Runx2在乳腺癌中作用的研究進(jìn)展

田 垚 陳 璐 張 斌 曹旭晨

Runx2轉(zhuǎn)錄因子參與骨骼的形成，在骨骼發(fā)育過程中起重要作用。在乳腺組織中，Runx2也參與某些基因的表達(dá)調(diào)控，在乳腺上皮細(xì)胞分化過程中發(fā)揮重要作用，并與乳腺腫瘤細(xì)胞株的侵襲性密切相關(guān)[1]。Runx2的過表達(dá)與乳腺癌某些特征有關(guān)，如在三陰性乳腺癌，Runx2與雌激素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間存在著交互串話，其與乳腺癌細(xì)胞株發(fā)生轉(zhuǎn)移，及其引發(fā)的溶骨性病變有相關(guān)性[2]。本文就Runx2在乳腺癌中的作用綜述如下。

1 Rnux2與乳腺癌的關(guān)系

在哺乳動(dòng)物中有3種基因編碼α亞基，因與果蠅Runt基因有同源性，故稱為Runx基因，這3個(gè)基因分別編碼不同的蛋白R(shí)unxl、Runx2、Runx3，它們具有共同的DNA結(jié)合域——runt域。Runx家族基因與腫瘤發(fā)展密切相關(guān)[3]，Runx2在乳腺上皮細(xì)胞中發(fā)揮生理性調(diào)節(jié)作用[4]，并在乳腺癌細(xì)胞株中表達(dá)上調(diào)[5]。尤其是在侵襲性較高的乳腺癌細(xì)胞株中，Runx2的表達(dá)明顯上調(diào)，提示Runx2與乳腺癌細(xì)胞的侵襲性有關(guān)。Runx2還與乳腺癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)，其可調(diào)節(jié)血管生成相關(guān)基因的表達(dá)，如骨涎蛋白(BSP)、骨橋蛋白(OPN)、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）[6]。Javed等[7]認(rèn)為這與腫瘤細(xì)胞行為直接相關(guān)，抑制Runx2的表達(dá)，可使其靶基因的表達(dá)下調(diào)，從而降低溶骨細(xì)胞的活性。

Runx2與溶骨性病變關(guān)系密切，乳腺癌細(xì)胞中Runx2的表達(dá)缺失將下調(diào)其抑制成骨細(xì)胞分化，增強(qiáng)破骨細(xì)胞分化的功能[8]。Runx2通過增強(qiáng)核因子-κB(NF-κB)受體活化因子配體（RANKL）的表達(dá)和降低護(hù)骨素的表達(dá)，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化，當(dāng)乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生過多的甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（PTHrP）時(shí)，則導(dǎo)致骨溶解作用增強(qiáng)，Runx2可通過Hedgehog信號(hào)通路調(diào)節(jié)PTHrP的表達(dá)水平。Runx2結(jié)合到印刺因子（IHH）并在乳腺癌細(xì)胞中表達(dá)，使PTHrP進(jìn)一步增加，從而增強(qiáng)骨溶解作用。在乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞株中敲除Runx2，可抑制IHH和PTHrP的表達(dá)，從而降低溶骨性疾病的發(fā)生率[9]。因此，Runx2在轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞中過表達(dá)，通過IHHPTHrP信號(hào)通路作用，使得骨溶解加劇，釋放促生長因子，進(jìn)而影響腫瘤進(jìn)展。此外，Runx2還可調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素-11（IL-11）和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF），增強(qiáng)破骨細(xì)胞的活性[10]。IL-11可誘導(dǎo)MDA-MB-231細(xì)胞中的Runx2過表達(dá)[11]，而GM-CSF是刺激破骨細(xì)胞發(fā)育的重要因子，同時(shí)也是NF-κB信號(hào)通路的作用靶點(diǎn)。研究還證實(shí)，Runx2在MDA-MB-231細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，具有抑制成骨細(xì)胞分化的作用[10]。

2 Runx2與雌激素受體間作用對(duì)乳腺癌的影響

Runx2的表達(dá)與HER2/ErbB2陽性腫瘤的形成密切相關(guān)，并影響雌激素受體陰性腫瘤患者的臨床預(yù)后情況[12]。Khalid等[13]通過對(duì)779例乳腺癌活檢分析，發(fā)現(xiàn)Runx2的表達(dá)與雌激素受體α（ERα）的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)；同時(shí)刺激MCF7細(xì)胞中的Runx2和雌激素受體，兩者靶基因表達(dá)譜表現(xiàn)為相互拮抗[14]。雌二醇（E2）結(jié)合的ERα直接通過其DNA結(jié)合域與Runx2產(chǎn)生強(qiáng)烈作用，而間接方式由其N末端和配體結(jié)合域完成，受ERα調(diào)節(jié)的Runx2或許在成骨細(xì)胞和乳腺上皮細(xì)胞分化過程中發(fā)揮重要作用。此外，通過軟瓊脂集落形成實(shí)驗(yàn)證明，E2促進(jìn)軟瓊脂集落形成，而Runx2阻斷該過程，Runx2可抑制雌激素受體對(duì)乳腺癌細(xì)胞的作用，而雌激素受體同時(shí)也抑制Runx2的表達(dá)[13]。

