GRHL3在腫瘤中作用的研究進(jìn)展

譚林，王騫，陳維順

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬株洲醫(yī)院 株洲市中心醫(yī)院消化內(nèi)科，湖南 株洲 412007)

GRHL(Grainyhead-like)家族是果蠅GRH(Grainyhead)家族在脊椎動(dòng)物中的同源家族，在哺乳動(dòng)物中的表達(dá)具有組織特異性和時(shí)間特異性，主要分布于上皮組織，對(duì)于保持上皮組織的完整性至關(guān)重要[1]。近年來，GRHL轉(zhuǎn)錄因子在癌癥中的作用已被學(xué)者廣泛研究。除了作為腫瘤抑制因子的作用外，在許多情況下GRHL還具有促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的功能，這使它們成為潛在的藥物靶點(diǎn)[2]。GRHL3作為Grainyhead家族中的一員，最早被發(fā)現(xiàn)主要參與調(diào)控果蠅上皮的發(fā)育，后來的研究發(fā)現(xiàn)其在包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物的皮膚屏障形成和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移等生理過程中亦發(fā)揮重要作用[3]。GRHL3在人類的多種腫瘤中存在異常表達(dá)現(xiàn)象，且在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中也具有一定的生理意義，特別是在腫瘤細(xì)胞的凋亡、遷移和侵襲過程中起重要作用[4]。因此，研究GRHL3在腫瘤中作用的具體分子機(jī)制有望為抗腫瘤治療提供新靶點(diǎn)。然而，GRHL3在不同類型腫瘤中的作用可能相互矛盾：在一些腫瘤中發(fā)揮促癌作用，而在某些腫瘤中又表現(xiàn)為抑癌效應(yīng)，且GRHL3與多種腫瘤的預(yù)后密切相關(guān)，故導(dǎo)致近年其在腫瘤中的作用成為研究熱點(diǎn)。現(xiàn)就GRHL3的生理學(xué)功能及其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用予以綜述,以為進(jìn)一步深入研究GRHL3提供參考。

1 GRHL3概述及其生物學(xué)功能

1.1概述 GRHL基因編碼一個(gè)高度保守的轉(zhuǎn)錄因子家族，最初在一個(gè)神經(jīng)管未能完全閉合的果蠅突變體中發(fā)現(xiàn)，異常的頭部顆粒細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致粒狀頭部表型，故由此命名該家族基因[5]。隨后該基因家族又相繼在線蟲以及包括人類在內(nèi)的各種動(dòng)物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)[6]。GRHL轉(zhuǎn)錄因子屬于LSF(late SV40 factor)/GRH轉(zhuǎn)錄因子家族，該家族有兩個(gè)分支，其中GRH子族由GRHL1、GRHL2和GRHL3組成，LSF/CP2子族由TFCP2、LBP1a和LBP-9轉(zhuǎn)錄因子組成[7]。GRHL1、GRHL2和GRHL3具有顯著的序列同源性，表達(dá)模式上存在重疊，核心DNA結(jié)合位點(diǎn)亦有相同。此外，3個(gè)基因編碼的蛋白在N端、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和C端二聚體上具有高度同源性的相互作用結(jié)構(gòu)域。但3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)具有組織特異性[8]，生物學(xué)功能也存在差異[9]，且GRHL1和GRHL2無法代替GRHL3在生理過程中的作用[8]。GRHL3作為GRHL家族的成員之一，其在人體染色體中定位于1p36.11，互補(bǔ)DNA全長(zhǎng)為1 665 bp，GRHL3蛋白含有555個(gè)氨基酸，分子量為70 000[10]。

