PRDM 與結(jié)腸癌關(guān)系的研究進展

劉冠，肖珺丹，王長友

(華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院普外科，河北 唐山 063000)

0 引言

結(jié)腸癌是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一, 其發(fā)病率在全世界惡性腫瘤中排第三位，其死亡率在中國排名第五[1,2]。隨著我國人民生活習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)的改變,結(jié)腸癌在我國的發(fā)病率逐年增高，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。由于結(jié)腸癌早期癥狀不明顯,大部分患者在發(fā)現(xiàn)患者病時已處于癌癥的中晚期,因此治療效果受到很大的限制。闡明結(jié)腸癌的發(fā)病機制,尋找特異的診斷標志物和治療靶點對于結(jié)腸癌的精準治療至關(guān)重要。PRDM(PRDI-BF1 and RIZ homology domain containing)家族是一個關(guān)于人類腫瘤形成的轉(zhuǎn)錄因子家族，目前在人類中發(fā)現(xiàn)了19 個家族成員[3-6]，因所有家族成員的N 端都包含一個約130 個氨基酸的典型PR 結(jié)構(gòu)域而得名。研究表明，PRDM 家族成員可以通過其固有的甲基轉(zhuǎn)移酶活性或與其他染色質(zhì)修飾酶相互作用參與基因的表觀遺傳調(diào)控[3-5]。通過這種方式，它們可以影響生物學(xué)過程，包括細胞的增殖和分化。因此，PRDM 基因與癌癥的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，其表達的改變影響著癌癥患者的預(yù)后。近年來，國內(nèi)外多項研究探索了PRDM 家族與結(jié)腸癌的相關(guān)性。本文主要對PRDM 基因在結(jié)腸癌中發(fā)生發(fā)展的作用進行分析和總結(jié)，為研究新的結(jié)腸癌診斷治療策略以及評估患者預(yù)后關(guān)系提供重要理論依據(jù)。

1 PRDM 的結(jié)構(gòu)及功能特點

惡性腫瘤的形成、進展和轉(zhuǎn)移與癌基因、抑癌基因不可逆的積累突變和失調(diào)有關(guān)。PRDM 是Kruppel 樣鋅指基因產(chǎn)物的亞家族，可編碼19 種不同的轉(zhuǎn)錄因子[6,7]。其特點是所有成員都包含一個保守的位于N 段的PR (PRDI-BF1 and RIZ1 homology)結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域與 SET[Su(var)3-9, enhancer-ofzeste 和trithorax] 結(jié)構(gòu)域高度同源，許多SET 結(jié)構(gòu)域具有組蛋白或非組蛋白底物的甲基轉(zhuǎn)移酶活性[3-4,8-9]。然而，到目前為止，只有少數(shù)PRDM 家族成員通過實驗證明了其酶活性，其他缺乏內(nèi)在酶活性的PRDM 蛋白能夠直接或間接地與組蛋白修飾酶相互作用，以正向或負向調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)[1-3]。除了PRDM11 外，PR 結(jié)構(gòu)域通常位于蛋白質(zhì)的N 端區(qū)域，隨后是鋅指蛋白，由于其特殊的指狀結(jié)構(gòu)，它們在識別與結(jié)合DNA序列以及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用中作用顯著，從而可干預(yù)轉(zhuǎn)錄過程中基因的表達水平[3-4,8-9]。

大多數(shù)PRDM 家族是通過可變剪切或通過兩種不同的啟動子編碼兩種不同的產(chǎn)物，即PR+和PR-，它們表現(xiàn)出相反的作用，特別是在癌癥中[3-5]。具體而言，全長型產(chǎn)物（PR+）通常起腫瘤抑制作用，而短型（PR-）起癌基因作用。在許多人類惡性腫瘤中均發(fā)現(xiàn)了兩種表達產(chǎn)物失衡--PR-亞型表達更高的現(xiàn)象，這可能是由于PR+失活突變或表達降低，以及PR-表達增加導(dǎo)致的[4,5]。

