Capicua 在腫瘤中的研究進(jìn)展

薛俊麟，孟慶輝，肖鵬，裴鐵民

作者單位：哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院肛腸外科，黑龍江 哈爾濱150001

惡性腫瘤是嚴(yán)重威脅人類健康和社會發(fā)展的疾病。國際癌癥研究中心發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2012年全球惡性腫瘤新發(fā)病例約1 409 萬，死亡約820萬［1］，且惡性腫瘤的發(fā)病率呈逐年增高的趨勢。我國惡性腫瘤中死亡率排名首位的腫瘤為肺癌，其次依次為肝癌、胃癌、食管癌和結(jié)直腸癌［2］。腫瘤的防控形勢嚴(yán)峻。本研究以Capicua（CIC）為研究對象，探討CIC 在腫瘤發(fā)生過程中的分子機(jī)制，這對其相關(guān)癌癥的診斷和靶向治療有至關(guān)重要的作用。

1 CIC的結(jié)構(gòu)和功能

高遷移率族蛋白（high mobility group-box，HMG-box）因子是細(xì)胞內(nèi)功能多樣化的一系列核蛋白。含有HMG-box 串聯(lián)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)通常只作為結(jié)構(gòu)因子和染色質(zhì)因子發(fā)揮作用，而不表現(xiàn)出DNA序列特異性。有些含有單個(gè)HMG-box的蛋白質(zhì)，如性別決定基因相關(guān)基因（Sex-determining region of Y chromosome Related HMG-box genes，Sox）和 T 細(xì)胞因子（TCF）轉(zhuǎn)錄因子，能夠特異性結(jié)合于啟動子和增強(qiáng)子中富含 AT 的模體，調(diào)控生長發(fā)育過程［3］。CIC 屬于HMG-box家族的成員之一，在不同物種間高度保守。作為一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，它與Sox 和TCF 緊密相關(guān)，但有別于Sox和TCF的HMG-box，CIC的HMG-box 另有兩個(gè)保守的模體——C1 和C2，分別位于其C端和中心部分，C1模體與HMG-box的相互作用可使DNA 的結(jié)合更加穩(wěn)定［3］。由促前胸腺激素受體（Torso）和表皮生長因子受體（EGFR）激活的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路中，C2 模體作為MAPK 的停泊位點(diǎn)，通過與Rolled 相互作用而發(fā)揮MAPK 的作用［4］。C2 模體的突變可產(chǎn)生 CIC 衍生物，使Torso 和EGFR 激活的下游信號逃逸，產(chǎn)生類似于Torso和EGFR功能失活的表型［4］。人類CIC編碼至少兩種蛋白質(zhì)亞型——CIC-S和CIC-L，它們的分子大小和N 端區(qū)域皆有差別。據(jù)目前研究可知，CIC 的活性主要與CIC-S 亞型有關(guān)，CIC-L 亞型的N端片段包含一個(gè)高度保守的延伸的未知功能域，其細(xì)胞作用尚不清楚［5］。

