RUNX家族轉(zhuǎn)錄因子 3在惡性腫瘤中作用的研究進(jìn)展△

劉曙，王學(xué)紅

1青海大學(xué)研究生院，西寧 810016

2青海大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，西寧 810000

RUNX家族轉(zhuǎn)錄因子（RUNX family transcription factor，RUNX）最初于1994年被Levanon等[1]在果蠅基因中發(fā)現(xiàn)，是多瘤病毒增強(qiáng)子結(jié)合蛋白2的一個亞單位，也是急性髓系白血?。╝cute myeloblastic leukemia，AML）中（t8；21）染色體易位的一部分。在哺乳動物中，有3個RUNX基因，分別為RUNX1、RUNX2和RUNX3基因，每個基因都有不同的組織特異性表達(dá)模式。它們的功能取決于細(xì)胞環(huán)境，并與主要的發(fā)育途徑有關(guān)。其中RUNX1與人類白血病有關(guān)，對造血干細(xì)胞的生成至關(guān)重要。RUNX2對骨骼發(fā)育至關(guān)重要，具有致癌潛力。RUNX3在許多組織中都有不同程度的表達(dá)，具有十分重要的作用。RUNX3在許多惡性腫瘤中作為重要的腫瘤抑制因子起到抑癌基因的作用。因此，本文對RUNX3基因的基本特性及其在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展等生物學(xué)過程中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 RUNX家族

RUNX基因?qū)儆诤笊鷦游镛D(zhuǎn)錄因子家族，是發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因子。它在控制正常細(xì)胞生長和發(fā)育所需的各種過程中起著關(guān)鍵作用，包括細(xì)胞增殖、分化、細(xì)胞譜系規(guī)范和凋亡。RUNX基因發(fā)揮重要作用的其他過程包括表觀遺傳記憶、DNA修復(fù)、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和炎癥。RUNX基因已在絕大多數(shù)后生動物基因組中被發(fā)現(xiàn)，但基因數(shù)量因物種而異。在大多數(shù)雙邊動物中，RUNX基因通常只有一個拷貝，而在昆蟲和脊椎動物中，RUNX基因通常有3個或更多拷貝。在哺乳動物中，包括人類在內(nèi)，RUNX家族通常由3個成員編碼，分別為RUNX1、RUNX2和RUNX3，每個成員的表達(dá)水平在不同組織中有所不同[2]。可以普遍觀察到RUNX在惡性腫瘤中的異常表達(dá)，它們在人類惡性腫瘤發(fā)展過程中常常起著突出的、有時甚至是矛盾的作用。有研究表明，在小鼠中使用逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染，RUNX1、RUNX2和RUNX3被證明與c-myc共同發(fā)揮致癌基因的作用，從而誘導(dǎo)T細(xì)胞淋巴瘤[3]。因此，RUNX基因可以同時具有致癌和抑癌功能，這表明了RUNX蛋白是潛在的生物標(biāo)志物，也是治療腫瘤的有吸引力的治療靶點(diǎn)。

2 RUNX 3概述

RUNX3基因在RUNX家族中是最古老的基因，于最原始的蛇形綱動物中被發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)其原始胃腸系統(tǒng)的生長[4]，并參與多種生物活動，包括胃腸道的發(fā)育[5]、背根神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)發(fā)生[6]和T細(xì)胞分化[7]等。RUNX家族成員均包含一個名為“Runt結(jié)構(gòu)域（Runt domain，RD）”的高度保守區(qū)域，每一個都能夠與常見的核心結(jié)合因子β亞基（corebinding factor subunit β，CBFβ）形成異二聚體，這是一個約120個氨基酸的DNA結(jié)合異源二聚區(qū)。結(jié)構(gòu)域跨越分子的N端部分，具有S型免疫球蛋白折疊[8]，它介導(dǎo)RUNX蛋白與DNA結(jié)合，以及與伙伴亞單位CBFβ的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，而β亞基還可以增強(qiáng)RD與靶DNA的結(jié)合力；跨越分子的C端部分則含有較多脯氨酸和絲氨酸，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面起到重要作用[9]。通過基因分析顯示RUNX3基因長約67 kb，位于染色體1p.13-p36.11上，其氨基酸編碼區(qū)上游含有P1、P2兩個啟動子，各有數(shù)個轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，通常由啟動子P2操縱RUNX3基因的轉(zhuǎn)錄過程，故從理論上講，啟動子P2要比P1更容易發(fā)生甲基化。惡性腫瘤的相關(guān)研究報道中，RUNX3位于該染色體區(qū)域的雜合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）表明了其在腫瘤中的潛在腫瘤抑制作用[10]，在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長發(fā)育、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物學(xué)效應(yīng)方面更是發(fā)揮著不可或缺的作用。

