羧基末端結(jié)合蛋白：一種實(shí)體腫瘤的致癌因子

馬娟，周思思，馬穎才#，榮光宏

1青海大學(xué)研究生院，西寧 810000

2青海省人民醫(yī)院消化內(nèi)科，西寧 810000

據(jù)世界衛(wèi)生組織公布，2018年全球癌癥新發(fā)1810萬(wàn)例，死亡960萬(wàn)例，中國(guó)癌癥新發(fā)180.4萬(wàn)例，死亡229.6萬(wàn)例，均居全球癌癥新發(fā)例數(shù)和死亡例數(shù)的第1位[1]。預(yù)防和治療腫瘤是未來(lái)醫(yī)學(xué)研究的重要目標(biāo)。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展涉及多因素、多階段的相互協(xié)調(diào)、相互作用，預(yù)測(cè)腫瘤相關(guān)標(biāo)志物是目前醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。羧基末端結(jié)合蛋白（C-terminal-binding protein，CtBP）是一種轉(zhuǎn)錄輔抑制因+高表達(dá)于乳腺癌[2]、肺癌[3]、卵巢癌[4]、胰腺癌[5]、食管癌[6]等多種腫瘤中，參與腫瘤細(xì)胞“Warburg效應(yīng)”[7]、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）[8]、腫瘤干細(xì)胞的自我更新[9]等多個(gè)過(guò)程，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。本文就CtBP在實(shí)體腫瘤中表達(dá)情況的研究進(jìn)展作一綜述。

1 CtBP概述

CtBP是1993年Boyd等[10]研究人類腺病毒5型E1A基因時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種保守的轉(zhuǎn)錄輔抑制因子。后來(lái)大量研究發(fā)現(xiàn)CtBP存在于多種DNA轉(zhuǎn)錄因子的復(fù)合體中，被各種DNA轉(zhuǎn)錄因子招募至特定的啟動(dòng)子或增強(qiáng)子區(qū)域，參與生物體發(fā)育和致癌等多個(gè)過(guò)程。

在脊椎動(dòng)物體內(nèi)，CtBP1和CtBP2基因分別編碼產(chǎn)生CtBP1和CtBP2兩種不同的蛋白[11]。盡管CtBP1和CtBP2具有很高的序列同源性，但它們之間存在本質(zhì)差異。CtBP1主要定位于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，其定位主要受糖基化、磷酸化以及與PDZ蛋白結(jié)合等調(diào)控，在細(xì)胞質(zhì)中主要參與高爾基體膜分裂[12]。通過(guò)對(duì)CtBP1相關(guān)蛋白的蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CtBP1蛋白可與DNA轉(zhuǎn)錄因子如鋅指E盒結(jié)合同源盒蛋白（zinc finger E-box binding homeobox protein，ZEB）、REST 輔助抑制因子（REST corepressor，COREST）和鋅指蛋白 217（zinc finger protein 217，ZNF217）、組蛋白去甲基化酶相互作用[13]。CtBP2由于存在獨(dú)特的N端結(jié)構(gòu)域（N-terminal region，NTR），主要定位于細(xì)胞核，CtBP2的NTR主要受p300乙?；恼{(diào)節(jié)[14]。CtBP包括3個(gè)結(jié)構(gòu)域：N端轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)、C端延伸區(qū)及中央脫氫酶區(qū)，它們共同參與了轉(zhuǎn)錄因子相互作用以及與底物結(jié)合的過(guò)程。

CtBP作為轉(zhuǎn)錄輔抑制因子，參與調(diào)控許多相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，如靶向促凋亡基因BIK、BRCA1[15-16]、細(xì)胞骨架蛋白角蛋白-8（keratin-8）、細(xì)胞黏附分子E-鈣粘蛋白（E-cadherin）[17]及抑癌基因p16INK4a、p15INK4b等[18]，促進(jìn) EMT[19]，從而促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲并賦予腫瘤細(xì)胞抗凋亡活性。CtBP可以與多種腫瘤抑制因子作用，包括大腸腺瘤性息肉病基因（adenomatous polyposis coli，APC）[9]、同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶2（homeodomain interacting protein kinase 2，HIPK2）[20]，c-Jun-NH2-末端激酶 1（c-Jun-NH2 kinase 1，JNK1）[21]和選擇性閱讀框架（alternative reading frame，ARF）[2]，因此 CtBP 在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2 CtBP 與人類實(shí)體腫瘤

