GATA4在腫瘤研究中進(jìn)展概況

王 煉，喬 昕，劉 斌，喬士興*

(1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 肝膽外科，吉林 長春130041；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院 麻醉科，北京100020)

GATA是一類家族性轉(zhuǎn)錄因子，由1個或2個C2-C2的鋅指結(jié)構(gòu)所組成，具有高度保守的DNA結(jié)合域，從而能夠識別DNA中A/T-GATA-A/G序列的蛋白組成，已經(jīng)證實(shí)他們在胚胎器官發(fā)育中具有重要作用[1]。GATA家族含有6個成員，各自在不同組織和器官中具有特異性的表達(dá)。GATA1和GATA2目前為止被認(rèn)為是造血系統(tǒng)相關(guān)因子[2,3]，而GATA3被認(rèn)為是經(jīng)典的Th2淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子[4]，決定CD4+幼稚T淋巴細(xì)胞向Th2亞型分化，同時在乳腺癌[5]和胰腺癌[6]的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。另外，有研究報道GATA3也是乳腺癌重要的抑癌基因[7]。因此，GATA3在腫瘤中的作用可能存在兩面性。GATA4、GATA5和GATA6主要是內(nèi)胚層因子，被證實(shí)在內(nèi)胚層來源器官的正常或腫瘤組織中常存在差異表達(dá)[8]。GATA4、GATA5和GATA6的鋅指結(jié)構(gòu)域同源性為80%-90%，其中C末端鋅指的DNA序列識別結(jié)構(gòu)域在所有GATA蛋白中都處于保守的狀態(tài)[9]。GATA4是含440個氨基酸的蛋白質(zhì)分子，分子量約為50 kD，其在3個胚層中均發(fā)揮作用,目前研究較多的是其在中胚層的作用。GATA4由于啟動子甲基化[10]或核-漿轉(zhuǎn)運(yùn)異常導(dǎo)致的異位表達(dá)及功能失常[11,12]，在肺癌、消化道腫瘤和卵巢癌中很常見。它可導(dǎo)致上皮特異性標(biāo)記物(disabled-2，collagenIV或laminin)失表達(dá)并引起細(xì)胞去分化或下調(diào)抑癌基因潛在的靶基因?？傊?，GATA4在腫瘤中的作用機(jī)制目前尚不十分明確，需進(jìn)一步研究。

1 GATA4與發(fā)育分化

1.1 GATA4與胚胎發(fā)育

GATA家族轉(zhuǎn)錄因子存在于昆蟲和脊柱動物中,在各種器官發(fā)育過程中起重要作用。GATA4 主要在內(nèi)胚層和中胚層來源的組織和器官中表達(dá)。研究證實(shí)，GATA4 在小鼠的胚胎發(fā)育中有著調(diào)節(jié)發(fā)育以及具有組織特異性表達(dá)的特點(diǎn)。在小鼠的胚胎發(fā)育過程中GATA4 mRNA可在多種器官中檢測到，如心臟、腸、生殖腺、肝臟，內(nèi)臟以及腔壁內(nèi)胚層等[13]。GATA4 的過表達(dá)可以誘導(dǎo)小鼠胚胎干細(xì)胞分化成外胚層及內(nèi)胚層，GATA4 轉(zhuǎn)錄因子是該過程的主要調(diào)節(jié)物，使廣泛的內(nèi)臟和頂葉內(nèi)胚層基因表達(dá)上調(diào)，而沒有上調(diào)中胚層和外胚層基因。在小鼠動物實(shí)驗(yàn)中，敲除GATA4會導(dǎo)致早期胚胎的死亡，這是因?yàn)樾呐K管形成異常和腹部折疊失敗所致[14,15]。

1.2 GATA4 與心臟發(fā)育

GATA4的表達(dá)貫穿心臟發(fā)育整個過程[16]。大量研究證實(shí)，GATA4 在心臟發(fā)育過程中起著關(guān)鍵作用[17,18]，GATA4能調(diào)控許多心臟結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，如α-肌球蛋白、心肌肌鈣蛋白-C、心鈉素和腦鈉肽等[18]。在體外培養(yǎng)的胚胎干細(xì)胞中，GATA4低表達(dá)導(dǎo)致心肌細(xì)胞分化能力降低[19]，而且影響原有臟壁內(nèi)胚層和發(fā)育成前腸的內(nèi)胚層的形成[20]。雖然轉(zhuǎn)錄因子GATA4在心臟的發(fā)育中起著重要的作用，但有趣的是，在成熟小鼠中，它的缺失并非是致死性的。在GATA4基因敲除的小鼠中，心臟前房利鈉肽以及α-肌球蛋白的重鏈基因仍然能夠正常表達(dá)。但內(nèi)源性的GATA6 表達(dá)上調(diào)，表明GATA6 或許能部分補(bǔ)償GATA4 的功能[21]。但GATA4基因敲除小鼠在胚胎發(fā)育中會因無法形成心臟管以及腹側(cè)形態(tài)的建成，而在胚胎發(fā)育的第8天和第9天死亡[14,15]。因此，GATA4 的表達(dá)對心肌細(xì)胞的分化雖然不是必須的，但是對內(nèi)胚層的分化以及腹側(cè)形態(tài)建成則是不可缺少的。

