GCF2/LRRFIP1的生物學(xué)功能及其在腫瘤中的作用

庹大云，郭固楠，張樂(lè)佳，甘進(jìn)鋒，2,李金平*

(1.桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541199； 2.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632)

GC結(jié)合因子2 (GC-binding factor 2, GCF2)是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，能與表皮生長(zhǎng)因子受體(Epidermal growth factor receptor, EGFR) 基因啟動(dòng)子富含GC序列的區(qū)域結(jié)合，從而抑制EGFR基因轉(zhuǎn)錄[1]。由于EGFR在多數(shù)腫瘤中過(guò)表達(dá)，因此推測(cè) GCF2與腫瘤發(fā)生發(fā)展有關(guān)。同時(shí)，由于GCF2能與Flightless-l蛋白中富含亮氨酸的重復(fù)序列結(jié)合, 因此GCF2也稱為富含亮氨酸重復(fù)Flightless作用蛋白1 (The leucine-rich repeat flightless-1-interacting protein 1, LRRFIP1)[2]。早期對(duì)GCF2的研究多集中于其基因和蛋白分子結(jié)構(gòu)及作為轉(zhuǎn)錄抑制因子的功能，發(fā)現(xiàn)GCF2可通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制下游靶基因、參與細(xì)胞增殖和凋亡等生物學(xué)進(jìn)程。近期關(guān)于GCF2的功能研究多集中在GCF2作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞骨架重塑分子參與細(xì)胞遷移、侵襲和腫瘤耐藥等進(jìn)程。GCF2具有廣泛的生物學(xué)功能，與人類腫瘤等疾病密切相關(guān)。從GCF2基因與蛋白分子結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用等三個(gè)方面入手進(jìn)行概述。

1 GCF2的基因與蛋白分子概況

GCF2基因定位于人2號(hào)染色體長(zhǎng)臂FS區(qū)(q37)，基因全長(zhǎng)約73 kbp，其cDNA于1998年被克隆[1]，長(zhǎng)度約3.6 kbp，其cDNA第1382-1690位堿基與GC結(jié)合因子(GC-binding factor, GCF) cDNA起始區(qū)309 bp堿基存在高度同源性,故命名為GCF2。人的GCF2基因包含8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工后形成4.2 kbp大小的mRNA轉(zhuǎn)錄本，其cDNA包含一個(gè)長(zhǎng)為2 256 bp開放閱讀框架，編碼由752個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白多肽。GCF2基因廣泛表達(dá)于各種正常組織，但不同組織之間GCF2 mRNA表達(dá)水平存在較大差異,在胎肝、骨髓、胸腺、淋巴結(jié)、胰腺、肝和腎等多數(shù)人體組織中表達(dá)4.2 kbp大小的mRNA，而在其他一些組織中還表達(dá)2.4 kbp或2.9 kbp大小的mRNA，但在腦和睪丸組織幾乎不表達(dá)4.2 kbp大小的mRNA[3]。目前，人們對(duì)GCF2 mRNA這種組織表達(dá)差異的原因尚不清楚，對(duì)各種大小不同的mRNA剪接本的相互關(guān)系也不太清楚。

GCF2蛋白分子相對(duì)質(zhì)量有83 kDa或160 kDa兩種，其等電點(diǎn)為4.4，蛋白分子從N端到C端包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域: Helix1結(jié)構(gòu)域、Coiled-coil結(jié)構(gòu)域、DNA結(jié)合域[3-4]。GCF2蛋白屬于磷酸化蛋白，其分子包含數(shù)個(gè)c-AMP依賴性蛋白激酶磷酸化位點(diǎn)、Ca2+依賴性蛋白激酶磷酸化位點(diǎn)及酪氨酸依賴性蛋白激酶磷酸化位點(diǎn)， 此外N端還有1個(gè)糖基化位點(diǎn)及一個(gè)核定位信號(hào)點(diǎn)[3]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GCF2蛋白分子第429至第528位氨基酸殘基富含亮氨酸重復(fù)序列,該序列是GCF2結(jié)合EGFR基因啟動(dòng)子上富含GC序列區(qū)域的必需氨基酸，也是GCF2發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用的主要區(qū)域,該區(qū)域可抑制EGFR基因啟動(dòng)子70%以上的轉(zhuǎn)錄活性[3]。在細(xì)胞定位上，GCF2蛋白在細(xì)胞核和細(xì)胞漿中均有表達(dá),其在細(xì)胞漿和細(xì)胞核中的表達(dá)差異與翻譯后修飾、磷酸化或糖基化等密切相關(guān)[3]。

