端粒保護蛋白TRF2在腫瘤發(fā)生和治療中作用機制的研究進展*

孫茹 綜述 郭曉蘭② 審校

·綜 述·

端粒保護蛋白TRF2在腫瘤發(fā)生和治療中作用機制的研究進展*

孫茹①綜述 郭曉蘭①②審校

端粒重復序列結合因子2（telomeric-repeatbinding factor 2，TRF2）是一種重要的端粒保護蛋白，與端粒保護蛋白1（protec?tion of telomeres 1，POT1）、端粒重復序列結合因子1（telomeric-repeatbinding factor 1，TRF1）、相互作用核蛋白2（TRF1-interacting nuclear protein 2，TIN2）、阻滯活化蛋白1（repressor activator protein 1，Rap1）以及TPP1，5個核心蛋白通過一系列相互作用共同形成端粒保護蛋白復合體（shelterin）以維持端粒結構和功能的穩(wěn)定性和完整性。越來越多的研究顯示TRF2在多種腫瘤中異常表達并與腫瘤的發(fā)生，腫瘤細胞的耐藥以及腫瘤血管的生成密切相關。因此，本文就TFR2的結構與生理功能，以及其在腫瘤發(fā)生，發(fā)展與治療中的作用研究進展進行綜述，以期為腫瘤的預防和治療提供新的思路。

端粒 端粒保護蛋白復合體 端粒重復序列結合因子2 腫瘤

端粒結合蛋白又名端粒保護蛋白復合體（shel?terin），主要由端粒重復序列結合因子1（telomeric-re?peatbinding factor 1，TRF1）、端粒重復序列結合因子2（telomeric-repeatbinding factor 2，TRF2）、端粒保護蛋白1（protection of telomeres 1，POT1）、相互作用核蛋白 2（TRF1-interacting nuclear protein 2，TIN2）、阻滯活化蛋白1（repressoractivator protein 1，Rap1）以及TPP1構成［1-2］。端粒保護蛋白復合體中的TRF2不僅是一種端粒保護蛋白，還能夠獨立于端粒之外抑制DNA損傷反應（DNA damage response，DDR），同時通過轉錄激活血小板源生長因子受體β（platelet-de?rived growth factor receptorβ，PDGFB）促進內(nèi)皮細胞血管生成。近年來，隨著分子遺傳學研究的不斷深入，逐步對TRF2有了充分的認識，本文就TRF2的結構、功能及其在腫瘤中的研究加以綜述。

1 TRF2的結構與生理功能

1.1 TRF2的結構

TRF2基因定位于染色體16q22.1，基因全長30 kb。TRF2在人體中廣泛表達，其主要包括堿性區(qū)（basic）、二聚化區(qū)（dimerization）、定向序列（NLS）和DNA結合區(qū)（Myb）4個結構域。其中，堿性結構域（basic）主要參與DNA損傷應答；二聚化結構域又稱為TRF同源（TRFhomology，TRFH）結構域，主要參與同源二聚體的形成；Myb結構域主要負責識別并結合到端粒DNA重復序列TTAGGG并與之結合［3-4］。

1.2 TRF2與端粒的結構和功能

端粒作為染色體末端的核酸蛋白質(zhì)復合體，其正常功能的維持取決于端粒長度和端粒保護蛋白的共同作用。TRF2是調(diào)節(jié)端粒完整性的關鍵因素，其主要通過2種途徑來保護端粒：即抑制經(jīng)典的非同源末端重組（classical non-homologous end-joining，CNHEJ）DNA修復機制和ATM依賴的DNA損傷信號轉導途徑。TRF2缺失會導致端粒的去保護狀態(tài)，激活ATM及下游信號通路。同時，TRF2的缺失也會引起由Ku70/80和DNA連接酶4依賴的c-NHEJ調(diào)節(jié)端粒末端融合［5］。當TRF2活性受抑時，端粒出現(xiàn)功能異常，導致DNA損傷灶產(chǎn)生，稱之為端粒功能異常誘發(fā)的損傷灶（telomere dysfunction-induced focus，TIF）［6］，同時引起DNA損傷響應的相關因子聚集，如53BP1、ATM、Mre11、RAD17和γ-H2AX等。