1.3 GATA4與肝臟發(fā)育

肝臟的發(fā)育是個十分精細(xì)的過程，需要多種基因參與調(diào)控并形成的一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。在肝臟的發(fā)育過程中，GATA4、GATA5和GATA6起到非常重要作用[22,23]。編碼GATA4的基因在早期胎肝中大量表達(dá)，在妊娠后期，GATA4的表達(dá)降低。出生后肝臟中GATA4表達(dá)主要限于內(nèi)皮細(xì)胞和肝臟巨噬細(xì)胞[23]。有研究[24]表明，GATA4在胎肝中的表達(dá)隨著細(xì)胞分化程度的不斷升高而逐漸降低，至出生后已接近極低的成肝水平，這一點(diǎn)與AFP情況類似，說明GATA4在肝臟發(fā)育中起著重要作用。

1.4 GATA4與其他器官發(fā)育

Watt等研究[23]發(fā)現(xiàn)，GATA4和GATA6是胰腺發(fā)育關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，GATA4和GATA6在肝臟和胰腺發(fā)育調(diào)節(jié)期間具有復(fù)雜的功能關(guān)系，這可能與細(xì)胞的自主性和非自主性相關(guān)。最新研究[25]還發(fā)現(xiàn)，GATA4參與骨骼發(fā)育的調(diào)節(jié)，在成骨細(xì)胞發(fā)育過程中，GATA4促進(jìn)成骨細(xì)胞中蛋白質(zhì)乙?；⑶疫@種乙?；鞍踪|(zhì)能調(diào)節(jié)GATA4的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄過程，并激活CCND2轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞生長。

2 GATA4與腫瘤

2.1 GATA4與肝癌

在小鼠模型中，肝臟條件性缺失GATA4等位基因模擬在肝細(xì)胞肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)中觀察到的單倍劑量不足，結(jié)果導(dǎo)致肝臟增大，并且產(chǎn)生了持久前體增殖和肝細(xì)胞去上皮分化的基因表達(dá)譜，這與GATA4介導(dǎo)的反式激活作用受損，從而抑制肝細(xì)胞上皮分化功能相關(guān)[26]。另外，有研究[27]表明，多柔比星可抑制GATA4 的表達(dá)，從而使Bcl-XLmRNA、bcl-2 mRNA 、bcl-2/bax 和PCNA 表達(dá)表達(dá)下調(diào)，但凋亡細(xì)胞的增多則相對滯后，表明多柔比星可能通過抑制GATA4的表達(dá)來抑制肝癌細(xì)胞增殖或誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡。任傳路等[28]研究發(fā)現(xiàn)，GATA4和AFP均在肝癌和癌旁組織表達(dá)，二者相關(guān)性較好，但GATA4更敏感。GATA4在肝癌細(xì)胞中高表達(dá)，并能夠促進(jìn)正常肝細(xì)胞增殖，促進(jìn)FTF、AFP mRNA的表達(dá)，可能參與肝癌的發(fā)生、發(fā)展[24]，這與國內(nèi)外部分研究的結(jié)果相反[26,29,30]。此外，還有研究表明GATA4的轉(zhuǎn)錄活性與肝癌細(xì)胞的分化程度密切相關(guān)[28]。總之，GATA4在肝癌中的表達(dá)及其作用機(jī)制至今還存在爭議，需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

2.2 GATA4與肝母細(xì)胞瘤

GATA4是一種對早期肝臟發(fā)育至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，它與兒童期胚胎腫瘤肝母細(xì)胞瘤的病理生理學(xué)有關(guān)。研究[29]表明，GATA4沉默可改變細(xì)胞骨架組織、細(xì)胞與細(xì)胞粘附，以及細(xì)胞外基質(zhì)動力學(xué)相關(guān)的基因表達(dá)(如ADD3，AHNAK，DOCK8，RHOU，MSF，IGFBP1，COL4A2)。這些基因在表達(dá)上的變化反映了更多的上皮表型，與此觀點(diǎn)一致，在GARA4基因沉默的HUH6細(xì)胞中，存在F-肌動蛋白、應(yīng)力纖維形成減少，在GATA4高表達(dá)和GATA4沉默的細(xì)胞中表現(xiàn)出相反的變化。這些結(jié)果表明，GATA4在大多數(shù)肝母細(xì)胞瘤中高表達(dá)，并與肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞的間充質(zhì)及遷移表型相關(guān)。同樣有研究證實(shí)，GATA4在肝母細(xì)胞瘤中高表達(dá)[31,32]，并且發(fā)現(xiàn)GATA4高表達(dá)能保護(hù)肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞免受多柔比星誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[32]。后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn)，在HuH6細(xì)胞中，GATA4通過抑制miR125b的表達(dá)從而使DKK3的表達(dá)增高，并且miR125b的抑制或DKK3的過表達(dá)能促進(jìn)HuH6細(xì)胞的增殖、存活、遷移和侵襲，表明GATA4能間接促進(jìn)HuH6細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。因此，GATA4在肝母細(xì)胞瘤形成中起重要作用，其具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