2 GCF2的生物學(xué)功能

2. 1 轉(zhuǎn)錄抑制

轉(zhuǎn)錄因子在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。GCF2作為轉(zhuǎn)錄抑制因子,能特異性結(jié)合靶基因啟動(dòng)子富含GC序列的區(qū)域，從而抑制靶基因轉(zhuǎn)錄。文獻(xiàn)報(bào)道GCF2通過(guò)與EGFR基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)-249 bp至-333 bp之間區(qū)域結(jié)合而抑制EGFR轉(zhuǎn)錄[3]。類似地，在其他生長(zhǎng)因子或蛋白受體的基因啟動(dòng)子上，如腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor α, TNF-α)、血小板衍生生長(zhǎng)因子A (Platelet Derived Growth Factor Subunit A, PDGF-A)及胰島素樣生長(zhǎng)因子II (Insulin-like growth factors II, IGF-II)等基因上也存在GCF2潛在的結(jié)合位點(diǎn)，這些研究表明GCF2的轉(zhuǎn)錄抑制功能對(duì)于細(xì)胞增殖和凋亡等生物學(xué)行為發(fā)揮重要的調(diào)控作用[5-11]。文獻(xiàn)報(bào)道GCF2幾乎不結(jié)合單鏈DNA或RNA，而與雙鏈DNA的結(jié)合力很弱；相反，GCF2能以高親和力結(jié)合雙鏈RNA，因此GCF2被鑒定為TAR RNA相互作用蛋白(TAR- RNA binding proteins, TRIP)[12]。

2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)進(jìn)程中發(fā)揮重要作用,調(diào)控細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的信號(hào)通路有很多，常見的有Wnt/β-catenin等信號(hào)通路。文獻(xiàn)報(bào)道在經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路中, Wnt結(jié)合其細(xì)胞表面受體Frizzled蛋白,將信號(hào)傳遞給散亂蛋白(Dishevelled, Dsv)[13]，而GCF2與Dsv蛋白及β-catenin蛋白結(jié)合后,將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核內(nèi)，從而促進(jìn)β-catenin與淋巴細(xì)胞增強(qiáng)子結(jié)合因子1/T細(xì)胞因子(Lymphoid- enhancer-binding factor 1/T cell factor，LEF1/TCF) 或環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(Creb binding protein, CBP) 結(jié)合[14-15]。除了在經(jīng)典的β-catenin依賴性Wnt/canonical通路中發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用外，GCF2在非經(jīng)典Wnt/canonical通路中也發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。有文獻(xiàn)報(bào)道GCF2與Dsv結(jié)合，通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt/canonical非經(jīng)典通路參與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)進(jìn)程[15]。

整合素依賴的RAS同源基因家族成員A(RhoA)活化通路是細(xì)胞發(fā)生黏附和遷移的重要途徑。文獻(xiàn)報(bào)道GCF2通過(guò)與白血病相關(guān)Rho鳥苷酸交換因子(Leukemia-associated Rho GEF, LARG) 結(jié)合，引起RhoA活化以及下游相關(guān)分子的改變,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和遷移[16]，這些結(jié)果提示GCF2很可能是RhoA活化的一個(gè)共協(xié)調(diào)因子。

2.3 調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重塑

細(xì)胞骨架是細(xì)胞的重要成分，在維持細(xì)胞形態(tài)、承受外壓、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性和有序性等方面發(fā)揮重要作用。凝溶膠蛋白是細(xì)胞骨架重塑的重要分子，GCF2蛋白含有凝溶膠蛋白結(jié)構(gòu)域，因此GCF2可通過(guò)此結(jié)構(gòu)域與凝溶膠蛋白結(jié)合，從而參與細(xì)胞骨架重塑[17]。此外，RhoA是一種小G蛋白，是調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的關(guān)鍵分子，在纖連蛋白誘導(dǎo)的整合素依賴途徑中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，敲減GCF2可抑制RhoA活化，從而抑制細(xì)胞骨架重塑及細(xì)胞遷移能力[15-16]，這些結(jié)果表明GCF2參與調(diào)節(jié)RhoA活化并在細(xì)胞骨架重塑中發(fā)揮重要作用。