TRF2為端粒長度的負調(diào)控因子，Saint-leger等［7］研究發(fā)現(xiàn)TRF2可能通過其N端堿性區(qū)（basic）與解離酶相關蛋白SLX4以及參與解離活動的兩種不同類型的內(nèi)切酶GeN1、MUS81的相互作用來調(diào)控端粒長度。近期研究表明，TRF2還可以通過其N端堿性區(qū)（basic）募集Rap1到端粒，以抑制同源末端重組修復（homology di?rected repair，HDR），從而調(diào)節(jié)端粒長度［8］。

1.3 TRF2與DNA損傷反應和基因組穩(wěn)定性

真核生物的DNA損傷檢控系統(tǒng)是維持細胞基因組穩(wěn)定的一個重要機制，能夠檢測細胞出現(xiàn)的DNA損傷反應（DNA damage response，DDR）［9］，當DNA復制損傷或抑制shelterin復合體而導致端粒功能異常時，細胞ATM激酶信號活化，可激活端粒DNA損傷誘導的ATM信號轉導通路，導致端粒發(fā)生DDR，即為ATM依賴的DDR。TRF2則通過特異地抑制依賴ATM的信號通路，包括其下游因子chk2和P53［10-12］，從保護染色體末端免于損傷，維持基因組的穩(wěn)定性。另一方面，DNA雙鏈斷裂（DSBs）的修復對維持基因組穩(wěn)定也至關重要，修復途徑主要包括非同源末端連接（NHEJ）和同源末端重組（HR）。TRF2則主要是通過抑制經(jīng)典的非同源末端連接（C-NHEJ）發(fā)揮作用。TRF2與端粒DNA結合抑制C-NHEJ，也可以通過與ATM的相互作用抑制C-NHEJ的激活［5，13］。由C-NHEJ引起的染色體的改變，與人類腫瘤形成過程中的基因組不穩(wěn)定性有關。因此，利用TRF2針對性抑制C-NHEJ可能會成為一種新的腫瘤治療方法。

2 TRF2在腫瘤中的作用研究

2.1 TRF2與腫瘤發(fā)生

端粒功能異常在腫瘤發(fā)生中起著復雜的作用，紊亂的端粒既可以通過誘導復制性衰老抑制腫瘤的增殖擴散，又可導致基因組的不穩(wěn)定性、致瘤基因重組而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展［14］。TRF2作為整個端粒結合蛋白復合體中的關鍵部分，其不僅直接參與T環(huán)、D環(huán)的形成，維持染色體結構的完整性；同時通過抑制經(jīng)典的非同源末端連接（C-NHEJ）DNA修復機制和ATM依賴的DDR，從而使染色體避免不正確的修復，維持基因組的穩(wěn)定性。因此，TRF2的表達或功能異常，都可能與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關。

TRF2的高水平表達，已經(jīng)在多種人類腫瘤中被觀察到，包括肝癌、胃癌、結直腸癌、皮膚癌等，且隨著腫瘤的進展其表達不斷增強［15］。提示TRF2可能是腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的一個危險因素。而有研究發(fā)現(xiàn)在低級星形膠質(zhì)細胞瘤（low grade astrocytomas，LGA）中，TRF2的表達明顯升高，在間變型星形膠質(zhì)細胞瘤（anaplastic astrocytomas，AA）與多形性星形膠質(zhì)細胞瘤（glioblastomamultiforme，GBM）中TRF2的表達卻呈進行性降低［16］。與之類似，TRF2在腫瘤早期上調(diào)，隨腫瘤惡性程度增加反而下調(diào)的現(xiàn)象也出現(xiàn)在非小細胞肺癌［17］和乳腺癌［18］中。雖然在上述腫瘤的惡性進展中TRF2下調(diào)的原因尚不完全清楚。但是，在腫瘤發(fā)生早期TRF2的表達都一致升高，提示TRF2可能在腫瘤的發(fā)生早期中扮演著重要的角色。越來越多的研究表明TRF2的異常表達不僅與腫瘤發(fā)生相關，同時與細胞衰老也存在著緊密的聯(lián)系，Zhang等［19］在恒河猴卵巢顆粒細胞中通過免疫熒光對TRF2和DNA雙鏈斷裂的標志分子γ-H2AX進行共定位檢測，同時檢測DNA損傷修復的標志蛋白BRCA1的表達，發(fā)現(xiàn)隨著卵巢逐漸老化，DNA雙鏈斷裂增強而修復減弱，證實DNA損傷和修復缺失與卵巢老化有關。而Mu?oz等［20］在小鼠皮膚組織中過表達TRF2后發(fā)現(xiàn)其端?？s短，DNA損傷反應增強，從而導致小鼠出現(xiàn)過早衰老表現(xiàn)和皮膚癌變的風險明顯提高。因此，腫瘤和衰老的發(fā)生機制既相互對立又相互交織，而DNA損傷修復反應則是聯(lián)系二者的紐帶。

