硫氧還蛋白互作蛋白在乳腺癌中的研究進(jìn)展

肖 聰 張懿敏 孫圣榮

硫氧還蛋白互作蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)又稱維生素D3上調(diào)蛋白1(vitamin D3 up-regulated protein 1，VDUP1)和硫氧還蛋白結(jié)合蛋白2(thioredoxin binding protein-2，TBP-2)，是用1α,25-二羥維生素D3處理HL-60細(xì)胞時(shí)所首次克隆發(fā)現(xiàn)。TXNIP屬于α-視紫紅質(zhì)抑制蛋白(α-arrestin)家族成員，并且是家族中唯一一個(gè)可以與硫氧還蛋白(thioredoxin，TRX)結(jié)合并抑制其抗氧化功能的蛋白。TXNIP作為一種抑癌蛋白，在肝癌、前列腺癌、甲狀腺癌等癌癥中均證實(shí)有廣譜的抗腫瘤作用[1～3]。在乳腺癌細(xì)胞中，TXNIP通過(guò)細(xì)胞周期阻滯、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、抑制細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移、抑制葡萄糖攝取等方式抑制腫瘤，并且能顯著改善患者的預(yù)后。因此本文將重點(diǎn)闡述TXNIP的結(jié)構(gòu)及其抑制腫瘤的機(jī)制，以此證明TXNIP作為乳腺癌分子治療的新靶點(diǎn)具有潛在價(jià)值。

一、TXNIP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

編碼TXNIP的基因位于人染色體1q21～22區(qū)，長(zhǎng)約4174bp，其中包含8個(gè)外顯子。TXNIP的啟動(dòng)子約269bp，其中包含一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)——碳水化合物反應(yīng)元件(carbohydrate response element ，ChoRE)，其上面有兩個(gè)E盒(E-boxes)，組成為CACGAG，兩者間隔約為100bp，它可以直接通過(guò)結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子MondoA:Mlx復(fù)合體、碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白以及轉(zhuǎn)錄因子Myc:Max 復(fù)合體等，從而參與對(duì)TXNIP的調(diào)控[4]。Baldan等[5]證實(shí)，乳腺癌TXNIP的轉(zhuǎn)錄活性還與3種組蛋白修飾相關(guān)，其中組蛋白H3賴氨酸9～14乙?；?H3K9K14ac)和組蛋白H3賴氨酸4三甲基化(H3K4me3)與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而組蛋白H3賴氨酸27三甲基化(H3K27me3)與轉(zhuǎn)錄沉默相關(guān)，并且在三陰性乳腺癌細(xì)胞中，TXNIP的轉(zhuǎn)錄活性顯著受抑制，從而使TXNIP的抑癌作用難以發(fā)揮。目前，TXNIP表達(dá)水平的調(diào)節(jié)大多是通過(guò)調(diào)控mRNA水平而實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)于TXNIP的調(diào)節(jié)與其啟動(dòng)子的激活或沉默密不可分。TXNIP蛋白相對(duì)分子質(zhì)量為50kDa，能在胞膜、胞質(zhì)、胞核、線粒體中穿梭，其隸屬α-視紫紅質(zhì)抑制蛋白家族，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是2個(gè)β折疊通過(guò)一個(gè)短序列夾著a-rrestin的結(jié)構(gòu)域，因而屬于該家族成員之一[6,7]。

二、TXNIP與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化和抗氧化平衡被打破，傾向于氧化，導(dǎo)致大量細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)積累而引起的氧化損傷過(guò)程[8]。臨床上常用放、化療來(lái)抑制乳腺癌，其機(jī)制之一便是促使乳腺癌細(xì)胞ROS累積過(guò)多，導(dǎo)致磷脂雙分子層、核苷酸、線粒體膜等結(jié)構(gòu)損害，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡壞死以達(dá)到抑制癌癥的目的[9]。

