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世界华人消化杂志. 2004-06-15; 12(6): 1380-1383
在线出版日期: 2004-06-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i6.1380
Runx3与胃癌关系的研究进展
毛晓韵, 辛彦
毛晓韵, 辛彦, 中国医科大学附属第一医院肿瘤研究所第四研究室 辽宁省沈阳市 110001
通讯作者: 辛彦, 110001, 辽宁省沈阳市和平区南京北街155号, 中国医科大学附属第一医院肿瘤研究所第四研究室. yxin@mail.cmu.edu.cn
电话: 024-23256666-6351 传真: 024-22703576
收稿日期: 2004-03-21
修回日期: 2004-04-09
接受日期: 2004-04-20
在线出版日期: 2004-06-15

Runx3基因是近年来发现的一个新的肿瘤抑制基因, 是Runx转录因子家族成员. 因其在小鼠胚胎发育过程及人类多种恶性肿瘤尤其是在胃癌的发生过程中起重要作用而倍受关注. 现介绍Runx3的结构功能、传导通路、编码蛋白的结构及分子生物学特征, 重点对Runx3基因与胃癌发生的关系及其分子机制的研究进展作一综述.

关键词: N/A

引文著录: 毛晓韵, 辛彦. Runx3与胃癌关系的研究进展. 世界华人消化杂志 2004; 12(6): 1380-1383
N/A
N/A
Correspondence to: N/A
Received: March 21, 2004
Revised: April 9, 2004
Accepted: April 20, 2004
Published online: June 15, 2004

N/A

Key Words: N/A


0 引言

胃癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一[1-5]. 研究表明胃癌是由于端粒酶激活、抑癌基因失活和癌基因激活等[6-10]引发的多因素、多阶段及多基因变异的综合病变过程. 因此, 从分子生物学及遗传学的角度上可看作是一类多基因疾病. 目前普遍认为, 尽管癌基因的存在是促进癌症发生所需要的, 但抑癌基因的失活在肿瘤的发生发展中所起的作用可能比癌基因的活化更常见、更重要. Runx3 (PEBP2aC/CBFA3/AML2)基因是近年新发现的一个肿瘤抑制基因, 因其在小鼠胚胎发育过程及人类多种恶性肿瘤的发生发展过程中起重要作用而倍受关注[11-17]. 现将对Runx3的结构功能、传导通路及目前Runx3在胃癌发生中的作用和致病机制等方面的研究现状作一综述.

1 Runx3基因及其蛋白结构
1.1 Runx3基因结构

人类Runx3 (runt-related transcription factor 3 gene)基因位于染色体1p36.1[18], 基因全长约67 kb, 含有P1和P2两个启动子, 6个外显子和1 290 bp的开放阅读框, 内含子1跨越了整条基因全长的一半(35 kb). 两个启动子都没有TATA盒而有CCAAT盒并且富含GC, 两个启动子区域均含数个分离的转录起始点, Runx3 mRNA主要来自于P2启动子的转录[17-18]. 两个启动子的GC含量不同, P2启动子GC含量高(64%), 理论上启动子P2发生甲基化的机率高于P1 [18-19]. P2含有CCAAT盒、E盒以及SP1和Egr-1的结合位点; P1也含有一个E盒并有大量的T细胞和B细胞特异的转录因子Ikaros, Ets, CREB/ATF结合位点. P1和P2转录成mRNA时分别产生含373 bp的5'-非编码区(5'-UTR)和含有2 554 bp的3'-非编码区(3'-UTR), 3'-UTR 缺多聚A尾[18]. 鼠的Runx3基因有两个大的CpG岛, 围绕着外显子2(相当于启动子P2的位置)和外显子6的起始部位. 在人类Runx3基因除了有两个与鼠相同的CpG岛外, 在近外显子2的部位还有一个明显的CpG岛, 这个区域缺乏SP1位, 由一个多态小卫星DNA构成, 有25 bp单位的29个拷贝[18].

