配對(duì)盒8在人類生長(zhǎng)發(fā)育及惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展△

何倩，何愛(ài)琴

南通大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院婦瘤科，江蘇 南通 226300

配對(duì)盒（paired box，PAX）基因是首次在果蠅分段基因配對(duì)中發(fā)現(xiàn)的DNA 結(jié)構(gòu)域，因其含有可以編碼128 個(gè)氨基酸的DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域——配對(duì)域得名，該結(jié)構(gòu)在進(jìn)化過(guò)程中高度保守[1]。隨后逐漸在小鼠、線蟲(chóng)、海龜及人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)多種PAX基因及其同源物[2]。PAX 家族廣泛參與各組織及器官的胚胎發(fā)育，如PAX3、PAX9 在心血管系統(tǒng)發(fā)育成熟中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]；PAX5 參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成及B 細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育[4]；PAX2、PAX4、PAX6 參與胰腺的發(fā)育、分化及胰島素的合成分泌[5]；PAX8是甲狀腺、腎臟、生殖系統(tǒng)胚胎發(fā)育中的重要轉(zhuǎn)錄因子[6]，PAX8 也在多種惡性腫瘤中作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮促癌作用。本文對(duì)PAX8 在人類生長(zhǎng)發(fā)育及惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述。

1 PAX8 概述

PAX 家族根據(jù)N 端結(jié)合區(qū)是否存在同源體區(qū)以及是否存在八肽序列而被細(xì)分為4 個(gè)亞組，分別為Ⅰ組（包括PAX1、PAX9）、Ⅱ組（包括PAX2、PAX5、PAX8）、Ⅲ組（包括PAX3、PAX7）、Ⅳ組（包括PAX4、PAX6）[2]，幾乎在人體發(fā)育過(guò)程中的各個(gè)組織中均可表達(dá)，在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、器官和組織形成等過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，廣泛參與調(diào)控人體各個(gè)信號(hào)通路[7]。PAX基因主要在干細(xì)胞表達(dá)，多數(shù)情況下，PAX的表達(dá)在器官發(fā)育成熟后降低，其基因調(diào)控的關(guān)鍵發(fā)育過(guò)程包括增殖、干細(xì)胞自我更新、抗凋亡以及細(xì)胞遷移和侵襲，共同構(gòu)成了Hanahan 和Weinberg 提出的上述四個(gè)特征[8]。

PAX8 是PAX 家族成員，與所有的PAX 家族成員一樣，PAX8 的表達(dá)在胚胎發(fā)育及腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。PAX8攜帶一個(gè)N 端DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C 端反激活結(jié)構(gòu)域，位于染色體2q14.1 上，具有6 個(gè)剪接體，由可變剪接（A～F）組成，這些亞型表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄特性，但不改變DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域[9]。PAX8 主要在腎臟、甲狀腺、米勒管衍生組織（宮頸、輸卵管和子宮內(nèi)膜）和男性生殖組織（精囊和附睪）等的發(fā)育中發(fā)揮重要作用[10]，同時(shí)也在不同類型惡性腫瘤中過(guò)表達(dá)，如甲狀腺癌[11]、腎癌[12]、上皮性卵巢癌[13]、子宮內(nèi)膜癌[14]等。