3 RUNX 3在惡性腫瘤中的主要作用機(jī)制

RUNX3作為一種腫瘤抑制基因，在肺癌、結(jié)腸癌、胃癌和前列腺癌中，在位于染色體1p36上[11]的區(qū)域表現(xiàn)出頻繁的LOH，其啟動子甲基化在多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展中起重要的調(diào)節(jié)作用，并通過轉(zhuǎn)化生長 因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和WNT途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、生長和凋亡[12]。RUNX3可以與轉(zhuǎn)錄因子4（transcription factor 4，TCF4）和β-連環(huán)蛋白（WNT途徑的關(guān)鍵效應(yīng)物）形成復(fù)合物，以抑制TCF4、β-連環(huán)蛋白與靶DNA結(jié)合，從而削弱靶基因的轉(zhuǎn)錄[13]。RUNX3亦可以直接與TGF-β的效應(yīng)分子SMAD家族成員3（SMAD family member 3，SMAD3）結(jié)合，參與細(xì)胞生長的抑制過程[14]。RUNX3基因的表達(dá)異常通常會使得SMAD蛋白功能受限，并促進(jìn)TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。此外，RUNX3還通過調(diào)節(jié)阻斷蛋白-1的轉(zhuǎn)錄直接參與EMT的調(diào)節(jié)，從而抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移[13]。

4 RUNX 3在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

4.1 胃癌

胃癌是世界上最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一，也是全球第二大腫瘤相關(guān)死亡原因[15]。相關(guān)報道顯示，在新發(fā)的消化系統(tǒng)惡性腫瘤病例中有44.6%在中國[16]。RUNX3與胃癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移有關(guān)[17]，RUNX3基因的缺失或失活均可以導(dǎo)致胃黏膜上皮細(xì)胞增生和分化異常[18]，正常胃黏膜上皮細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均存在不同程度的RUNX3表達(dá)。Li等[19]發(fā)現(xiàn)RUNX3基因缺乏的小鼠，其胃黏膜上皮細(xì)胞增殖會加快而凋亡受到抑制，使胃黏膜明顯增厚，并且會使胃黏膜上皮細(xì)胞對生長抑制因子（比如TGF-β）呈現(xiàn)出拮抗效應(yīng)，TGF-β屬于生長因子的一種，在許多生理發(fā)育過程中起到抑制作用，大多數(shù)腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程都與TGF-β通路紊亂有關(guān)，而RUNX3是TGF-β信號途徑中一個非常重要的角色，一些重要的生物學(xué)效應(yīng)均可以通過RUNX3和TGF-β家族成員來共同介導(dǎo)，RUNX3基因的改變可以極大地影響TGF-β信號的活性，進(jìn)而在胃癌的發(fā)生過程中起著重要的作用[20]。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，失調(diào)的微小RNA（microRNA，miRNA）可以直接調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的生物學(xué)功能，其家族中有多種基因已被證實參與了胃癌的發(fā)生和進(jìn)展。Lai等[21]研究證實，miRNA-130b是胃癌細(xì)胞和組織中沉默RUNX3的候選基因，其過度表達(dá)增加了細(xì)胞活力，減少了TGF-β所誘導(dǎo)的凋亡，導(dǎo)致RUNX3蛋白表達(dá)受抑制，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生。Song等[22]研究證實，miRNA-17-5p作為促腫瘤分子抑制RUNX3的表達(dá)，以此促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和侵襲。因此，在胃癌患者中，miRNA家族和RUNX3可能成為未來胃癌治療的潛在靶點(diǎn)。

