CUX1及其分子調(diào)控機(jī)制在人類惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

謝 鋮，徐安琪，韓 磊，崔乃千，宋子彬，陳凱琪，楊薈平，楊宗霖，宋 燁

南方醫(yī)科大學(xué)1南方醫(yī)院神經(jīng)外科，2第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510515

根據(jù)CA雜志發(fā)布的最新全球癌癥統(tǒng)計(jì)，2018年全球范圍內(nèi)有1810萬癌癥新發(fā)病例和960萬癌癥死亡病例[1]；另據(jù)國家癌癥中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全國惡性腫瘤也有380.4萬新發(fā)病例[2]。面對惡性腫瘤的高發(fā)病率和高死亡率，尋找診斷惡性腫瘤的特異性分子標(biāo)志物和有效治療靶點(diǎn)是迫切需要解決的問題。同源框CUT樣蛋白1（CUX1）在人體組織內(nèi)廣泛的表達(dá)，在器官發(fā)育和細(xì)胞分化中有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)CUX1在多種惡性腫瘤中表達(dá)上調(diào)，對腫瘤的發(fā)生發(fā)展起關(guān)鍵作用。隨著醫(yī)學(xué)界對CUX1的研究深入，CUX1與不同腫瘤的相關(guān)性及其調(diào)控機(jī)制更加清晰，CUX1的促癌和抑癌的表面矛盾也已經(jīng)得到解決。本文將對CUX1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生物功能、腫瘤相關(guān)性和作用機(jī)制4個(gè)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 CUX1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

CUX1基因定位于染色體7q22.1，一個(gè)在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄頻率很高的位點(diǎn)[3]。CUX1的表達(dá)產(chǎn)物廣泛分布于全身多種組織和細(xì)胞中，包括大腦皮層的神經(jīng)元、肺上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和胸腺細(xì)胞等[4-5]。CUX1在腦組織中的表達(dá)量最高，值得注意的是它雖然在神經(jīng)元中表達(dá)量很高，在膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)量卻很低[4]。

CUX1基因不但表達(dá)全長的蛋白-P200CUX1，還表達(dá)不同長度的亞型，引起廣泛注意的有P110CUX1和P75CUX1。有文獻(xiàn)報(bào)道了這兩種CUX1亞型的產(chǎn)生過程，CUX1基因轉(zhuǎn)錄后有全長的mRNA和較短的mRNA[6]。全長的mRNA翻譯過程中產(chǎn)生相對分子質(zhì)量200的蛋白，即P200CUX1，而較短的mRNA在后續(xù)的翻譯過程中產(chǎn)生分子量75的蛋白，即P75CUX1。P200CUX1在蛋白水解酶L的作用下還產(chǎn)生相對分子質(zhì)量110的蛋白，即P110CUX1[7]。

CUX1的不同亞型有不同的結(jié)構(gòu)。P200CUX1包含4個(gè)進(jìn)化保守的DNA結(jié)合域：即3個(gè)重復(fù)的CUT重復(fù)序列和1個(gè)切割同源域（CR1-CR2-CR3-HD）[8]，同時(shí)全長蛋白的NH2端含有抑制DNA結(jié)合的自抑制域，所以P200CUX1與DNA不能穩(wěn)定結(jié)合[9-10]；P110CUX1包含最后2個(gè)CUT重復(fù)序列和1個(gè)切割同源域（CR2-CR3-HD），與DNA穩(wěn)定結(jié)合，是重要的轉(zhuǎn)錄因子；P75CUX1只包含1個(gè)CUT重復(fù)序列和1個(gè)切割同源域（CR3-HD），與DNA結(jié)合最穩(wěn)定，也是重要的轉(zhuǎn)錄因子[3,7,10]。

2 CUX1的生物功能

CUX1在人體大部分細(xì)胞中普遍表達(dá)，有文獻(xiàn)報(bào)道CUX1在肺上皮、毛囊、神經(jīng)和腎臟等器官發(fā)育中有著重要作用[5,11-12]。有動(dòng)物研究表明CUX1純合子全敲除是致命的，基因敲除小鼠不能活到斷奶的年齡，在不同器官表現(xiàn)出異常表型，包括卷曲胡須和生長遲緩、肺上皮分化延遲、毛囊發(fā)育不良、男性不育、成纖維母細(xì)胞有更長的G1期而增長緩慢，B細(xì)胞以及T細(xì)胞成倍的減少，但是髓樣細(xì)胞增生可以在骨髓、脾臟、外周血都觀察到[13-15]。

