HMGA2在腫瘤中的研究進展

勇宏，劉友勝，金山

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院普外科，內(nèi)蒙古 呼和浩特)

0 引言

非組蛋白染色質(zhì)蛋白主要以高遷移率族(HMG)蛋白為主，根據(jù)HMG蛋白的DNA結(jié) 合 域分為HMGA、HMGB和HMGN等三個亞家族[1]。HMGA蛋白家族由四個成員組成，分別由HMGA1和HMGA2兩個基因編碼。HMGA1蛋白編碼三個轉(zhuǎn)錄本HMGA1a、HMGA1b和HMGA1c，而HMGA2蛋白只編碼HMGA2[2]。HMGA2蛋白可編碼108個氨基酸殘基，自身缺乏轉(zhuǎn)錄活性，但它可以通過調(diào)節(jié)多個基因轉(zhuǎn)錄而改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)[3]。其包含3個DNA結(jié)合域能與DNA分子中氨基端富含AT的小鉤結(jié)合成半月形結(jié)構(gòu)，即所謂的AThooks[4]。HMGA2根據(jù)DNA中富含AT的結(jié)合位點的數(shù)量和間距的不同，以不同的結(jié)合方式影響DNA底物的構(gòu)象，從而增強或抑制基因的轉(zhuǎn)錄活性，繼而影響各種生物過程[5]。

1 HMGA2在腫瘤中的表達

HMGA2在胚胎發(fā)育期間在胚胎細胞中表達，但在成人組織細胞中不表達或低水平表達[6]。HMGA2與人類生長有關(guān)[7]，干擾HMGA2可能導致胎兒生長受限[8]。動物實驗證明，雜合子HMGA2-/+小鼠和純合子HMGA2-/-小鼠表現(xiàn)出侏儒型，由于細胞生長減少，它們的體型分別為野生型的80%和40%[6]。距今為止，有多項研究表明，HMGA2在不同人類腫瘤組織中的表達失調(diào)，HMGA2的高表達可能是惡性腫瘤發(fā)病機制中的關(guān)鍵步驟。據(jù)報道，HMGA2在[9]腎癌，肺癌[10]，乳腺癌[11]，胃癌[12]中高表達。其異常的表達水平與腫瘤分期分級、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、局部組織浸潤和生存率降低顯著相關(guān)[13]。此外，本課題組對正常甲狀腺組織、甲狀腺良性癌組織、伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的甲狀腺乳頭狀癌組織進行了蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)，伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的癌組織中HMGA2蛋白表達升高，這可能與甲狀腺乳頭狀癌侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān)[14]。腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移機制中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是重要性途徑之一。

2 HMGA2促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是胚胎發(fā)生、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵步驟。它能將貼壁的上皮細胞轉(zhuǎn)化為可移動的間質(zhì)細胞。其特征性變化是使E-cadherin蛋白(由CDH1編碼)顯著下調(diào)，使其維持上皮細胞-細胞粘附的功能喪失[15]。研究表明，在幾種癌細胞[16-18]中，隨著HMGA2過表達的上皮細胞特異性標志物的降低和間質(zhì)標志物表達的增強，提示HMGA2參與了EMT的調(diào)控并與多個信號通路有關(guān)。

2.1 HMGA2與TGF-β/Smad信號通路

TGF-β途徑在癌變的早期起到腫瘤抑制作用，而在腫瘤晚期則顯著增強腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[19]。研究表明，TGF-β途徑分別與TβRⅠ和TβRⅡ結(jié)合，且磷酸化并激活下游Smad2和Smad3，再與Smad4結(jié)合，形成復合體Smads。Smads復合體和其他轉(zhuǎn)錄因子(transcription factors，TFS)共同與DNA雙鏈結(jié)合，調(diào)控特定的基因轉(zhuǎn)錄[20]。HMGA2位于TGF-β/Smads通路的上游，HMGA2可使TGF-βRII的表達顯著上調(diào)和Smad3的磷酸化，從而激活TGF-β途徑，進而誘導EMT[21]。最新研究表明，在腎癌中HMGA2通過TGF-β/Smad2通路促進EMT。TGF-β通路在調(diào)控EMT機制中還包括非smad通路，如PI3K/AKT信號通路。沉默HMGA2通過減弱高糖誘導的HK2細胞抑制PI3K/AKT通路激活而阻止EMT[22]。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化涉及幾個主要調(diào)控因子，包括鋅指蛋白(snail)、鋅指蛋白(slug)、螺旋環(huán)螺旋蛋白(Twist)、鋅指E盒結(jié)合蛋白(ZEB)。HMGA2可與Smads形成復合物或直接與內(nèi)源性Twist1和Snail啟動子結(jié)合，誘導目的蛋白表達，導致EMT[23-26]。異常的HMGA2直接與近端E-cadherin基因(CDH1)啟動子結(jié)合，與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A共同導致E-cadherin表達沉默，導致EMT[27]。