2.1 CtBP 與肝癌

EMT是腫瘤細(xì)胞遷移的重要環(huán)節(jié)。CtBP通過(guò)PXDLS基序與ZEB1相結(jié)合，并形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物，抑制E-cadherin的轉(zhuǎn)錄。E-cadherin是一種參與細(xì)胞間黏附和維持上皮細(xì)胞狀態(tài)的分子，EMT過(guò)程中與角蛋白等其他上皮分化標(biāo)志物一起被下調(diào)，使細(xì)胞從原發(fā)腫瘤部位分離并傳播到鄰近組織，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因 1（glioma-associated oncogene 1，GLI1）是 Hedgehog信號(hào)通路中的下游轉(zhuǎn)錄因子，異常上調(diào)的GLI1通過(guò)轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)snail家族鋅指1（snail family zinc finger 1，SNAI1）誘導(dǎo)EMT，促進(jìn)肝細(xì)胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）進(jìn)展[22]。此外，GLI1 可直接結(jié)合CtBP2的啟動(dòng)子而增加CtBP2的轉(zhuǎn)錄，也可正反饋調(diào)節(jié)CtBP2和SNAI1的相互作用。Ct-BP2的敲低逆轉(zhuǎn)了HCC中GLI1-SNAI1上調(diào)的EMT，表明CtBP2可促進(jìn)HCC中GLI1誘導(dǎo)的EMT，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，增強(qiáng)CtBP2的表達(dá)可促進(jìn)HCC異種移植物的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)EMT，是HCC的潛在治療靶點(diǎn)[7]。與匹配的正常鄰近肝組織相比，HCC中CtBP2的表達(dá)顯著增加，且與肝切除后較差的預(yù)后有關(guān)，故CtBP2可作為肝切除后HCC的預(yù)后標(biāo)志物，并可在GLI1驅(qū)動(dòng)的EMT期間作為SNAI1的轉(zhuǎn)錄輔抑制因子發(fā)揮作用。

2.2 CtBP 與乳腺癌

腫瘤的另一個(gè)基本特征是其對(duì)糖代謝的依賴，改變了腫瘤細(xì)胞的代謝，同時(shí)影響了煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）+/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）水平，Ct-BP中的核苷酸結(jié)合區(qū)（nucleotide-binding domain，NBD）與NADH依賴性D-2-羥基酸脫氫酶具有同源性[23]。因此，NAD+/NADH水平可以直接調(diào)控CtBP的表達(dá)，這為小分子干預(yù)治療提供了一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。BRCA1在乳腺癌的預(yù)防中發(fā)揮了重要作用，并且常常在散發(fā)性腫瘤中的表達(dá)沉默或被抑制[24]，其表達(dá)受轉(zhuǎn)錄輔激活因子和轉(zhuǎn)錄輔抑制因子之間的動(dòng)態(tài)平衡控制，CtBP在此環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用。增加乳腺癌細(xì)胞中NAD+/NADH的比值，可將CtBP從BRCA1啟動(dòng)子中清除，提高組蛋白乙?；潭龋⒃黾覤RCA1的轉(zhuǎn)錄水平[2]。Zhao等[25]研究發(fā)現(xiàn)，CtBP與ZEB1形成的復(fù)合物通過(guò)抑制甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子2（sterol regulatory element-binding transcription factor 2，SREBF2）的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞內(nèi)的膽固醇穩(wěn)態(tài)，由于膽固醇負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）受體的穩(wěn)定性，Ct-BP可以抑制細(xì)胞內(nèi)膽固醇，從而導(dǎo)致EMT和細(xì)胞遷移增加。此外，TGF-β還能夠通過(guò)增加ZEB1和CtBP復(fù)合物向SREBF2啟動(dòng)子募集來(lái)降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇，從而形成由CtBP、膽固醇和TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑組成的反饋環(huán)，通過(guò)該途徑，TGF-β觸發(fā)了動(dòng)員腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)展。

2.3 CtBP 與結(jié)腸癌

WNT信號(hào)在發(fā)育和腫瘤生物學(xué)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。CtBP以多種復(fù)雜方式與WNT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相交，WNT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵效應(yīng)物β-聯(lián)蛋白（βcatenin）由于與APC復(fù)合物相互作用而被泛素化和蛋白水解酶降解，APC被截短或β-catenin突變導(dǎo)致β-catenin定位于細(xì)胞核，并與TCF4/LEF轉(zhuǎn)錄因子相互作用，引起多種下游效應(yīng)因子被激活，包括c-Myc和細(xì)胞周期蛋白 D1（cyclin D1）等[26]。