CUX1不同亞型的分子和生物學(xué)功能有顯著差異。P200CUX1與P110和P75相比不能與DNA穩(wěn)定地結(jié)合也不能作為經(jīng)典的轉(zhuǎn)錄因子起作用，但是P200CUX1具有堿基切除修復(fù)功能[15]；P110CUX1和P75CUX1可以穩(wěn)定地結(jié)合在DNA上發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用，過表達(dá)和抑制表達(dá)CUX1的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CUX1可以促進(jìn)部分基因轉(zhuǎn)錄或者抑制部分基因轉(zhuǎn)錄起到調(diào)節(jié)作用從而顯著影響細(xì)胞周期過程[16-17]和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)過程[18]等。染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)證明P110和P75CUX1轉(zhuǎn)錄因子的作用分為直接和間接兩種影響方式[10,18-19]。雖然P110CUX1在正常的細(xì)胞中也有堿基切除修復(fù)功能，但是在正常細(xì)胞P110CUX1含量是P200CUX1含量的1%～5%，所以不認(rèn)為P110CUX1能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的修復(fù)功能[20-21]。對于P75CUX1，被發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)合能力更加穩(wěn)定，這一特性使得P75比P110成為更有效的轉(zhuǎn)錄因子[22]。

3 與CUX1基因密切相關(guān)的腫瘤

在髓系白血病中積累的證據(jù)指出CUX1可能是單倍體不足的抑癌基因，等位基因的缺失和突變是單倍體不足的兩個(gè)主要原因[7]，而越來越多的證據(jù)表明CUX1在乳腺癌、肺癌、胰腺癌、膠質(zhì)瘤、胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤和前列腺腫瘤等多種惡性腫瘤中存在mRNA水平和蛋白水平的表達(dá)升高的現(xiàn)象，同時(shí)在癌旁組織中不表達(dá)或低表達(dá)[22-28]；此外，CUX1基因的拷貝數(shù)也比其它正常組織高[7]。分子生物學(xué)證據(jù)表明CUX1在不同腫瘤中發(fā)揮促癌或抑癌的作用可能是因?yàn)槠湓谀[瘤發(fā)展各階段有不同的影響，也和CUX1短亞型的表達(dá)量相關(guān)。

3.1 CUX1與骨髓異常增生及髓系白血病

早期研究關(guān)注到7號染色體缺失顯著發(fā)生在各種腫瘤中，14%的成人和30%的兒童骨髓異常增生綜合征（MDS）中7號染色體缺失[29-30]。7號染色體缺失出現(xiàn)在33%的幼粒單核細(xì)胞白血病和14%的慢性粒單核細(xì)胞白血病，幼粒單核細(xì)胞白血病和慢性粒單核細(xì)胞白血病都屬于骨髓增生異常/骨髓增生性的重疊腫瘤[31]。

盡管7號染色體的缺失對診斷MDS和髓系白血病有明確的臨床意義，但是7號染色體上的關(guān)鍵基因還不明確[31-32]。Mcnerney等[36]報(bào)道23位白血病患者中有11位存在7號染色體22號位點(diǎn)（CUX1基因位置）的丟失，在基因矩陣中CUX1基因與其他基因相比，轉(zhuǎn)錄失活與單倍體缺失有明顯相關(guān)性。RT-PCR結(jié)果也顯示7號染色體缺失的白血病樣本中CUX1的轉(zhuǎn)錄率有46.3%～20.2%，7號染色體22號位點(diǎn)缺失的白血病樣本中CUX1的轉(zhuǎn)錄與其他樣品相比有45.8%～4.7%。人類急性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞系包括Kasumi-1、K562、UoCM1-7、Mono7-7、KG-1與Hela細(xì)胞相比，P200CUX1蛋白的表達(dá)水平低于50%。Wong等[33]對2519例髓系惡性腫瘤樣本的CUX1突變狀態(tài)進(jìn)行meta分析，揭示了其與生存不良相關(guān)的破壞性突變，凸顯了CUX1缺失的臨床意義。

不同的科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了CUX1基因敲出模型，探索CUX1與MDS及白血病的關(guān)系。Sinclair等[13]通過基因靶向技術(shù)構(gòu)建的CUX1純合子突變的小鼠模型，小鼠出生后死亡或2～3周內(nèi)死亡；流式細(xì)胞技術(shù)檢測胸腺中胸腺細(xì)胞減少和CD4+及CD8+的T細(xì)胞丟失，骨髓中B細(xì)胞減少2～3倍。與淋巴細(xì)胞減少相反，骨髓細(xì)胞異常增生在骨髓、脾臟、外周血都可以觀察到。Wong等[33]使用轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)插入突變的構(gòu)建的小鼠和果蠅癌癥模型驗(yàn)證CUX1是一種單倍體不足的腫瘤抑制因子。An等[34]用ShCUX1構(gòu)建的CUX1劑量表達(dá)模型（中表達(dá)量約54%，低表達(dá)量約12%）表明CUX1通過劑量效應(yīng)控制MDS的嚴(yán)重程度和小鼠死亡。

