鋅指蛋白在骨肉瘤中的研究進(jìn)展

梁瀟，呂嘉，丁娟，李飛，劉雪

(1.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院骨科，山西 太原 030001；2.山西白求恩醫(yī)院骨科，山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院，山西 太原 030032)

骨肉瘤(osteosarcoma，OS)是最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤，具有易發(fā)生轉(zhuǎn)移、預(yù)后差等特點(diǎn)，多發(fā)于青少年[1]。隨著醫(yī)療科學(xué)發(fā)展，OS的診斷和治療方面取得了一些進(jìn)展，5年生存率從20%提高至60%～70%，但其預(yù)后仍不容樂(lè)觀，多因患者產(chǎn)生化療抵抗或腫瘤轉(zhuǎn)移造成[2]。OS病因尚不明確，提高患者治療后生存率的科學(xué)研究進(jìn)展緩慢，因此深入學(xué)習(xí)了解其發(fā)病機(jī)理及進(jìn)展機(jī)制十分必要[3]。

鋅指蛋白(zinc-finger proteins，ZFP)家族是真核生物基因組中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族，在細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育等多種生物學(xué)過(guò)程中不可或缺[4]。最近，越來(lái)越多的證據(jù)表明ZFP家族在癌癥發(fā)展進(jìn)程中也發(fā)揮著重要作用。然而，其作用在不同癌癥類(lèi)型中存在差異，甚至在同一癌癥類(lèi)型中也可能存在差異[5]。目前越來(lái)越多的證據(jù)顯示ZFP在OS發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并有望成為OS新的腫瘤生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。本文就ZFP在OS基因調(diào)控中的一般機(jī)制及其在OS發(fā)生發(fā)展中的多種作用進(jìn)行討論。

1 ZFP家族結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

ZFP是一類(lèi)含鋅蛋白，其通過(guò)結(jié)合Zn2+以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可自我折疊形成“手指狀”，通常由一系列鋅指組成[5]。ZFP第一次被發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，即來(lái)自非洲爪蟾卵母細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子Ⅲa(transcription factor Ⅲa，TFⅢa)。此后，ZFP被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中[6]。

ZFP種類(lèi)眾多，可根據(jù)其保守結(jié)構(gòu)域的不同分為3類(lèi)：C2H2型、C4型和C6型[7]。而根據(jù)其鋅指空間結(jié)構(gòu)的不同可分成8種類(lèi)型：Cys2-His2型鋅指、塞結(jié)狀鋅指、高音譜號(hào)鋅指、帶狀鋅指、Zn2/Cys6型鋅指、類(lèi)TAZ2型鋅指、鋅離子環(huán)結(jié)合鋅指和金屬硫蛋白鋅指。其中，C2H2型鋅指是最常見(jiàn)的類(lèi)型[8]。此外，根據(jù)其N(xiāo)端結(jié)構(gòu)域的不同，又可分為指相關(guān)盒型(finger-associatted boxes，F(xiàn)AX)、指相關(guān)重復(fù)子型(finger-assocciated repeatss，F(xiàn)AR)、Pox病毒和鋅指型(Pox virus and zincfingers，POZ)和kruppel相關(guān)盒型(krüppel-asssociated box，KRAB)[7]。

多種多樣的空間結(jié)構(gòu)使ZFP具有豐富的功能，如DNA的識(shí)別與結(jié)合、RNA的修飾與剪接、基因的轉(zhuǎn)錄激活與調(diào)控、蛋白質(zhì)的折疊與組裝以及脂質(zhì)的結(jié)合等[4]。此外，除了識(shí)別結(jié)合DNA外，ZFP還可與某些RNA、DNA-RNA雜交分子和蛋白質(zhì)等結(jié)合并發(fā)揮作用[9]。