受體酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinase，RTK）信號通路能調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過程，其信號傳導(dǎo)能引起各種細(xì)胞反應(yīng)，如增殖、分化、代謝與遷移，RTK信號傳導(dǎo)異常則導(dǎo)致多種疾病，尤其在癌癥的發(fā)生機(jī)制中發(fā)揮重要作用。CIC 通過特異性識別T（G/C）AATG（A/G）A 序列［6］，抑制RTK 信號傳導(dǎo)通路中Torso，EGFR，Ras，Raf，MAPK 等信號傳導(dǎo)分子的應(yīng)答基因表達(dá)，從而在組織形成和細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用，并參與肺泡形成［7］和肝內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定［8］等重要生理過程。當(dāng)該級聯(lián)反應(yīng)下游的MAPK信號處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，CIC 組成性表達(dá)并抑制其目標(biāo)基因。一旦MAPK磷酸化，CIC的表達(dá)迅速下降，從而誘導(dǎo)PEA3家族基因表達(dá)［9］。PEA3家族基因?qū)儆贓26轉(zhuǎn)錄因子（E26 transformation-specific，ETS）家族成員之一，包含 3 個(gè)家族成員：ETV1，ETV4 和ETV5，這些轉(zhuǎn)錄因子的過度表達(dá)與細(xì)胞侵襲性和轉(zhuǎn)移性密切相關(guān)，因而在腫瘤發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，與基因融合和擴(kuò)增有關(guān)的ETS轉(zhuǎn)錄因子ETV1，ETV4和ETV5過表達(dá)存在于乳腺癌和前列腺癌中，其中ETV1 與前列腺癌的侵襲性有關(guān)，并被確定為黑色素瘤的驅(qū)動突變基因［10-12］。正常情況下，CIC 的HMG-box 可結(jié)合于編碼ETV1，ETV4 和 ETV5 啟動子的 DNA 序列上，抑制 PEA3 的表達(dá)。EGFR 的激活直接或通過p90核糖體S6蛋白激酶（p90 ribosomal S6 kinase，p90RSK）激活HMG-box鄰近區(qū)域的Ser173位點(diǎn)，誘導(dǎo)MAPK依賴性CIC磷酸化，促進(jìn)CIC與14-3-3蛋白的結(jié)合，抑制入核蛋白KPNA3定位于CIC的C端核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）；同時(shí)，CIC 與 14-3-3 蛋白的結(jié)合也使CIC與DNA的結(jié)合能力減弱［13］。此外，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）誘導(dǎo)的磷酸化會降低CIC 的轉(zhuǎn)錄抑制活性，促進(jìn)磷酸化的CIC 從細(xì)胞核中輸出，最終導(dǎo)致CIC降解［14-15］，該降解方式是通過ERK依賴的泛素E3連接酶復(fù)合體Cullin1/SKP1/Archipelago 實(shí)現(xiàn)的［16］。值得一提的是，相當(dāng)一部分RTK 信號的反應(yīng)元件可與CIC 相結(jié)合，因此，RTK信號通路在CIC 的表達(dá)過程中扮演著很重要的角色。

2 CIC在癌癥中的作用

2.1 CIC 作為轉(zhuǎn)錄抑制因子在癌癥中的作用轉(zhuǎn)錄因子及其轉(zhuǎn)錄抑制因子的生物學(xué)功能對維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)十分重要，在人類的癌癥研究中多可見轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄抑制因子的失調(diào)。CIC 對RTK/RAS/MAPK 信號通路下游靶基因的抑制作用表明，它可作為腫瘤抑制基因在腫瘤發(fā)生過程中發(fā)揮作用。CIC 作為一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，其基因突變可導(dǎo)致多種人類癌變，如乳腺癌［17］、肺癌［9］、肝細(xì)胞癌［18］、胃癌［9］、血管肉瘤［19］、髓母細(xì)胞瘤［20］、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤［21］等。

在腦腫瘤中，CIC 突變絕大部分發(fā)生于少突膠質(zhì)瘤，而在星形膠質(zhì)腫瘤中非常少見［22］。少突膠質(zhì)瘤的CIC 突變與異檸檬酸脫氫酶（IDH1）和遠(yuǎn)端上游元件結(jié)合蛋白（FUBP1）突變密切相關(guān)，這3 個(gè)基因在腫瘤發(fā)生中具有協(xié)同作用。在少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤中，CIC突變主要存在于HMG-box和C1結(jié)構(gòu)域附近［3］。這種特征性的突變分布情況提示CIC的基因突變可能與HMG-box 及C1 模體相關(guān)，并影響其DNA的結(jié)合能力［3］。但在少數(shù)復(fù)發(fā)型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤中并未發(fā)現(xiàn)CIC 突變，提示這種突變不是少突膠質(zhì)瘤存活所必需的前提。