TRX在細(xì)胞內(nèi)清除ROS中發(fā)揮重要作用，其發(fā)揮功能主要是還原型的TRX。在乳腺癌細(xì)胞中，TXNIP是α-arrestin家族中唯一能與TRX結(jié)合的蛋白，TXNIP中的半胱氨酸63及半胱氨酸247位點(diǎn)與還原型TRX的活性位點(diǎn)的巰基形成二硫鍵，從而抑制TRX抗氧化的功能，促使ROS累積。并且TXNIP對(duì)TRX/ROS軸的影響會(huì)被p38 MAPK信號(hào)通路抑制劑SB03580所阻斷，提示TXNIP參與p38 MAPK對(duì)細(xì)胞內(nèi)ROS的調(diào)控[10]。Hwang等[11]對(duì)TXNIP-TRX的晶體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，TRX與TXNIP結(jié)合后，TXNIP分子內(nèi)的半胱氨酸殘基所形成的二硫鍵會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，導(dǎo)致TXNIP的結(jié)構(gòu)域產(chǎn)生變化。綜上，TXNIP可以通過(guò)結(jié)合TRX的活性中心，從而抑制其抗氧化的功能，參與對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)，同時(shí)TXNIP在細(xì)胞中序列結(jié)構(gòu)的多樣性提示其在細(xì)胞功能研究中的潛在價(jià)值。

三、TXNIP與乳腺癌

1.TXNIP與乳腺癌的凋亡：細(xì)胞凋亡又稱作程序性細(xì)胞死亡，是細(xì)胞在基因的調(diào)控下發(fā)生的主動(dòng)性死亡的過(guò)程，TXNIP促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞凋亡的作用主要與其參與氧化應(yīng)激的過(guò)程有關(guān)。TRX不僅能增加轉(zhuǎn)錄因子AP-1的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，也可以與凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(apoptosis signal-regulating kinase,ASK)結(jié)合，抑制ASK的促凋亡作用[12]。TXNIP與TRX結(jié)合后，一方面，TRX清除ROS的能力便下降，導(dǎo)致ROS累積，從而促進(jìn)乳腺癌通過(guò)線粒體途徑誘導(dǎo)凋亡；另一方面，導(dǎo)致與TRX結(jié)合的ASK減少，從而游離的ASK增加，發(fā)揮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。Huang等[13]在MCF-7及MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞中用組蛋白去乙酰化酶抑制劑SAHA處理后，TXNIP顯著上升，凋亡相關(guān)蛋白Bax/Bcl2比例增大，細(xì)胞發(fā)生明顯凋亡，證實(shí)TXNIP在不同分子類型乳腺癌的凋亡中均發(fā)揮重要作用。 Baldan等[5]證實(shí)，在三陰性乳腺癌MDA-MB-157細(xì)胞中使用SAHA聯(lián)合PJ34刺激TXNIP蛋白表達(dá)之后，細(xì)胞內(nèi)caspase-3的活性顯著升高，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；而三陰性乳腺癌MDA-MB-468細(xì)胞與MDA-MB-157細(xì)胞相比，不僅TXNIP的轉(zhuǎn)錄活性與組蛋白修飾程度不同，并且藥物聯(lián)合作用后，TXNIP的變化及caspase-3的活性均未發(fā)生顯著變化，提示TXNIP促凋亡的機(jī)制與caspase-3活性的升高有關(guān)，并且兩種三陰性乳腺癌之間的作用差異可能與TXNIP及其組蛋白修飾水平相關(guān)。