2 PAX8 在人類生長(zhǎng)發(fā)育中的作用

2.1 甲狀腺

哺乳動(dòng)物甲狀腺由甲狀腺濾泡細(xì)胞和C 細(xì)胞組成，這兩種細(xì)胞分別起源于不同的胚胎，甲狀腺濾泡細(xì)胞起源于胚胎內(nèi)胚層細(xì)胞，C 細(xì)胞來(lái)自神經(jīng)外胚層，起源于胚胎發(fā)育早期的神經(jīng)嵴[15]。哺乳動(dòng)物甲狀腺的分化主要是由甲狀腺轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的，即NK2 同源盒-1（NK2 homeobox-1，NKX2-1）、叉頭框E1（forkhead box E1，F(xiàn)OXE1）、PAX8、造血干細(xì)胞表達(dá)同源框蛋白（hematopoietically expressed homeobox，HHEX）[16]。PAX8 是分化甲狀腺表型的主要調(diào)節(jié)因子，通過(guò)其128-氨基酸配對(duì)結(jié)構(gòu)域與啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)甲狀腺球蛋白（thyroglobulin，Tg）、甲狀腺過(guò)氧化物酶（thyroid peroxidase，TPO）、碘化鈉同向轉(zhuǎn)運(yùn)體（Na+/I-symporter，NIS）的表達(dá)[16]。Ruiz-Llorente 等[17]通過(guò)ChIP-seq 發(fā)現(xiàn)，PAX8 可以與參與三級(jí)DNA 結(jié)構(gòu)和染色質(zhì)重塑的蛋白質(zhì)直接作用，共同調(diào)節(jié)NIS基因啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄激活，并且PAX8 會(huì)優(yōu)先結(jié)合基因內(nèi)區(qū)域和胞嘧啶-磷酸-鳥(niǎo)嘌呤（CpG）島，作為甲狀腺功能的主要調(diào)節(jié)因子參與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、DNA 修復(fù)、細(xì)胞增殖和分化、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞極性等。

2.2 腎臟

腎臟的生長(zhǎng)發(fā)育需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial- mesenchymal transition，EMT）過(guò)程，在小鼠腎臟發(fā)育過(guò)程中，PAX8 基本上全程與PAX2 發(fā)揮協(xié)同作用，參與后腎誘導(dǎo)、分支形態(tài)發(fā)生和腎單位分化過(guò)程等[18]。有研究表明，PAX8突變小鼠可以發(fā)育出正常的泌尿生殖系統(tǒng)，而PAX2突變小鼠由于腎導(dǎo)管尾部伸長(zhǎng)缺陷而無(wú)法形成正常的泌尿生殖系統(tǒng)，由此可見(jiàn)，PAX2 可以彌補(bǔ)PAX8 在腎臟發(fā)育中的功能缺失[19]。PAX2敲除小鼠可形成前腎及中胚層，但無(wú)法形成腎上腺，PAX2、PAX8聯(lián)合敲除的小鼠甚至連前腎及中胚層都無(wú)法形成，這說(shuō)明PAX8 主要在前腎及中胚層發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用[20]。成年小鼠的腎延髓中，PAX8 可以結(jié)合編碼尿素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的溶質(zhì)載體家族14 成 員2（solute carrier family 14 member 2，SLC14A2）的啟動(dòng)子以維持體內(nèi)的水和電解質(zhì)穩(wěn)定[21]，而在健康成年人腎臟、輸尿管、膀胱內(nèi)均可檢測(cè)到PAX8 染色[22]。

2.3 女性生殖系統(tǒng)

女性生殖系統(tǒng)的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在胚胎發(fā)育早期，泌尿生殖系統(tǒng)主要來(lái)源于胃腸道中胚層[23]，女性生殖道來(lái)自于一對(duì)稱為米勒管的管狀結(jié)構(gòu)，它可發(fā)育形成輸卵管、子宮、陰道上皮，PAX8已被證明可在小鼠米勒管中表達(dá)[24]。在成年人體內(nèi)，PAX8 也可在正常子宮內(nèi)膜細(xì)胞、輸卵管分泌細(xì)胞中表達(dá)[25]。Adler 等[26]通過(guò)免疫組化法檢測(cè)27個(gè)正常卵巢組織中PAX8 的表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，12 個(gè)正常卵巢組織中可見(jiàn)PAX8 的表達(dá)，其中9 個(gè)（占所有卵巢組織的33%）顯示中至強(qiáng)染色，其余15 個(gè)正常卵巢組織中未顯示PAX8 染色；此外，還通過(guò)聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）檢測(cè)66 個(gè)卵巢表面上皮細(xì)胞系中PAX8mRNA 表達(dá)情況，其中47 個(gè)細(xì)胞系中可以檢測(cè)到PAX8的表達(dá)。PAX8敲除模型由于甲狀腺及生殖道的嚴(yán)重發(fā)育不良呈現(xiàn)出典型的甲狀腺功能減退癥及不孕癥[27-28]。另外，F(xiàn)erretti 等[29]還在人足月胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞中檢測(cè)到PAX8 的表達(dá)，其表達(dá)主要是由人絨毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin，hCG）通過(guò)環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）依賴性機(jī)制調(diào)控，并可調(diào)節(jié)Wilms腫瘤抑制基因1（Wilms tumor gene 1，WT1）的表達(dá)。

