鋅指蛋白家族在肝細胞癌發(fā)生發(fā)展中的作用

魏俊偉， 趙彩彥

1 河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院 感染科, 石家莊 050051； 2 邯鄲市第一醫(yī)院 消化內(nèi)科， 河北 邯鄲 056000

世界衛(wèi)生組織最新數(shù)據(jù)顯示，每年約有78.1萬人死于肝細胞癌(HCC)，占癌癥總死亡人數(shù)的8.2%；其中有50%的HCC病例和死亡病例發(fā)生在中國，是目前我國第四位的常見惡性腫瘤及第三位的腫瘤致死病因[1]。HCC起病隱匿，早期不易診斷，我國60%以上HCC診斷時已為中晚期，是導致預后不良的主要原因。目前研究[2]表明，基因的異常表達參與了HCC的發(fā)生發(fā)展，且針對這些異常表達基因的靶點治療是未來HCC精準治療的方向。鋅指蛋白(zinc finger protein, ZNF)家族是人類基因組中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族，它參與調(diào)控細胞分化、胚胎發(fā)育，并與許多疾病相關(guān)。目前越來越多的證據(jù)顯示ZNF在HCC發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并有望成為HCC新的腫瘤生物標志物和治療靶點。本文就近年來ZNF家族與HCC相關(guān)研究進展作一綜述。

1 ZNF家族的結(jié)構(gòu)與生物學功能

ZNF家族是最大的序列特異性DNA結(jié)合蛋白家族，由2%的人類基因編碼[3]。根據(jù)鋅指半胱氨酸(Cys)和組氨酸殘基圍繞Zn2+所構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)的不同，可將ZNF家族分成8個不同的折疊群[4]：類C2H2型鋅指、塞結(jié)狀鋅指、高音譜號鋅指、帶狀鋅指、Zn2/Cys6型鋅指、類TAZ2型鋅指、鋅離子結(jié)合短環(huán)鋅指和金屬硫蛋白鋅指。其中C2H2型鋅指為最大的也是目前研究最多的一類鋅指。C2H2型ZNF中的鋅指模體以線性重復的排列方式存在于蛋白質(zhì)的C末端，除了串聯(lián)鋅指模體外，C2H2型ZNF還包含其他功能域，如Krüppe相關(guān)性保守盒、痘病毒鋅指、BTB(取3個典型的含有此功能域的基因的首字母命名)、SCAN(取4個典型的含有此功能域的基因的首字母命名)等。不同類型的ZNF具有豐富的生物多樣性功能，參與調(diào)控細胞分化、胚胎發(fā)育，并與許多疾病相關(guān)，是一類重要的功能蛋白質(zhì)。本文就C2H2型ZNF在基因調(diào)控中的一般機制及其在肝癌發(fā)生發(fā)展中的多種作用進行討論。

2 ZNF家族在HCC中的作用

2.1 促癌作用

2.1.1 促進增殖 ZNF233由Krüppe相關(guān)性保守盒結(jié)構(gòu)和12個鋅指結(jié)構(gòu)域組成。Xie等[5]發(fā)現(xiàn)肝癌組織中ZNF233表達水平顯著升高，并且與肝癌患者的腫瘤分級、分期及預后相關(guān)；進一步的體內(nèi)外實驗證實，敲除ZNF233基因可以抑制肝癌細胞的增殖和腫瘤的發(fā)生。ZNF281也可稱之為ZBP99，近年來已被證實為一種上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化誘導轉(zhuǎn)錄因子，參與了多潛能和癌癥的調(diào)控[6-7]。Chen等[8]發(fā)現(xiàn)肝癌患者外周血單個核細胞中ZNF281表達水平明顯升高，且其增高水平與腫瘤的大小、分期以及血管侵襲性呈正相關(guān)；細胞功能實驗證實了ZNF281可以促進肝癌細胞增殖。ZNF384重排在混合型急性白血病中的作用已被多項研究[9-10]證實，最近He等[11]研究證明ZNF384在HCC組織中表達升高，通過直接上調(diào)Cyclin D1的表達來促進HCC細胞的增殖，且與腫瘤復發(fā)和總體生存率不良明顯相關(guān)，因此可作為HCC患者的預后預測因子。