3 GCF2在腫瘤中的作用

3.1 GCF2在乳腺癌中的作用

乳腺癌是常見的惡性腫瘤之一，大多數(shù)乳腺癌與HER2、BRCA1及C-MYC等分子有關(guān),因此除手術(shù)治療外，分子靶向治療是乳腺癌的重要治療手段，開展分子靶向治療具有重要的臨床價(jià)值。研究報(bào)道GCF2蛋白高表達(dá)于乳腺癌組織并與其發(fā)病相關(guān)[18]。近年來(lái)有報(bào)道GCF2與散亂蛋白Dsv結(jié)合調(diào)節(jié)RhoA活化并引起細(xì)胞骨架重塑及遷移能力改變，提示GCF2很可能參與乳腺癌細(xì)胞骨架重塑及侵襲和轉(zhuǎn)移進(jìn)程，但其作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

3.2 GCF2在腦腫瘤中的作用

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma multiform, GBM)是一種高度惡性的腦腫瘤。在接受替尼泊苷(VM-26)化療的GBM患者中。GCF2高表達(dá)患者的預(yù)后明顯好于低表達(dá)者，而細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GCF2可增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞U373MG對(duì)VM-26的敏感性，抑制該細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡[19]，結(jié)果提示GCF2在不同腫瘤及不同環(huán)境下也可能發(fā)揮抑癌作用。在作用機(jī)制方面，GCF2是miR-21下游靶基因，miR-21通過(guò)調(diào)節(jié)GCF2表達(dá)參與GBM對(duì)VM-26耐藥。因此，GCF2有望成為GBM化療的一個(gè)新靶標(biāo)。

3.3 GCF2在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用

結(jié)腸癌是一種常見的惡性腫瘤，術(shù)后復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移是常見的臨床特點(diǎn)，也是導(dǎo)致患者臨床療效差的主要原因。研究報(bào)道GCF2可通過(guò)整合素依賴的RhoA活化通路促進(jìn)結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移，而抑制GCF2可減少結(jié)直腸癌細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移[16]，結(jié)果提示GCF2可作為監(jiān)測(cè)結(jié)直腸癌術(shù)后肝轉(zhuǎn)移的重要依據(jù)。

腫瘤耐藥是導(dǎo)致化療失敗的主要因素之一，腫瘤耐藥與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換(Epithelial-mesenchymal transition, EMT)等因素有關(guān)。文獻(xiàn)報(bào)道GCF2作為Wnt/β-catenin信號(hào)通路的活化因子,能夠通過(guò)EMT進(jìn)程參與胰腺癌發(fā)生發(fā)展[20]；反之，沉默GCF2可逆轉(zhuǎn)EMT進(jìn)程，從而增強(qiáng)胰腺癌對(duì)化療藥物吉西他濱的敏感性[21]。肝細(xì)胞癌是我國(guó)常見的消化道惡性腫瘤，由于發(fā)病隱匿，患者確診時(shí)多數(shù)為中晚期而失去最佳手術(shù)機(jī)會(huì)，因而早期發(fā)現(xiàn)和早期診斷有利于提高肝癌患者預(yù)后。Stenner-Liewen F等[22]利用抗原重組的血清學(xué)鑒定技術(shù)鑒定GCF2為肝癌相關(guān)抗原，該課題組成員后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)GCF2高表達(dá)于肝癌組織和細(xì)胞，GCF2的高表達(dá)與肝癌細(xì)胞增殖、周期和凋亡等生物學(xué)進(jìn)程密切相關(guān)，但具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。

4 結(jié)語(yǔ)

GCF2是具有廣泛生物學(xué)功能的蛋白分子，可通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞骨架重塑等途徑參與細(xì)胞增殖、周期和凋亡等生物學(xué)進(jìn)程；而在病理狀態(tài)下，GCF2可通過(guò)Wnt/β-catenin等信號(hào)通路參與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。隨著對(duì)GCF2功能的深入研究，其更多的生物學(xué)功能將被發(fā)現(xiàn)，GCF2作為腫瘤診斷和治療靶點(diǎn)的相關(guān)研究也將得到更多開展和深入，這對(duì)于加強(qiáng)人們對(duì)腫瘤認(rèn)識(shí)及提高腫瘤防治十分有益。