TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中研究新進(jìn)展

郭 琦(綜述)，余英豪(審校)

(南京軍區(qū)福州總醫(yī)院病理科，福建醫(yī)科大學(xué)?？偱R床醫(yī)學(xué)院，福州350025)

2005年 Tomlins等［1］首次報道 TMPRSS2-ETS基因融合在前列腺癌發(fā)展中的作用。隨后學(xué)者發(fā)現(xiàn)TMPRSS2-ETS基因融合發(fā)生于將近50%的前列腺癌中，而其中最常見的是跨膜絲氨酸蛋白酶2(transmembrane serine protease 2，TMPRSS2)基因與 ETS 基因亞類ERG基因的融合［2］。事實上，ERG基因被認(rèn)為是前列腺癌中過表達(dá)常見的致癌基因［3］?，F(xiàn)就TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中的研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 TMPRSS2和ERG基因結(jié)構(gòu)

1.1 TMPRSS2基因結(jié)構(gòu) TMPRSS2基因位于染色體21q22.3位置，編碼含有492個氨基酸的蛋白質(zhì)，包括5個不同的區(qū)域，這些區(qū)域包含S1家族的一個絲氨酸蛋白功能區(qū)和一個富含半胱氨酸結(jié)構(gòu)域的清道夫受體。TMPRSS2基因是Ⅱ型跨膜蛋白，對細(xì)胞生長和維持正常細(xì)胞形態(tài)具有重要作用。原位雜交表明TMPRSS2基因集中表達(dá)于前列腺基底細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞中［4］。

1.2 ERG基因結(jié)構(gòu) ERG(ETS-related gene)基因?qū)儆贓TS基因家族的ERG基因亞類，位于染色體21q22.2，包括一個保守的80個氨基酸的ERG DNA結(jié)合域，結(jié)合DNA的5'-GGA(A/T)-3'序列，通常位于基因的啟動子區(qū)域，與特異性DNA序列結(jié)合，上調(diào)或者下調(diào)基因的表達(dá)［5］;另外，ERG基因還包含保守的PNT蛋白作用區(qū)域［6］。ERG基因主要功能包括調(diào)控生長因子及其受體，參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞周期相關(guān)基因的調(diào)控，阻礙和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)造血系統(tǒng)的發(fā)育和分化，并且通過參與染色體的易位導(dǎo)致腫瘤，如尤文肉瘤、白血病及其他惡性腫瘤的發(fā)生［7］。

2 TMPRSS2-ERG基因異常融合的特點

TMPRSS2-ERG融合基因首次被 Tomlins等［1］利用綜合計算和實驗研究法證實為異?；?。大約50%的前列腺癌和30%雄激素去勢抵抗疾病患者中出現(xiàn)TMPRSS2-ERG融合基因表達(dá)［8］。前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因的陽性率報道不一(40%～78%)，同時缺乏融合蛋白，TMPRSS2-ERG融合基因僅在少數(shù)病例中產(chǎn)生融合蛋白，即使產(chǎn)生TMPRSS2序列也很短，不參與生物學(xué)活動［9］。

TMPRSS2-ERG融合基因由TMPRSS2的5'非編碼區(qū)與ERG致癌基因的5'末端并接產(chǎn)生。通過以一種閉合鏈形式平衡易位(不發(fā)生基因丟失)，或者通過中間缺失發(fā)生基因融合［8］。TMPRSS2-ERG基因融合在融合轉(zhuǎn)錄方面具有顯著的多樣性，至今共有19種轉(zhuǎn)錄變異體，T1-E4(TMPRSS2基因的5'非編碼外顯子1與ERG外顯子4)基因融合是最主要的研究對象，而其他的還有 T1-E5、T1-E2、T2-E4和T2-E5［10］。

許多學(xué)者在TMPRSSS2-ERG與前列腺癌的腫瘤分期、Gleason分級和侵襲性等的相關(guān)性的認(rèn)識上有分歧。Demichelis等［11］研究表明 TMPRSS2-ERG 融合基因陽性的前列腺癌可能更具侵襲性。另外，有報道ERG基因重排與腫瘤的風(fēng)險指標(biāo)，如腫瘤高分期和Gleason分級相關(guān)［12］，而其他一些學(xué)者研究并未發(fā)現(xiàn)TMPRSS2-ERG融合基因水平與術(shù)前血清PSA水平、TNM分期和Gleason評分相關(guān)［13］。

3 TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中作用機(jī)制

3.1 AR與基因融合 一般來說，基因融合要求兩基因結(jié)構(gòu)組在空間上靠近，位于基因組的不同位置，首先雙鏈DNA斷裂，隨后進(jìn)行DNA修復(fù)的錯配，進(jìn)而導(dǎo)致異常 DNA 重組［14］。Wu等［15］發(fā)現(xiàn)由于雄激素的刺激增加了TMPRSS2基因和ERG基因的空間聯(lián)系，雄激素或雄激素受體(androgen receptor，AR)誘導(dǎo)染色體環(huán)化，致使TMPRSS2基因和ERG基因的共區(qū)域化導(dǎo)致基因融合。