1.2生物學(xué)功能 GRHL3可通過調(diào)控多種表皮分化基因的表達(dá)，在皮膚屏障形成過程中起重要作用。GRHL3的突變影響包括編碼結(jié)構(gòu)蛋白、細(xì)胞黏附分子和脂質(zhì)加工酶類等在內(nèi)的表皮分化復(fù)合體基因以及多種與終末分化和屏障功能相關(guān)的基因表達(dá)，使表皮無法形成一個(gè)有效的滲透障礙，最終導(dǎo)致表皮水分流失過快和化學(xué)物質(zhì)的透皮吸收增加，以及脆弱的皮膚質(zhì)量[11]。有實(shí)驗(yàn)表明，敲除GRHL3基因的小鼠出現(xiàn)表皮分化受限，同時(shí)存在嚴(yán)重的屏障功能障礙，且GRHL3-/-小鼠角質(zhì)層的形成，顆粒層細(xì)胞外脂質(zhì)成分的形成和細(xì)胞黏附均受到抑制，甚至因無法形成足夠的表皮屏障在出生時(shí)即出現(xiàn)嚴(yán)重脫水而死亡[12-13]。GRHL3可調(diào)控胚胎發(fā)育過程中表皮切口的愈合。哺乳動(dòng)物切口愈合需要在上皮層平面協(xié)調(diào)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，在此過程中GRHL3可通過調(diào)控Rho蛋白鳥苷酸交換因子19的表達(dá)影響肌動(dòng)蛋白的聚合和細(xì)胞極性，進(jìn)而調(diào)節(jié)切口愈合的過程和調(diào)控細(xì)胞骨架的重組和細(xì)胞遷移[14]。所以GRHL3表達(dá)缺失的小鼠會(huì)出現(xiàn)切口愈合障礙。

GRHL3通過調(diào)控上皮遷移影響哺乳動(dòng)物發(fā)育過程中多種生理結(jié)構(gòu)的閉合。GRHL3表達(dá)于神經(jīng)管閉合中發(fā)育的神經(jīng)褶，主要參與調(diào)節(jié)神經(jīng)褶區(qū)域外胚層中上皮細(xì)胞的遷移和分化活動(dòng)，進(jìn)而影響神經(jīng)褶的發(fā)育和神經(jīng)管閉合過程。GRHL3在小鼠中表達(dá)缺失時(shí)，因神經(jīng)管畸形而出現(xiàn)嚴(yán)重的脊柱裂和顱腦畸形[15]。GRHL3可通過調(diào)控F-肌動(dòng)蛋白聚合、絲狀偽足形成以及細(xì)胞形態(tài)變化影響眼瞼前緣部分角質(zhì)形成層細(xì)胞的遷移，故GRHL3基因敲除的小鼠還會(huì)出現(xiàn)眼瞼閉合障礙[16]。在GRHL3基因敲除的小鼠眼瞼中，因腫瘤壞死因子-α的表達(dá)受到抑制，降低了表皮生長(zhǎng)因子受體和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶的磷酸化水平，導(dǎo)致小鼠角質(zhì)形成層細(xì)胞無法遷移而不影響組織愈合[17]。

GRHL3是內(nèi)皮細(xì)胞遷移所必需的分子，且其作用不需依賴血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的參與[18]。有研究表明，轉(zhuǎn)染GRHL3后的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞遷移能力得到提升。GRHL3可誘導(dǎo)蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)和內(nèi)皮中一氧化氮合酶的磷酸化，且一氧化氮依賴性遷移完全取決于GRHL3的表達(dá)[19]。此外，因GRHL3可抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，內(nèi)皮細(xì)胞的功能會(huì)由于GRHL3表達(dá)的缺失而紊亂[20]。

2 GRHL3在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

有研究表明，GRHL3在人類多種惡性腫瘤中存在異常表達(dá)現(xiàn)象，尤其在涉及惡性腫瘤的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移、侵襲等方面具有重要意義[4]。運(yùn)用慢病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)沉默GRHL3基因可以使細(xì)胞上皮的極性喪失并獲得間質(zhì)特性，誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的侵襲和遷移。另有研究表明，運(yùn)用DNA重組原理對(duì)小鼠進(jìn)行GRHL3基因全面敲除后，小鼠表現(xiàn)出顯著的化學(xué)物質(zhì)致癌易感性和表皮的過度增殖特性，表明GRHL3在某些惡性腫瘤中表現(xiàn)出比較明顯的抑癌作用[21]?？梢?，GRHL3在不同腫瘤中的作用不同。

