TMPRSS2-ERG融合基因在前列腺癌發(fā)病中作用的研究進(jìn)展

王文君，於宇，崔久嵬

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院，長春130021)

ERG是E26轉(zhuǎn)化(ETS)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員，位于21號染色體q22(21q22.2)上，跨度為282 kb，含有12個潛在的外顯子和至少3個可識別的近端啟動子。轉(zhuǎn)錄起始下游85 kb區(qū)域已被鑒定為ERG增強(qiáng)子，ERG通過該區(qū)域正向調(diào)節(jié)自身表達(dá)。在ERG的C端有一個高度保守的ETS DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，介導(dǎo)DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活；N端有一個Pointed結(jié)構(gòu)域，形成螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)供蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和同/異二聚化作用[1]。ERG對胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖和分化、血管生成、血管穩(wěn)定性、細(xì)胞凋亡、正常巨核細(xì)胞生成、造血干細(xì)胞功能和維持正常外周血小板數(shù)量等具有重要作用[2]。在細(xì)胞分裂發(fā)生染色體易位過程中，ERG作為致癌基因與其他基因發(fā)生易位，產(chǎn)生融合基因產(chǎn)物，導(dǎo)致ERG過表達(dá)，從而調(diào)控一些ERG靶基因表達(dá)。融合基因和ERG過表達(dá)還能引起下游相關(guān)信號通路改變，從而參與疾病的發(fā)生和發(fā)展。ERG基因和雄激素調(diào)節(jié)跨膜絲氨酸蛋白酶(TMPRSS2)基因融合形成TMPRSS2-ERG(T2E)融合基因，是前列腺癌組織中最常見的ERG融合基因類型。本文結(jié)合文獻(xiàn)就T2E融合基因在前列腺癌發(fā)病中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 T2E融合基因的形成

2005年，Tomlins等[3]首次報道了前列腺癌中的一種復(fù)發(fā)性基因組重排，即TMPRSS2基因的5′端非翻譯區(qū)和ETS家族基因產(chǎn)生融合。TMPRSS2基因是一種前列腺特異性和雄激素反應(yīng)基因，編碼一種屬于絲氨酸蛋白酶家族的蛋白質(zhì)。融合的ETS基因包括ETS變體1(ETV1)、ETV4、ETV5和ERG[4]。在激素難治性前列腺癌中最常見的是位于21號染色體長臂上ERG與TMPRSS2形成的T2E融合基因，發(fā)生率為50%～70%，該融合基因最常涉及TMPRSS2外顯子1與ERG外顯子4或ERG外顯子5融合。T2E融合基因的類型和表達(dá)水平均可影響前列腺癌的進(jìn)展，如TMPRSS2前兩個外顯子與ERG外顯子4融合往往與致死性前列腺癌相關(guān)?；蛉诤系陌l(fā)生可能與染色體易位或基因間片段缺失有關(guān)。Mani 等[5]認(rèn)為，雄激素信號能共定位5′和3′基因融合部分，從而增加DNA雙鏈斷裂時基因融合的可能性。研究表明，局部雌激素信號傳導(dǎo)機(jī)制也是前列腺癌發(fā)生和發(fā)展所必需的。在高級別前列腺上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生、發(fā)展過程中，常伴有雌激素受體α上調(diào)和雌激素受體β缺失，從而促進(jìn)T2E基因融合[6]。

2 T2E融合基因在前列腺癌發(fā)病中的作用

2.1 引起ERG過表達(dá) 由于TMPRSS2啟動子中含有雄激素敏感元件，在雄激素作用下，T2E融合基因會導(dǎo)致ERG過表達(dá)。過表達(dá)的T2E融合蛋白還能通過激活3種天然ERG啟動子中的一種來誘導(dǎo)天然ERG表達(dá)，隨后調(diào)控超過1 600個ERG靶基因，這種正反饋回路被認(rèn)為與前列腺癌細(xì)胞的侵襲性升高有關(guān)[7,8]。在前列腺癌組織中，T2E融合基因和鋅指結(jié)構(gòu)域蛋白(SPOP)突變同時發(fā)生的比例高達(dá)65%[9]。SPOP是一個E3泛素連接酶底物結(jié)合蛋白，通過識別ERG的N端degron模體來促進(jìn)野生型ERG泛素化，并被蛋白酶體降解，從而抑制前列腺癌細(xì)胞增殖和侵襲。但T2E融合體產(chǎn)生N端截短的ERG蛋白質(zhì)，能夠抵抗由SPOP介導(dǎo)的泛素化降解。SPOP突變還能導(dǎo)致其降解ERG蛋白功能消失，最終使ERG蛋白過表達(dá)，從而促進(jìn)前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展；ERG蛋白還可通過增強(qiáng)轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)/Smads信號通路促進(jìn)前列腺癌的進(jìn)展。TGF-β信號通路在癌癥晚期發(fā)揮腫瘤促進(jìn)作用。對于正常細(xì)胞，TGF-β與其細(xì)胞表面受體結(jié)合，磷酸化其細(xì)胞內(nèi)信號分子R-Smads(受體調(diào)節(jié)型Smads，包括Smad2和Smad3)，二者與Smad4結(jié)合形成異源三聚體，定位于細(xì)胞核，從而調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)。不管TGF-β存在與否，過表達(dá)的ERG蛋白與磷酸化Smad3蛋白結(jié)合可使磷酸化Smad3更穩(wěn)定，并抑制Smad3去磷酸化，減少泛素化Smad3生成，升高細(xì)胞核中磷酸化Smad3表達(dá)，提高TGF-β/Smad3的轉(zhuǎn)錄活性，從而調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)、促進(jìn)前列腺癌發(fā)展。

