Gli1的活化與腫瘤發(fā)展的相關(guān)性研究進(jìn)展

劉 奇 綜述,范婭涵 審校

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院輸血科，重慶 400038)

Gli(glioma-associated oncogene homolog)家族在哺乳動物中有3 種同源亞型基因(Gli1、Gli2、Gli3)，均是鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白轉(zhuǎn)錄因子，鋅指間由組氨酸、半胱氨酸連接，定位在人類12號染色體q13.2～13.3[1]。在胚胎發(fā)育過程中，Gli1蛋白在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均有表達(dá)，Gli1可以激活Hh(hedgehog)信號通路的下游靶基因,促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化,影響胚胎的發(fā)育[2]。在腫瘤中，Gli1作為一個(gè)促癌基因，在大多數(shù)的腫瘤細(xì)胞和腫瘤組織中的表達(dá)顯著升高。此外在Gli家族中，Gli1是唯一需要全長入核才能發(fā)揮功能的轉(zhuǎn)錄因子。但目前關(guān)于Gli1在腫瘤中的調(diào)控機(jī)制還不十分完善。本文聚焦Gli1在腫瘤發(fā)展中的分子機(jī)制研究。Gli1在胰腺癌、肝癌、肺癌、鱗狀細(xì)胞癌等中都異常激活[3]，與基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)[4]、黏蛋白(MUC5AC)[5]、再生基因Ⅳ(RegⅣ)[6]、甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)[7]、微囊蛋白1(caveolin-1)[8]、蛋白激酶B(AKT)[9]、腺嘌呤核苷三磷酸結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G超家族成員2抗體(ABCG2)[10]等癌基因相互作用調(diào)控各種癌癥的發(fā)展。特別是近年來越來越多的研究除了把Gli1作為Hh信號通路活化的標(biāo)志，還重點(diǎn)關(guān)注Gli1在其他信號通路中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

1 Gli1與Hh信號通路

Hh信號通路在胚胎發(fā)育階段扮演了重要角色，異常激活的Hh信號通路與人類的多種腫瘤密切相關(guān)。Hh的同源基因包括Sonic Hh(SHh)、Desert Hh(DHh)和Indian Hh(IHh)，分別編碼Shh、Dhh和Ihh蛋白[11]。Hh蛋白必須經(jīng)過特定的翻譯后修飾才能獲得蛋白活性功能[12-13]。Hh信號激活受到靶細(xì)胞膜上兩種受體Ptched(Ptc)和Smothened(Smo)及Gli1的嚴(yán)密控制，Hh信號通路能否發(fā)揮功能取決于Gli1能否全長入核。受體Ptc由腫瘤抑制基因Ptched編碼，是由12個(gè)跨膜區(qū)的單一肽鏈組成，可以與Hh配體直接結(jié)合，對Hh信號起負(fù)調(diào)控作用。原癌基因Smot編碼受體Smo，對Hh信號起正調(diào)控作用[14]。具體來說，在細(xì)胞缺失Hh配體的情況下，Ptc抑制Smo蛋白活性，導(dǎo)致Smo失活，Gli2和Gli3被蛋白激酶A(PKA)磷酸化與糖原合成激酶3β(GSK3β)形成一個(gè)能和β-轉(zhuǎn)導(dǎo)重復(fù)相容蛋白(β-TrCP)結(jié)合的位點(diǎn)。隨后Gli/β-TrCP復(fù)合物被泛素化降解形成轉(zhuǎn)錄抑制物Gli2R和Gli3R，轉(zhuǎn)位入核后抑制Hh靶基因的轉(zhuǎn)錄[15]。但是當(dāng)Hh配體存在時(shí)，Ptc和Hh結(jié)合后，Ptc就不能夠再抑制Smo的蛋白活性，Smo被激活，并在初級纖毛膜處Smo與β抑制蛋白2(Arrb2)和驅(qū)動蛋白Kif3a共同作用促進(jìn)全長且具有轉(zhuǎn)錄活性的Gli1蛋白從Sufu游離出來，使Gli1不被蛋白酶水解降解，從而全長入核發(fā)揮功能[16]。此外Hh-Gli1通路可以誘導(dǎo)Ptc的轉(zhuǎn)錄，形成負(fù)反饋的調(diào)控環(huán)?？v觀在Hh信號通路功能調(diào)節(jié)中,實(shí)質(zhì)上是對核轉(zhuǎn)錄因子Gli1的功能活性的調(diào)節(jié)進(jìn)而控制下游基因轉(zhuǎn)錄活性的變化。