2.4 男性生殖系統(tǒng)

男性生殖系統(tǒng)的主要功能是產(chǎn)生精子、儲(chǔ)存精子和分泌雄激素。睪丸、附睪、輸精管、射精管和精囊均來(lái)自中胚層導(dǎo)管，該導(dǎo)管在女性胚胎中退化[30]。在小鼠胚胎期，中胚層導(dǎo)管的衍生物開(kāi)始形成連接睪丸和附睪上部的傳出導(dǎo)管，PAX8 在小鼠的中胚層中表達(dá)，成年期在附睪中表達(dá)，PAX8缺失小鼠的傳出導(dǎo)管及附睪萎縮變性，睪丸引流受阻導(dǎo)致生精上皮的繼發(fā)性紊亂及睪丸萎縮，隨著年齡的增長(zhǎng)，最終導(dǎo)致成年人睪丸的混合萎縮，表現(xiàn)為與未分化的附睪初始段相關(guān)的不孕癥[31]。

2.5 其他

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究致力于探討PAX8 在人體組織中的表達(dá)，其對(duì)人體器官發(fā)育的重要作用不僅局限于甲狀腺、腎臟、米勒管器官等。Tacha等[22]通過(guò)對(duì)1100 例正常組織進(jìn)行免疫組化檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，PAX8 在小腦、脾臟、淋巴結(jié)、胸腺、扁桃體、甲狀腺、輸卵管、腎臟、子宮、胰腺和尿道中均有不同程度的表達(dá)。

3 PAX8 在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

3.1 甲狀腺癌

甲狀腺癌是最常見(jiàn)的內(nèi)分泌系統(tǒng)惡性腫瘤，占所有內(nèi)分泌惡性腫瘤的90%，甲狀腺癌來(lái)源于甲狀腺濾泡細(xì)胞，大多數(shù)是分化良好的惡性腫瘤，甲狀腺乳頭狀癌是最常見(jiàn)的病理類型，約占甲狀腺腫瘤的80%，大多數(shù)甲狀腺乳頭狀癌患者預(yù)后良好[11]。100%的甲狀腺乳頭狀癌表達(dá)PAX8，91%～100%的甲狀腺濾泡狀癌表達(dá)PAX8，80%的間變性甲狀腺癌表達(dá)PAX8[32]。甲狀腺濾泡狀癌常發(fā)生染色體重排，其中t（2；3）（q13；p25）處的平衡易位最常見(jiàn)，該易位是PAX8 與過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ，PPARγ）結(jié)合，可產(chǎn)生PAX8-PPARγ融合蛋白，其是濾泡性甲狀腺癌PPARγ重排家族的主要成員，這種融合蛋白由PAX8 的羧基末端部分和完整的PPARγ融合，由PAX8啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)[33-34]。Lui 等[35]發(fā)現(xiàn)，PAX8-PPARγ融合蛋白過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)人甲狀腺細(xì)胞增殖，進(jìn)而發(fā)揮融合蛋白的致癌作用。甲狀腺透明變梁狀腫瘤（hyalinizing trabecular tumor，HTT）是較為罕見(jiàn)的甲狀腺腫瘤，且大多是濾泡細(xì)胞起源的良性上皮腫瘤，有研究表明，PAX8-GLIS家族樣鋅指蛋白因子3（GLIS family zinc finger 3，GLIS3）融合蛋白幾乎存在于所有的HTT 中，可以作為診斷HTT 的輔助標(biāo)志物[36]，過(guò)表達(dá)的PAX8-GLIS3 可以促進(jìn)甲狀腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，其機(jī)制主要是PAX8啟動(dòng)子上調(diào)了GLIS3 的表達(dá)，獲得了致癌特征并驅(qū)動(dòng)了HTT 腫瘤的發(fā)生[37]。