1.2 Runx3蛋白结构

人类Runx3蛋白由415个氨基酸残基构成, 是转录因子Runx家族的成员, 目前已证明该基因家族在哺乳动物有三个成员Runx1, Runχ2和Runx3. 他们都是由a亚单位和b亚单位构成异二聚体. a亚单位含有一个128个氨基酸组成的RD(Runt domain)保守域. RD位于Runx的氨基末端, 包含一个S型免疫球蛋白折叠, 介导Runx蛋白与DNA结合以及蛋白之间的相互作用[20-21]. a亚单位介导RD与靶DNA基序PyGPyGGT的结合, b亚单位能增强RD与靶DNA的结合力[22]. Runx蛋白的羧基端富含脯氨酸和丝氨酸, 在转录调控方面起重要作用[22-23]. Runx与DNA偶联位点位于几个造血和骨形成相关基因的启动子调节域[24], 并调控这些基因的表达. 尽管Runx家族的基因产物有许多结构上的共性, 但各自有不同的生物学功能[20,24]. Runx1与造血功能有关, 30%的人类急性白血病伴有Runx1基因的改变[25]. Runχ2是重要的骨生成调节因子, 他的突变与人类锁骨颅骨发育不良等骨疾病有关[26-27]. Runx3对脊神经节的神经发育及胃黏膜上皮细胞的增生有调节作用[12-13].

2 Runx3畸变与胃黏膜癌变
2.1 Runx3敲除促进胃黏膜上皮增生

正常鼠的胃肠道和线虫的肠管内都表达Runx3, 表明Runx3的功能在生物进化过程中比较保守[28]. 动物实验研究发现, Runx3敲除的小鼠(Runx3-/-)的胃黏膜上皮较未敲除小鼠(Runx3+/-小鼠)相比, 呈明显的过度增生[13]. 进一步研究表明, Runx3敲除的小鼠胃黏膜上皮细胞对TGF-b诱导的凋亡产生抵抗作用, 而未敲除鼠胃黏膜上皮细胞的生长很明显地被TGF-b抑制. 提示胃黏膜过度增生是由于黏膜上皮细胞凋亡受到抑制引起的, 并且发现Runx3选择性的表达在凋亡最常见的胃黏膜上皮细胞, 而在胃增生活跃的干细胞带没有观察到Runx3的表达, 提示Runx3可能参与凋亡的过程. 肿瘤细胞的一个特性就是不能适时凋亡[29], 基于上述动物实验的结果, Runx3的表达改变很可能与人类胃癌的发生有关系, 有必要对胃癌Runx3表达进行检测.

2.2 胃癌Runx3表达降低/缺失

2.2.1 Runx3杂合性丢失与表达: Li et al[13]应用荧光原位杂交法(fluorescence in situ hybridization, FISH)对15例胃癌细胞系和46例手术切除的临床胃癌组织Runx3的DNA倍体进行分析, 发现Runx3大多是异倍体, 3/15株(20%)胃癌细胞系和14/46例(30%)胃癌组织存在Runx3杂合性缺失, 杂合性丢失率随肿瘤的演进逐渐增高(P<0.01). 进一步用RT-PCR、Northern杂交和原位杂交方法对胃癌细胞系和胃癌组织标本的Runx3 mRNA表达进行检测, 发现Runx3在6/15株(40%)胃癌细胞系无或低表达(包括Runx3杂合性缺失的3个细胞系); 28/46例(60.9%)胃癌组织Runx3无或低表达, 其中9/22例(41%)I期胃癌无Runx3表达, 1/2例(50%)II期、11/14例(79%)III期、7/8例(88%)IV期存在Runx3表达下调, 其下调的比例随肿瘤的演进而上升(P<0.01). 并且在这28例胃癌中, 其中13例检测出有Runx3杂合性丢失. 检测到杂合性丢失的14例胃癌组织中, 除1例外, 其余13例的胃癌组织都显示Runx3表达缺失, 检测到杂合性丢失的3株细胞系全有Runx3表达缺失, 表明了Runx3杂合性丢失与Runx3表达下调有关(P<0.05). Runx3的杂合性丢失是造成在胃癌中检测不到Runx3的表达的原因之一.