2 Gli1在多種腫瘤中異常活化

胰腺癌被認(rèn)為是最為致命的疾病之一，生存率非常低。在所有的胰腺癌患者中幾乎都可以檢測到鼠類肉瘤病毒癌基因(KRAS)基因的突變，而KRAS被認(rèn)為是Gli1的一個(gè)活化劑[17]。此外Gli1調(diào)控許多的致癌基因促進(jìn)胰腺癌的發(fā)生，其中包括MUC5AC，其被認(rèn)為是胰腺癌預(yù)后差的重要指標(biāo)，INAGUMA等[5]研究發(fā)現(xiàn)Gli1可以直接結(jié)合在MUC5AC的啟動子區(qū)，調(diào)控MUC5AC的表達(dá)，影響腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移；在胰腺癌中另一個(gè)比較重要的Gli1靶基因是RegⅣ，RegⅣ與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及凋亡等密切相關(guān)，WANG等[6]通過免疫組織化學(xué)、Western blot等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在胰腺癌組織和細(xì)胞中Gli1與RegⅣ的表達(dá)均顯著升高且呈正相關(guān),染色質(zhì)免疫共沉淀(CHIP)和凝膠遷移實(shí)驗(yàn)(EMSA)檢測顯示Gli1蛋白可以與RegⅣ啟動子區(qū)5-′GAT CAT CCA-3′結(jié)合。HE等[7]研究表明在胰腺癌組織中Gli1和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(Dnmt)的表達(dá)顯著高于正常組織，芯片分析顯示Gli1蛋白可以與Dnmt1結(jié)合。此外Gli1促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)的表達(dá)，調(diào)節(jié)β-連環(huán)蛋白(β-catenin)和E-鈣黏蛋白(E-cadherin)從而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移，并且Gli1與Wnt2B、白細(xì)胞介素6(Interleukin-6)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)也存在相互調(diào)控作用[18-19]。在肝癌中,CHEN等[20]通過RNA干擾技術(shù)在7721和SK-Hep1細(xì)胞系中干擾Gli1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力明顯降低，此外，Gli1的下調(diào)顯著降低了基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)和MMP-9的表達(dá)和活性。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(PCAF)是真核細(xì)胞內(nèi)一種重要的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶，GAI等[21]發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中Gli1蛋白的518處亮氨酸可以被PCAF乙?；瑥亩柚笹li1的入核，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Gli1可以促進(jìn)B淋巴細(xì)胞瘤-2(Bcl-2)的表達(dá)，抑制Gli1又可以影響PCAF在肝癌增值方面的效果，具體的分子機(jī)制還有待更深入的研究。LU等[22]發(fā)現(xiàn)Gli1可以通過調(diào)控ERK信號通路的活性來影響MMP-9的表達(dá)，促進(jìn)肝癌的發(fā)生。GAI等[8]研究表明小窩蛋白-1(caveolin-1)可以與Gli1相互作用影響肝癌的侵襲、轉(zhuǎn)移能力，但具體的機(jī)制有待更深入的剖析。蟾毒靈(bufalin)是傳統(tǒng)中藥蟾酥成分中的蟾毒配基之一，SHENG等[23]實(shí)驗(yàn)表明蟾毒靈可以影響肝癌細(xì)胞中Gli1的活性，抑制Gli1靶基因的表達(dá)，顯著降低肝癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為[24]。在肺癌中，Gli1可以與ww45相互作用，促進(jìn)Gli1的泛素化，抑制Gli1的靶基因表達(dá)。腫瘤干細(xì)胞(CSCs)是一群在腫瘤組織中數(shù)量極少，但具有自我更新能力，以及具有使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生異質(zhì)性能力的細(xì)胞，CHANG等[25]研究發(fā)現(xiàn)在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)和小細(xì)胞肺癌(SCLC)中三氧化二砷可以抑制Gli1的活性，抑制肺癌的增值，減少CSCs表面標(biāo)志物CD133和干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子(SOX2，OCT4)的表達(dá)。在鱗狀細(xì)胞癌中，Gli1可以促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)從而提升細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力。在彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)中，SINGH等[10]研究發(fā)現(xiàn)ATP結(jié)合盒超家族G家族第2個(gè)成員(ABCG2)是Gli1的直接靶基因，并且Gli1可以通過調(diào)節(jié)ABCG2的活性進(jìn)而影響腫瘤的化學(xué)耐藥，AGARWAL等[9]研究發(fā)現(xiàn)Gli1可以影響AKT的活性，Gli1有助于彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤的生存。近年來在Gli1的靶基因研究中，其中與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)有關(guān)的基因有細(xì)胞周期蛋白D1/2(cyclin D1/2)；增殖相關(guān)的基因有血小板衍生生長因子受體(PDGFR)、C-myc癌基因；細(xì)胞凋亡基因Bcl-2；與血管生成相關(guān)的VEGF、促血管生成素1/2(ANG1/2)；上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因MMP-9、snail和自我更新及干性維持的基因NANOG、SOX2。此外Gli1可能參與了Wnt、Ras、CtBP2、Nothc、TGF等信號通路的調(diào)控，影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[15]。