2 與OS疾病相關(guān)的ZFP

2.1 促進(jìn)OS進(jìn)展相關(guān)的ZFP 研究表明，ZFP的異常表達(dá)在某些方面有助于OS的發(fā)生發(fā)展，如E盒結(jié)合鋅指蛋白1(zinc finger e-box binding homeobox 1，ZEB1)。ZEB1也稱(chēng)TCF8，位于染色體10p11.2，屬C2H2型ZFP，與調(diào)控干細(xì)胞分化和細(xì)胞的增殖、衰老和凋亡相關(guān)[10]。據(jù)報(bào)道，ZEB1敲低可促進(jìn)OS細(xì)胞凋亡，并通過(guò)下調(diào)NF-kB/iNOS信號(hào)通路抑制細(xì)胞增殖或侵襲[11]。

微小核糖核酸(micro RNA，miRNA)是一類(lèi)長(zhǎng)度為20～24個(gè)堿基的微小RNA，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。有研究發(fā)現(xiàn)ZEB1是miR-340的直接靶標(biāo)，miR-340通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)ZEB1的表達(dá)抑制細(xì)胞增值和促進(jìn)細(xì)胞凋亡以增強(qiáng)OS對(duì)順鉑的敏感性[12]。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)已被證明在許多疾病狀態(tài)下失調(diào)，因其在包括OS在內(nèi)的各種疾病中的作用而受到越來(lái)越多的關(guān)注。作為ZEB1的反義RNA，lncRNA ZEB1-AS1在OS組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，且其高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)，可促進(jìn)OS細(xì)胞的增殖和遷移。在機(jī)制上，ZEB1-AS1直接結(jié)合并招募p300到ZEB1的啟動(dòng)子區(qū)域，激活ZEB1轉(zhuǎn)錄，ZEB1-AS1可通過(guò)表觀遺傳激活ZEB1的表達(dá)[13]。而LncRNA HOTAIR可以作為miR-217的內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)，上調(diào)ZEB1表達(dá)以促進(jìn)OS的進(jìn)展[14]。有研究發(fā)現(xiàn)LncRNA PCAT-1通過(guò)降低miR-508-3p表達(dá)并激活其靶基因ZEB1調(diào)節(jié)OS的發(fā)展，PCAT-1/miR-508-3p/ZEB1可能是OS患者的候選治療靶點(diǎn)[15]。此外，PCAT6也被證實(shí)可作為miR-143-3p的海綿抑制其活性，導(dǎo)致ZEB1水平升高，以達(dá)到促進(jìn)OS進(jìn)展的功能[16]。此外，X連鎖鋅指蛋白(zinc finger X-chromosomal protein，ZFX)也被報(bào)道在OS的惡性增殖過(guò)程中作為癌基因起作用。

ZFX也稱(chēng)ZNF926，位于染色體Xp22.11，屬C2H2型ZFP家族的成員。ZFX蛋白包含一個(gè)轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域，一個(gè)核定位序列和一個(gè)由13個(gè)C2H2型鋅指組成的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。研究表明，敲低ZFX可以降低人OS細(xì)胞Saos-2和MG63的增殖和克隆形成能力，而ZFX siRNA對(duì)OS細(xì)胞具有抗腫瘤作用[17]。ZFX是一種促進(jìn)OS細(xì)胞生長(zhǎng)的新型增殖調(diào)節(jié)劑，可以作為OS腫瘤治療的新分子靶點(diǎn)[18]。