近年來，隨著PRDM 的研究不斷拓展，人們發(fā)現(xiàn)PRDM通過調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾、基因組重編程、炎癥和代謝的穩(wěn)態(tài)等過程參與惡性腫瘤的發(fā)生，對于癌癥的預(yù)防、診療及指導(dǎo)患者預(yù)后具有重要意義。多種癌癥都開展了PRDM 相關(guān)的研究，結(jié)腸癌也位列其中。

2 PRDM 與結(jié)腸癌的研究進展

2.1 PRDM1 通過抑制p53 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)細胞生長

PRDM1/BLIMP1 (B lymphocyte-induced maturation protein-1)是人β-干擾素基因表達的阻遏物[10]，同時，它是B淋巴細胞終末分化的多效調(diào)節(jié)因子[11]。PRDM1/BLIMP1 還在T 細胞和NK 細胞中表達，并調(diào)節(jié)它們在體內(nèi)的平衡[12-14]。PRDM1/BLIMP1 并不具備固有的甲基轉(zhuǎn)移酶活性，它是通過與HDACs 和G9a 的相互作用或直接結(jié)合并抑制MYC 轉(zhuǎn)錄因子來發(fā)揮其功能[15,16]。

在結(jié)直腸腫瘤細胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 可以導(dǎo)致癌細胞的凋亡和生長停滯，并且敲除PRDM1/BLIMP1 誘導(dǎo)了p53 靶基因的表達，使得p53 mRNA 和蛋白質(zhì)的表達水平均明顯增高，而在敲除p53 基因的細胞中，敲除PRDM1/BLIMP1 所導(dǎo)致的癌細胞凋亡在很大程度上被抑制。因此，PRDM1/BLIMP1 與p53 啟動子結(jié)合并抑制其轉(zhuǎn)錄，p53 反過來與PRDM1/BLIMP1 結(jié)合并正向調(diào)節(jié)[17]。有研究表明，在骨髓瘤細胞系中存在PRDM1 基因的另一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物，命名為PRDM1β，它是通過內(nèi)部啟動子替代轉(zhuǎn)錄起始位點產(chǎn)生的，它的PR 結(jié)構(gòu)域缺少氨基酸末端101aa[18]。最近一項研究表明，PRDM1β 是人結(jié)腸器官中的p53 應(yīng)答基因，PRDM1 的表達降低可能預(yù)示著結(jié)腸癌患者的預(yù)后不良[19]。因此，PRDM1 在結(jié)腸癌中可能既有致癌作用又有抑癌作用，仍需要進一步的實驗和研究證明PRDM1 與結(jié)腸癌的關(guān)系。

2.2 PRDM2 啟動子甲基化促進結(jié)腸癌細胞的增殖

PRDM2 位于染色體1p36 處，具有腫瘤抑制作用，通常受人類多種惡性腫瘤的遺傳變異影響。它的內(nèi)部啟動子可產(chǎn)生兩種主要的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，分別為RIZ1（PR +）和RIZ2（PR-），即含有和不含有PR 結(jié)構(gòu)域的兩種蛋白產(chǎn)物[5]。如前文所述，它們的失衡可能是惡性腫瘤的重要原因。研究表明，RIZ1 和RIZ2 均在正常組織中大量表達，但在許多人類癌癥組織和細胞中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)RIZ1 基因的失活以及RIZ2 表達水平的增高[20,21]。RIZ1 可能負調(diào)控細胞的生長和腫瘤發(fā)生，而RIZ2 可能是通過促進細胞有絲分裂的進而促進了癌細胞的發(fā)生和增殖[22,23]。研究發(fā)現(xiàn)，PRDM2/RIZ1 啟動子中的CpG 島經(jīng)常在許多類型的癌癥中被甲基化，例如乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌以及肺癌，DNA 甲基化被認為是PRDM2/RIZ1失活的主要機制[23]。實驗證明，RIZ1 啟動子異常甲基化是RIZ1 失活的主要原因,對RIZ1 進行去甲基化處理使其重新表達能明顯減緩結(jié)腸癌細胞的增殖,促使其凋亡?？偟膩碚f，一些結(jié)果表明RIZ1 具有抑癌活性，而RIZ2 可以作為致癌基因發(fā)揮作用[5]。