3 Gli1與人端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse enzyme,hTERT)

hTERT是端粒酶的一個(gè)亞單位，其表達(dá)直接決定了端粒酶的活性，并決定了細(xì)胞的復(fù)制能力。在良性細(xì)胞中，外源性的過表達(dá)或者干擾Gli1不會影響hTERT的表達(dá)，但是在結(jié)直腸癌、前列腺癌、膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，通過基因干擾技術(shù)或者藥理抑制Gli1都可以抑制hTERT的表達(dá)，此外有研究報(bào)道Gli1可以直接結(jié)合在hTERT的啟動子區(qū)從而調(diào)控hTERT的表達(dá)[26]。在胃癌組織中hTERT與Gli1的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，通過構(gòu)建hTERT的過表達(dá)質(zhì)粒并轉(zhuǎn)染到胃癌細(xì)胞7901中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Gli1的mRNA和蛋白水平顯著升高。雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)hTERT可以促進(jìn)Gli1的啟動子區(qū)的活性，提示hTERT可能是通過轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控Gli1的表達(dá)，此外抑制Gli1的表達(dá)可以降低胃癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力[27]。

4 Gli1與表皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)

腫瘤細(xì)胞在發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的過程中一個(gè)非常重要的特征就是EMT，經(jīng)歷EMT的細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移能力明顯增強(qiáng)。有研究報(bào)道Gli1與EMT存在著非常重要的關(guān)系，過表達(dá)Gli1可以促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生EMT。此外在多種癌癥細(xì)胞中，無論是干擾還是過表達(dá)Gli1,通過Western blot實(shí)驗(yàn)都可以觀察到波形蛋白(vimentin)，E-cadherin、N-cadherin、β-catenin、twist等的表達(dá)也發(fā)生相應(yīng)變化[28-31]。但是Gli1是如何調(diào)控EMT的分子機(jī)制還是有待更深入的研究，Snail1是公認(rèn)的調(diào)控EMT的一個(gè)非常重要的轉(zhuǎn)錄因子，Snail1可以與CtBP2相互作用促進(jìn)腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移，并有研究報(bào)道Gli1可以結(jié)合在CtBP2的啟動子區(qū)促進(jìn)CtBP2表達(dá)[31]。E-cadherin蛋白的缺失導(dǎo)致β-catenin的入核增加從而誘發(fā)細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移，β-catenin是Wnt信號通路中非常重要的成員，在大多數(shù)的惡性腫瘤組織中都發(fā)現(xiàn)β-catenin和Gli1的高表達(dá),并且在子宮內(nèi)膜癌中Gli1可以促進(jìn)β-catenin的表達(dá)[32-33]。在卵巢癌中，過表達(dá)Gli1可以促進(jìn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，在裸鼠中，注射過表達(dá)Gli1的卵巢癌細(xì)胞能夠促進(jìn)肝轉(zhuǎn)移和新陳代謝[34]。基因芯片分析發(fā)現(xiàn)Gli1調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的潛在因子可能包括TGF-β1、Ras、Wnt，(PI3K)/AKT、四跨膜蛋白超家族(TM4SF)、重組人S100鈣結(jié)合蛋白A4(S100A4)[27]。但是在永生化細(xì)胞中過表達(dá)Gli1可以減少表皮生長因子受體(EGFR)的表達(dá)、抑制細(xì)胞外ERK的活性，不能誘發(fā)EMT[35]。為何會存在這種差異有待更深入的探索。

5 小結(jié)與展望

Gli1作為核轉(zhuǎn)錄因子，在Hh信號通路活化的過程中發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用，并通過誘發(fā)EMT從而促進(jìn)腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移。此外Gli1在腫瘤中通過與眾多的致癌基因相互作用進(jìn)而調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展。但是Gli1在DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞代謝、藥物抵抗，腫瘤微環(huán)境等中的分子機(jī)制研究在將來的工作中有待進(jìn)一步探索。盡管有研究支持在腫瘤干細(xì)胞治療中靶向Gli1可以抑制腫瘤生長，改善腫瘤的耐藥性，但是Gli1介導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制并不十分完善，還需要更深入的研究，并且目前臨床上也還沒有研究出針對Gli1很好的抑制劑，以及如何更好地將Gli1抑制劑和常規(guī)腫瘤治療手段聯(lián)合應(yīng)用也需要更多研究去證實(shí)。因此對Gli1在腫瘤中的分子機(jī)制研究,可以幫助人們更好地理解Gli1在癌癥中的復(fù)雜作用，可以使人們更好地掌握它的功能,從而為腫瘤的治療提供更多的方案。