OS患者常表現(xiàn)為肺轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致高患者死亡率，而在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的過(guò)程是必不可少的。EMT轉(zhuǎn)錄因子(EMT-transcription factors，EMT-TF)的過(guò)表達(dá)與OS的不良預(yù)后相關(guān)。作為EMT-TF，ZEB1被證實(shí)可抑制正常骨發(fā)育及OS中的成骨細(xì)胞分化。在OS細(xì)胞中，ZEB1的過(guò)表達(dá)通常與DLK-DIO3位點(diǎn)的沉默有關(guān)，該位點(diǎn)在OS細(xì)胞中的表觀遺傳學(xué)再激活可降低ZEB1表達(dá)、誘導(dǎo)分化，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)治療敏感[19]。ZEB1還受到SIRT1的正向調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了OS的EMT過(guò)程和轉(zhuǎn)移[20]。在OS細(xì)胞中，ZEB1被證實(shí)是miR-708-5p的直接靶基因，miR-708-5p可通過(guò)下調(diào)ZEB1的表達(dá)，抑制OS細(xì)胞的EMT進(jìn)程，從而抑制OS的遷移和侵襲[21]。此外，GLI-Kruppel家族成員2(GLI-Kruppel family member 2，GLI2)被報(bào)道在OS組織中表達(dá)較配對(duì)正常組織高，其過(guò)表達(dá)可促進(jìn)OS細(xì)胞的遷移和侵襲能力。在體外實(shí)驗(yàn)中，GLI2敲低可減少OS的肺部轉(zhuǎn)移[22]。

GLI2位于染色體2q14.2，屬GLI家族，是C2H2型ZFP，也稱(chēng)THP1，是刺猬信號(hào)通路的重要成員之一，與胚胎發(fā)生相關(guān)[23]。GLI2敲低后促進(jìn)了OS細(xì)胞周期阻滯在G1期，并伴隨細(xì)胞周期加速因子cyclin D1、SKP2和磷酸化Rb蛋白表達(dá)的降低和p21的升高[24]。GLI2是miR-141-3p的直接靶標(biāo)，miR-141-3p可以負(fù)調(diào)節(jié)GLI2及其下游甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白1，miR-141-3p對(duì)OS細(xì)胞中增殖和凋亡的作用是通過(guò)GLI2途徑實(shí)現(xiàn)的[25]。此外，miR-202也被報(bào)道作為一種腫瘤抑制因子，通過(guò)下調(diào)GLI2表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)OS細(xì)胞增殖和凋亡。除GLI2外，敲低ZFX也可導(dǎo)致G0/G1期細(xì)胞周期停滯和亞G1期細(xì)胞的顯著增加[17]。

柚皮苷是一種柑橘類(lèi)生物類(lèi)黃酮，具有抗炎作用以及心臟和神經(jīng)保護(hù)作用，在多種癌癥類(lèi)型中均具有抗腫瘤作用。在OS中，柚皮苷通過(guò)抑制ZEB1的表達(dá)來(lái)抑制細(xì)胞增殖和侵襲，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡，導(dǎo)致cyclin D1、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-2和bcl-2的下調(diào)[26]。對(duì)阿霉素耐藥的人OS細(xì)胞中ZEB1蛋白表達(dá)升高，而SIAH1的過(guò)表達(dá)可以抑制ZEB1的表達(dá)，并增加OS細(xì)胞的Dox敏感性[27]。

Wnt信號(hào)通路是癌癥進(jìn)展中發(fā)揮作用的經(jīng)典通路之一，可通過(guò)調(diào)節(jié)ZEB1促進(jìn)膠原蛋白修飾酶Loxl2表達(dá)，促進(jìn)c-Fos誘導(dǎo)的OS形成。c-Fos/AP-1通過(guò)啟動(dòng)子結(jié)合直接調(diào)節(jié)OS細(xì)胞中Wnt7b和Wnt9a的Wnt配體表達(dá)，Wnt7b和Wnt9a又通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子Zeb1和Zeb2促進(jìn)小鼠和人OS細(xì)胞中的Loxl2表達(dá)。因此，可考慮將Wnt或Loxl2作為OS腫瘤治療的新分子靶點(diǎn)[28]。