在CUX1的作用機(jī)制研究中，有學(xué)者[33-34]都驗(yàn)證了CUX1單倍體不足可以增強(qiáng)PI3K信號；Siclair等[13]證明CUX1促進(jìn)腫瘤壞死因子的釋放，影響組織中腫瘤微環(huán)境，尤其是胸腺。

所以，在MDS和髓系白血病研究中有大量的證據(jù)表明CUX1是個(gè)單倍體不足的抑癌基因，但是也有證據(jù)表明傳統(tǒng)的CUX1敲除可能有意想不到的選擇性剪切，高表達(dá)其他亞型的CUX1促進(jìn)白血病的發(fā)生[36,13,34]。有研究意外發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定高表達(dá)P75CUX1的轉(zhuǎn)基因乳腺癌老鼠模型發(fā)生骨髓異常增生，有33%死亡[35]。目前其他亞型CUX1與白血病的研究證據(jù)不足。

3.2 CUX1與乳腺腫瘤

有團(tuán)隊(duì)對CUX1和乳腺腫瘤的關(guān)系做了大量的工作。已有研究發(fā)現(xiàn)7q22的單倍體丟失與腫瘤類型或等級、ER或PR表達(dá)、淋巴結(jié)狀態(tài)或發(fā)病年齡之間無相關(guān)性，只和腫瘤大小之間存在相關(guān)性[36]。另有研究表明，剩余的CUX1單體不存在突變并且存在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的增加[7,36]。所以7q22處CUX1的丟失可能是腫瘤發(fā)展的早期事件，并且很可能與腫瘤進(jìn)展無關(guān)。

有研究通過Rt-Pcr驗(yàn)證CUX1長短兩種mRNA在14例乳腺腫瘤和多種乳腺癌細(xì)胞系中高表達(dá)，細(xì)胞系包括MCF-10A、MCF-7、MPA-231、BT-20、MDA-231、MDA-436、T-47D、Sk-Br-3、ZR-75-1等，P75CUX1的mRNA在正常乳腺組織不表達(dá)或微表達(dá)[22]。研究還發(fā)現(xiàn)P75和P110 CUX1高表達(dá)促進(jìn)乳腺腫瘤的發(fā)生 進(jìn) 展[18,22-23,37]： 通 過 慢 病 毒 構(gòu) 建 的 穩(wěn) 定 高 表 達(dá)P75CUX1的細(xì)胞系在膠原中發(fā)現(xiàn)無法形成正常的小管而聚集成球[22]；通過小鼠乳腺癌病毒啟動(dòng)子序列構(gòu)建的高表達(dá)P75或P110CUX1的轉(zhuǎn)基因老鼠模型表明P75或P110CUX1轉(zhuǎn)基因老鼠在20.5月中乳腺腫瘤發(fā)生率為20%和12%，但是野生型只有3%[23]；高表達(dá)P75的轉(zhuǎn)基因老鼠乳腺腫瘤發(fā)生了肺轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)出更加浸潤分散的生長模式[23]。同樣地，高表達(dá)和敲除CUX1的體外實(shí)驗(yàn)都證明P75或P110CUX1可以影響乳腺腫瘤的上皮間質(zhì)化（EMT）過程，促進(jìn)乳腺腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲[19]。

許多機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，P110CUX1和P75CUX1是重要的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控乳腺癌的遷移和侵襲。染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)表明P110CUX1結(jié)合在不同基因的啟動(dòng)子序列直接促進(jìn)Vimentin、N-cadherin、Snail、Slug的轉(zhuǎn)錄，抑制E-cadherin、Occludin的轉(zhuǎn)錄[18]；P75或P110CUX1都可以結(jié)合Wnt基因的啟動(dòng)序列，激活Wnt/β-catenin通路促進(jìn)EMT過程[18-19]。Burton等[28,38]進(jìn)一步解釋了蛋白水解酶L促進(jìn)P200CUX1水解產(chǎn)生P110CUX1促進(jìn)乳腺癌EMT過程。此外，TGF-β激活CUX1表達(dá)促進(jìn)乳腺癌的浸潤生長[28]。