Berger等［10］認(rèn)為，DNA雙鏈的斷裂與組蛋白修飾的激活相關(guān)。AR肽結(jié)合區(qū)的TMPRSS2基因和ERG基因斷裂點，含有豐富的甲基化組蛋白H3K79和乙?；M蛋白H4K16。近來Yu等［16］發(fā)現(xiàn)基因組相關(guān)的AR和組蛋白修飾的激活，在TMPRSS2-ERG融合基因陽性患者中靠近斷裂點。這些組蛋白修飾可能促進(jìn)AR的結(jié)合和基因的融合。

此外，二氫睪酮限制性 AR募集酶能夠誘導(dǎo)DNA雙鏈的斷裂。Haffner等［17］研究表明，二氫睪酮激動劑能夠誘導(dǎo)AR介導(dǎo)的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱβ募集至斷裂點，這種酶依賴雌激素和AR調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生短暫DNA雙鏈的斷裂。二氫睪酮顯著提升胞嘧啶脫氨酶誘導(dǎo)激活劑的mRNA和蛋白表達(dá)，這種蛋白是一種淋巴組織特異性酶，能夠使胞嘧啶變?yōu)槟蜞奏?，最終導(dǎo)致DNA雙鏈的斷裂［18］。然后，AR通過共激活劑Gadd45募集胞嘧啶脫氨酶誘導(dǎo)激活劑至核染色質(zhì)，誘導(dǎo)基因融合。

DNA斷裂錯配修復(fù)有兩種主要方式，同源重組(HR)途徑和非同源末端連接(non-homologous end joining，NHEJ)途徑。在真核生物中，NHEJ途徑是雙鏈DNA斷裂修復(fù)的主要途徑［19］。通過雙氫睪酮(dilydrotestosterone，DHT)刺激和增加雙鏈DNA的斷裂，一些蛋白包括毛細(xì)血管擴(kuò)張失調(diào)蛋白(ataxia telangiectasia-mutated，ATM)被募集至斷裂點，導(dǎo)致TMPRSS2-ERG基因融合。重要的是，藥物抑制劑和小干擾 RNAs以 NHEJ途徑部分為目標(biāo)，減少了TMPRSS2-ERG融合基因的從頭合成途徑的形成［17］。

另外，Yu等［16］研究發(fā)現(xiàn)，ERG基因過表達(dá)顯著降低前列腺癌中AR激動劑活性，TMPRSS2-ERG基因融合產(chǎn)物可以通過多樣的和相互合作機(jī)制，包括直接抑制AR表達(dá)或者通過特異性基因位點降低AR信號，從而降低雄激素信號，抑制正常前列腺分化。

3.2 多聚ADP-核糖聚合酶1與基因融合 Brenner等［20］研究發(fā)現(xiàn)，TMPRSS2-ERG 融合基因，以非 DNA依賴方式與多聚(ADP-核糖)聚合酶1［enzyme poly(ADP-ribose)polymerase，PARP-1］和 DNA 蛋白激酶催化亞基相互作用，PARP-1和DNA蛋白激酶催化亞基表達(dá)和活化促使ERG基因轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞侵襲性的發(fā)生。另外，PARP抑制劑可以抑制ERG融合基因蛋白活性，通過阻止ERG基因轉(zhuǎn)錄活性，抑制ERG基因相關(guān)侵襲性。然而，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PARP抑制劑增強(qiáng)ERG基因介導(dǎo)的DNA損傷，況且ERG基因介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄是否直接與誘導(dǎo)DNA損傷相關(guān)，仍有待于深入研究。

3.3 核因子 κB與基因融合 核因子 κB(nuclear factor-κB，NF-κB)在前列腺癌的發(fā)生、血管形成、侵襲性以及患者生存率中發(fā)揮重要作用［21］。Wang等［22］報道TMPRSS2-ERG基因融合能夠通過增加絲氨酸536p65的磷酸化，激活NF-κB轉(zhuǎn)錄活性。并利用組織芯片免疫組織化學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)絲氨酸536p65蛋白存在于大部分前列腺癌中，與ERG基因蛋白表達(dá)相關(guān)，表明p65磷酸化在調(diào)節(jié)前列腺癌的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。隨后又進(jìn)一步證實，Toll樣受體4(TLR4)在增強(qiáng)融合基因表達(dá)細(xì)胞中p65絲氨酸536磷酸化起重要作用。TLR4激活促使絲氨酸536p65磷酸化，同時TLR4與小發(fā)夾RNA結(jié)合降低TMPRSS2-ERG融合基因表達(dá)細(xì)胞中絲氨酸536的磷酸化。另外，Kundu等［23］研究顯示，革蘭陰性菌感染的前列腺組織細(xì)胞，釋放脂多糖激活TLR4，從而可能誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生。Wang等［22］研究表明，前列腺細(xì)菌感染可能促使高級別上皮內(nèi)瘤變或者前列腺癌的發(fā)生，并且表達(dá)TMPRSS2-ERG融合基因。