2.2 抑制OS進(jìn)展相關(guān)的ZFP 除促進(jìn)OS發(fā)生發(fā)展外，也有幾種ZFP作為OS的抑癌基因被報(bào)道，如ZNF652。ZNF652基因位于染色體17q21.32，屬C2H2型ZFP，具有轉(zhuǎn)錄因子活性，參與RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，主要作為轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞核中發(fā)揮作用，在乳腺癌、外陰癌等癌癥中被報(bào)道為促癌基因[29]。然而，在OS中ZNF652被報(bào)道是miR-337-3p的下游基因。circVRK1作為miR-337-3p的微RNA海綿，促進(jìn)ZNF652表達(dá)，從而抑制OS的增殖、遷移和侵襲，即circVRK1通過(guò)調(diào)節(jié)miR-337-3p/ZNF652軸抑制OS的進(jìn)展[30]。ZNF281也稱(chēng)GZP1、ZBP99、ZBP-99或ZNP-99，基因位于染色體1q32.1，屬C2H2型ZFP，具有與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄抑制活性，可與RNA聚合酶Ⅱ順式調(diào)節(jié)區(qū)序列特異性結(jié)合，參與基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控，主要定位于核質(zhì)中[31]。據(jù)報(bào)道，ZNF281在OS患者組織中表達(dá)下調(diào)，且低表達(dá)的患者預(yù)后較差。在OS患者的組織中，ZNF281與ROCK1呈負(fù)相關(guān)，但與miR-144呈正相關(guān)，ZNF281可以通過(guò)上調(diào)miR-144來(lái)下調(diào)ROCK1，以抑制OS中的癌細(xì)胞侵襲和遷移[32]。

ZFP36也稱(chēng)TTP、GOS24、TIS11、RNF162A，屬CCCH型ZFP，具有多種生物學(xué)功能，具有與特定mRNA 3'-UTR區(qū)富含AU區(qū)域結(jié)合的活性，是核糖核蛋白復(fù)合物的組分之一，基因定位于染色體19q13.2[33]。有報(bào)道顯示，ZFP36在OS鄰近組織中的表達(dá)高于腫瘤組織，ZFP36表達(dá)升高可顯著延長(zhǎng)OS患者的總生存期(overall survival，OS)和無(wú)進(jìn)展生存期(progression-free survival，PFS)[34]。MCP-1誘導(dǎo)蛋白(MCP1-induced protein，MCPIP1)，也稱(chēng)ZC3H12A，位于染色體1p34.3，是CCCH型ZFP，屬于ZC3H12基因家族，該家族共有4個(gè)成員，分別為ZC3H12A、ZC3H12B、ZC3H12C和ZC3H12D，其保守性強(qiáng)，是巨噬細(xì)胞活化的負(fù)調(diào)節(jié)因子[35]。有報(bào)道顯示，在OS臨床樣本中，MCPIP1的3'-UTR可被miR-421特異性靶向結(jié)合，從而表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)OS生長(zhǎng)[36]。但是ZFP36和MCPIP1在OS中的具體作用機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步探索。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，不同ZFP受到不同種類(lèi)的方式調(diào)節(jié)，在OS的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中具有不同的作用，各種ZFP在OS中的異常表達(dá)與OS的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后關(guān)系密切(見(jiàn)表1)。盡管近年來(lái)人們對(duì)ZFP的研究不斷深入，但就現(xiàn)狀來(lái)看，還有許多與OS相關(guān)的ZFP沒(méi)被發(fā)現(xiàn)，并且還有許多ZFP的作用機(jī)制尚未完全闡明，仍有待于進(jìn)一步的研究與探索。OS的病理機(jī)理十分復(fù)雜，而ZFP家族作為真核生物最大的轉(zhuǎn)錄因子家族，還有許多功能機(jī)制等待發(fā)掘。目前應(yīng)更加關(guān)注ZFP在OS中的生物學(xué)功能和調(diào)控作用，為今后OS的臨床診斷、分子分型、靶向治療和預(yù)后預(yù)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

表1 ZFP在OS疾病進(jìn)展中的作用