3.2 腎細(xì)胞癌

腎細(xì)胞癌是泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，惡性程度較高，起源于腎實(shí)質(zhì)泌尿小管上皮系統(tǒng)，其最常見(jiàn)的組織類型為透明細(xì)胞癌[38]。Hu 等[39]通過(guò)對(duì)84 例腎透明細(xì)胞癌、66 例腎嗜色細(xì)胞癌、57例腎乳頭狀癌和16 例腎嗜色細(xì)胞癌的組織進(jìn)行PAX8染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PAX8在腎透明細(xì)胞癌中的陽(yáng)性表達(dá)率為92.85%（78/84），在腎嗜色細(xì)胞癌中為80.30%（53/66），在腎乳頭狀癌中為94.74%（54/57），在腎嗜色細(xì)胞癌中為93.75%（15/16）。Bleu 等[12]也通過(guò)大規(guī)模的功能基因組篩選確定PAX8為腎細(xì)胞癌的候選癌基因，沉默PAX8可以抑制腎癌細(xì)胞的增殖。

3.3 女性生殖系統(tǒng)腫瘤

女性生殖系統(tǒng)起源于米勒管，米勒管腫瘤包括子宮腫瘤及子宮外腫瘤[40]，目前普遍認(rèn)為，PAX8 是鑒定米勒管腫瘤的高特異性標(biāo)志物[41-42]，女性生殖系統(tǒng)腫瘤主要包括卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌等，研究顯示，PAX8 在上皮性卵巢癌中的陽(yáng)性表達(dá)率為95.00%（57/60）[43]，在子宮內(nèi)膜癌中為98.06%（152/155）[25]，在宮頸癌中為96.97%（64/66）[44]。高級(jí)別卵巢漿液性癌（high-grade serous ovarian carcinoma，HGSC）是最常見(jiàn)的上皮性卵巢癌，約占上皮性卵巢癌的75%[45]，通常認(rèn)為其起源于輸卵管上皮[13]。Elias 等[46]為探討PAX8在卵巢癌中的功能，敲低PAX8的表達(dá)后在HGSC 細(xì)胞系中進(jìn)行RNA-Seq 分析，以確定PAX8直接調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，敲低PAX8的表達(dá)對(duì)輸卵管分泌上皮細(xì)胞系轉(zhuǎn)錄組幾乎無(wú)影響，但對(duì)卵巢癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄譜影響較大，PAX8靶基因在卵巢癌細(xì)胞增殖、血管生成和細(xì)胞黏附中顯著富集。此外，Corona 等[47]通過(guò)對(duì)232 個(gè)卵巢癌全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，90%的卵巢癌可通過(guò)PAX8位點(diǎn)的體細(xì)胞擴(kuò)增、上游增強(qiáng)子的突變或結(jié)合位點(diǎn)的體細(xì)胞突變導(dǎo)致PAX8 通路的改變，進(jìn)而可能導(dǎo)致PAX8 及其基因靶標(biāo)的失調(diào)。Palma 等[48]的研究發(fā)現(xiàn)，PAX8 在卵巢癌細(xì)胞系中高表達(dá)，轉(zhuǎn)染短發(fā)夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）沉默PAX8后卵巢癌細(xì)胞SKOV3 的生長(zhǎng)明顯受到抑制，將shPAX8 的SKOV3 細(xì)胞種植到裸鼠體內(nèi)，觀察腫瘤大小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腫瘤大小與單個(gè)個(gè)體PAX8 的表達(dá)水平密切相關(guān)。在子宮內(nèi)膜癌中，有研究對(duì)229 例患者的臨床特征進(jìn)行分析，PAX8 陽(yáng)性表達(dá)與腫瘤高級(jí)別（P﹤0.01）、Ⅱ型非雌激素依賴型子宮內(nèi)膜癌（P﹤0.01）和淋巴血管浸潤(rùn)（P=0.019）相關(guān)；生存分析結(jié)果顯示，PAX8 與患者的5年總生存期相關(guān)（P=0.015），與患者的5年無(wú)病生存期也相關(guān)（P=0.020）[49]。López-Urrutia 等[50]研究顯示，宮頸癌組織及正常宮頸組織中PAX8mRNA的表達(dá)水平存在顯著差異，PAX8基因在宮頸癌組織中存在復(fù)雜的基因重排，并產(chǎn)生多種異常轉(zhuǎn)錄本。還有研究顯示，在人乳頭瘤病毒感染的宮頸細(xì)胞及組織樣本中均可檢測(cè)到PAX8 表達(dá)上調(diào)[51]。