2.2.2 Runx3甲基化与Runx3表达: 启动子区CpG岛的甲基化与编码区的突变在肿瘤抑制基因失活方面有着同样的作用[30]. Runx3启动子P2区域有一个典型CpG岛, Li et al[13]用甲基化敏感酶和不敏感酶消化从15个胃癌细胞系分离出来的基因组DNA, 以检测他们的甲基化状态, 结果显示在Runx3低表达或不表达与Runx3启动子P2区域的甲基化有关(P<0.05). 又用甲基化特异性PCR(MSP)检测了6株代表性胃癌细胞系(3株表达Runx3, 3株不表达Runx3)及3例胃癌组织标本和配对癌旁正常胃黏膜标本的甲基化状态. 在3株不表达Runx3的细胞系(SNU1, MKN28, MKN74)中, Runx3的P2启动子区CpG二核苷酸序列的C残基完全甲基化, 而在表达Runx3的细胞系中(MKN1, RF1, RF48)却没有被甲基化. 同样, 3例Runx3表达阴性的胃癌组织标本, P2区域CpG岛C残基甲基化, 3例Runx3表达阳性的配对正常胃黏膜组织没有被甲基化, 提示P2启动子区甲基化是胃癌细胞不表达Runx3的可能原因.过甲基化所致的基因表达沉默是由于甲基化DNA的组蛋白去乙酰转移酶的恢复引起的[30]. 5'-氮唑2'-脱氧胞苷(deoxycytidine, AZA)是DNA甲基化转移酶的抑制剂, 能在离体情况下逆转启动子甲基化[31], 曲古抑菌素(trichostatin, TSA)是组蛋白去乙酰酶抑制剂, 如果CpG岛的过甲基化是基因表达下调的原因, 他们便能使甲基化失活的基因重新被激活从而得到表达[32]. 为了验证这一点, Li et al[13]培养了在AZA或TSA或二者共存条件下的NUGC3, MKN28, MKN74细胞系. 所有的三种细胞中的Runx3表达都被重新激活, 这进一步证实Runx3 P2区域CpG岛过甲基化导致了Runx3表达下调. Waki et al[33-34]检测了10株胃癌细胞系和93例胃癌病例癌组织及相应正常组织Runx3的甲基化, 在7株(70%)胃癌细胞系, 42例(45%)胃癌组织和7例(8%)相应正常胃黏膜组织检测出Runx3的甲基化. 他们还尸检了正常人胃组织Runx3甲基化状态, 发现在高龄(≥77岁)死者胃黏膜中有Runx3的甲基化, 提示除外年龄非常大的患者(≥77岁), Runx3甲基化几乎是癌特异性的, 有望成为胃癌早期诊断的分子标志物. Guo et al[35]用N-甲基-N-亚硝基脲诱导C3H 鼠胃癌, 从中建立4株胃癌细胞系: MGT-40E16 (E16), MGT-40E25 (E25)和MGT-93(93U), 他们的共同特性是无Runx3的表达, 继而用MSP方法发现Runx3启动子两个区域(-2 312, -2 028)和(-312, +12)存在甲基化, 并且利用AZA和TSA共同作用可以逆转Runx3的表达. 这提示我们可以探索以Runx3为治疗的靶点, 用诱导沉默Runx3基因重新表达的方法对胃癌进行基因治疗.

2.3 Runx3转染抑制胃癌细胞生长

Guo et al[35]研究了外源性Runx基因的导入后胃癌细胞的生长曲线, 选择了MGT-40E1胃癌细胞系(E1 Runx3-/-)作为感受态细胞, 分别转染克隆体C1(Runx3高表达), C2(Runx3低表达)和C3(Runx3低表达), 并以空载体导入组和无转染的E1 Runx3-/-作为对照组. 结果显示, C1克隆组抑制E1细胞的生长最明显, C2, C3其次, 空载体组胃癌细胞生长曲线与E1 Runx3-/-无明显差别. 结果证明, Runx3外源性基因的导入可以抑制胃癌细胞的生长, 并呈现剂量依赖性, Runx3的表达量与胃癌细胞的生长曲线成负相关.