除腦部腫瘤外，CIC 還參與多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展過程。肝細(xì)胞癌中CIC的研究表明，CIC-ETV4-MMP1 軸參與肝細(xì)胞癌的演進(jìn)過程。MMP1 是一種基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs），它可通過降解細(xì)胞外基質(zhì)、活化生長因子、抑制細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)血管生成等作用促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。肺癌和胃癌中CIC 的研究表明，CIC-ETV4-MMP24 軸增加癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移能力［9］。急性T淋巴細(xì)胞白血病的研究表明，CIC可能通過CIC-ETV4軸誘導(dǎo)急性T淋巴細(xì)胞白血?。?3］。

2.2 CIC-DUX4 融合基因在癌癥中的作用尤文氏腫瘤家族（Ewing's family tumors，EFTs）是一類發(fā)生于兒童和青少年的高度惡性腫瘤，包括尤文肉瘤、Askin 瘤和原始神經(jīng)外胚層瘤［24］。細(xì)胞遺傳學(xué)認(rèn)為，絕大部分EFTs的病變是由于5'端22q12位點(diǎn)的尤文肉瘤蛋白（Ewing sarcoma protein，EWS）基因與3'端的ETS 轉(zhuǎn)錄因子家族，如FLI1（11q24），ERG（21q22），ETV1（7p22），E1AF（17q12）或FEV（2q33）之間相互融合而成。Kawamura-Saito 等［25］在尤文氏肉瘤病人中發(fā)現(xiàn)CIC 與雙同源框蛋白4（Double homeobox 4，DUX4）相互融合，產(chǎn)生CIC-DUX4融合體。該融合體中大部分CIC 蛋白質(zhì)如HMG-box、TLE 蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)、MAPK 磷酸化位點(diǎn)都被保留。然而，DUX4相當(dāng)一部分N端區(qū)域丟失，如DNA結(jié)合的同源結(jié)構(gòu)域等。DUX4 加入于該融合體的C 端后，CIC 的抑制功能轉(zhuǎn)化為反式激活功能，從而導(dǎo)致PEA3 家族基因等靶基因的表達(dá)迅速升高。這種反式激活活性可能與p300/CBP有關(guān)［26］。CIC-DUX4融合體的C 端結(jié)構(gòu)域可以通過招募p300/CBP 來獲得DUX4 的轉(zhuǎn)錄激活功能，逆轉(zhuǎn)CIC 的轉(zhuǎn)錄抑制能力，上調(diào)靶基因的表達(dá)，從而顯示出強(qiáng)致癌作用。此外，Okimoto 等［27］發(fā)現(xiàn)，在未分化的圓形細(xì)胞肉瘤中，CIC-DUX4 融合體能直接靶定于細(xì)胞周期蛋白E1（cyclin E1，CCNE1）和 ETV4，增加 CCNE1 和ETV4 的表達(dá)，從而加強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的生存和侵襲能力。

此外，CIC 融合體可存在于DUX4 以外的基因。在罕見的小圓形細(xì)胞肉瘤病例中可發(fā)現(xiàn)CIC與叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子O4（FOXO4）的融合［28］；在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原始神經(jīng)外胚層瘤中發(fā)現(xiàn)CIC-NUTM1融合體［29］。另外，在120例血管肉瘤中，有9例血管肉瘤病人存在 CIC 突變以及 CIC-LEUTX 融合，在 CIC 突變病例中，PEA3 家族基因也被上調(diào)［19］。目前尚無相關(guān)研究闡明非DUX4 融合是否也改變了CIC 的抑制功能，但 HMG-box 在 CIC-FOXO4 和 CIC-NUTM1 融合體中都被保留，這表明在非DUX4 融合體中可能也存在類似的功能調(diào)整蛋白，這些功能調(diào)整蛋白可增強(qiáng)CIC的致癌作用［30］。

