毛發(fā)-鼻-指 (趾)綜合征-1基因在乳腺發(fā)育及乳腺癌中的研究進(jìn)展

鮑 軼，鐘征翔，崔 戈，郭 麗，王兆豐

浙江省嘉興市第二醫(yī)院中心實驗室，浙江 嘉興 314000

乳腺癌是女性發(fā)病率最高的腫瘤，盡管經(jīng)過長期深入研究，早期診斷和治療乳腺癌有了長足的進(jìn)步，但其仍是導(dǎo)致女性死亡的最常見惡性腫瘤之一［1］。乳腺癌是一種異源性疾病，根據(jù)病理分型，大部份乳腺癌為雌激素受體 (estrogen receptor，ER)陽性的浸潤性導(dǎo)管癌 (約占70%)［1］?？傮w而言，浸潤性導(dǎo)管癌ER陽性的患者受益于抗雌激素靶向治療，如使用三苯氧胺可明顯降低遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移發(fā)生率，延長生存率，是預(yù)后相對較好的病理亞型［2-3］。其他臨床病理分型還有人類表皮生長因子2受體 (epidermal growth factor receptor 2，HER2)/neu+/ERlo/-，這一類型發(fā)病率約占20%～25%，表現(xiàn)為HER2陽性，靶向藥物曲妥珠單抗臨床治療此類型乳腺癌有一定療效［4］。另外一類較為少見的病理亞型是ER、孕激素受體 (progesterone receptor，PR)和HER2三受體陰性基礎(chǔ)型乳腺癌，這一亞型乳腺癌約占10%～15%［5］，由于這一類型的腫瘤細(xì)胞多抵抗凋亡，且早期易復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，預(yù)后不佳。雖然ER陽性的乳腺癌更受益于阻斷ER的內(nèi)分泌治療，但臨床上仍有30%或以上的女性患者最終失去對抗雌激素治療敏感性而導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)［6］。若能闡明乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)過程及ER在整個癌細(xì)胞分化的作用機制，對于了解雌激素抵抗，發(fā)現(xiàn)新型抗腫瘤治療方法將會起到重要作用。發(fā)現(xiàn)調(diào)控乳腺導(dǎo)管正常發(fā)育及ER陽性導(dǎo)管癌分化的轉(zhuǎn)錄因子，是解決上述問題的關(guān)鍵。隨著研究深入，GATA轉(zhuǎn)錄因子家族，特別是GATA-3在調(diào)控乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞分化中的重要性逐漸顯現(xiàn)出來［7］。此外最近新發(fā)現(xiàn)，另一GATA家族成員—毛發(fā)-鼻-指 (趾)綜合征1基因 (trichorhinophalangeal syndrome-1，TRPS-1)可特異性表達(dá)在正常乳腺組織導(dǎo)管上皮細(xì)胞［8-9］。根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)顯示，TRPS-1極有可能是正常乳腺導(dǎo)管細(xì)胞分化過程的重要轉(zhuǎn)錄因子，同時其表達(dá)高度也影響著乳腺導(dǎo)管細(xì)胞由上皮樣細(xì)胞向間充質(zhì)樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化。

目前已知GATA轉(zhuǎn)錄因子家族的6名成員 (轉(zhuǎn)錄因子GATA-1～6)，其共同蛋白結(jié)構(gòu)是在羧基端區(qū)域有兩個典型的鋅指結(jié)構(gòu)，其特點是可以識別靶基因啟動子區(qū)域的核苷酸序列(T/A)GATA(A/G)［10］。GATA-1、GATA-2 和 GATA-3 主要在造血細(xì)胞中表達(dá)，而GATA-4、GATA-5和GATA-6則主要在心血管系統(tǒng)及包括肝、肺、胰腺和腸道在內(nèi)的內(nèi)胚層來源組織中表達(dá)［10］;隨著研究深入，GATA-3也被發(fā)現(xiàn)是重要的乳腺上皮細(xì)胞調(diào)控因子。GATA-3在脊椎動物中呈現(xiàn)高度保守性，人類和嚙齒鼠類GATA-3有97%的氨基酸序列相似性［11］。GATA-3不但表達(dá)在血液細(xì)胞 (如T細(xì)胞)，還可表達(dá)在許多其他組織中，如:腎臟、皮膚、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和乳腺組織［12-13］。GATA-3基因在正常青春期乳腺腺體中有著極高表達(dá)，主要存在于乳腺上皮層細(xì)胞，而其周圍基底層的肌上皮細(xì)胞不表達(dá)GATA-3。在乳腺組織微陣列分析研究中，與基質(zhì)相比，GATA-3是上皮細(xì)胞中基因表達(dá)水平的最高轉(zhuǎn)錄因子之一。GATA-3可誘導(dǎo)許多導(dǎo)管上皮細(xì)胞分化基因的表達(dá)，在小鼠中特異性針對乳腺組織敲除GATA-3基因，可使正常導(dǎo)管發(fā)育分化停止［14］。GATA-3除了在正常乳腺組織生長發(fā)展中起重要的調(diào)節(jié)生長、促進(jìn)分化作用外，GATA-3還與乳腺癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［14-16］?，F(xiàn)有證據(jù)表明，轉(zhuǎn)錄因子GATA-3與ER的協(xié)同作用是推動管腔乳腺導(dǎo)管上皮分化的重要因素［15］。目前尚不清楚轉(zhuǎn)錄因子GATA-3是如何影響正常乳腺發(fā)育和乳腺癌發(fā)生及進(jìn)展，對于 GATA-3與ER兩者間的調(diào)控關(guān)系也尚未闡明。ER和GATA-3蛋白在雌激素依賴性乳腺癌上皮細(xì)胞中共同表達(dá)，具有高度相關(guān)性，提示兩者之間似乎存在著一個可以相互調(diào)控的反饋循環(huán)［17］。