2.2 下調(diào)雄激素受體表達(dá) 研究發(fā)現(xiàn)，雄激素受體可驅(qū)動TMPRSS2的5′端與ERG的3′端發(fā)生融合[10]。在前列腺癌組織中，雄激素受體基因拷貝數(shù)或雄激素受體蛋白表達(dá)增加均與T2E基因融合有關(guān)。雄激素受體幾乎在所有前列腺癌組織中高表達(dá)，尤其是對雄激素剝奪療法無效的前列腺癌組織中表達(dá)升高最明顯。雄激素受體在正常前列腺發(fā)育和前列腺癌發(fā)展過程中具有重要作用，一方面可促進(jìn)前列腺細(xì)胞增殖并抑制其凋亡，另一方面對前列腺的系特異性分化具有重要作用，包括誘導(dǎo)前列腺特異性基因(如prostate specific antigen/PSA、TMPRSS2)表達(dá)、維持分化的前列腺上皮表型等。由雄激素受體促進(jìn)形成的T2E融合基因能反向作用于雄激素受體，破壞雄激素受體信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致細(xì)胞去分化。

T2E融合基因主要通過以下途徑影響雄激素受體基因表達(dá)與修飾而促進(jìn)前列腺癌的惡性轉(zhuǎn)化：①招募精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶至雄激素受體靶基因，在精氨酸761上使雄激素受體基因甲基化，抑制雄激素受體表達(dá)；②在基因特異性基因座上結(jié)合并抑制雄激素受體活性；③直接激活組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶同源序列2增強(qiáng)子誘導(dǎo)抑制性表觀遺傳程序。T2E融合基因?qū)е翬RG蛋白過表達(dá)后還可激活致癌轉(zhuǎn)錄因子c-Myc，而在前列腺癌組織中通常伴有c-Myc蛋白表達(dá)升高。c-Myc過度表達(dá)會抑制前列腺癌細(xì)胞中雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性和靶基因表達(dá)，如前列腺上皮分化基因PSA、甘氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶和SLC45A3/Prostein，從而抑制細(xì)胞分化[11]。最新研究表明，ERG可招募并結(jié)合前列腺組織中其他重要轉(zhuǎn)錄因子(如FOXA1和HOXB13)，形成的復(fù)合物反過來又作用于雄激素受體，從而參與T2E陽性前列腺癌的發(fā)生[12]。

2.3 上調(diào)組蛋白去乙?；?HDACs)表達(dá)和抑制組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)表達(dá) HDACs和HATs可通過組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子乙?；餐{(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄以及表觀遺傳狀態(tài)，乙?；?去乙?；钚缘钠茐挠兄谀[瘤發(fā)生。T2E融合基因和ERG過表達(dá)可導(dǎo)致長鏈非編碼RNA瞬時受體電位通道M型2(TRPM2)-AS表達(dá)。TRPM2-AS是人類TRPM2基因的反義轉(zhuǎn)錄物，其對前列腺癌細(xì)胞存活是必需的，TRPM2-AS陽性細(xì)胞可過表達(dá)HDACs。HDACs催化轉(zhuǎn)錄因子(如p53、E2F、NF-κB)或組蛋白尾部去乙?；瑢?dǎo)致染色質(zhì)濃縮和轉(zhuǎn)錄抑制。HDACs可分為四類，其中在侵襲性前列腺癌組織中Ⅰ類HDACs(HDAC1/2/3)表達(dá)更高，HDAC2高表達(dá)與患者存活時間較短有關(guān)。過表達(dá)的ERG蛋白還可靶向HATs家族并抑制其活性，包括CREB結(jié)合蛋白和p300，二者均被認(rèn)為是腫瘤抑制因子，可促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄，如CREB結(jié)合蛋白和p300可通過增加CDK抑制因子p21啟動子上的DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄活性來乙?；痯53。