4.2 結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是惡性程度較高的腫瘤之一。在美國和歐洲，大腸癌是僅次于肺癌的第二常見腫瘤[23]。據(jù)報道，中國的大腸癌發(fā)病率逐年增長，并將在未來幾年繼續(xù)上升[24]。Mu等[25]研究表明，70%的原發(fā)性人類結(jié)直腸癌中RUNX3表達(dá)降低；超過90%的晚期腫瘤表現(xiàn)為高度轉(zhuǎn)移性腫瘤，RUNX3水平降低。Xue等[26]研究發(fā)現(xiàn)，RUNX3的高表達(dá)可以抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞系HT-29細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）2和MMP9的表達(dá)，MMP的分泌可以促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞侵入鄰近組織、血管和淋巴管，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。此外，腫瘤患者死亡的主要原因是轉(zhuǎn)移，而腫瘤細(xì)胞中的EMT過程是轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。Kim等[27]研究發(fā)現(xiàn)，RUNX3表達(dá)的缺失與大腸癌TNM分期直接相關(guān)，還檢測到上皮標(biāo)志物E-鈣黏蛋白和間充質(zhì)標(biāo)志物波形蛋白的表達(dá)變化與RUNX3表達(dá)的變化相對應(yīng)，RUNX3過表達(dá)會顯著抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116和DLD-1細(xì)胞中MMP2和MMP9的表達(dá)，至少部分抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，并且通過敲除RUNX3基因可誘導(dǎo)MMP2的表達(dá)，但不誘導(dǎo)MMP9的表達(dá)。通常MMP的活性受到抑制會抑制腫瘤細(xì)胞的遷移和血管生成[28]，以及新生血管的募集，從而阻礙腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[29]，并受到血管生成刺激因子血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的調(diào)節(jié)，該因子已被確定為腫瘤血管生成的關(guān)鍵介質(zhì)，參與實體瘤進(jìn)展過程中的腫瘤血供[30]。有研究表明，RUNX3在人類胃癌和結(jié)直腸癌細(xì)胞中通過轉(zhuǎn)錄抑制下調(diào)VEGF表達(dá)，且在恢復(fù)RUNX3的表達(dá)后，VEGF分泌減少[31-33]，說明RUNX3通過調(diào)節(jié)VEGF分泌抑制血管生成。上述研究結(jié)果表明，敲除或恢復(fù)RUNX3基因可能是抑制結(jié)直腸癌血管生成或轉(zhuǎn)移的一種治療手段。

4.3 肺癌

肺癌[其中80%～85%為非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）]是世界上腫瘤相關(guān)死亡的主要原因[17]，而且數(shù)據(jù)表明，肺癌是僅次于心臟血管性疾病的第二大死亡原因[34-35]。在人類1p36.1染色體上，RUNX3位于該處的染色體位點(diǎn)的LOH可誘導(dǎo)肺癌的發(fā)生[11]，在包括肺癌在內(nèi)的多種惡性腫瘤中，各種腫瘤抑癌基因（tumor suppressor gene，TSG）啟動子位點(diǎn)的異常甲基化模式是一個關(guān)鍵機(jī)制。研究表明，NSCLC中RUNX3基因啟動子的高甲基化率明顯高于正常肺組織[36]，而啟動子高甲基化、表達(dá)降低、LOH和各種WNT途徑抑制劑失活，如 WNT-1[37]、WNT-3[38]、WNT-5a[39]、蓬亂蛋白-1（dishevelled-1，Dvl-1）、蓬亂蛋白-3（dishevelled-3，Dvl-3）[40]、TCF-4[41]和 Pygopus-2[42]，均與NSCLC患者的預(yù)后緊密相關(guān)。在腫瘤組織中，RUNX3甲基化與性別、吸煙史或TNM分期沒有顯著關(guān)系。Stewart[43]研究發(fā)現(xiàn)，WNT/β-連環(huán)蛋白在人類惡性腫瘤中顯著改變。在NSCLC中，WNT信號十分重要，WNT抑制劑可減少細(xì)胞增殖，盡管β-連環(huán)蛋白通常在NSCLC中表達(dá)，但在某些腫瘤中，它與預(yù)后改善存在矛盾的關(guān)系，可能是因為E-鈣黏蛋白的相互作用，WNT通路的改變在一系列人類腫瘤中很常見。由于WNT通路在NSCLC中具有重要的生物學(xué)和預(yù)后意義，因此它也可能被證明是一種有用的治療靶點(diǎn)。且RUNX3啟動子的高甲基化變化通常是可逆的，通過去甲基化藥物治療可能有助于抑制腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和改善預(yù)后。但是目前尚不清楚去甲基化藥物是否會增加臨床上WNT途徑抑制劑的表達(dá)，以及其治療效果是否與WNT抑制劑的作用有關(guān)，這些仍有待進(jìn)一步商榷。