TRPS-1是近年來新發(fā)現(xiàn)的GATA轉(zhuǎn)錄因子家族新成員，與一種罕見的常染色體遺傳疾病有關(guān)，臨床表現(xiàn)為特征性的顱面部骨發(fā)育障礙和智力障礙［18］。該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)含有7個C2H2鋅指區(qū)域、單個GATA鋅指區(qū)域和兩個與C2H2相類似的IKAROS鋅指區(qū)域［19］。與其他已發(fā)現(xiàn)的 GATA轉(zhuǎn)錄因子不同，TRPS-1只有1個GATA鋅指區(qū)域，而不是常規(guī)的2個GATA鋅指區(qū)域。TRPS-1的GATA鋅指區(qū)域與其他家族成員有77%的高度保守性，且被證實能識別并結(jié)合在靶基因的GATA啟動子區(qū)域核苷酸序列 (T/A)GATA(A/G)上［19］。在不同種屬間，TRPS-1基因序列有著極高保守性，其氨基酸序列在爪蛙、大鼠和小鼠間有93%或更高的相似性［18-19］。TRPS-1基因位于人類8號染色體上，該區(qū)域還存在一些與乳腺癌相關(guān)癌基因 (如Myc)。研究人員利用TRPS-1ΔGT純合子小鼠試圖闡明TRPS-1在體內(nèi)的作用機制，在TRPS-1ΔGT小鼠中 TRPS-1失去與相對應(yīng)的DNA序列結(jié)合能力，小鼠出生后不久即發(fā)生呼吸衰竭而死亡［20］，提示TRPS-1在胚胎發(fā)育及在調(diào)控細(xì)胞分化和存活上起著關(guān)鍵的作用［20］。

TRPS-1在正常乳腺組織及乳腺癌中的表達(dá)

研究發(fā)現(xiàn)，TRPS-1在乳腺癌組織中表達(dá)水平高于正常乳腺組織的3.8倍，且在ER+和ER-的乳腺癌中都有表達(dá)［9］。另有報道觀察到在雄激素依賴前列腺癌細(xì)胞系中也表達(dá) TRPS-1基因［21］，但前尚無TRPS-1蛋白在乳腺癌及前列腺癌發(fā)生發(fā)展過程中明確作用機制的報道。目前認(rèn)為TRPS-1只表達(dá)在乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞，而在肌上皮細(xì)胞、基底細(xì)胞和基質(zhì)組織中都無表達(dá)，這與 GATA-3表達(dá)極其相似［8］。同時，TRPS-1在上皮細(xì)胞的基因表達(dá)水平與ER和GATA-3也有著高度相關(guān)性。這些研究支持TRPS-1是除GATA-3外另一重要的參與導(dǎo)管上皮細(xì)胞生長及分化的GATA家族成員。TRPS-1蛋白可能在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和識別雌激素中發(fā)揮作用。對van de Vijver等［22］研究中數(shù)據(jù)的分析顯示，ER+乳腺癌患者TRPS-1基因的表達(dá)明顯高于ER－乳腺癌患者。有研究采用定量免疫組織化學(xué)法檢測了152例臨床Ⅱ、Ⅲ期乳腺癌患者的TRPS-1表達(dá)，并分析了其Kaplan-Meier生存曲線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TRPS-1基因高表達(dá)與低表達(dá)之間生存率有顯著差異性，TRPS-1蛋白表達(dá)高的患者預(yù)后相對良好，該研究提出TRPS-1也許可以作為除ER外的另一獨立預(yù)后指標(biāo)［8］。