2.3 GATA4與胃癌

目前研究證實(shí)，GATA4在胃癌中低表達(dá)[33-35]，并且發(fā)現(xiàn)GATA4在胃癌的癌前病變中表達(dá)上調(diào)，而在明顯癌變中表達(dá)降低[33]，其在胃癌中表達(dá)下調(diào)可能與GATA4通過引物區(qū)域的高甲基化而引起表觀遺傳沉默相關(guān)[33,36,37]，研究還發(fā)現(xiàn)在胃癌細(xì)胞中GATA4啟動子的甲基化與幽門螺旋桿菌的感染有一定的聯(lián)系。后續(xù)研究[34]發(fā)現(xiàn)，GATA4在普通型胃癌和產(chǎn)AFP的胃癌中表型調(diào)節(jié)上起關(guān)鍵作用，產(chǎn)生AFP的腺癌是具有高度惡性腫瘤的腺癌的變體，AFP的產(chǎn)生表明癌細(xì)胞的成纖維細(xì)胞或肝細(xì)胞分化，組蛋白去乙?；钱a(chǎn)生AFP的胃癌細(xì)胞中GATA4表達(dá)沉默的機(jī)制。此外，腸道發(fā)育相關(guān)基因CDX2、CDX1和GATA4、GATA5、GATA6在11種人胃癌細(xì)胞系中均有表達(dá)。隨著從高分化癌細(xì)胞系向低分化癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)變，CDX2的表達(dá)逐漸降低，而CDX1在所有細(xì)胞系中均低于可檢測水平。 GATA4和GATA5的表達(dá)分別在4和6個細(xì)胞系中檢測不到，而大多數(shù)細(xì)胞系中GATA6高表達(dá)。這些結(jié)果表明CDX2和GATA4、GATA5可能與胃癌的發(fā)生有關(guān)[35]。以上結(jié)論表明，GATA4可能參與胃癌的發(fā)生的調(diào)節(jié)，但其具體機(jī)制尚不清楚，需進(jìn)一步研究探討。

2.4 GATA4與食管癌

研究[38]表明，在大多數(shù)食道癌細(xì)胞系中不存在GATA4和GATA5表達(dá)，但用去甲基化劑5-氮雜-20-脫氧胞苷處理食管癌細(xì)胞后GATA4和GATA5表達(dá)恢復(fù)。相反， GATA6在每種食管癌細(xì)胞質(zhì)中均表達(dá)。因此，人類食道癌中GATA4和GATA5頻繁沉默，而不伴GATA6沉默，顯然與基因啟動子高甲基化相關(guān)，這可能是食道癌的重要發(fā)病機(jī)制。

2.5 GATA4與乳腺癌

GATA4在乳腺癌中的作用機(jī)制尚不明確，有研究證實(shí)，GATA4促使芳香化酶基因CYP19在乳腺腫瘤中異常表達(dá)從而促進(jìn)腫瘤的生長[39]。還有研究[40]表明，GATA4表達(dá)方式與乳腺導(dǎo)管原位癌(DCIS)中的核分級和van Nuys分類顯著相關(guān)，并且與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，組織學(xué)分級及HER2表達(dá)呈正相關(guān)，但與乳腺浸潤性導(dǎo)管癌(IDC)中的孕酮受體標(biāo)記指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。在乳腺癌發(fā)展過程中，GATA4在早期階段起重要作用，GATA4是乳腺癌患者的有效預(yù)后因素[40]。另有研究[41]報道，GATA4可通過抑制乳腺癌細(xì)胞中的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而發(fā)揮腫瘤抑制作用，并證實(shí)GATA4是人類乳腺癌的潛在預(yù)后生物標(biāo)志物和基因治療靶標(biāo)。他們研究發(fā)現(xiàn)，與鄰近乳腺組織相比，乳腺癌組織和乳腺癌細(xì)胞系中GATA4的表達(dá)明顯降低，并證實(shí)GATA4過表達(dá)降低了乳腺癌細(xì)胞MB-231和BT549的活力、侵襲、遷移和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化能力，并顯著誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡，此外，GATA4還可直接抑制RelA(p65)轉(zhuǎn)錄，減少核因子p65磷酸化并抑制κB表達(dá)。