Runx2是在MPA小鼠非依賴型乳腺腫瘤上皮細(xì)胞的DNA微陣列研究中最具上調(diào)性的基因，且Runx2在“基底細(xì)胞樣”即雌激素受體陰性腫瘤細(xì)胞株（如MDA-MB-231、MDA-MB-157、HCC38）中過表達(dá)[5]。一項(xiàng)針對(duì)原發(fā)性乳腺癌的全部乳腺組織提取物微陣矩分析顯示，Runx2在乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)，提示Runx2與ER/PR/HER2-陰性疾病有關(guān)[2]。

3 Runx2在乳腺癌轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮的作用

3.1 Runx2的表達(dá)與乳腺癌細(xì)胞侵襲性的關(guān)系 侵襲性和非侵襲性乳腺癌細(xì)胞的對(duì)比研究表明，Runx2是最具上調(diào)性的基因之一[1]。MDA-MB-231細(xì)胞株及MCF7細(xì)胞株內(nèi)Runx2過表達(dá)時(shí)，細(xì)胞株的侵襲性增強(qiáng)[15]。Runx2通過Wnt和轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路表達(dá)，可誘導(dǎo)MCF7細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）[16]。TGF-β主要通過經(jīng)典的Smad和旁路絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated pro?tein kinase，MAPK)通路傳導(dǎo)信號(hào)，而 Runx2正是 Smad和MAPK通路下游的共同作用靶點(diǎn)，并且作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在Smad信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用。在MCF10A細(xì)胞株的3D培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Runx2過表達(dá)抑制乳腺小泡正常結(jié)構(gòu)形成，培養(yǎng)結(jié)果顯示細(xì)胞增殖增加，細(xì)胞凋亡減少及基底膜形成障礙，而在MDA-MB-231細(xì)胞株培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，抑制Runx2表達(dá)，可促使乳腺小泡結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常[17]。此外，Runx2還可通過磷脂酰肌醇-3羥基激酶/絲氨酸激酶(phosphatidylinositol3-ki?nase，PI3K/Akt)信號(hào)通路激活，Akt磷酸化使Runx2過表達(dá)，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞株侵襲性增強(qiáng)[18]。

E2可拮抗Runx2的促轉(zhuǎn)移作用，并阻礙SNAI2上調(diào)，SNAI2是Runx2賦予細(xì)胞轉(zhuǎn)移行為的基因靶點(diǎn)[14]，E2通過抑制SNAI2的表達(dá)，拮抗Runx2誘導(dǎo)EMT的發(fā)生，最終降低乳腺癌細(xì)胞的侵襲性[16]。Runx2是miR-203的直接靶基因，沉默miR-203可使SNAI2表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞的侵襲性增強(qiáng)[19]。因此，可通過監(jiān)測(cè)原發(fā)性乳腺癌樣本中Runx2/SNAI2的表達(dá)水平，進(jìn)而預(yù)測(cè)癌發(fā)生轉(zhuǎn)移的可能性[20]。

3.2 Runx2與乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的關(guān)系 Runx2不僅調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化，而且與乳腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移相關(guān)[3]。Runx2通過調(diào)節(jié)血管生成相關(guān)基因的表達(dá)促發(fā)乳腺癌細(xì)胞發(fā)生骨轉(zhuǎn)移。BSP與導(dǎo)管內(nèi)轉(zhuǎn)移性乳腺癌相關(guān)，可能在誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞定向骨轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮作用，OPN可以介導(dǎo)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移中腫瘤細(xì)胞與骨組織表面的連接，并且與骨轉(zhuǎn)移中破骨細(xì)胞引發(fā)骨吸收活性增加相關(guān)。MDA-MB-231細(xì)胞株具高轉(zhuǎn)移性并可引發(fā)溶骨性病變，Barnes等[21]通過小鼠移植模型實(shí)驗(yàn)證明，下調(diào)MDA-MB-231細(xì)胞內(nèi)Runx2的表達(dá)，可抑制溶骨性疾病的發(fā)生；在小鼠的脛骨髓腔內(nèi)注射MDA-MB-231細(xì)胞后，有超過80%的小鼠出現(xiàn)了溶骨性病變，而下調(diào)Runx2的表達(dá)后，小鼠出現(xiàn)溶骨性病變的概率只有5%。Runx2?230即Runx2的靶基因表達(dá)下調(diào)，在顯性失活蛋白R(shí)unx2?230所表達(dá)的MDAMB-231細(xì)胞株中，BSP的啟動(dòng)子活性降低50%。在MDAMB-231細(xì)胞株培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與成骨細(xì)胞相關(guān)的礦化結(jié)節(jié)形成減少，同時(shí)成骨細(xì)胞標(biāo)志物，如堿性磷酸酶、BSP、骨鈣素、Ⅰ型膠原等的表達(dá)缺乏，提示了該細(xì)胞株可抑制來源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的成骨細(xì)胞分化，而破骨細(xì)胞標(biāo)志物抗酒石酸酸性磷酸酶的表達(dá)增加，提示該細(xì)胞株可誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化。但是，在Runx2?230所表達(dá)的MDA-MB-231細(xì)胞株中，以上骨細(xì)胞分化效應(yīng)并未出現(xiàn)。研究表明，在MDA-MB-231細(xì)胞株中，Runx2調(diào)節(jié)OPN基因的表達(dá)，并可持續(xù)激活BSP使其表達(dá)異常，抑制Runx2的表達(dá)可導(dǎo)致OPN和BSP的表達(dá)明顯下調(diào)，提示Runx2在乳腺癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要作用[12]。

