(diào)。另外,Id3的表達(dá)水平不是靜止不變的,而是隨著細(xì)胞的生長周期和生理狀態(tài)的變化而變化的,并且對(duì)細(xì)胞外的不同刺激做出不同的應(yīng)答反應(yīng)。因此Id3的表達(dá)可能既受控于通用的調(diào)節(jié)機(jī)制,又呈現(xiàn)一定的細(xì)胞類型特異性。

Id蛋白的外源性表達(dá)能抑制Ig同型轉(zhuǎn)換,對(duì)Id3轉(zhuǎn)導(dǎo)的B細(xì)胞基因組DNA分析表明,此類細(xì)胞的Ig類別轉(zhuǎn)換重排功能受到抑制。其成熟B細(xì)胞受到T細(xì)胞依賴性或非T細(xì)胞依賴性的抗原刺激后,免疫反應(yīng)遭到損害,表現(xiàn)在特異性Ig同種型產(chǎn)生受到抑制,似乎提示Id3為Ig同型轉(zhuǎn)換所必需[1]。

2.2 Id3表達(dá)的調(diào)控

近年來的研究發(fā)現(xiàn),Id3蛋白的表達(dá)受多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的調(diào)控。誘導(dǎo)Id3基因表達(dá)的因素包括:血小板衍生生長因子(PDGF)、甲狀腺刺激素(TSH)、胰島素、表皮生長因子(EGF)、肝細(xì)胞生長因子(HGF)、骨形成蛋白(BMP)、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)、腫瘤壞死因子 α(TNF-α)、神經(jīng)生長因子(NGF)、胰島素樣生長因子I(IGF-I)以及雌激素等。研究發(fā)現(xiàn),胚胎干細(xì)胞中的Id3處于穩(wěn)定低水平狀態(tài),用BMP處理胚胎干細(xì)胞,可以誘導(dǎo) Id1、Id2、Id3的表達(dá)。BMP可以Smad4依賴方式誘導(dǎo)上皮細(xì)胞持續(xù)性表達(dá)Id[2]。在骨髓B淋巴細(xì)胞形成過程中,骨髓基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的BMP-6作用于B前體細(xì)胞和前B細(xì)胞,通過快速誘導(dǎo)Smad1/5/8磷酸化而上調(diào)Id1和Id3的表達(dá)[3]。上皮細(xì)胞用TGF處理后,會(huì)出現(xiàn)Id3表達(dá)水平的瞬間提高,其后Id3表達(dá)水平被長期抑制[4]。由此可見,不同的刺激因素作用于不同的組織細(xì)胞,通過不同的信號(hào)途徑,可導(dǎo)致Id3表達(dá)水平不同程度的升高或降低,即Id3的誘導(dǎo)表達(dá)呈現(xiàn)細(xì)胞特異性和雙向調(diào)節(jié)性。

3 Id3蛋白在正常細(xì)胞中的作用

3.1 Id3對(duì)正常細(xì)胞的增殖作用

有研究表明,Id3是血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)生長增殖的重要調(diào)節(jié)分子。Id3反義核酸能通過增強(qiáng)p21Cip1蛋白表達(dá)而抑制VSMC增殖和進(jìn)入S期 。大、小鼠血管損傷可引起VSMCs內(nèi)Id3水平的上調(diào)表達(dá)[5]。12/15脂(肪)氧合酶可促進(jìn)動(dòng)脈VSMC的增殖,該過程至少部分是通過誘導(dǎo)Id3轉(zhuǎn)錄的增加[6]。用高脂血癥豬的血液和氧化LDL(ox-LDL)刺激血管平滑肌細(xì)胞,能促進(jìn)細(xì)胞Id3蛋白的表達(dá)、VSMC細(xì)胞生長和S期細(xì)胞數(shù)量增加以及p21cip1表達(dá)的降低;高脂血癥豬的動(dòng)脈VSMC中Id3表達(dá)明顯高于非高脂血癥豬。結(jié)果提示Id3通過抑制p21cip1的表達(dá),而介導(dǎo)高脂血和ox-LDL的促有絲分裂原作用[7]。

3.2 Id3對(duì)正常細(xì)胞的生長發(fā)育的作用

Id3在T、B淋巴細(xì)胞發(fā)育和成熟中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。T細(xì)胞在成熟過程中,TCR經(jīng)陽性選擇而活化,進(jìn)而激活RAS-ERK-MAPK途徑,誘導(dǎo)DP胸腺細(xì)胞內(nèi)立即早期反應(yīng)基因1(EGR1)mRNA的表達(dá)。EGR1的上調(diào)表達(dá)可快速誘導(dǎo)Id3 mR NA的表達(dá),阻制E2A/HEB二聚體與下游分子SR G3啟動(dòng)子中的 E框結(jié)合,下調(diào)SRG3表達(dá),從而促進(jìn)DP胸腺細(xì)胞的分化和成熟。Id3的過度表達(dá)能抑制SR G3的表達(dá),導(dǎo)致原始胸腺細(xì)胞和未成熟胸腺瘤細(xì)胞抵抗GC誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。Id3可能通過下調(diào)SRG3的表達(dá),抵抗GC的作用而增強(qiáng)DP胸腺細(xì)胞的存活力[8]。小雞肝臟發(fā)育早期,Id3表達(dá)于胚肝細(xì)胞,并且促進(jìn)細(xì)胞群的增殖。而在發(fā)育的后期,Id3負(fù)性調(diào)節(jié)白蛋白Albumin(胚肝,細(xì)胞分化成熟標(biāo)志物)的表達(dá),直到胚肝細(xì)胞對(duì)促進(jìn)分化的信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)答時(shí)為止[9]。