2.3 PRDM3/MECOM 高表達促進結(jié)腸癌細胞的增殖和遷移侵襲能力

PRDM3/MECOM（MDS1 and EVI1 Complex） 基 因座位于染色體3q26.2 處，由兩個編碼基因融合而成，這兩個編碼基因具有兩個不同的轉(zhuǎn)錄起始位點，分別產(chǎn)生MDS1（myelodysplasia syndrome 1） 和EVI1（ecotropic virus integration site 1），它們結(jié)合成含有PR-亞型結(jié)構(gòu)域的產(chǎn)物，被稱為EVI1 或者sPRDM3（shorter PRDM3）[25]。

有研究報道，EVI1 在結(jié)腸癌中呈現(xiàn)高表達，它的存在可能影響著結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展和患者對化療的敏感性。TGF-β是重要的腫瘤抑制因子，對于結(jié)腸癌的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移起著關(guān)鍵的作用，在結(jié)腸癌中常會發(fā)生TGF-β 反應(yīng)的丟失。實驗表明，EVI1 的高表達抑制了TGF-β 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，阻斷了TGF-β 所誘導(dǎo)的結(jié)腸癌細胞的生長抑制。通過該機制，部分結(jié)腸癌細胞逃脫了TGF-β 的腫瘤抑制作用，這對于結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展有著重要的影響[26]。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelialmesenchymal transition, EMT）在結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移中起著重要作用。研究表明，EVI1 與所有已知的EMT 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（SNAIL，SLUG，ZEB1,ZEB2，TWIST1 和TWIST2）之間呈負相關(guān)。SLUG 是EMT 的主要調(diào)控者，可以促進結(jié)腸癌細胞的遷移能力和侵襲性。EVI1 通過鋅指結(jié)構(gòu)直接與SLUG 啟動子結(jié)合并下調(diào)其表達，從而抑制了EMT。進一步實驗發(fā)現(xiàn),沉默EVI1 增強了結(jié)腸癌的侵襲性,證明了它在結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移中的重要作用[27]。所以，EVI1 在結(jié)腸癌的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，有持續(xù)研究的價值。

2.4 PRDM5 啟動子甲基化促進結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展

PRDM5 被認為是重要的腫瘤抑制基因，在細胞分化和癌細胞惡性轉(zhuǎn)化的過程中起著重要的作用。研究表明，PRDM5在人類正常組織中廣泛表達，但由于啟動子CpG 島甲基化而在多種癌癥中表達下調(diào)或沉默。關(guān)于其潛在機制，可能是通過負調(diào)控Wnt/β-catenin 信號通路和癌基因表達（例如CDK4、TWIST1、MDM2）來發(fā)揮作用[28]。PRDM5 的表觀遺傳沉默也存在于結(jié)腸癌中，其異位表達導(dǎo)致了癌細胞的生長抑制，表明PRDM5 在結(jié)腸癌中起著抑癌作用。值得注意的是，在原發(fā)性結(jié)直腸癌中檢測到PRDM5 啟動子甲基化，但在與腫瘤相鄰的區(qū)域收集的非癌組織標本中并未檢測到[29]。最近一項研究顯示，在鋸齒狀癌變途徑的BRAF 突變型結(jié)腸癌中觀察到了顯著的PRDM5 啟動子甲基化，而在傳統(tǒng)途徑的BRAF野生型癌癥中檢測到了較低水平的甲基化。此外，PRDM5 甲基化在部分鋸齒狀息肉中也很明顯，表明這可能是腫瘤發(fā)生的早期事件[30]。所以，PRDM5 是結(jié)腸癌中重要的抑癌基因。