研究表明高水平TRF2的致瘤機制可能包括：1）通過負調(diào)控機制引起了迅速、顯著的端?？s短，導致基因組不穩(wěn)定而致瘤基因重組；2）抑制了ATM依賴的DNA損傷反應，從而允許染色體畸變的積累以及異常細胞的繼續(xù)生長；3）減少了有絲分裂阻滯后的細胞死亡，并推遲細胞進入危機狀態(tài)，有利于細胞進入永生化；4）XPF/ERCC1復合體通過核苷酸切除修復途徑（nucleotide excision repair，NER）參與紫外線誘導的DNA損傷修復和DNA交聯(lián)修復。而上調(diào)TRF2可以隔離端粒周圍的XPF/ERCC1，導致端粒的異常降解以及基因組其他DNA損傷部位的錯誤修復［21-22］。

2.2 TRF2與腫瘤治療

2.2.1 TRF2與腫瘤血管生成 眾所周知血管生成對癌癥惡化至關重要。抑制腫瘤血管生成是被廣泛接受的一個癌癥治療選擇，目前有很多癌癥患者受益于血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelialgrowth fac?tor，VEGF）的抑制劑。研究發(fā)現(xiàn)TRF2在包括前列腺、胰腺、乳腺、肺以及腎臟等部位相關腫瘤的血管中，都呈高表達態(tài)勢；并且TRF2能刺激內(nèi)皮細胞的遷移、增殖和管樣結構的形成，從而增加腫瘤血管生成［23］。新的研究表明TRF2通過轉錄激活血小板源生長因子受體β（platelet-derived growth factor recep?torβ，PDGFB）促進內(nèi)皮細胞血管生成，該作用獨立于TRF2的端粒保護作用［24］。因此，與經(jīng)典的抗新生血管療法相比，以TRF2作為治療靶標，可能成為癌癥治療的一大發(fā)展與進步。

2.2.2 TRF2與腫瘤耐藥 雖然放化療在惡性腫瘤的治療中具有重要作用，但腫瘤耐藥依然是臨床治療的主要障礙之一，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)TRF2可能與腫瘤耐藥有關。Yang等［25］發(fā)現(xiàn)在具有放射抗性的A549R和U2OSR細胞中，TRF2明顯增高，降低TRF2表達可顯著提高腫瘤細胞的放療敏感性。Orun等［26］針對永生化間充質(zhì)干細胞的研究中也發(fā)現(xiàn)相同結果，提示TRF2可能作為腫瘤的潛在放射治療靶點。寧寒冰等［27］研究發(fā)現(xiàn)TRF2在耐長春新堿的胃癌細胞系sGC790l/VCR和耐阿霉素的胃癌細胞系SGC7901/ADR中的表達明顯高于其親本細胞，提示TRF2可能與胃癌耐藥相關，而抑制TRF2的表達能明顯增強耐藥細胞對順鉑、阿霉素、依托泊苷的敏感性，同時發(fā)現(xiàn)ATM、γ-H2AX和P53在耐藥細胞中的表達明顯低于SGC7901，且利用shRNA抑制TRF2表達后，ATM，γ-H2AX和P53表達明顯上調(diào)，提示TRF2可能通過抑制ATM及其下游靶分子的表達參與腫瘤耐藥的發(fā)生［28］。Yordan等［29］研究也發(fā)現(xiàn)抑制TRF2的表達能明顯增強口腔鱗癌細胞對靶向EGFR的化療藥物，如西妥昔單抗和厄洛替尼的敏感性，這可能成為癌癥治療的重要發(fā)展與進步。