APC是結(jié)腸癌中重要的腫瘤抑制因子，APC突變被認(rèn)為是結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的重要原因。APC經(jīng)常在散發(fā)性結(jié)腸癌中發(fā)生突變，產(chǎn)生在C末端截短的APC蛋白質(zhì)產(chǎn)物，該產(chǎn)物經(jīng)寡聚化后其降解β-catenin的能力受損，導(dǎo)致β-catenin核定位并與TCF/LEF復(fù)合物相互作用[27]。在這種突變的APC環(huán)境中，CtBP通過(guò)結(jié)合APC的15個(gè)氨基酸重復(fù)序列促進(jìn)截短的APC寡聚化，促進(jìn)β-catenin進(jìn)入細(xì)胞核[28]，激活下游致癌基因的轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，如cyclin D1。此外，CtBP可直接作用于關(guān)鍵靶啟動(dòng)子c-Myc和LGR5，從而激活TCF4/LEF信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞的自我更新。表明CtBP可以直接與APC相互作用，并直接與TCF4相互作用，激活腫瘤細(xì)胞WNT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[29]。T淋巴瘤侵襲轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)因子1（T-cell lymphoma invasion and metastasis 1，TIAM1）是Rac-GTP酶的鳥嘌呤核苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF），其在調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、侵襲和遷移中具有關(guān)鍵作用，并且直接促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[30]，TIAM1和CtBP2在表達(dá)水平上表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)，在大腸癌中敲除CtBP2后可下調(diào)TIAM1的表達(dá)，腫瘤細(xì)胞的遷移率會(huì)降低，相反CtBP2的異位表達(dá)可上調(diào)TIAM1的表達(dá)，提示TIAM1是CtBP2的直接轉(zhuǎn)錄激活靶點(diǎn)[31]，并發(fā)現(xiàn)Ct-BP2通過(guò) Kruppel樣因子 8（Kruppel-like factor 8，KLF8）識(shí)別元件調(diào)節(jié)TIAM1基因啟動(dòng)子。結(jié)腸癌細(xì)胞中CtBP2的過(guò)表達(dá)可激活TIAM1的表達(dá)并抑制磷酸酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達(dá)，從而激活磷脂酰肌醇3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移。相反，如果TIAM1被小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）耗盡，可阻礙CtBP依賴性遷移，證明TIAM1是CtBP的下游基因并且是CtBP誘導(dǎo)細(xì)胞遷移的關(guān)鍵介質(zhì)。

2.4 CtBP 與前列腺癌

Moiola等[32]研究顯示，高脂飲食喂養(yǎng)異種移植的原位前列腺腫瘤（PC3細(xì)胞）小鼠，可誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)激素變化，如睪酮水平下降、膽固醇水平增加、體重增加，并減少腫瘤內(nèi)NAD+/NADH比值，導(dǎo)致CtBP過(guò)度活躍。當(dāng)正常飲食飼養(yǎng)具有野生型Ct-BP1（PC3-pGIPZ）或 CtBP1 耗盡（PC3-shCtBP1）的小鼠時(shí)，腫瘤生長(zhǎng)幾乎相似。然而，當(dāng)小鼠處于高脂飲食飼養(yǎng)時(shí)，PC3-shCtBP1小鼠組的腫瘤大小顯著減少。表明高脂飲食小鼠中NAD+/NADH比值低，導(dǎo)致CtBP1的活性降低，進(jìn)而抑制腫瘤發(fā)展。此外，在CtBP1耗盡的腫瘤中進(jìn)行的全基因組表達(dá)陣列顯示，鈣黏著蛋白1（cadherin 1，CDH1）水平增加，同時(shí)cyclin D1表達(dá)減少，表明CtBP在與代謝綜合征相關(guān)的腫瘤進(jìn)展中具有重要作用[26]。Wang等[33]研究顯示，CtBP1在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中過(guò)表達(dá)和錯(cuò)誤定位，CtBP1主要定位于良性組織中的細(xì)胞核，然而在侵襲性前列腺癌中，免疫組織化學(xué)分析結(jié)果顯示，在細(xì)胞質(zhì)中觀察到CtBP1著色增加。采用瞬時(shí)RNA干擾前列腺癌細(xì)胞系DU145和PC3，特異性靶向敲低CtBP1，可導(dǎo)致E-cadherin活化，抑制EMT，還可以抑制侵襲和轉(zhuǎn)移的新靶點(diǎn)LCN2和ARHGDIB的激活，降低腫瘤細(xì)胞的侵襲性。在PC3-CtBP1穩(wěn)定敲除的細(xì)胞系中，應(yīng)用兩個(gè)獨(dú)立的siRNA靶向LCN2，對(duì)重新激活的LCN2進(jìn)行敲除，最終導(dǎo)致了侵襲表型的逆轉(zhuǎn)，表明LCN2在CtBP1介導(dǎo)的侵襲中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，腫瘤異種移植研究和鼠轉(zhuǎn)移模型的體內(nèi)研究表明，CtBP1在前列腺癌的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中具有一定的作用。以上結(jié)果說(shuō)明CtBP1的表達(dá)失調(diào)在前列腺癌的進(jìn)展中具有重要作用，并且可以作為可行的治療靶標(biāo)。

3 小結(jié)與展望

CtBP作為一種NADH依賴的轉(zhuǎn)錄抑制因子，與有氧代謝有關(guān)且與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，CtBP的表達(dá)與腫瘤分期、浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)，可參與WNT、TGF等多種信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，但其調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚，需進(jìn)一步深入研究。CtBP有望成為多種腫瘤的潛在預(yù)測(cè)因子、預(yù)后指標(biāo)及治療靶點(diǎn)，為腫瘤的早診、早治及療效評(píng)估提供新的方向。