2.TXNIP與乳腺癌的細(xì)胞周期：細(xì)胞周期主要由細(xì)胞周期蛋白依賴激酶(cyclin-dependent kinases，CDK)正向調(diào)控，而p27kip1是一種CDK的抑制蛋白，主要通過(guò)影響Cyclin/CDK復(fù)合物的活性，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞阻滯于G1期，從而達(dá)到細(xì)胞周期阻滯的作用[14]。而Jun激活區(qū)域-連接蛋白1(c-Jun activation domain-binding protein 1，JAB 1)能與之結(jié)合，降低其穩(wěn)定性，加速p27kip1的降解[15]。Jeon等[16]研究證實(shí)，TXNIP不僅可以下調(diào)TRX活性，還可以直接作用于JAB1，增加p27kip的穩(wěn)定性，使腫瘤細(xì)胞阻滯于G1期。而缺乏TXNIP后，JAB1則會(huì)與p27kip1結(jié)合，加速其降解，使之不能發(fā)揮細(xì)胞周期阻滯的作用。Park等[17]利用TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)分析及人乳腺癌組織芯片進(jìn)行免疫組化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)TXNIP和Ki67呈負(fù)相關(guān)，而與p27kip1呈正相關(guān)，TXNIP的高表達(dá)則提示細(xì)胞周期更長(zhǎng)、增殖更慢。為了證實(shí)TXNIP作為抑癌蛋白的重要性，隨后在人乳腺癌細(xì)胞中敲除TXNIP，證實(shí)缺乏TXNIP后，癌細(xì)胞攝取葡萄糖顯著增加、增殖周期更短，并且顯著降低氟維司群對(duì)腫瘤細(xì)胞的有效性。

3.TXNIP與乳腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移：上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指具有極性的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為能在細(xì)胞基質(zhì)間自由活動(dòng)的間質(zhì)細(xì)胞的過(guò)程，是腫瘤發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移中特有的生物學(xué)特征。多項(xiàng)研究已證明，EMT在腫瘤發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的過(guò)程中扮演著重要的角色，EMT發(fā)生后，腫瘤細(xì)胞的侵襲能力明顯增強(qiáng)[18]。Chen等[19]研究證實(shí),miRNA-373能結(jié)合在TXNIP的3′端非翻譯區(qū)，下調(diào)TXNIP表達(dá)水平之后，激活HIF-α-TWIST軸，促使乳腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT，同時(shí)通過(guò)免疫組化方法證實(shí)，高表達(dá)的TXNIP與更低的TNM分級(jí)及更少的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。李建華等[20]在乳腺癌細(xì)胞中構(gòu)建過(guò)表達(dá)/沉默TXNIP模型，證實(shí)過(guò)表達(dá)TXNIP之后，細(xì)胞的增殖及遷移能力均顯著下降，而沉默TXNIP則顯著增加乳腺癌的增殖及遷移能力，提示TXNIP在抑制乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，其中機(jī)制可能與抑制AKT/GSK3β信號(hào)通路有關(guān)。

4.TXNIP與乳腺癌的糖代謝：腫瘤細(xì)胞較正常細(xì)胞，有著更高的代謝速率，能源源不斷的從微環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)，以提供自己的能量所需。因此大量的基礎(chǔ)和臨床研究已證實(shí)高血糖可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，成為致癌的危險(xiǎn)因素。MondoA/MLX是一種對(duì)糖十分敏感的轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體，可以在線粒體外膜和核膜來(lái)回穿梭。在高糖環(huán)境下，TXNIP啟動(dòng)子上的碳水化合物反應(yīng)元件在核因子Y(nuclear factor Y,NFY)的參與下，能招募MondoA/MLX 復(fù)合體，從而刺激TXNIP轉(zhuǎn)錄的激活。高糖能促進(jìn)TXNIP表達(dá)，反過(guò)來(lái)TXNIP能抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1(glucose transporters 1，GLUT1)在細(xì)胞膜的分布，從而抑制癌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取 。Hong等[21]研究證實(shí)TXNIP與GLUT1結(jié)合后，會(huì)被網(wǎng)格蛋白包繞，形成囊泡，促進(jìn)其內(nèi)吞，因此減少細(xì)胞膜上GLUT1的分布，從而直接抑制葡萄糖向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)；其次TXNIP也會(huì)下調(diào)GLUT1的轉(zhuǎn)錄水平，從而間接減少腫瘤細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取。為了證實(shí)TXNIP在乳腺癌糖代謝中的作用，Shen等[22]在人乳腺癌細(xì)胞通過(guò)沉默和過(guò)表達(dá)TXNIP之后，證實(shí)Myc:Max 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體與MondoA:Mlx轉(zhuǎn)錄復(fù)合體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合在TXNIP啟動(dòng)子上面的E盒，下調(diào)TXNIP的轉(zhuǎn)錄后，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞攝取更多葡萄糖，增殖速度顯著加快。Noguchi等[23]在人肝癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞及神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞這3種細(xì)胞株中證實(shí)右旋阿洛糖上調(diào)TXNIP轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)后，GLUT1的表達(dá)顯著減少，使腫瘤細(xì)胞對(duì)葡萄糖攝取均明顯下降，從而發(fā)揮廣譜抑制腫瘤的作用。綜上所述，高血糖會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)TXNIP的表達(dá)，但TXNIP表達(dá)升高后，以負(fù)反饋的形式抑制了腫瘤細(xì)胞攝取過(guò)多葡萄糖，從而發(fā)揮抑制腫瘤的作用。