2.2 HMGA2與Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路是經(jīng)典的Wnt信號途徑，多項研究表明，Wnt信號通路調(diào)控胚胎發(fā)育過程外，在促進腫瘤細胞侵襲能力的過程中發(fā)揮重要作用。當激活Wnt通路時，根據(jù)Axin2-Gsk3β-Snail1軸，β-catenin與T-cell factor結(jié)合成轉(zhuǎn)錄復合物來觸發(fā)EMT[28]。Wnt/β-catenin途徑在HMGA2的調(diào)控EMT中起到主要作用。HMGA2/WIF1融合轉(zhuǎn)錄表達細胞中HMGA2的上調(diào)和WIF1的下調(diào)激活了Wnt/β-catenin途徑[29]，表明HMGA2通過與Wnt/β-catenin途徑的相互作用而參與了EMT[28]。綜上所述，以上數(shù)據(jù)支持HMGA2有促進腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的作用，可以直接或間接促進EMT的形成。

3 HMGA2維持端粒長度

端粒是位于染色體末端的非編碼DNA序列，通常是由六個堿基(TTAGGG)序列重復構(gòu)成[30]。當編碼序列的丟失時可以被端粒防止其降解。如果沒有端粒修復，當短端粒達到極限時，細胞就會開始衰老和凋亡[31]。端粒酶是端粒修復的關(guān)鍵復合物，它含有多種成分，包括催化蛋白亞單位端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(HTERT)、人端粒酶RNA(HTR)、人端粒酶相關(guān)蛋白1(HTP1)、熱休克蛋白90(HSP90)、P23和dyskerin。幾乎90%的癌癥病例(148例)表現(xiàn)出端粒酶過度激活，這是癌變過程中的關(guān)鍵步驟。敲除HepG2細胞中HMGA2基因會導致端粒侵蝕，降低腫瘤形成能力[32]。此外，HMGA2可以直接結(jié)合端粒并維持端粒的穩(wěn)定性[33]。HMGA2和hTERT在脂肪源性干細胞中的表達水平較低，而在脂肪瘤源性的間質(zhì)干細胞中的表達水平較高[34]。然而，HMGA2如何調(diào)控hTERT表達的機制尚不清楚。提示HMGA2以蛋白質(zhì)對蛋白質(zhì)的方式抑制H3-K9的超乙酰化，從而刺激hTERT活化，促進端粒修復。TRF2是端粒保護的關(guān)鍵調(diào)控因子，它可以直接與端粒的雙鏈TTAGGG重復序列相結(jié)合，通過兩步機制實現(xiàn)染色體末端保護功能[35]。Natarajan[34]等人發(fā)現(xiàn)，HMGA2通過其AT-Hook直接與TRF2啟動子結(jié)合，保護端粒免受損傷。