2.4 誘導(dǎo)果蠅Zeste基因增強(qiáng)子人類同源物2(EZH2)釋放 T2E融合基因可導(dǎo)致ERG過表達(dá)，后者驅(qū)動的反饋回路激活低水平細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶，細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶介導(dǎo)S215、S96順序磷酸化，導(dǎo)致多梳抑制復(fù)合物2(PRC2)的解離。PcG是重要的表觀遺傳修飾基因，PRC2是多梳基因家族PcG復(fù)合體的重要復(fù)合物之一，主要作用是抑制基因轉(zhuǎn)錄。EZH2是PRC2復(fù)合物中惟一具有酶活性的亞基，具有甲基轉(zhuǎn)移酶活性。PRC2解離后，EZH2通過催化組蛋白H3K9和H3K27三甲基化，導(dǎo)致染色質(zhì)基因組不穩(wěn)定，還可招募DNA甲基轉(zhuǎn)移酶促進(jìn)靶基因啟動子區(qū)DNA甲基化，介導(dǎo)靶基因(包括抑癌基因)表達(dá)沉默和細(xì)胞去分化，從而促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞惡性增殖和轉(zhuǎn)移[13]。高表達(dá)EZH2與前列腺癌患者預(yù)后較差有關(guān)。有研究認(rèn)為，前列腺組織EZH2表達(dá)有助于判斷前列腺癌風(fēng)險分層和預(yù)測靶向治療效果[14]。

2.5 抑制磷酸酶和張力蛋白同系物(PTEN)基因表達(dá) T2E融合基因可導(dǎo)致ERG過表達(dá)，從而抑制重要抑癌基因轉(zhuǎn)錄。PTEN基因是前列腺癌組織中常見的失活抑癌基因，定位于染色體10q23.31[15]。PTEN啟動子中存在多個潛在的ERG結(jié)合位點[16]，過表達(dá)的ERG結(jié)合PTEN啟動子并抑制其轉(zhuǎn)錄，從而減少內(nèi)源性PTEN表達(dá)，而敲除ERG后PTEN表達(dá)會升高[17]。

此外，在發(fā)生T2E基因融合的前列腺癌組織中，染色體缺失是常見的基因組畸變類型，包括PTEN、6q、5q和3p，發(fā)生率高達(dá)40%，與患者預(yù)后不良有關(guān)[18]。PTEN缺失包括五個亞型：小間質(zhì)缺失(70 Base Pair/bp～789 kb)、大間隙缺失(1～7 Mb)、大近端缺失(3～65 Mb)、大型終端缺失(8～64 Mb)和廣泛缺失(71～132 Mb)，均與前列腺癌患者預(yù)后有關(guān)[17,18]。T2E融合基因通過抑制PTEN轉(zhuǎn)錄或合并PTEN缺失，導(dǎo)致功能性PTEN蛋白表達(dá)降低，通過PTEN/AKT/PIK3/mTOR途徑抑制細(xì)胞存活、生長和增殖，從而促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，加速前列腺癌進(jìn)展[19]。PTEN失活還會導(dǎo)致AKT和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1或細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2介導(dǎo)的FOXO1磷酸化，從而導(dǎo)致高級別前列腺上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生[19]。

2.6 激活Notch通路 T2E融合基因可啟動與Notch相關(guān)的順式調(diào)控元件通路基因激活Notch信號。Notch信號由配體(jagged-1、jagged-2、δ-樣蛋白1/3/4)和受體(Notch 1～4)組成，Notch信號通路決定了發(fā)育過程中細(xì)胞增殖與分化、干細(xì)胞維持和各種類型細(xì)胞的自我更新。配體-受體相互作用可誘導(dǎo)Notch受體切割，釋放Notch胞內(nèi)段，入核后可結(jié)合重組結(jié)合蛋白抑制劑(RBPJ)，并將RBPJ轉(zhuǎn)化為基因激活劑，激活下游靶分子，如Hes和Hey-1，從而促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖。Notch信號還能通過上調(diào)經(jīng)典EMT轉(zhuǎn)錄因子(Twist、Snail和Slug)，增加細(xì)胞耐藥性和腫瘤干細(xì)胞活性[20]。

2.7 影響前列腺素信號通路 T2E融合基因還會通過以下方式影響前列腺素信號傳導(dǎo)途徑：①結(jié)合15-羥基前列腺素脫氫酶(HPGD)轉(zhuǎn)錄起始位點上游200 bp處核心啟動子的ETS結(jié)合位點，抑制HPGD表達(dá)，從而阻止前列腺素E2的分解代謝；而前列腺素E2聚集會誘導(dǎo)細(xì)胞生長和尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)表達(dá)[21,22]；②直接與uPA啟動子結(jié)合[23,24]；③上調(diào)PGE2受體4表達(dá)。HPGD可參與細(xì)胞分化和免疫調(diào)節(jié)，uPA介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與多種腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)，PGE2可促進(jìn)前列腺癌轉(zhuǎn)移和血管生成[25,26]。T2E融合基因可通過影響前列腺素信號通路及上述變化的累積效應(yīng)，促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞生長和侵襲。

綜上所述，T2E融合基因可參與前列腺癌的發(fā)生；其機(jī)制可能與引起ERG過表達(dá)、降低雄激素受體表達(dá)、上調(diào)HDACs表達(dá)和抑制HATs表達(dá)、誘導(dǎo)EZH2釋放、抑制PTEN基因表達(dá)、激活Notch通路、影響前列腺素信號通路等有關(guān)。