2.1.2 逃避凋亡 ZNF32基因定位于10q23-q24染色體區(qū)域，多項研究均提示ZNF32基因為腫瘤促進基因；其中Li等[12]報道ZNF32在HCC中顯著上調(diào)，在中等水平活性氧下，SP1靶向激活ZNF32基因轉(zhuǎn)錄，進而激活ZNF32靶基因補體1q結(jié)合蛋白(complement 1q-binding protein, C1QBP)轉(zhuǎn)錄來逃避氧化應(yīng)激誘導的凋亡，從而為ZNF32的抑制及促氧化抗癌藥物聯(lián)合應(yīng)用于HCC的治療提供了一種有前景的策略。關(guān)于ZNF689，在軟瓊脂集落形成實驗的功能評估中顯示它有致瘤活性，并與轉(zhuǎn)錄輔助阻遏物TIF1β相互作用[13]。Shigematsu等[14]進一步研究發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)ZNF689 siRNA降低了HepG2小鼠的腫瘤生存能力，且ZNF689通過抑制Bak/Bax/Bid通路來阻斷促凋亡信號，從而導致HCC的進展。

2.1.3 促進復發(fā) ZNF687在腎臟、脾臟等造血器官中高度表達，參與調(diào)節(jié)造血細胞的增殖和分化[15]。Zhang等[16]報道ZNF687在HCC細胞系和組織中顯著上調(diào)，且與HCC無復發(fā)生存率顯著相關(guān)，并證實ZNF687是通過靶向上調(diào)多能性相關(guān)因子BMI1、OCT4和NANOG的表達促進腫瘤復發(fā)。

2.1.4 多重作用 ZNF667最初在心肌缺血預適應(yīng)中被發(fā)現(xiàn)顯著過表達。Cheng等[17]發(fā)現(xiàn)在肝癌組織和細胞中ZNF667表達增多，且與腫瘤大小、臨床分期和腫瘤分化有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)ZNF667主要通過調(diào)節(jié)Bcl-2和Bax的表達來促進細胞的增殖、侵襲和遷移。ZNF267又稱HZF2，調(diào)控包括發(fā)育、增殖和分化在內(nèi)的多種生物學過程。Schnabl等[18]發(fā)現(xiàn)ZNF267表達水平在肝硬化組織及肝癌組織均升高，且細胞實驗證實了ZNF267可以促進肝癌細胞的增殖和遷移。由于肝硬化是HCC的主要危險因素，因此ZNF267可以作為慢性肝病患者的HCC預防和治療潛在靶點。ZNF217在多種腫瘤組織中呈過表達，且與腫瘤的侵襲性行為和臨床預后不良有關(guān)。Si等[19]最新報道ZNF217在體內(nèi)外實驗中均可以促進肝癌細胞增殖與侵襲，進一步的分子機制研究發(fā)現(xiàn)miRNA-101直接結(jié)合于ZNF217,而ZNF217與LSD1相互作用形成轉(zhuǎn)錄抑制復合物靶向抑制CDH1基因的轉(zhuǎn)錄，首次揭示了miRNA-101/ZNF217/CDH1軸的調(diào)控機制，為ZNF217可能成為HCC患者的治療靶點提供了新的證據(jù)。

2.2 抑癌作用

2.2.1 誘導凋亡 ZNF307也被稱為ZKSCAN4、ZSCAN36和ZNF427，從人類胚胎心臟cDNA克隆而來。Liang等[20]研究發(fā)現(xiàn)ZNF307的表達在HCC組織和細胞中顯著下調(diào)，ZNF307過表達增加了細胞凋亡的發(fā)生率，而敲低降低了細胞凋亡的發(fā)生率。與此相一致的是，凋亡關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子如caspase-3、BAX和BCL-2也被ZNF307調(diào)節(jié)。ZBP-89又稱為ZNF-148、BFCOL1和BERF-1，To等[21]報道ZBP-89通過與Bak基因啟動子靶向結(jié)合促進其轉(zhuǎn)錄，進而誘導肝癌細胞凋亡。