TRPS-1在正常乳腺發(fā)育及乳腺癌上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中的作用

乳腺發(fā)育是一個極為復(fù)雜的過程，對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，其乳腺發(fā)育早期形成簡單的乳腺導(dǎo)管樹，出生后直至青春期這一階段，乳腺發(fā)育始終保持靜止。在青春期開始后，乳腺導(dǎo)管樹開始從導(dǎo)管樹的頂端長出終末芽胚 (terminal end buds，TEBs)，標(biāo)志著乳腺進(jìn)入發(fā)育階段。目前認(rèn)為GATA-3是乳腺導(dǎo)管細(xì)胞正常分化發(fā)育所必須的轉(zhuǎn)錄因子之一［14］。Kouros-Mehr等［14］通過運用Cre/loxP重組系統(tǒng)，構(gòu)建條件性GATA-3基因敲除小鼠模型，結(jié)果顯示短期急性去除GATA-3后，發(fā)現(xiàn)未分化導(dǎo)管上皮細(xì)胞明顯擴(kuò)增;若長期去除GATA-3，乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡。此外他們還發(fā)現(xiàn)，在乳腺TEB及成熟的導(dǎo)管中，TRPS-1和GATA-3一樣，是22個極高表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子之一，這一結(jié)果提示TRPS-1同樣在乳腺導(dǎo)管細(xì)胞分化中可發(fā)揮舉足輕重的作用。

Stinson等［23］報道，在乳腺癌中，miR-221/222可通過調(diào)控TRPS-1的3'非翻譯區(qū) (3'UTR)降低E-cadherin表達(dá)，降低鋅指E盒結(jié)合同源盒蛋白2(zinc finger E-box-binding homeobox 2，ZEB2)表達(dá)，抑制上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化 (epithelial to mesenchymal transformation，EMT)［23］，這一研究提示 TRPS-1 低表達(dá)可能是基礎(chǔ)型乳腺癌的重要分子表現(xiàn)之一，并可能涉及EMT過程。另一項令人關(guān)注的研究發(fā)現(xiàn)TRPS-1可能是調(diào)節(jié)誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子之一［24］。在小鼠胚胎腎臟早期發(fā)育過程中，TRPS-1被觀察到與骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(bone morphogenetic protein 7，BMP-7)共同表達(dá)在腎臟組織中，BMP-7分子是一個誘導(dǎo)腎間質(zhì)細(xì)胞分化為腎小管上皮細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白［24］。在腎小管分化過程中，BMP-7通過對p38MAPK信號通路激活，作用于下游關(guān)鍵靶基因TRPS-1［24］。該研究提示TRPS-1在腎臟發(fā)育從間質(zhì)細(xì)胞到上皮細(xì)胞的分化過程中 (mesenchymal to epithelial transformation，MET)起著重要作用。

對其他組織的研究顯示，在或缺失轉(zhuǎn)錄因子Runx2情況下，TRPS-1被認(rèn)為可以直接或間接結(jié)合在骨鈣素轉(zhuǎn)錄的啟動區(qū)域，進(jìn)而影響成骨細(xì)胞分化［25］。還有研究觀察到TRPS-1可以通過調(diào)控India hedgehog/Gli3信號通路參與柱狀軟骨細(xì)胞分化和增殖［26］。

綜上，GATA家族轉(zhuǎn)錄因子新成員TRPS-1可影響正常乳腺組織的導(dǎo)管細(xì)胞分化及乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。TRPS-1在不同亞型乳腺癌表達(dá)水平有所不同，在ER陽性乳腺癌中呈高度表達(dá)，與ER及GATA-3都存在正相關(guān)性。目前對GATA-3和TRPS-1的確切作用機制及二者之間的關(guān)系尚不明確，這也將是深入研究的熱點之一。

［1］Howard JH，Bland KI.Current management and treatment strategies for breast cancer ［J］.Curr Opin Obstet Gynecol，2012，24(1):44-48.

［2］Davies C，Godwin J，Gray R，et al.Relevance of breast cancer hormone receptors and other factors to the efficacy of adjuvant tamoxifen:patient-level meta-analysis of randomised trials ［J］.Lancet，2011，378(9793):771-784.

［3］Lin SX，Chen J，Mazumdar M，et al.Molecular therapy of breast cancer:progress and future directions［J］.Nat Rev Endocrinol，2010，6(9):485-493.

［4］Gajria D，Chandarlapaty S.HER2-amplified breast cancer:mechanisms of trastuzumab resistance and novel targeted therapies［J］.Expert Rev Anticancer Ther，2011，11(2):263-275.