2.1GRHL3在鱗狀細(xì)胞癌中的作用 Darido等[22]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在皮膚鱗狀細(xì)胞癌中GRHL3作為依賴微RNA(microRNA，miR)-21原致癌網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)靶點(diǎn)，可以直接下調(diào)人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)的表達(dá)，導(dǎo)致磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/Akt/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)途徑的激活增加和細(xì)胞的過度增殖，而胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2的磷酸化受到抑制，起抑癌作用；且GRHL3基因敲除的小鼠表現(xiàn)出表皮過度增殖和對(duì)化學(xué)致癌作用的易感性以及自發(fā)性皮膚腫瘤形成，進(jìn)一步驗(yàn)證了GRHL3的抑癌特性[22]。而Bhandari等[23]研究顯示，GRHL3可結(jié)合并抑制miR-21的啟動(dòng)子，說明這兩種因子可相互影響，參與形成了一個(gè)調(diào)節(jié)回路。Saffarzadeh等[24]采用TCGA(The Cancer Genome Atlas)數(shù)據(jù)庫分析得出，GRHL3在不同病理分期的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌組織中的表達(dá)水平均低于正常組織；隨后應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)驗(yàn)證得出，癌旁非腫瘤組織中GRHL3信使RNA表達(dá)水平為頭頸部鱗狀細(xì)胞癌組織的4.21倍，可作為該腫瘤的潛在生物標(biāo)志物。但亦有研究表明，在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中GRHL3的缺失并沒有激活PTEN/PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，而是誘發(fā)了糖原合成酶激酶-3β的減少，導(dǎo)致c-Myc表達(dá)的上調(diào)，進(jìn)而增強(qiáng)鱗狀細(xì)胞癌的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[25]，可見GRHL3/糖原合成酶激酶-3β/c-Myc信號(hào)軸是頭頸部鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展的重要參與者。鄧慶梅等[26]研究也發(fā)現(xiàn)，GRHL3在皮膚鱗狀細(xì)胞癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織和正常皮膚組織，且與皮膚鱗狀細(xì)胞癌的TNM分期密切相關(guān)，過表達(dá)GRHL3可促進(jìn)人皮膚鱗狀細(xì)胞癌A431的遷移和侵襲。進(jìn)一步對(duì)GRHL3過表達(dá)的A431細(xì)胞基因表達(dá)譜進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，有128個(gè)差異表達(dá)基因與細(xì)胞的侵襲和遷移能力密切相關(guān)，而其中26個(gè)基因與染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序提示的GRHL3調(diào)控細(xì)胞侵襲和遷移相關(guān)的候選靶基因一致?？梢?，GRHL3不僅在不同類型的鱗狀細(xì)胞癌中的作用不同，而且在同一種類型的鱗狀細(xì)胞癌中的作用亦存在爭(zhēng)議。