3 CIC在其他疾病中的作用

CIC 不僅能參與多種腫瘤的發(fā)病過程，也參與除腫瘤外的多種疾病。脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)1 型（CSA1）是一種遺傳性神經(jīng)退行性疾病。有研究表明，聚谷氨酰胺擴(kuò)增型人失調(diào)蛋白1（ATXN1）可與CIC 組成一個(gè)龐大的復(fù)合體，逆轉(zhuǎn)CIC 的轉(zhuǎn)錄抑制活性［5］，其可能原因是 CIC 的結(jié)合干擾了 ATXN1 的同源二聚化，并重構(gòu)形成新的聚合物，進(jìn)而改變了ATXN1-CIC復(fù)合體的構(gòu)象或功能狀態(tài)［31］。CIC還可調(diào)節(jié)肝臟炎癥反應(yīng)和膽汁酸穩(wěn)態(tài)，CIC 失調(diào)會導(dǎo)致慢性肝性疾病及代謝紊亂［8］。此外，CIC可通過CIC-EVT5軸維持外周免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定并抑制濾泡性輔助T細(xì)胞的分化，從而維持自身免疫，CIC缺失會導(dǎo)致小鼠自身免疫性淋巴增生，從而導(dǎo)致自身免疫性疾病［32］。

4 基于CIC的分子靶向治療及未來方向

RTK/RAS/MAPK 信號通路是分子靶向治療的常見靶點(diǎn)，但針對該通路的分子靶向治療藥物多可見獲得性耐藥［33］。CIC作為RTK信號通路的下游修飾因子，可成為一個(gè)很好的替代治療靶點(diǎn)。由于CIC能抑制MAPK下游信號傳導(dǎo)，CIC表達(dá)量下調(diào)可能是靶向治療中產(chǎn)生耐藥機(jī)制之一。Bunda等［34］的研究發(fā)現(xiàn)，ERK 通路抑制劑PD98059和司美替尼的長期治療會減少CIC 的信使RNA（mRNA）表達(dá)量，這可能是上述藥物在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療過程中易產(chǎn)生耐藥性的原因。MAPK誘導(dǎo)的CIC磷酸化會導(dǎo)致CIC 喪失轉(zhuǎn)錄抑制功能，因此抑制CIC 磷酸化是一個(gè)不錯(cuò)的替代治療方法，比如使用可阻止CIC的C2 模體與p90RSK 相結(jié)合的基因類似物。COP9信號復(fù)合體亞基1b（CSN1b）以不依賴于MAPK的方式抑制CIC降解，從而發(fā)揮CIC的轉(zhuǎn)錄抑制作用，因此，利用CSN1b 基因類似物抑制CIC 磷酸化也可能是今后分子靶向治療方向之一。此外，檢測CIC 和ATXN1L的表達(dá)量可用來預(yù)測酪氨酸激酶抑制劑和絲裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制劑治療效果，指導(dǎo)后續(xù)治療。

綜上可知，在正常生理情況下，CIC可作為轉(zhuǎn)錄抑制因子參與細(xì)胞增殖和組織形成等生長及發(fā)育過程。CIC 突變會導(dǎo)致PEA3 家族轉(zhuǎn)錄因子、MMPs等轉(zhuǎn)錄異常，或通過CIC-DUX4等融合體導(dǎo)致CIC的反式激活，進(jìn)而影響細(xì)胞生長、侵襲、轉(zhuǎn)移等能力。目前仍有許多疑問尚待解決：除了RTK 信號通路外，CIC是否還在其他調(diào)控通路中起作用？CIC-L亞型的細(xì)胞功能是什么？為何MAPK誘導(dǎo)的CIC磷酸化會減弱CIC的表達(dá)？對這些問題的進(jìn)一步探究將有利于闡明CIC在正常生理狀態(tài)及疾病狀態(tài)的不同調(diào)控機(jī)制，為CIC 相關(guān)的癌癥的分子靶向治療提供理論基礎(chǔ)。