［5］Dawood S.Triple-negative breast cancer:epidemiology and management options［J］.Drugs，2010，70(17):2247-2258.

［6］Gordon NH，Silverman P，Lasheen W，et al.Thirty-year follow-up of chemo/hormonal therapy in node-positive breast cancer ［J］.Breast Cancer Res Treat，2007，102(3):301-312.

［7］Asselin-Labat ML，Sutherland KD，Barker H，et al.Gata-3 is an essential regulator of mammary-gland morphogenesis and luminal-cell differentiation ［J］.Nat Cell Biol，2007，9(2):201-209.

［8］Chen JQ，Litton J，Xiao L，et al.Quantitative immunohistochemical analysis and prognostic significance of TRPS-1，a new GATA transcription factor family member，in breast cancer ［J］.Horm Cancer，2010，1(1):21-33.

［9］Radvanyi L，Singh-Sandhu D，Gallichan S，et al.The gene associated with trichorhinophalangeal syndrome in humans is overexpressed in breast cancer ［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2005，102(31):11005-11010.

［10］Viger RS，Guittot SM，Anttonen M，et al.Role of the GATA family of transcription factors in endocrine development，function，and disease ［J］.Mol Endocrinol，2008，22(4):781-798.

［11］Chou J，Provot S，Werb Z.GATA3 in development and cancer differentiation:cells GATA have it［J］.J Cell Physiol，2010，222(1):42-49.

［12］Zheng R，Blobel GA.GATA transcription factors and cancer［J］.Genes Cancer，2010，1(12):1178-1188.

［13］Grote D，Boualia SK，Souabni A，et al.Gata3 acts downstream of beta-catenin signaling to prevent ectopic metanephric kidney induction ［J］.PLoS Genet，2008，4:e1000316.

［14］Kouros-Mehr H，Slorach EM，Sternlicht MD，et al.GATA-3 maintains the differentiation of the luminal cell fate in the mammary gland ［J］.Cell，2006，127(5):1041-1055.

［15］Kouros-Mehr H，Kim JW，Bechis SK，et al.GATA-3 and the regulation of the mammary luminal cell fate ［J］.Curr Opin Cell Biol，2008，20(2):164-170.

［16］Fang SH，Chen Y，Weigel RJ.GATA-3 as a marker of hormone response in breast cancer ［J］.J Surg Res，2009，157(2):290-295.

［17］Eeckhoute J，Keeton EK，Lupien M，et al.Positive crossregulatory loop ties GATA-3 to estrogen receptor alpha expression in breast cancer ［J］.Cancer Res，2007，67(13):6477-6483.

［18］Gai Z，Gui T，Muragaki Y.The function of TRPS1 in the development and differentiation of bone，kidney，and hair follicles ［J］.Histol Histopathol，2011，26(7):915-921.

［19］Malik TH，Shoichet SA，Latham P，et al.Transcriptional repression and developmental functions of the atypical vertebrate GATA protein TRPS1 ［J］.EMBO J，2001，20(7):1715-1725.

［20］Malik TH，Von Stechow D，Bronson RT，et al.Deletion of the GATA domain of TRPS1 causes an absence of facial hair and provides new insights into the bone disorder in inherited tricho-rhino-phalangeal syndromes ［J］.Mol Cell Biol，2002，22(24):8592-8600.

［21］Chang GT，Gamble SC，Jhamai M，et al.Proteomic analysis of proteins regulated by TRPS1 transcription factor in DU145 prostate cancer cells ［J］.Biochim Biophys Acta，2007，1774(5):575-582.

［22］van de Vijver MJ，He YD，van't Veer LJ，et al.A gene-expression signature as a predictor of survival in breast cancer［J］.N Engl J Med，2002，347(25):1999-2009.

［23］Stinson S，Lackner MR，Adai AT，et al.miR-221/222 targeting of trichorhinophalangeal 1(TRPS1)promotes epithelial-to-mesenchymal transition in breast cancer ［J］.Sci Signal，2011，4(186):pt5.

［24］Gai Z，Zhou G，Gui T，Itoh S，et al.Trps1 haploinsufficiency promotes renal fibrosis by increasing Arkadia expression ［J］.J Am Soc Nephrol，2010，21(9):1468-1476.

［25］Piscopo DM，Johansen EB，Derynck R.Identification of the GATA factor TRPS1 as a repressor of the osteocalcin promoter［J］.J Biol Chem，2009，284(46):31690-31703.

［26］Wuelling M，Kaiser FJ，Buelens LA，et al.Trps1，a regulator of chondrocyte proliferation and differentiation，interacts with the activator form of Gli3 ［J］.Dev Biol，2009，328(1):40-53.