4.4 前列腺癌

前列腺癌是全世界男性死亡的主要原因之一[2]，是一種發(fā)生和進(jìn)展過程都十分復(fù)雜的惡性腫瘤。正常前列腺組織中可以見到RUNX家族中幾乎所有轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，然而隨著疾病的進(jìn)展，每個RUNX基因在前列腺癌中的表達(dá)不同[44]，通常RUNX1/2可在前列腺癌細(xì)胞系中正常表達(dá)，而RUNX3常在前列腺癌中缺失，這種缺失可能與腫瘤進(jìn)展有關(guān)。前列腺癌中RUNX3的低表達(dá)與癌旁正常前列腺組織中RUNX3蛋白的高表達(dá)相關(guān)，表現(xiàn)出高達(dá)20%的表達(dá)水平差異[45]，其主要作用方式是調(diào)節(jié)MMP來降解細(xì)胞外基質(zhì)[45-47]，以達(dá)到腫瘤的浸潤與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，在正常前列腺組織和具有外源性RUNX3表達(dá)的PC3細(xì)胞中，RUNX3可上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑2（tissue inhibitor of metalloproteinase 2，TIMP2）的 表達(dá) ，從 而 下 調(diào)MMP2的表達(dá)。而外源性RUNX3的表達(dá)及其對TIMP2/MMP2的調(diào)節(jié)則抑制了轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲行為。上文已談及，VEGF是正常骨發(fā)育和腫瘤形成過程中血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，類似于RUNX3抑制MMP表達(dá)的過程，當(dāng)RUNX3在前列腺癌細(xì)胞中過度表達(dá)時，VEGF分泌會顯著減少[45]，進(jìn)而對前列腺癌血管生成起到重要的調(diào)節(jié)作用。此外，有學(xué)者對RUNX及CBFβ的相關(guān)研究表明，RUNX家族是去勢耐受性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC）的驅(qū)動因素，并且包括前列腺癌在內(nèi)的多種上皮性腫瘤都與已知的所有RUNX轉(zhuǎn)錄因子及CBFβ有關(guān)[48]。這些研究結(jié)果表明了RUNX基因是潛在的生物標(biāo)志物，也是治療腫瘤的有吸引力的治療靶點(diǎn)。

5 小結(jié)與展望

RUNX3是TGF-β信號通路的下游效應(yīng)器，在細(xì)胞凋亡、血管生成、EMT、細(xì)胞遷移和侵襲中發(fā)揮關(guān)鍵作用。RUNX3通過連接WNT致癌途徑和TGF-β腫瘤抑制途徑，成為真正致癌的主要因素。通常RUNX3基因的半合子缺失、RUNX3啟動子的高甲基化或RUNX3蛋白的細(xì)胞質(zhì)分離會導(dǎo)致該基因的失活，而RUNX3蛋白從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的錯誤定位亦會導(dǎo)致RUNX3失活[49]，使得這種基因在人類腫瘤中成為一種假定的腫瘤抑制因子，在腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移上，比如 EMT[50]、黏附[32]、侵襲[51]、凋亡[52]和血管生成[33]中發(fā)揮不同程度的作用。但是，目前有關(guān)RUNX3的相關(guān)研究仍停留于其作為腫瘤抑制因子或抑癌基因上，尚不清楚RUNX3如何以及在何處與調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的途徑相互作用。另外，有學(xué)者專門提出RUNX3不是真正的細(xì)胞自主腫瘤抑制基因[53]，而且RUNX3在控制免疫和炎癥方面發(fā)揮作用，從而間接影響上皮性惡性腫瘤的發(fā)展。因此，未來研究方向?qū)⒅赜谠谏砗筒±肀尘跋缕饰鯮UNX3的上下游信號通路，探索其作用機(jī)制并轉(zhuǎn)化成果，從而為開發(fā)針對RUNX3基因甲基化的藥物或者對腫瘤的靶向治療和預(yù)防提供有益的指導(dǎo)和幫助。