2.2GRHL3在乳腺癌中的作用 在早期的報(bào)道中，有學(xué)者提出鋅指蛋白652在正常乳房上皮細(xì)胞中抑制GRHL3，但在癌細(xì)胞中抑制作用消失或減弱[27]。有研究者發(fā)現(xiàn)，低侵襲性的乳腺癌細(xì)胞系中過表達(dá)GRHL3可明顯增強(qiáng)細(xì)胞的遷移和侵襲能力，而敲低侵襲性較強(qiáng)的乳腺癌細(xì)胞系中的GRHL3時(shí)，腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力明顯受到抑制[28]。亦有研究發(fā)現(xiàn)，GRHL3在乳腺癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織，且在乳腺癌細(xì)胞中GRHL3對(duì)分揀連接蛋白16(sorting nexin 16，SNX16)的啟動(dòng)子具有負(fù)調(diào)控作用，其可通過結(jié)合SNX16的啟動(dòng)子抑制SNX16的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲[29]。由此可見，轉(zhuǎn)錄因子GRHL3在乳腺癌中起促腫瘤作用。然而，Xu等[30]在臨床研究中發(fā)現(xiàn)GRHL3在非三陰性乳腺癌及早期乳腺癌組織中的表達(dá)水平明顯高于進(jìn)展期乳腺癌組織，且在三陰性乳腺癌中的表達(dá)水平最低；同時(shí)，GRHL3的表達(dá)水平與患者臨床分期及組織學(xué)分級(jí)呈正相關(guān)，是乳腺癌的獨(dú)立預(yù)后因素。在另一項(xiàng)研究中，GRHL3表達(dá)陽性的乳腺癌患者總生存率高于GRHL3表達(dá)陰性的患者，且在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的情況下，GRHL3表達(dá)陽性的乳腺癌患者生存期相對(duì)較長(zhǎng)，研究者推測(cè)以上機(jī)制可能涉及GRHL3直接調(diào)節(jié)上皮鈣黏素的表達(dá)水平而影響上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生[31]。可見，GRHL3在不同類型及分期的乳腺癌中發(fā)揮的作用不同，其中的具體分子機(jī)制仍需深入探討。

2.3GRHL3在食管癌中的作用 韓曉楠等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在食管癌組織和細(xì)胞中GRHL3的表達(dá)水平顯著高于癌旁正常組織和細(xì)胞，且在食管癌組織中GRHL3的表達(dá)與腫瘤浸潤(rùn)程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、臨床分期、腫瘤分化程度呈正相關(guān)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在食管癌組織中GRHL3和c-Myc在信使RNA水平和蛋白水平的表達(dá)也呈顯著正相關(guān)，敲低GRHL3的表達(dá)后，食管癌細(xì)胞克隆形成能力、增殖活性、遷移及侵襲能力均顯著降低，同時(shí)伴隨上皮鈣黏素蛋白的表達(dá)水平升高以及神經(jīng)鈣黏素蛋白和c-Myc蛋白的表達(dá)水平降低。提示GRHL3可能通過調(diào)控c-Myc通路誘導(dǎo)食管癌的惡性行為，其機(jī)制可能與促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生有關(guān)。然而，Liang等[33]通過分析Oncomine數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，食管癌組織中的GRHL3表達(dá)下調(diào)，miR-194可能通過靶向抑制GRHL3的表達(dá)激活PTEN/Akt信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)食管癌細(xì)胞的增殖和遷移?？梢?，GRHL3在食管癌中的作用仍存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步探討。

2.4GRHL3在彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤中的作用 李麗美等[34]通過對(duì)168例彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤患者組織行免疫組織化學(xué)檢測(cè)得出：彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤非生發(fā)中心型組織中GRHL3的陽性表達(dá)率高于生發(fā)中心型，且在生發(fā)中心型彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中的陽性表達(dá)率僅為14.28%。已有研究顯示，GRHL3-PTEN-PI3K-Akt-mTOR為重要抑癌途徑[22]；Pfeifer和Lenz[35]也已證實(shí)，在超過半數(shù)的生發(fā)中心型彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤病理組織中PTEN的表達(dá)缺失可激活PI3K-Akt通路導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖，故推測(cè)生發(fā)中心型彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤的發(fā)病機(jī)制可能是GRHL3蛋白的缺失引起PTEN的缺失，從而激活通路導(dǎo)致腫瘤發(fā)生；此外，在非生發(fā)中心型彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中GRHL3蛋白的表達(dá)與腫瘤的Ann Arbor分期、乳酸脫氫酶水平、淋巴結(jié)外累及情況及國(guó)際預(yù)后指數(shù)評(píng)分呈正相關(guān)，提示GRHL3與非生發(fā)中心型彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。Liu等[36]發(fā)現(xiàn)，GRHL3陽性表達(dá)的彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤患者5年生存率明顯低于GRHL3陰性表達(dá)患者，且GRHL3的表達(dá)是患者生存不良的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。因此，GRHL3在彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中起促癌作用，且可能作為判斷患者預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物。

