HOPX在腫瘤中的研究進展

劉春梅，劉義慶，鞠瑛，邱旸，張仁峰

(山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院 臨床醫(yī)學(xué)檢驗部，濟南 250021)

同源域蛋白同源盒(homeodomain-only protein homeobox， HOPX)于2002年由2個獨立的研究小組鑒定出來[1-2]，先后被命名為不在絨毛膜癌克隆中表達1(not expressed in choriocarcinoma clone 1，NECC1)、肺癌相關(guān)基因Y(lung cancer-associated gene Y，LAGY)、奇數(shù)同源框1蛋白(odd homeobox 1 protein，OB1)和心臟同源結(jié)構(gòu)域(homeodomain，HD)[3-5]。HOPX是含有同源域的蛋白家族中已知相對分子質(zhì)量最小的成員，在多種組織中廣泛表達，參與調(diào)節(jié)腸黏膜上皮或表皮細(xì)胞的增殖和分化。在人類皮膚組織中，HOPX通過調(diào)節(jié)晚期分化標(biāo)志物控制表皮形成，在小鼠皮膚中，HOPX被鑒定為存在于休止期基底隆起中的小鼠毛囊干細(xì)胞的標(biāo)志物[6-7]。HOPX(基因庫編碼為NT022853)最初發(fā)現(xiàn)時被認(rèn)為是一種參與調(diào)節(jié)心臟生長發(fā)育與心力衰竭發(fā)生的相關(guān)基因[8]，近年來研究認(rèn)為HOPX是一種新的抑癌基因，并且其甲基化現(xiàn)象在多種類型腫瘤如乳腺癌、鼻咽癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺癌及結(jié)直腸癌等中均有報道[9-13]。本文根據(jù)HOPX在腫瘤中的最新研究進展，就其在其中的表達、功能及相關(guān)機制作一綜述。

1 HOPX的結(jié)構(gòu)

HOPX在小鼠心臟發(fā)育時開始表達，并且在胚胎和出生后發(fā)育期間的心肌細(xì)胞中持續(xù)表達。Northern blotting法檢測提示，在小鼠胚胎組織和成人心臟、腦、肺、肝臟、腸道和脾臟中檢測到1.2 kb的轉(zhuǎn)錄物[1]。Shin等[2]克隆小鼠HOPX并鑒定了人類同源物。研究顯示，HOPX蛋白具有3個α螺旋，折疊成同源框的“螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋”形態(tài)特征，在1號和2號螺旋之間有1個單獨的氨基酸插入，因而缺乏DNA結(jié)合所需要的某些保守殘基，不能與之結(jié)合[14]。

人HOPX位于4號染色體(4q11-q12)，由7個外顯子組成。僅外顯子1、5、6和7完全或部分參與5種mRNA剪接變異體的轉(zhuǎn)錄。mRNA變異體1編碼91氨基酸組成的蛋白質(zhì)，命名為a亞型；基因變異體2、3和4均編碼由73氨基酸組成的蛋白質(zhì)b亞型；mRNA變異體5編碼112氨基酸組成的蛋白質(zhì)c亞型，與其他蛋白質(zhì)亞型相比，顯示出高度不同的C末端序列[15-16]。相反，小鼠HOPX位于5號染色體上，包括3個HOPX剪接變異體，均編碼相同的73 aa蛋白質(zhì)(國家生物技術(shù)信息中心數(shù)據(jù))，人和小鼠的HOPX序列相似，在氨基酸水平上具有92%的一致性[17]。在HOPX3個剪接變異體NM 139212.2、NM 139211.2和NM 032495.4中，只有剪接變異體HOPX-β的啟動子含有CpG島，而HOPX-α和HOPX-γ的轉(zhuǎn)錄起始位點附近相同啟動子不含任何CpG島[15]。而且，HOPX-β翻譯的蛋白質(zhì)中含有特定的同源結(jié)構(gòu)域基序，作為銜接蛋白在基因轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮作用[18]。

2 HOPX在腫瘤中的表達與甲基化

HOPX在人類正常組織中廣泛表達，在休眠的結(jié)腸干細(xì)胞、毛囊濾泡細(xì)胞中表達水平較高[6-7， 19]，但在包括乳腺、結(jié)(直)腸、食管、頭頸部、肺、胰腺、胎盤、胃和子宮內(nèi)膜等不同部位惡性腫瘤中呈不表達或者低表達[3-5，11，15，20-24]。