4 HMGA2影響細胞周期及增殖

細胞增殖需要穩(wěn)定的細胞周期，否則某個細胞周期會發(fā)生停滯，這是導致細胞轉(zhuǎn)化為腫瘤的原因之一。由于HMGA2的過表達促進癌細胞增殖，因此認為HMGA2會影響癌細胞周期的進程。敲除HMGA2會導致卵巢癌細胞停滯在G1期[36]和白血病細胞停滯在G2/ M期[37]。 HMGA2直接與細胞周期蛋白cyclinA2的cAMP結(jié)合，取代了復合物p120E4F，從而誘導cyclinA2表達并促進細胞周期進程[38,39]。HMGA2還通過促進AP1的轉(zhuǎn)錄誘導cyclinA2的表達增強。HMGA2調(diào)節(jié)細胞增殖過程中轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-1(AP1)至關(guān)重要；AP1復 合 物 由Jun蛋 白(JUN，JUNB和JUND)，F(xiàn)OS蛋 白(FOS，F(xiàn)OSB和FRA1)和FRA2的成員組成[40]。在缺乏HMGA2的細胞中，JUNB和FRA1的表達完全受到抑制[41]。相反，當HMGA2異位過表達時，這些基因表達相應(yīng)上調(diào)[41]。視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白(pRB)作為一種腫瘤抑制蛋白，通過與E2F1轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同來把控細胞G1-S期的進程[42]。細胞處于G1期時，pRB被磷酸化并失活以釋放E2F1，從而導致細胞周期進程[43]。提示HMGA2可以使組蛋白脫乙?；?脫離pRB的磷酸化或直接作用于E2F響應(yīng)性DNA元件，從而促進E2F1的活化并導致促進細胞周期進程[44]。P16INK4A和p21CIP1/WAF1是細胞周期蛋白依賴性抑制劑，在通過抑制釋放E2F1轉(zhuǎn)錄因子來限制細胞周期進程中扮演重要角色。HMGA2的高表達直接激活(PI3K)/AKT/mTOR/p70S6K信號通路，隨后促進cyclinE并抑制p16INK4A和p21CIP1/WAF1的活性，導致細胞增殖[45]。cyclinD1/CDK4/CDK6的激活負責pRB磷酸化。敲除HMGA2會顯著降低cyclinD1的合成，而異位表達HMGA2具有相反的作用，這表明HMGA2還通過影響cyclinD1/CDK4/CDK6/pRB-E2F1軸來調(diào)節(jié)細胞周期進程[46,47]。此外，由ccnb2基因編碼的cyclinB2蛋白是一種細胞周期依賴性蛋白，可控制G2/M期過渡[48]。HMGA2蛋白能夠與ccnb2啟動子結(jié)合并增強cyclinB2的表達以增加細胞生長[49]。

5 HMGA2促進化療耐藥性

化療耐藥是人類治療腫瘤失敗的主要原因之一。癌細胞面對化療刺激的反應(yīng)，啟動了一系列防御機制來保護自身免于死亡并產(chǎn)生化療耐藥。腫瘤干細胞(cancer stem cell，CSC)具有增強DNA修復損傷的能力[50]。Summer[51]等人證實HMGA2具有內(nèi)在的5’-脫氧核糖磷酸(DRP)和脫嘌呤/脫嘧啶(AP)位點裂解活性，從而提高了細胞依賴堿基切除修復(BER)途徑的DNA損傷的抵抗力，這種保護與HMGA2的表達水平直接相關(guān)[52]。另一項研究報道，HMGA2通過促進共濟失調(diào)-毛細血管擴張-突變蛋白(ATM)和Rad 3相關(guān)激酶及其下游靶點檢測點激酶1的磷酸化過程，從而增強DNA損傷修復，阻止G2/M期轉(zhuǎn)化進而抑制細胞凋亡或衰老來保護腫瘤細胞不受基因毒物的損害[53]。最新研究表明，HMGA2通過激活Dvl2/Wnt通路增強大腸癌對5氟尿嘧啶(5-FU)的耐藥性[54]。此外，HMGA2是Let-7a在胰腺癌中的重要下游靶點，HMGA2過表達可以恢復被Let-7a所抑制的胰腺腫瘤細胞的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移和化療耐藥性[55]。

6 展望

迄今眾多研究表明，HMGA2在胚胎發(fā)育過程中起著關(guān)鍵作用，但在成體細胞中表達時，被視為是一類癌蛋白。HMGA2通過影響細胞生物學過程，從而增強了腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力和化療耐藥性，導致多數(shù)腫瘤治療以失敗告終。同時是腫瘤患者生存率降低的主要原因之一。越來越多的證據(jù)表明，HMGA2是惡性腫瘤的獨立預后標志物，并且HMGA2的表達水平與某些化療藥物的療效有關(guān)。因此，檢測腫瘤組織中HMGA2的表達水平可為臨床工作者提供重要的預后數(shù)據(jù)，但還需進一步深入研究如何影響腫瘤預后。深入研究HMGA2在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的重要機制，對研制出HMGA2靶向藥物有重大意義。