3.4 男性生殖系統(tǒng)腫瘤

Ozcan 等[10]對(duì)正常組織、原發(fā)性腫瘤組織及轉(zhuǎn)移性腫瘤組織進(jìn)行PAX8 免疫組化染色檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，男性生殖系統(tǒng)的所有精囊和附睪標(biāo)本中都可見(jiàn)彌漫且較強(qiáng)的PAX8 染色，但在尿路上皮、生殖細(xì)胞、Leydig 細(xì)胞、Sertoli 細(xì)胞或前列腺上皮中均不可見(jiàn)PAX8 染色。研究顯示，PAX8 染色可見(jiàn)于由米勒管衍生器官轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的原發(fā)性上皮腫瘤，如附睪漿液性囊腺瘤、睪丸癌等，免疫組化法檢測(cè)PAX8 的表達(dá)情況可將這些腫瘤與PAX8 表達(dá)陰性的男性生殖系統(tǒng)腫瘤（尿路癌、睪丸癌、前列腺癌等）鑒別開(kāi)來(lái)[52]。

3.5 其他

在膽管癌中，有研究通過(guò)對(duì)73 例膽管癌患者PAX8 的表達(dá)情況進(jìn)行免疫組化檢測(cè)，結(jié)果顯示，28 例（38%）患者的PAX8 有不同程度的染色，且遠(yuǎn)端膽管癌中PAX8 的染色更強(qiáng)，且與T 分期呈弱相關(guān)[53]。研究顯示，肝癌組織中PAX8 的表達(dá)明顯上調(diào)，PAX8 表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲及EMT[54]。此外，在非霍奇金淋巴瘤[55]、胃癌[56]、胰腺癌[57]、神經(jīng)膠質(zhì)瘤[58]中均可見(jiàn)不同程度的PAX8 強(qiáng)染色。

4 小結(jié)與展望

PAX8 是一種譜系標(biāo)志物，在小鼠及人類甲狀腺、米勒管衍生器官等的生長(zhǎng)發(fā)育中均可發(fā)揮重要作用。PAX8 廣泛參與胚胎發(fā)育及腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，可與不同蛋白伴侶相互作用，參與表觀遺傳重構(gòu)、刺激增殖、抑制凋亡和血管生成等過(guò)程，可作為與PAX8 陰性腫瘤鑒別診斷的重要生物學(xué)標(biāo)志物。但目前PAX8 在多種腫瘤發(fā)生發(fā)展中的分子機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步開(kāi)展多中心、大樣本研究，以探討其在不同腫瘤中的作用機(jī)制，預(yù)測(cè)其下游靶基因，為臨床診療提供思路。