4 Id3在腫瘤細(xì)胞中的作用

4.1 Id3對(duì)腫瘤細(xì)胞的分化增殖作用

Id3過度表達(dá)通過抑制分化,促進(jìn)增殖影響腫瘤細(xì)胞的表型.Id3基因的異常表達(dá)造成體外培養(yǎng)的一些細(xì)胞例如肌肉細(xì)胞、甲狀腺細(xì)胞、鼠類紅白血病細(xì)胞等的分化抑制.免疫組化、原位雜交及western blot等技術(shù)已發(fā)現(xiàn)Id3在乳腺、結(jié)直腸、胰腺、以及鼻咽部、食管癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤等腫瘤細(xì)胞中有高表達(dá)[10]。在成人大腦中,Id蛋白的含量很低,但是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)有惡變的細(xì)胞中,Id3的表達(dá)量顯著增加,惡病的膠質(zhì)細(xì)胞大量地表達(dá)Id3蛋白,惡性程度越高的腫瘤Id3的表達(dá)量越高,在這些腫瘤中不僅癌細(xì)胞表達(dá)Id3而且血管內(nèi)皮細(xì)胞也表達(dá)Id3,惡性度最高的神經(jīng)膠質(zhì)瘤由于具有豐富的血管因而Id3的表達(dá)量也最高[11]。這些研究表明Id3表達(dá)的上調(diào)在惡性轉(zhuǎn)化中發(fā)揮著一定的作用。但是也有研究發(fā)現(xiàn)在卵巢癌中Id3表達(dá)呈下降趨勢(shì)[12]。在肝癌中,Id3在分化良好的肝癌細(xì)胞中的表達(dá)要高于分化不良的肝癌細(xì)胞[13]。上述研究結(jié)果出現(xiàn)差異的現(xiàn)象表明,盡管Id蛋白在一些腫瘤組織中呈現(xiàn)明顯的高表達(dá),但必須搞清腫瘤細(xì)胞的種類及其分化狀態(tài),應(yīng)選擇確定的、特異性高的檢測(cè)方法來分析Id 3在腫瘤中的表達(dá)情況.Id蛋白在許多腫瘤細(xì)胞分化時(shí)的短暫表達(dá)即可改變細(xì)胞的命運(yùn),從而也會(huì)對(duì)其表型產(chǎn)生影響。

4.2 Id3對(duì)腫瘤細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移作用

腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的一般過程通常是:癌細(xì)胞失去和其他細(xì)胞相互作用的能力,消化周圍基底膜,侵襲到血液中,跟隨血液循環(huán)到達(dá)其他組織器官后繼續(xù)增生并形成新生血管,繼而形成轉(zhuǎn)移瘤。Gupta等[14]研究發(fā)現(xiàn),Id1和Id3在ER/PR/HER2均為陰性的乳腺癌中,無論在早期還是轉(zhuǎn)移灶中都能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向肺部的轉(zhuǎn)移、定居,并能進(jìn)一步使腫瘤細(xì)胞遷移至肺實(shí)質(zhì).在3種前列腺癌細(xì)胞系中研究促進(jìn)腫瘤侵襲性相關(guān)基因金屬蛋白酶9(MMP9)和E-鈣黏著蛋白發(fā)現(xiàn),Id1和Id3在E蛋白陰性或者陽性的細(xì)胞中均可調(diào)節(jié)E-鈣黏著蛋白的表達(dá),同時(shí)還發(fā)現(xiàn)3種Id基因均可調(diào)節(jié)MMP9的表達(dá)[15]。用R NA干擾技術(shù)阻斷Id1和Id3的表達(dá)可使MKN45胃癌細(xì)胞的增殖率和遷移率及結(jié)合laminin的能力均明顯下降,抑制胃癌細(xì)胞向腹膜轉(zhuǎn)移的數(shù)量和大小[16]。上述研究表明Id3與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)。

4.3 Id3對(duì)腫瘤的血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用

血管生成是腫瘤的驅(qū)動(dòng)力,因而近年來腫瘤的血管生成研究也成為了熱點(diǎn)。Id1和Id3雙敲除小鼠在腫瘤血管畸形嫁接時(shí)表現(xiàn)出血管內(nèi)皮的缺陷,接種到小鼠體內(nèi)的腫瘤中均表現(xiàn)出了生長及轉(zhuǎn)移的抑制[17]。Id3等位基因的單獨(dú)敲除也使腫瘤血管生成不能進(jìn)行,表明Id 3表達(dá)水平的消減可以影響腫瘤的表型。這種血管的缺陷可能是由成纖維細(xì)胞生長因子受體1(FGFR-1)、金屬蛋白酶2(MMP2)介導(dǎo)的,并且依賴凝血酶敏感素1(thrombospondin-1,TSP-1)的表達(dá)調(diào)節(jié)[18]。另外,腫瘤細(xì)胞表達(dá)Id3蛋白時(shí)可以提高血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)量[19]。

5 結(jié)語

Id3蛋白在不同來源及不同發(fā)育階段的細(xì)胞中有不同表達(dá)模式。Id3基因或蛋白水平和功能在許多生理和病理狀態(tài)下可能發(fā)生某些改變。進(jìn)一步研究其在人類腫瘤中的分子機(jī)制,可為人類腫瘤中的診斷提供新的科學(xué)依據(jù),為抗腫瘤藥物提供新的作用靶點(diǎn),為治療人類疾病提供新的研究方向。

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