MMP-3是一種具有侵襲性的MMPs，它是Runx2的靶基因。染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）分析提示，在MDA-MB-231細(xì)胞中，位于內(nèi)源性MMP-3啟動(dòng)子內(nèi)的2個(gè)Runx位點(diǎn)被Runx2占用，任一Runx位點(diǎn)的突變，均可抑制MMP-3啟動(dòng)子的活性[8]。此外，Runx2亦可調(diào)節(jié)MMPs家族中的其他基因，在MCF-7細(xì)胞株中，Runx2的過表達(dá)可明顯增強(qiáng)MCF-7細(xì)胞株的侵襲能力，并可提高若干轉(zhuǎn)移標(biāo)志性分子，如MMP-2、MMP-9、MMP-13和VEGF的表達(dá)[16]。在MDA-MB-231中，利用小干擾RNA沉默Runx2表達(dá)可降低MMP-9的表達(dá)，并減弱癌細(xì)胞的侵襲能力，提示Runx2與乳腺癌轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[15]。

Runx2在細(xì)胞核內(nèi)子域的正確定位對(duì)轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞的溶骨活性所需靶基因的表達(dá)具有重要影響[7]。Runx2的C-端區(qū)域包含一個(gè)核基質(zhì)靶向信號(hào)（NMTS），Runx2通過該信號(hào)與核基質(zhì)聯(lián)系，若該序列發(fā)生點(diǎn)突變(R398A和Y428A)，Runx2與核基質(zhì)間的聯(lián)系將被阻斷，提示乳腺癌細(xì)胞誘發(fā)骨溶解與Runx2改變細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)。當(dāng)MDA-MB-231細(xì)胞中Runx2發(fā)生NMTS突變時(shí)，其與核基質(zhì)中間纖維的聯(lián)系中斷。Runx2核基質(zhì)靶向信號(hào)對(duì)成骨細(xì)胞分化的作用影響，與顯性失活蛋白R(shí)unx2?230所產(chǎn)生的效應(yīng)類似[21]。Runx2的突變抑制了MDA-MB-231細(xì)胞的侵襲性和溶骨性，導(dǎo)致其基底膜遷移能力降低，且體內(nèi)溶骨性病變減少[9]。通過對(duì)Runx2在MDA-MB-231細(xì)胞株中的作用分析，Runx2在乳腺癌細(xì)胞影響成骨分化，提示Runx2過表達(dá)可促使乳腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移[9]。

Runx2在乳腺癌的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制仍存爭(zhēng)議。但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，Runx2能夠調(diào)節(jié)一系列基因的轉(zhuǎn)錄進(jìn)而影響乳腺癌細(xì)胞的侵襲能力，在乳腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的過程中起重要作用，且與其預(yù)后密切相關(guān)。

[1]Nagaraja GM,Othman M,Fox BP,et al.Gene expression signatures and biomarkers of noninvasive and invasive breast cancer cells:comprehensive profiles by representational difference analysis,mi?croarrays and proteomics[J].Oncogene,2006,25(16):2328-2338.

[2]Tanzer M,Drucker D,Jasty M,et al.Revision of the acetabular com?ponent with an uncemented Harris-Galante porous-coated prosthe?sis[J].J Bone Joint Surg Am,1992,74(7):987-994.

[3]Chimge NO,Frenkel B.The RUNX family in breast cancer:relation?ships with estrogen signaling[J].Oncogene,2013,32(17):2121-2130.doi:10.1038/onc.2012.328.

[4]Pratap J,Lian JB,Stein GS.Metastatic bone disease:role of tran?scription factors and future targets[J].Bone,2011,48(1):30-36.doi:10.1016/j.bone.2010.05.035.