2.2.3 靶向TRF2與腫瘤治療 當用siRNA在結直腸癌和腎臟上皮腎細胞癌細胞系中沉默TRF2的表達后，腫瘤細胞的增殖和克隆形成都受到明顯抑制，顯著地誘導了細胞周期阻滯以及細胞凋亡［30-31］。Bai等［32］通過顱內(nèi)腫瘤異種移植實驗，將慢病毒shTRF2和空載體感染的膠質(zhì)母細胞瘤干細胞分別立體定位注射到無胸腺BALB/c裸鼠的大腦皮層中，發(fā)現(xiàn)實驗組小鼠的壽命較對照組明顯延長。表明降低TRF2的表達顯著提高了膠質(zhì)母細胞瘤模型裸鼠的生存率。上述研究結果均表明TRF2可能成為新的抗腫瘤治療靶標。同時，新的研究認為，與既往以抑制端粒酶來治療腫瘤的策略相比，靶向TRF2的腫瘤治療可能更為有效。主要原因為：首先，端粒酶抑制劑對依賴端粒延長替代機制（alternative lengthening of telomere，ALT）的腫瘤細胞無效；其次，在TRF2表達增高的腫瘤中，端粒酶抑制劑的治療效果也并不明顯［33］；而降低TRF2的表達會引起端粒的3'懸突縮短，從而導致腫瘤細胞染色體融合，腫瘤細胞過早衰老或死亡。降低TRF2的表達可以激活磷酸化的ATM進而激活抑癌基因p53，p53不僅作為端粒損傷信號下游的效應分子，也是主要的衰老啟動因子之一，其通過表達Siah1促進TRF2降解，抑制ATM的激活，故TRF2-ATM-P53-Siah1形成了一個正反饋環(huán)路，能夠同時促進端粒脫帽進而誘導p53介導的細胞衰老信號轉導通路，增大腫瘤細胞抑制效應［34］。因此，靶向TRF2的腫瘤治療具有極為廣闊的應用前景。

3 結語

TRF2主要通過對端粒末端的保護、長度的調(diào)節(jié)以及抑制DNA損傷反應，起到保護端粒結構和功能完整性以及基因組穩(wěn)定性的作用。隨著科學研究的深入，關于TRF2更多的新功能將被不斷地發(fā)現(xiàn)，在腫瘤中的作用機制也將逐漸完善，必將有助于今后更深入地認識腫瘤發(fā)生發(fā)展，以及探尋腫瘤治療的新方法、新策略。

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（2017-03-20收稿）

（2017-05-16修回）

Research p rog ress in them echanism o f telom eric shelterin com ponen t TRF2 in tum o rigenesis and tum o r treatm en t

Ru SUN1,Xiaolan GUO1,2

1Departmentof Laboratory Medicine,North Sichuan MedicalCollege,Nanchong 637000,China;2TranslationalMedicine Research Center,North Sichuan MedicalCollege,Nanchong637000,China

Telomeric-repeat binding factor 2(TRF2)as an important telomere binding protein,protects telomere ends andmaintains the structural and functional stability and integrity of telomeres by interacting w ith five other essential core proteins(POT1,TRF1,TIN2,RAP1,and TPP1)to form a complex called shelterin.An increasing number of studieshave discovered the abnormalexpression of TRF2 inmany tumors and that TRF2 is closely related to tumor occurrence,drug resistance,and tumor angiogenesis.Here,we review the latest research findings on the structure and function of TRF2,aswellas the role of TRF2 in the occurrence,development,and treatmentof tumors.We hope to provide novelperspectives for the prevention and treatmentof tumors.

telomere,telomeric shelterin,telomeric-repeatbinding factor2,tumor

Xiaolan GUO;E-mail：alan5200@hotmail.com

10.3969/j.issn.1000-8179.2017.16.325

The work was supported by the 2014 Applied Foundational Research of Sichuan province(No.2014JY0115)and the Natural Science Key Projectof Sichuan Education Department(No.serialnumber：16ZA0224)

①川北醫(yī)學院醫(yī)學檢驗系（四川省南充市637000）；②川北醫(yī)學院轉化醫(yī)學中心

*本文課題受四川省科技廳2014應用基礎研究項目（編號：2014JY0115）和四川省教育廳自然科學重點項目（編號：16ZA0224）資助

郭曉蘭 alan5200@hotmail.com

孫茹 專業(yè)方向為端粒保護蛋白在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機制研究。

E-mail：415028193@qq.com