2.2.2 多重作用 ZNF774是一種新型C2H2型ZNF，Guan等[22]發(fā)現(xiàn)ZNF774在HCC中表達明顯下調(diào)，且以ZNF774/NuRD復合物形式抑制了包括NOTCH2在內(nèi)的一組基因，從而抑制肝癌細胞的增殖、侵襲、生長和轉(zhuǎn)移。ZNF382基因位于19q13.13號染色體，據(jù)報道[23]，它在包括乳腺癌、結(jié)腸癌、食管癌、胃癌等在內(nèi)的多種癌癥中經(jīng)常被甲基化，并可能發(fā)揮腫瘤抑制作用。Dang等[24]報道在HBV相關(guān)肝癌中ZNF382基因因啟動子被甲基化其表達水平下降，體內(nèi)外實驗證實其可以抑制腫瘤細胞的增殖、侵襲、遷移及誘導凋亡，并闡述了ZNF382通過轉(zhuǎn)錄抑制其下游靶基因比如FOS、DVL2、JUN、FZD1進而抑制AP-1和Wnt/β-catenin通路和激活p53信號通路的分子機制。ZNF545基因位于19q13.13號染色體上，在多種人類腫瘤中ZNF545基因亦經(jīng)常被甲基化[25-26]。Yang等[27]報道ZNF545在HCC中通過抑制NF-κB信號抑制腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲及誘導凋亡。

2.3 其他作用

2.3.1 具有干細胞樣特性 鋅指蛋白X連鎖(zinc finger protein X-linked, ZFX)基因位于X染色體上，已有研究[28]證明ZFX是胚胎干細胞和成體干細胞自我更新的共同分子調(diào)控因子。Lai等[29]研究發(fā)現(xiàn)ZFX表達水平在HCC組織明顯升高，且ZFX可通過轉(zhuǎn)錄激活Nanog和SOX2的基因表達，使肝癌細胞具有干細胞樣特征，如自我更新和耐藥特性。

2.3.2 作為癌-睪丸抗原(cancer-testis antigen, CT-Ag)

ZNF165是已知的睪丸組織特異性基因，在正常成人睪丸組織中表達[30]。Dong等[31]發(fā)現(xiàn)ZNF165在肝癌、胃癌等癌組織中亦有表達，且在一部分HCC患者血清中檢測到針對ZNF165的抗體，因此ZNF165是一種能夠引起體液免疫反應(yīng)的新型CT-Ag，并參與肝癌生物學過程，為肝癌的免疫治療提供了新的視角。以上ZNFs在HCC中的作用見表1。

3 ZNF家族在HCC中的相關(guān)調(diào)控機制

ZNF在HCC中通過對下游基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)參與細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉(zhuǎn)移，且不同的調(diào)控層次導致ZNF在腫瘤發(fā)生中的作用不同。下文就C2H2型ZNF在HCC發(fā)生過程中的不同調(diào)控層次進行簡單總結(jié)(圖1)。第一，轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控：ZNF基因啟動子CpG島區(qū)域被甲基化，從而抑制ZNF基因轉(zhuǎn)錄；第二，轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：ZNF在腫瘤組織中的表達差異由癌癥相關(guān)的miRNA調(diào)控；第三，翻譯后水平調(diào)控：不同的環(huán)境刺激會激活信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應(yīng)使ZNF蛋白發(fā)生翻譯后修飾如乙?；⒘姿峄?，翻譯后修飾調(diào)控影響ZNF與其他蛋白和靶基因DNA結(jié)合的能力；第四，與序列特異性DNA結(jié)合水平調(diào)控：ZNF以其不同的蛋白結(jié)構(gòu)域或與不同的翻譯后修飾結(jié)合來招募不同的相互作用蛋白，包括轉(zhuǎn)錄輔助激活因子/輔助抑制因子、染色質(zhì)修飾因子和其他轉(zhuǎn)錄因子，最終與序列特異性DNA結(jié)合激活或抑制下游基因調(diào)控細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉(zhuǎn)移。

4 小結(jié)與展望

ZNF家族作為人類基因組中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族，廣泛參與了人類體內(nèi)的各種生物學過程。目前越來越多的證據(jù)顯示了這種潛力，即ZNF在HCC發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，通過多種調(diào)控層次最后對下游靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)調(diào)控細胞的增殖、凋亡、侵襲與轉(zhuǎn)移，并有望成為HCC新的腫瘤生物標志物和治療靶點。但由于ZNF家族種類和結(jié)構(gòu)的復雜性，且在HCC中的作用機制尚未完全闡明，仍有待于進一步的研究與探索。

表1 ZNFs在HCC中的作用

作者貢獻聲明：魏俊偉負責本文思路設(shè)計及撰寫文章；趙彩彥負責指導撰寫文章并最后定稿。