5.TXNIP與乳腺癌的預(yù)后：TXNIP不僅體現(xiàn)在抑制腫瘤的生物學(xué)特征，并且與腫瘤患者的預(yù)后息息相關(guān)。大部分乳腺癌患者中，TXNIP處于低表達(dá)狀態(tài)，而在TXNIP高表達(dá)的患者中，往往提示患者具有更良好的預(yù)后。Nie等[24]對(duì)共計(jì)150例乳腺癌患者的癌組織進(jìn)行免疫組化實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比TXNIP的差異及影響，證實(shí)32%的患者TXNIP呈高表達(dá)，68%患者呈低表達(dá)，且TXNIP高表達(dá)的患者較低表達(dá)的患者有更低的分期分級(jí)及更好的總生存期(overall survival,OS)。Shen等[22]研究證實(shí)在288例三陰性乳腺癌的患者中，高表達(dá)TXNIP的患者的無(wú)轉(zhuǎn)移生存時(shí)間也較低表達(dá)TXNIP的患者更長(zhǎng)，并且證實(shí)TXNIP是受c-Myc的負(fù)向調(diào)節(jié)，提示TXNIP在Myc的基因治療中具有潛在價(jià)值。有研究者利用組織芯片及免疫組化技術(shù)等證實(shí)，乳腺癌組織中TXNIP處于低表達(dá)的狀態(tài)，并且TXNIP與其他不良預(yù)后的指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，如Ki67，提示TXNIP聯(lián)合Ki67有預(yù)測(cè)乳腺癌患者預(yù)后的潛在價(jià)值。綜上所述，TXNIP不僅在組織細(xì)胞水平上證實(shí)與抑制腫瘤有關(guān)，同時(shí)也在生存獲益上預(yù)示著患者有更良好的預(yù)后，因此TXNIP以后可能發(fā)展為臨床上評(píng)估患者病情及預(yù)測(cè)預(yù)后的重要指標(biāo)。

四、展 望

乳腺癌的發(fā)生率在我國(guó)一直高居不下，嚴(yán)重影響患者的身心健康，給患者及其家屬帶來(lái)了極大的負(fù)擔(dān)。TXNIP在人乳腺癌細(xì)胞中參與嚴(yán)密、精準(zhǔn)的調(diào)控，不僅參與細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的調(diào)控，并且以促進(jìn)細(xì)胞凋亡、阻滯細(xì)胞周期、抑制癌癥侵襲轉(zhuǎn)移、抑制糖攝取等方式抑制乳腺癌細(xì)胞，且高表達(dá)的TXNIP能使患者生存獲益，這均提示TXNIP具有抑制乳腺癌的潛在價(jià)值。然而，目前關(guān)于TXNIP在乳腺癌中生物學(xué)功能的研究多局限于基礎(chǔ)研究，缺乏大樣本的臨床對(duì)照研究證實(shí)。因此如何將這一分子研究更好地與臨床結(jié)合，用于對(duì)易感人群的個(gè)體化治療和疾病監(jiān)測(cè)，這是今后亟需解決的問(wèn)題，也將具有更重要的臨床和科研價(jià)值。