除了研究P75和P110 CUX1在乳腺腫瘤中的發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用外，有研究還提出P200在乳腺腫瘤中促進(jìn)堿基切除修復(fù)：持續(xù)的RAS激活使得腫瘤細(xì)胞中活性氧升高損傷DNA導(dǎo)致細(xì)胞衰老。CUX1和8-羥基鳥嘌呤DNA糖苷酶（OGG1）都可以促進(jìn)DNA的堿基切除修復(fù)，P200CUX1也可以激活OGG1酶活性間接促進(jìn)修復(fù)幫助乳腺腫瘤存活[15]。Chen等[39]的研究還證明CUX1促進(jìn)乳腺腫瘤細(xì)胞系分泌纖維生長因子1和肝細(xì)胞生長因子，在調(diào)控腫瘤微環(huán)境和促進(jìn)血管生成中發(fā)揮作用。

所以，CUX1的失活可能與乳腺腫瘤的發(fā)生有關(guān)，而CUX1不同亞型的高表達(dá)極大的促進(jìn)乳腺腫瘤的發(fā)展，與增殖、遷移、侵襲、抗凋亡等多個(gè)方面相關(guān)。

3.3 CUX1與肺癌

Wang等[24]通過40例非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和39例癌旁組織的免疫組化結(jié)果發(fā)現(xiàn)P75CUX1在非小細(xì)胞肺癌中顯著高表達(dá)，而且通過體外實(shí)驗(yàn)證明CUX1促進(jìn)了細(xì)胞遷移侵襲和EMT相關(guān)蛋白表達(dá)。

在機(jī)制研究方面Wang等[24]提到CUX1是TGF-β的下游，而且P75CUX1又促進(jìn)TβR-1的表達(dá)正反饋調(diào)節(jié)TGF-β信號通路；另有研究通過攜帶Kras突變、CUX1高表達(dá)、Kras突變聯(lián)合CUX1高表達(dá)的三種不同的慢病毒感染小鼠肺部，發(fā)現(xiàn)CUX1與Kras突變協(xié)同促進(jìn)肺癌形成[15]；Wang等[40]的研究也發(fā)現(xiàn)Kras突變通過激活P110CUX1形成促進(jìn)肺癌EMT過程

3.4 CUX1與胰腺癌

Patrick Michl博士的團(tuán)隊(duì)在研究CUX1對胰腺癌發(fā)生發(fā)展的影響做了大量的工作。2005年25個(gè)胰腺癌標(biāo)本的免疫組化結(jié)果表明CUX1在胰腺癌中高表達(dá)，且CUX1的表達(dá)量與胰腺癌的級別和浸潤程度呈正相關(guān)[25]。MiaPaca2、PANC1、HT1080、Imimpcl等胰腺癌細(xì)胞系的體外實(shí)驗(yàn)表明CUX1的敲除抑制細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[26]；體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)證明CUX1是胰腺癌體內(nèi)和體外存活的重要因子，抑制CUX1使藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡增加，反之過表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡[41]。

在CUX1調(diào)控胰腺癌的機(jī)制研究結(jié)果表明，TGF-β激活CUX1表達(dá)促進(jìn)胰腺癌的遷移，侵襲和EMT過程[25]；PI3K/AKT通路誘導(dǎo)CUX1表達(dá)[41]；Wnt5A和谷氨酸受體是CUX1促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的下游靶點(diǎn)[26,42-43]。

CUX1不但在胰腺癌中高表達(dá)，在胰腺癌組織中的巨噬細(xì)胞（ATM）里也是高表達(dá)；在ATM中CUX1下調(diào)NF-kB相關(guān)趨化因子，CUX1在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮拮抗T細(xì)胞，增強(qiáng)血管生成的作用[44]。

3.5 CUX1與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

有研究通過免疫組化檢測150個(gè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤標(biāo)本，結(jié)果表明CUX1不同亞型（P200，P110，P75）在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的表達(dá)量比正常腦組織和癌旁組織高[8]。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明P200CUX1通過增加脫嘌呤脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1（APE1）活性，促進(jìn)修復(fù)因替莫唑胺治療或放療引起的DNA損傷[8]。此外，F(xiàn)ei等[45]的體外實(shí)驗(yàn)證明P110CUX1可以促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的遷移侵襲和EMT相關(guān)蛋白的表達(dá)。