Ooki等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在9個胃癌細(xì)胞系中，HOPX均沉默表達，此現(xiàn)象可被脫甲基試劑逆轉(zhuǎn)，83.75%(67/80)的原發(fā)性胃癌組織(截止值3.55)中可檢測到HOPX的甲基化。類似的結(jié)果也被Kikuchi等[9]證實，在所有檢測的人乳腺癌細(xì)胞系中均觀察到HOPX的表達下調(diào)。7個人乳腺癌細(xì)胞系中有6個發(fā)生HOPX啟動子甲基化，并且脫甲基試劑同樣可恢復(fù)HOPX的表達，這與表皮生長因子受體2(human epithelial growth factor receptor-2， HER2)的表達以及晚期淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(乳腺癌中)顯著相關(guān)[9]。另外，HOPX也是鼻咽癌組織甲基化基因中甲基化水平最顯著的，其在腫瘤組織及細(xì)胞系中表達下調(diào)，逆轉(zhuǎn)可以抑制鼻咽癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移并增強其化療敏感性，高水平甲基化的患者臨床預(yù)后較差[10]。同樣，HOPX啟動子的表觀遺傳沉默在子宮內(nèi)膜癌、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌中也被證實，并且甲基化水平的定量評估被建議作為腫瘤侵襲性的標(biāo)志物[13，23，25-27]。鐘玉斌等[27]通過對 140 例非小細(xì)胞肺癌腫瘤組織及 20 例正常支氣管組織行 HOPX 蛋白表達檢測及與臨床相關(guān)因素分析發(fā)現(xiàn)，在腫瘤組織中 HOPX 蛋白表達量較正常支氣管組織中表達量顯著降低，并且其低表達與患者腫瘤狀態(tài)(tumot-lymphnode-metastass, TNM)分期等臨床病理資料的基本特征存在相關(guān)性，故而認(rèn)為HOPX在NSCLC發(fā)生發(fā)展中具有抑癌作用，有望成為患者早期診斷及預(yù)后判斷的新參考指標(biāo)。Xu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，肺癌患者血漿游離DNA中也存在甲基化的HOPX。另外，Ooizumi等[29]在人甲狀腺癌細(xì)胞系中觀察到了HOPX的低表達和啟動子甲基化。脫甲基試劑可恢復(fù)HOPX的表達。特別是在Ⅰ期甲狀腺乳頭狀癌患者中，HOPX啟動子甲基化與不良預(yù)后顯著相關(guān)，認(rèn)為HOPX啟動子甲基化獨立預(yù)測甲狀腺乳頭狀癌患者的疾病復(fù)發(fā)[29]。雖然Waraya等[21]研究發(fā)現(xiàn)，q-PCR和Western blotting結(jié)果均顯示HOPX在胰腺癌組織中表達增加，免疫組化結(jié)果揭示其在朗格漢斯胰島細(xì)胞中優(yōu)勢表達，但腫瘤細(xì)胞均未被顯色，且啟動子高甲基化的腫瘤細(xì)胞中HOPX表達水平顯著降低。由此可見，在實體腫瘤的進展過程中HOPX啟動子甲基化是頻繁發(fā)生的腫瘤特異性事件，其程度可以作為實體腫瘤預(yù)后的獨立預(yù)測指標(biāo)。Lin等[30]在非實體瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，急性髓細(xì)胞白血病患者的白血病細(xì)胞中HOPX啟動子區(qū)域幾乎未甲基化。這與其在實體瘤中的研究結(jié)論尚不一致，其具體機制有待于進一步研究和闡明。

3 HOPX在實體瘤中的作用和機制

研究顯示，HOPX作為一種新型的抑癌基因，被認(rèn)為在腫瘤中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，參與實體腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

3.1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖Kikuchi等[9]發(fā)現(xiàn)在MDA-MB-231細(xì)胞系轉(zhuǎn)染HOPX后，克隆形成明顯減少，細(xì)胞增殖活性明顯受到抑制，且凋亡細(xì)胞明顯增加，說明HOPX具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用。HOPX在上皮細(xì)胞動態(tài)平衡中起著關(guān)鍵作用。Yap等[12]在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中發(fā)現(xiàn)，在3種不同的頭頸癌亞型中其表達顯著下調(diào)，包括口腔腫瘤、口咽癌和鼻咽癌。轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)(RNA-seq)結(jié)果顯示，HOPX通過調(diào)節(jié)H376OSCC/HOPX細(xì)胞中與細(xì)胞增殖、黏附以及調(diào)節(jié)上皮發(fā)育和分化的相關(guān)基因的表達調(diào)節(jié)鱗狀上皮細(xì)胞胞內(nèi)穩(wěn)定性。在乳腺癌MCF細(xì)胞系中，HOPX通過抑制細(xì)胞進入S期進而抑制細(xì)胞增殖，其機制可能是HOPX通過與血清反應(yīng)因子(serum response factor, SRF)作用以抑制雌二醇誘導(dǎo)的c-fos活性[22]。Ooki等[15]在胃癌GCIY細(xì)胞系中轉(zhuǎn)染HOPX后，發(fā)現(xiàn)克隆形成及細(xì)胞增殖活性顯著降低，細(xì)胞周期及侵襲能力也會受到影響。Waraya等[21]將HOPX轉(zhuǎn)染胰腺癌細(xì)胞系后細(xì)胞表現(xiàn)出G1阻滯和亞G1的積累，提示HOPX可以通過多種途徑抑制腫瘤細(xì)胞的生長增殖。