2.5GRHL3在結(jié)直腸癌中的作用 Wang等[37]通過對(duì)進(jìn)展期結(jié)直腸癌患者的癌組織和癌旁組織行微陣列分析顯示，GRHL3在結(jié)直腸癌中占主導(dǎo)地位，且GRHL3在結(jié)直腸癌細(xì)胞株中的表達(dá)水平明顯高于人正常腸黏膜細(xì)胞株，下調(diào)GRHL3的表達(dá)可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的體外增殖、侵襲和遷移及使細(xì)胞在G0/G1期細(xì)胞周期阻滯，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Yuan等[38]基于GEPIA和HPA數(shù)據(jù)庫分析得出：GRHL3信使RNA和蛋白在癌組織中的表達(dá)水平均顯著高于正常結(jié)腸組織，且其表達(dá)量與腫瘤的TNM分期呈正相關(guān)，與患者的生存期呈負(fù)相關(guān)；而下調(diào)GRHL3的表達(dá)可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖能力。綜上可知，GRHL3在結(jié)直腸癌中高表達(dá)，且與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移以及預(yù)后密切相關(guān)，其有望成為治療結(jié)直腸癌的新靶點(diǎn)及判斷患者預(yù)后的分子標(biāo)志物。

2.6GRHL3在胃癌中的作用 許易誠(chéng)等[39]研究發(fā)現(xiàn)，GRHL3在胃癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織，且GRHL3蛋白的陽性表達(dá)與胃癌患者的TNM分期呈明顯正相關(guān)，GRHL3高表達(dá)胃癌患者的術(shù)后5年生存率明顯低于GRHL3低表達(dá)患者，GRHL3高表達(dá)是影響胃癌患者預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，提示GRHL3可能參與了胃癌細(xì)胞的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移。故推測(cè)檢測(cè)胃癌組織中GRHL3基因的表達(dá)水平有助于分辨腫瘤的惡性程度以及預(yù)測(cè)患者的預(yù)后。

2.7GRHL3在肝癌中的作用 蔡文文[40]發(fā)現(xiàn)，GRHL3在肝癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織和正常肝組織，且與患者的血清甲胎蛋白水平、TNM分期、病理分化程度密切相關(guān)；同時(shí)，GRHL3與肝癌多藥耐藥基因1(multidrug resistance gene 1，MDR1)在肝癌組織中的表達(dá)呈正相關(guān)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，肝癌耐藥細(xì)胞系中GRHL3和MDR1的表達(dá)量明顯高于敏感株細(xì)胞系，且過表達(dá)GRHL3的敏感株細(xì)胞中MDR1的表達(dá)水平明顯升高，而下調(diào)GRHL3的耐藥細(xì)胞株中MDR1的表達(dá)水平明顯下降。這表明GRHL3在肝癌中高表達(dá)，且可能通過對(duì)MDR1表達(dá)的正向調(diào)控在肝癌耐藥的發(fā)生發(fā)展中起至關(guān)重要的作用。

3 小 結(jié)

GRHL3作為GRHL家族成員之一，因其具有促進(jìn)某些細(xì)胞的凋亡、變形、運(yùn)動(dòng)和遷移等重要生理學(xué)功能，故在人體正常生長(zhǎng)發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。由于GRHL3在這些方面的功能與腫瘤細(xì)胞的凋亡、遷移和侵襲具有高度的相似性，或兩者是一致的，導(dǎo)致其在腫瘤中的作用成為近年研究熱點(diǎn)。然而，GRHL3在不同類型惡性腫瘤中發(fā)揮的作用不同，甚至在同一種類型腫瘤中的作用亦存在爭(zhēng)議，所以對(duì)GRHL3在腫瘤中的作用及其分子機(jī)制的研究仍有待進(jìn)一步深入，以期未來使其成為一種新的生物學(xué)標(biāo)志物以指導(dǎo)臨床診斷和治療。