3.6 CUX1與其他腫瘤

有研究經(jīng)分析證明了59例人胰島素瘤的組織芯片中CUX1的表達(dá)與胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的臨床病理相關(guān)；研究表明內(nèi)源性和重組CUX1的表達(dá)增加了胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的增殖、生長、抗凋亡和血管生成的能力[27]。此外，研究發(fā)現(xiàn)CUX1在112例黑色素瘤組織中比24例內(nèi)痣顯著高表達(dá)，色素瘤細(xì)胞系驗(yàn)證了CUX1影響細(xì)胞周期和生長[46]。有研究還發(fā)現(xiàn)CUX1在胃癌耐藥細(xì)胞中表達(dá)量和DNA結(jié)合活性明顯降低，CUX1的表達(dá)量和DNA結(jié)合活性與細(xì)胞對藥物的敏感性呈正相關(guān)[47]。有學(xué)者通過36例肝癌及癌旁組織的Western-blot及RT-PCR分析和136例標(biāo)本中的免疫組化分析，證實(shí)在肝細(xì)胞癌組織中CUTL1mRNA及蛋白表達(dá)明顯增加，而且CUX1在腫瘤多發(fā)、腫瘤直徑大、有血管侵犯及高的Edmondson分級患者中明顯表達(dá)增多[48]。

4 CUX1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控機(jī)制

CUX1在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段扮演著抑癌和促癌的不同角色。雖然CUX1的單倍體失活促進(jìn)白血病和乳腺癌發(fā)生，但是CUX1過表達(dá)卻被證明促進(jìn)乳腺癌、肺癌、胰腺癌和膠質(zhì)瘤等惡性腫瘤的進(jìn)展。結(jié)合CUX1的生物功能，CUX1調(diào)控腫瘤的機(jī)制有以下幾個(gè)方面：（1）CUX1失活促進(jìn)腫瘤發(fā)生，CUX1過表達(dá)促進(jìn)腫瘤發(fā)展：有研究發(fā)現(xiàn)許多腫瘤組織和腫瘤細(xì)胞系表現(xiàn)出CUX1單倍體失活和剩余等位基因拷貝數(shù)的增加同時(shí)發(fā)生。這些表明在同一腫瘤細(xì)胞中，一個(gè)等位基因的缺失和另一個(gè)等位基因的擴(kuò)增可以是相繼發(fā)生的[7,34]。結(jié)合CUX1在乳腺癌和白血病的研究發(fā)現(xiàn)初始階段CUX1作為單倍體失活的抑癌基因促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，后續(xù)階段CUX1作為促癌基因促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[7,34-36]；（2）P110CUX1和P75CUX1作為重要的轉(zhuǎn)錄因子控制惡性腫瘤關(guān)鍵基因的表達(dá)：P75和P110CUX1通過結(jié)合相關(guān)基因特定的啟動(dòng)子區(qū)影響轉(zhuǎn)錄或者激活其他轉(zhuǎn)錄因子兩種方式直接或間接調(diào)控關(guān)鍵基因的表達(dá)[18-19,22,24,26,57]；（3）P200CUX1特殊的CUT重復(fù)序列促進(jìn)DNA損傷修復(fù)：CUX1增強(qiáng)DNA修復(fù)相關(guān)的酶活性，如OGG1和APE1[8,15]；（4）CUX1參與信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)：腫瘤研究顯示CUX1參與TGF-β通 路[28]， Wnt/β-catenin通 路[18-19,26,42-43]， PI3K/Akt通路[34,37,41]，Ras激活通路[15,40-41]等；（5）CUX1影響腫瘤微環(huán)境：抑制巨噬細(xì)胞釋放趨化因子，促進(jìn)血管生成，促進(jìn)癌細(xì)胞和周圍細(xì)胞釋放分泌纖維生長因子1、肝細(xì)胞生長因子、腫瘤壞死因子和金屬蛋白酶[39,44,58]。

5 小結(jié)與展望

隨著研究的拓展和深入，CUX1蛋白及其亞型的表達(dá)可以用于鑒別診斷更多種腫瘤的惡性表型，而且CUX1有望成為多種惡性腫瘤診斷和治療的新靶標(biāo)。CUX1的調(diào)控機(jī)制獨(dú)特，依賴于腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段。因此，CUX1為研究惡性癌癥的發(fā)生發(fā)展過程提供了新的方向和思路，可以預(yù)測的是CUX1在不同腫瘤中的作用將成為新的研究熱點(diǎn)和趨勢。在未來的研究中更詳細(xì)的CUX1上下游調(diào)控靶點(diǎn)和更多的腫瘤基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)還有待證明。同時(shí)，推動(dòng)CUX1相關(guān)臨床研究的進(jìn)展，早日獲得循證醫(yī)學(xué)的支持，才能福祉于腫瘤患者。