2.6 GATA4與胰腺癌

盡管大多數(shù)研究均顯示，在多種腫瘤的癌細(xì)胞中GATA4 因啟動子甲基化使其表達(dá)量下降，但在少數(shù)腫瘤的癌細(xì)胞中也存在表達(dá)的差異性。Fu 等研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌中GATA4和GATA5的甲基化在不同腫瘤中存在差異[42]。他們發(fā)現(xiàn)在胰腺癌中GATA4的甲基化頻率很低，但GATA5甲基化頻率較高，并且GATA4在胰腺癌細(xì)胞比正常的胰腺細(xì)胞表達(dá)量增高。有研究證實(shí)，與多數(shù)腫瘤中GATA4表達(dá)量下調(diào)相反，在胰腺導(dǎo)管癌中，GATA4的表達(dá)量是正常胰腺導(dǎo)管細(xì)胞的5倍[43]。此外，Prasad 等研究發(fā)現(xiàn)在胰腺上皮癌中GATA4與GATA5，GATA6，Villin1，Villin 2，Sox2，HoxA5等前腸標(biāo)志物均有顯著增加[44]。GATA4在胰腺癌中為何表達(dá)增加的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

2.7 GATA4與卵巢癌

我們都知道腫瘤細(xì)胞通常出現(xiàn)在異常分化階段，去分化是惡性腫瘤的發(fā)生標(biāo)志。Capo-chichi等研究[11]發(fā)現(xiàn)，GATA4和GATA6高表達(dá)于卵巢細(xì)胞和組織中，并定位于卵巢表面上皮細(xì)胞的細(xì)胞核中。他們發(fā)現(xiàn)50例卵巢腫瘤中，有82%通過完全不表達(dá)或通過細(xì)胞質(zhì)錯誤定位使GATA6功能喪失，而且在一組卵巢表面上皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞系中也證實(shí)了GATA6的頻繁喪失。雖然GATA4僅在少數(shù)(14%)的卵巢腫瘤中不存在，但在培養(yǎng)卵巢癌細(xì)胞中，大部分存在GATA4喪失。通過干擾GATA4和GATA6的表達(dá)可引起細(xì)胞去分化，并且這種去分化是不可逆過程。因此，GATA4和GATA6在卵巢腫瘤組織和癌細(xì)胞系中出現(xiàn)異常表達(dá)和細(xì)胞定位，并且已經(jīng)證明GATA4和GATA6表達(dá)的下調(diào)導(dǎo)致去分化。因此，GATA4和GATA6表達(dá)的改變和異常的核質(zhì)定位，可能有助于卵巢腫瘤細(xì)胞的上皮去分化，從而促進(jìn)腫瘤的產(chǎn)生。McEachin等研究表明，雖然GATA因子在卵巢表面上皮癌腫瘤發(fā)生中起作用，但它們似乎不影響臨床病理參數(shù)[12]。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)改變啟動子基因座的組蛋白修飾，可導(dǎo)致GATA轉(zhuǎn)錄因子沉默，致使腫瘤抑制因子Disabled-2失能，從而導(dǎo)致卵巢癌的發(fā)生[37]?？傊?，GATA4低表達(dá)可能會導(dǎo)致卵巢癌的發(fā)生，其具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

2.8 GATA4與白血病

GATA家族中，GATA1、GATA2和GATA3抑制白血病的發(fā)生。然而，GATA4在急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)患兒中表達(dá)上調(diào)[45]。研究證實(shí)，GATA4的高表達(dá)可促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，并抑制ALL細(xì)胞的凋亡[45]。GATA4可激活MDM2和BCL2在ALL細(xì)胞中的表達(dá)[45]，BCL2是一種關(guān)鍵的抗凋亡蛋白，被證明可以抑制細(xì)胞凋亡。此外，GATA4可通過MDM2的轉(zhuǎn)錄激活來調(diào)節(jié)p53，隨后影響細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡。結(jié)果表明，GATA4可能是ALL診斷的關(guān)鍵標(biāo)志物，也可能是ALL分子治療的潛在靶點(diǎn)[45]。

綜上所述，GATA4 作為生長發(fā)育的重要轉(zhuǎn)錄因子之一，對人類胚胎發(fā)育極其重要。雖然GATA4 在某些臟器發(fā)育及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中的作用有一定的突破，但是具體機(jī)制還不是很明確，還需進(jìn)一步研究?；蛟S不久的將來，GATA 家族將作為生長發(fā)育或腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個重要標(biāo)志物用于臨床疾病的診斷和治療。