2.5 PRDM10 促進BCL2 表達導(dǎo)致結(jié)腸癌細胞的耐藥性

目前，有關(guān)PRDM10 在結(jié)腸癌中的作用的研究不多，利用生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)PRDM10 在許多惡性腫瘤（例如肝細胞癌，前列腺癌和鼻咽癌以及胃癌和結(jié)直腸癌）中存在高表達，可能具有致癌的作用。有研究表明，PRDM10 蛋白可以與BCL2 基因的啟動子結(jié)合以上調(diào)其表達，這可能是促進腫瘤發(fā)生的潛在機制[31]。BCL2 蛋白決定癌細胞對化療的反應(yīng)，因此，BCL2 抑制劑的研究和開發(fā)對于發(fā)現(xiàn)癌癥中新的藥理調(diào)節(jié)劑具有巨大的潛力。目前仍需進一步的研究來確定，是否可以PRDM10 的表達以抑制BCL2，以研發(fā)新型的腫瘤抑制劑。

2.6 PRDM14 促進結(jié)腸癌細胞的增殖和遷移侵襲能力

越來越多的證據(jù)表明，癌干細胞可以產(chǎn)生具有各種表型的癌細胞，是細胞耐藥性和癌癥轉(zhuǎn)移的重要原因，并且是關(guān)鍵的治療靶點[32-34]。

PRDM14 是位于染色體8q13.3 上，具有1 個PR 結(jié)構(gòu)域和6 個鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白，廣泛存在于人類的不同組織中。它是胚胎干細胞（ESC）多能性和原始生殖細胞（PGC）形成的特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，通過多種表觀遺傳調(diào)控機制抑制或激活相關(guān)靶基因，在維持細胞多能性上發(fā)揮著重要作用[35]。

最近，已經(jīng)在多種惡性腫瘤中檢測出了PRDM14 的異常表達，例如乳腺癌、胰腺癌、非小細胞肺癌等[36-38]。有研究報道了PRDM14 在體內(nèi)或體外均促進了腫瘤干細胞樣表型，并提出PRDM14 有作為新的治療標靶的潛力[39-42]。日本的一項研究通過免疫組化實驗證明了PRDM14 在結(jié)腸癌組織中高表達，且高表達PRDM14 的細胞主要是腫瘤浸潤前沿細胞。在按癌癥分期進行的分析中， PRDM14 的高表達是Ⅲ期結(jié)腸癌患者的獨立預(yù)后因素。此外，實驗證明，PRDM14 的高表達增強了體外結(jié)腸癌細胞的干性、侵襲性和耐藥性，并增強了體內(nèi)癌細胞的致瘤性[43]。這些結(jié)果表明，PRDM14 的表達上調(diào)與結(jié)腸癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、疾病分期相關(guān)。然而，對于結(jié)腸癌患者PRDM14 高表達的機制尚不完全清楚。可能通過 DNA 啟動子區(qū)和 CpG 島區(qū)域的異常甲基化，導(dǎo)致抑癌基因失活和癌基因激活，從而上調(diào)PRDM14 蛋白的表達，使PRDM14成為染色體 8q13 上的基因擴增的靶點[43,44]?？傊?，PRDM14可以作為結(jié)腸癌患者耐藥性或預(yù)后的潛在生物標志物，特別是對于制訂Ⅲ期結(jié)腸癌患者的輔助治療方案具有指導(dǎo)意義。

3 展望

目前，有關(guān)PRDM 家族的研究有力的證實了其與結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，它們通過影響腫瘤細胞的增殖、侵襲、遷移、凋亡以及經(jīng)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程影響結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展，對于結(jié)腸癌的診斷、治療及預(yù)后具有潛在的研究價值。PRDM有望成為結(jié)直腸癌的分子標志物及治療靶點，為結(jié)腸癌的預(yù)防、診斷、治療和指導(dǎo)結(jié)腸癌患者的預(yù)后開辟出新的途徑。