3.4 富含半胱氨酸分泌蛋白3與基因融合 富含半胱氨酸分泌蛋白3(cysteine-rich secretory protein-3，CRISP3)由位于6p12.3染色體的基因編碼，包括245個氨基酸，屬于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白。Bjartell等［24］曾報道CRISP3與前列腺癌Gleason評分及前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。Ribeiro等［25］研究表明，ERG轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子直接調(diào)節(jié)CRISP3表達(dá)，前列腺癌中高CRISP3的mRNA水平，同時也發(fā)現(xiàn)高ERG基因的mRNA水平和ERG融合基因，同樣表明ERG基因和CRISP3在前列腺癌中的作用具有一定的相關(guān)性。TMPRSS2-ERG融合基因與一些代謝酶的上調(diào)和細(xì)胞黏附的胞外跨膜蛋白，細(xì)胞基質(zhì)的改變和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)。利用染色質(zhì)免疫沉淀法，發(fā)現(xiàn)ERG基因可與CRISP3蛋白激動劑結(jié)合，表明ERG基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子直接調(diào)節(jié)CRISP3表達(dá)，加強(qiáng)了其在TMPRSS2-ERG基因融合陽性前列腺癌中的相關(guān)性。CRISP3水平在TMPRSS2-ERG基因融合陽性前列腺癌中是前列腺良性病變的53倍，是融合基因陰性前列腺癌的40倍，表明TMPRSS2-ERG基因融合促使CRISP3過表達(dá)介導(dǎo)腫瘤的發(fā)生。

4 TMPRSS2-ERG融合基因檢測的臨床應(yīng)用

Sun等［13］利用多探針熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH)技術(shù)檢測前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因，發(fā)現(xiàn)ERG重排出現(xiàn)于78%的前列腺癌患者中。近來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)融合轉(zhuǎn)錄不僅能夠在前列腺標(biāo)本中直接檢測，在直腸指診后的尿液中，用聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測TMPRSS2-ERG融合基因［26］。Salami等［27］研究 45 例前列腺穿刺活檢標(biāo)本，其中前列腺癌15例，非前列腺癌30例，檢測經(jīng)直腸指診后尿液沉淀物中TMPRSS2-ERG融合基因，發(fā)現(xiàn)10/15例(67%)前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因為陽性，而26/30例非前列腺癌患者檢測為陰性，檢測前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因的特異度為87%。通過尿液檢測融合基因，相比于直接檢測，消除了患者在活檢時所產(chǎn)生的緊張情緒，這種非侵入性檢測更容易被大眾接受。

Furusato等［28］發(fā)現(xiàn)在前列腺全包埋的標(biāo)本中，利用一種鼠抗ERG單克隆抗體，在區(qū)分前列腺癌病灶與正常前列腺組織具有高度特異性。近來檢測發(fā)現(xiàn)在前列腺癌中，用免疫組織化學(xué)檢測ERG蛋白表達(dá)與用FISH檢測ERG重組具有很大的相關(guān)性［29］，隨后Falzarano等［30］利用一種兔抗ERG單克隆抗體直接與TMPRSS2-ERG融合基因產(chǎn)物C末端結(jié)合，研究271例前列腺癌和112例前列腺非腫瘤病變患者，發(fā)現(xiàn)100例前列腺癌患者免疫組織化學(xué)檢測ERG蛋白陽性，其中99例患者經(jīng)FISH檢測出現(xiàn)ERG基因重排，通過免疫組織化學(xué)檢測ERG蛋白來預(yù)測ERG基因重排的靈敏度和特異度分別為96%和99%。另外，112例前列腺非腫瘤性病變患者免疫組織化學(xué)和FISH檢測未檢測到ERG蛋白和ERG基因重排。Chaux等［31］研究表明，ERG蛋白免疫組織化學(xué)表達(dá)能夠準(zhǔn)確定位前列腺癌中的TMPRSS2-ERG基因融合，進(jìn)一步確定了ERG蛋白免疫組織化學(xué)在TMPRSS2-ERG基因融合中的地位［32］。另外，利用p63/ERG蛋白雙重免疫組織化學(xué)標(biāo)記將p63蛋白的高敏感性與ERG蛋白的高特異性結(jié)合，可用于疑難前列腺活檢的診斷［33］。雖然，與融合基因具有重要關(guān)聯(lián)的蛋白已被應(yīng)用于免疫組織化學(xué)檢測，仍需進(jìn)一步的探索驗證。

5 結(jié)語

學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，TMPRSS2-ERG融合基因通過與AR、PARP1 和 DNA-PKcs、NF-κB 和 CRISP3 的相互作用介導(dǎo)前列腺癌的發(fā)生，因此可以通過對中間環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控，從而避免或者改變TMPRSS2-ERG基因的融合發(fā)生。例如，前列腺癌中ETS-PARP1靶向基因治療，盡管直接抑制轉(zhuǎn)錄因子，如ERG基因可能有困難，但是阻礙調(diào)節(jié)輔助因子(如PARP1)的功能是可行的［20］。因此，PARP1可以作為一個有前景的治療目標(biāo)。然而，當(dāng)前關(guān)于融合基因治療的靶基因尚未被證實，有待繼續(xù)研究。

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