[5]Lau QC,Raja E,Salto-Tellez M,et al.RUNX3 is frequently inacti?vated by dual mechanisms of protein mislocalization and promoter hypermethylation in breast cancer[J].Cancer Res,2006,66(13):6512-6520.

[6]Akech J,Wixted JJ,Bedard K,et al.Runx2 association with pro?gression of prostate cancer in patients:mechanisms mediating bone osteolysis and osteoblastic metastatic lesions[J].Oncogene,2010,29(6):811-821.doi:10.1038/onc.2009.389.

[7]Javed A,Barnes GL,Pratap J,et al.Impaired intranuclear traffick?ing of Runx2(AML3/CBFA1)transcription factors in breast cancer cells inhibits osteolysis in vivo[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(5):1454-1459.

[8]van der Deen M,Akech J,Lapointe D,et al.Genomic promoter oc?cupancy of runt-related transcription factor RUNX2 in Osteosarco?ma cells identifies genes involved in cell adhesion and motility[J].J Biol Chem,2012,287(7):4503-4517.doi:10.1074/jbc.M111.287771.

[9]Pratap J,Wixted JJ,Gaur T,et al.Runx2 transcriptional activation of Indian Hedgehog and a downstream bone metastatic pathway in breast cancer cells[J].Cancer Res,2008,68(19):7795-7802.doi:10.1158/0008-5472.CAN-08-1078.

[10]Mendoza-Villanueva D,Zeef L,Shore P.Metastatic breast cancer cells inhibit osteoblast differentiation through the Runx2/CBFbetadependent expression of the Wnt antagonist,sclerostin[J].Breast Cancer Res,2011,13(5):R106.doi:10.1186/bcr3048.

[11]Gupta J,Robbins J,Jilling T,et al.TGFbeta-dependent induction of interleukin-11 and interleukin-8 involves SMAD and p38 MAPK pathways in breast tumor models with varied bone metasta?ses potential[J].Cancer Biol Ther,2011,11(3):311-316.

[12]Onodera Y,Miki Y,Suzuki T,et al.Runx2 in human breast carcino?ma:its potential roles in cancer progression[J].Cancer Sci,2010,101(12):2670-2675.doi:10.1111/j.1349-7006.2010.01742.x.

[13]Khalid O,Baniwal SK,Purcell DJ,et al.Modulation of Runx2 activ?ity by estrogen receptor-alpha:implications for osteoporosis and breast cancer[J].Endocrinology,2008,149(12):5984-5995.doi:10.1210/en.2008-0680.

[14]Chimge NO,Baniwal SK,Luo J,et al.Opposing effects of Runx2 and estradiol on breast cancer cell proliferation:in vitro identifica?tion of reciprocally regulated gene signature related to clinical letro?zole responsiveness[J].Clin Cancer Res,2012,18(3):901-911.doi:10.1158/1078-0432.CCR-11-1530.

[15]Leong DT,Lim J,Goh X,et al.Cancer-related ectopic expression of the bone-related transcription factor RUNX2 in non-osseous meta?static tumor cells is linked to cell proliferation and motility[J].Breast Cancer Res,2010,12(5):R89.doi:10.1186/bcr2762.

[16]Chimge NO,Baniwal SK,Little GH,et al.Regulation of breast can?cer metastasis by Runx2 and estrogen signaling:the role of SNAI2[J].Breast Cancer Res,2011,13(6):R127.doi:10.1186/bcr3073.

[17]Pratap J,Imbalzano KM,Underwood JM,et al.Ectopic runx2 ex?pression in mammary epithelial cells disrupts formation of normal acini structure:implications for breast cancer progression[J].Can?cer Res,2009,69(17):6807-6814.doi:10.1158/0008-5472.CAN-09-1471.

[18]Pande S,Browne G,Padmanabhan S,et al.Oncogenic cooperation between PI3K/Akt signaling and transcription factor Runx2 pro?motes the invasive properties of metastatic breast cancer cells[J].J Cell Physiol,2013,228(8):1784-1792.doi:10.1002/jcp.24339.

[19]Viticchie G,Lena AM,Latina A,et al.MiR-203 controls prolifera?tion,migration and invasive potential of prostate cancer cell lines[J].Cell Cycle,2011,10(7):1121-1131.

[20]Zhang Z,Zhang B,Li W,et al.Epigenetic Silencing of miR-203 Up?regulates SNAI2 and Contributes to the Invasiveness of Malignant Breast Cancer Cells[J].Genes Cancer,2011,2(8):782-791.doi:10.1177/1947601911429743.

[21]Barnes GL,Hebert KE,Kamal M,et al.Fidelity of Runx2 activity in breast cancer cells is required for the generation of metastases-as?sociated osteolytic disease[J].Cancer Res,2004,64(13):4506-4513.