3.2 抑制腫瘤細(xì)胞侵襲Ren等[10]在鼻咽癌研究中觀察到，HOPX可以抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)進而抑制細(xì)胞侵襲遷移，其機制可能是HOPX可以與組蛋白去乙?；?結(jié)合增強Snail啟動子的組蛋白H3K9去乙?；筍NAIL轉(zhuǎn)錄沉默，后者則可通過與E-box 基序結(jié)合，直接抑制ECADHERIN轉(zhuǎn)錄，促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化發(fā)生，使細(xì)胞獲得侵襲性和化療抵抗性。Cheung等[11]采用體內(nèi)實驗證實，敲除HOPX和GATA6后的動物發(fā)生肺腺癌多器官轉(zhuǎn)移的概率顯著增加。Kovárová等[31]認(rèn)為HOPX是一種轉(zhuǎn)移相關(guān)基因，通過體內(nèi)外試驗發(fā)現(xiàn)，HOPX特異性敲除后引起3種轉(zhuǎn)移相關(guān)基因(NCAM、FOXG1和ITGA4)的表達模式改變，進而降低v-src轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)移性肉瘤細(xì)胞系PR9692細(xì)胞的運動遷移能力。HOPX啟動子甲基化導(dǎo)致甲狀腺乳頭狀癌的侵襲性表型，而HOPX表達可抑制體外細(xì)胞的增殖和侵襲活性[29]。由此可見，HOPX與腫瘤細(xì)胞的增殖侵襲等惡性行為有關(guān)，它的甲基化沉默在腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。

3.3 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡Chen等[32]在肺癌中觀察到，HOPX除了可以抑制肺癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲，更有趣的是，其過度表達可以通過活化Ras和下游MAPK通路加速細(xì)胞衰老，進而下調(diào)MDM2(p53的負(fù)調(diào)控分子)和增強p21(p53的下游靶分子)的表達，說明HOPX可能通過Ras誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞的衰老而發(fā)揮其腫瘤抑制活性。另外，HOPX的過表達抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞活性、生長、增殖、遷移、侵襲和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，其機制是HOPX促進Wnt通路的下游β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、細(xì)胞周期蛋白D1和c-Myc的表達，影響Wnt/β-catenin信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)而發(fā)揮其調(diào)控作用[33]。在胃癌GCIY細(xì)胞系中轉(zhuǎn)染HOPX后，其早期凋亡和晚期凋亡細(xì)胞數(shù)顯著增加[15]。由此可見，HOPX可能通過多重途徑引發(fā)內(nèi)在凋亡程序激活，通過促凋亡作用抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

4 HOPX在非實體瘤中的作用和機制

HOPX除了通過表觀遺傳方式參與實體瘤的發(fā)生發(fā)展外，還與非實體瘤相關(guān)，但相關(guān)研究相對較少。HOPX-/-小鼠的功能驗證研究表明，HOPX缺失導(dǎo)致造血干細(xì)胞的多能祖細(xì)胞亞群(LSKCD150-CD48-)發(fā)生特異性功能缺陷，從而影響造血干細(xì)胞的固有穩(wěn)態(tài)[34]。這也剛好與HOPX的表達影響AML患者的完全緩解率和生存期這一論點吻合[30]。

5 HOPX與腫瘤預(yù)后

有研究顯示，在胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤組織中HOPX蛋白表達水平與病程相關(guān)，表達越低提示無進展生存期越差，預(yù)后越差[35]。食管鱗癌組織中，HOPX啟動子甲基化水平越高，患者生存率越低[5]。在分化型甲狀腺癌中，HOPX-β的高甲基化與不良生存率相關(guān)[26]。這些研究表明，HOPX與腫瘤進展及預(yù)后有關(guān)。

6 結(jié)語

近年來大量研究證實，HOPX是一種新型抑癌基因，與腫瘤發(fā)生與發(fā)展、臨床分期及預(yù)后均密切相關(guān)，且HOPX在多種腫瘤如乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌、肺癌、頭頸癌、鼻咽癌及胃癌等組織中均表達下調(diào)，這與表觀遺傳的啟動子甲基化有關(guān)。同時，HOPX的表達和啟動子甲基化程度及腫瘤的臨床分期與預(yù)后相關(guān)，因此，可以考慮將其作為腫瘤預(yù)后的獨立預(yù)測指標(biāo)。HOPX可以抑制腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲，但機制不完全相同，由此可見，其與腫瘤的關(guān)系十分重要且復(fù)雜。已有研究證明HOPX在Treg介導(dǎo)的免疫耐受過程中發(fā)揮重要作用，腫瘤患者體內(nèi)Treg的數(shù)量明顯增加，且與預(yù)后相關(guān)[36-37]。其在免疫調(diào)節(jié)和免疫耐受方面也發(fā)揮作用，但具體的機制并不十分明確，需要進一步的研究和探索。