2.4 Runx3突变与胃癌

Li et al[13]用PCR-SSCP分析方法检测胃癌组织和胃癌细胞系中Runx3表达下调是否是由于Runx3编码区域突变所致. 结果仅发现1/118例胃癌组织存在Runx3突变, 突变位点在Runx保守区np373 C-T的转换所致的第122位点精氨酸转变成半胱氨酸(R122C), 但未做其正常配对研究[13]. Guo et al[35]为证实R122C突变的意义, 分别将野生型和突变型Runx3基因(R122C)转染至MKN74(Runx3-/-), 用克隆形成法评价细胞的生存率. 结果发现Runx3野生型转染组可以明显抑制细胞克隆的形成, 而Runx3 R122C转染组与单纯转染空载体组相似, 不能抑制MKN74细胞的克隆性增生, 提示突变型Runx3(R122C)使Runx3的活性降低/失活. 但基于目前所发现的胃癌Runx3突变的频率很低, 因此突变与胃癌的关系还很难评价, 有待于进一步研究.

3 Runx3的抑癌机制

Runx3-/-裸鼠胃黏膜上皮细胞的增生可能是由于生长抑制和凋亡诱导因子TGF-b活性降低所引起[13]. TGF-b是多种细胞的生长抑制因子, TGF-b信号通路的紊乱可以导致各种不同肿瘤的发生发展. 活性TGF-b可以通过与有丝氨酸/苏氨酸活性激酶的跨膜受体TGF-b受体Ⅰ和Ⅱ(TbRⅠ和TbRⅡ)结合, 诱导这两种受体产生活性的异四聚体复合物(TbRC), 从而产生细胞内生物效应[26].这其中Smad蛋白发挥着重要的作用, 与TGF-b信号通路相关的Smad蛋白包括Smad2, Smad3, Smad4和 Smad7. Smad蛋白按功能可以分为3型: 受体调控型(R-Smads), 辅助型Smad(Co-Smads)和抑制型Smad(I-Smads), R-Smad包括Smad2和Smad3, Co-Smad包括Smad4, I-Smad包括Smad7. R-Smad可以被Smad 锚定受体激活物(Smad anchor for receptor activator, SARA)固定在细胞膜上, 并被活性TbRC复合物磷酸化激活, 并与Co-Smad结合转移到细胞核内, 与Runx3转录因子相互作用共同调控靶基因的转录[17,36-37]. Runx3蛋白与特异的基序PyGPyGGT结合, 并同其他辅助激活因子(co-activator)如YAP, P300/CBP和ALY等, 或辅助抑制因子(co-repressor)如mSIN 3A、TLE和Ear2等共同作用激活或抑制Runx特异性靶基因的转录[38]. 总之, Runx蛋白是TGF-b信号途径中一个非常重要的角色, 他与TGF-b超家族成员共同介导一些重要的生物学效应[35-36], Runx3功能的改变可以影响TGF-b信号的活性, 进而在胃癌的发生过程中起着重要的作用[35-36].

总之, Runx3作为一个新发现的抑癌基因, 调控细胞的生长发育和细胞的凋亡, 对细胞的信号转导和其他生物学效应有着重要而复杂的转录调节作用. Runx3的缺失或失活可以导致胃黏膜上皮细胞增生和分化的平衡失调, 导致胃黏膜上皮细胞的过度增生和分化异常[39], 进而参与胃癌的发生过程. Runx3有望成为一个胃癌发生的生物学标记和肿瘤基因治疗的靶点(如野生型Runx3基因的导入治疗等), 为胃癌的诊断和治疗提供新的途径. 但是Runx3基因的结构和功能、表达的调节机制、Runx3作用的下游靶基因以及Runx3调控网络在胃癌的发生过程中的作用机制等仍不十分清楚, 尚需进一步研究.

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