Runx3與胃癌的研究現(xiàn)狀

Runx3與胃癌的研究現(xiàn)狀【摘要】目的探討Runx3抑癌基因與胃癌的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系及其在胃癌中沉默機(jī)制。方法在PubMed上檢索有關(guān)文獻(xiàn)并綜述。結(jié)果Runx3抑癌基因的失活與胃癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，啟動(dòng)子過(guò)甲基化和雜合缺失是其基因沉默的主要機(jī)制。結(jié)論為胃癌等惡性腫瘤的診療提供新的策略和方案。

【關(guān)鍵詞】胃腫瘤；抑癌基因；Runx3

Runx3基因是一個(gè)腫瘤抑制基因，其功能缺失與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。自2002年日本學(xué)者Li等［1］首先報(bào)道Runx3有調(diào)節(jié)胃上皮細(xì)胞的增生與凋亡平衡的作用以來(lái)，Runx3與胃癌發(fā)生、發(fā)展的相關(guān)研究已成為胃癌研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)?，F(xiàn)對(duì)Runx3與胃癌的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1Runx3基因、蛋白結(jié)構(gòu)及其功能

Runx3來(lái)自Runt結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子，是轉(zhuǎn)錄因子Runx家族成員之一，Runt區(qū)域轉(zhuǎn)錄因子也稱PEBP2/CBF，是TGF-β超家族信號(hào)重要的靶目標(biāo)，在哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程中扮演重要角色。該基因家族在哺乳動(dòng)物有3個(gè)成員Runx1、Runx2、Runx3，它們的產(chǎn)物都是由α和β亞單位構(gòu)成的異二聚體［2］，具有不同生物學(xué)功能，Runx1與造血功能有關(guān)，Runx2是重要的骨生成調(diào)節(jié)因子，Runx3對(duì)脊神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)發(fā)育及胃黏膜上皮細(xì)胞的增生調(diào)控和T細(xì)胞的分化起重要作用［1，3］。

Runx3基因位于人染色體的，基因全長(zhǎng)約67kb，含有P1和P2兩個(gè)啟動(dòng)子，6個(gè)外顯子和1290bp的開放閱讀框，內(nèi)含子1跨越了整條基因全長(zhǎng)的一半。兩個(gè)啟動(dòng)子區(qū)域均含數(shù)個(gè)分離的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，其中Runx3mRNA主要來(lái)自于P2啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄［3］。兩個(gè)啟動(dòng)子的GC含量不同，P2啟動(dòng)子GC含量高。在外顯子2相當(dāng)于啟動(dòng)子P2的位置和外顯子6的起始部位有兩個(gè)大CpG島［4］。

人類Runx3蛋白是α、β兩個(gè)亞單位構(gòu)成的異二聚體，包含415個(gè)氨基酸殘基，α亞單位含有一個(gè)RD保守域，RD位于Runx蛋白的氨基酸末端，由128個(gè)氨基酸組成，介導(dǎo)Runx蛋白與DNA結(jié)合以及蛋白質(zhì)之間的相互作用［5，6］。α亞單位介導(dǎo)RD與靶DNA結(jié)合，β亞單能增強(qiáng)RD與靶DNA的結(jié)合力［7］。

Runx蛋白的羧基端富含脯氨酸和絲氨酸，對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控起重要作用［2，7］。

2Runx3與胃癌的相關(guān)研究及其抑癌機(jī)制

Runx3與胃黏膜的關(guān)系Li等［1］研究發(fā)現(xiàn)敲除Runx3的小鼠胃黏膜明顯增厚，Runx3-/-小鼠培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)TGF-β誘導(dǎo)的生長(zhǎng)抑制和凋亡作用不敏感，且Runx3-/-小鼠胃組織中半胱天冬酶3無(wú)活性［1］。Fukamachi等［8］研究發(fā)現(xiàn)Runx3缺失時(shí)胃黏膜細(xì)胞處于低分化狀態(tài)。這些觀察表明Runx3是胃黏膜上皮主要生長(zhǎng)調(diào)控因子，是胃上皮細(xì)胞中重要的致凋亡因素。

胃癌中Runx3表達(dá)情況研究發(fā)現(xiàn)，胃癌中Runx3的表達(dá)明顯下調(diào)或缺失。Li等［1］應(yīng)用RT-PCR、Southernblot和原位雜交方法對(duì)15株胃癌細(xì)胞系和46例胃癌組織標(biāo)本的Runx3mRNA表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)47%的胃癌細(xì)胞系中Runx3無(wú)或低表達(dá);%的胃癌組織中Runx3無(wú)表達(dá)或低表達(dá)，Runx3的表達(dá)率與胃癌臨床分期呈負(fù)相關(guān)。所以認(rèn)為Runx3基因與胃癌的發(fā)生、發(fā)展有著極其密切的關(guān)系，并且隨著胃癌分期的增高表達(dá)進(jìn)一步降低。Osaki等［9］應(yīng)用Western印跡法分析了6株胃癌細(xì)胞系Runx3蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，結(jié)果50%的細(xì)胞系Runx3表達(dá)陽(yáng)性，與Li等報(bào)道的結(jié)果基本一致;此外，還通過(guò)免疫組化法揭示83例正常胃黏膜組織均有Runx3表達(dá)，而對(duì)應(yīng)的腸上皮化生組織和癌組織中均無(wú)Runx3表達(dá)［9］。

Runx3與胃癌的相關(guān)性Li等［1］報(bào)道Runx3-/-、p53-/-小鼠胃黏膜培養(yǎng)細(xì)胞能建立裸鼠種植腫瘤，而Runx3+/+、p53-/-小鼠胃黏膜上皮培養(yǎng)細(xì)胞則不能，這表明Runx3功能缺失可能誘導(dǎo)了胃癌的發(fā)生。Guo等［10］以胃癌細(xì)胞系作為感受態(tài)細(xì)胞，將外源性Runx3基因分別轉(zhuǎn)染克隆體，結(jié)果顯示，Runx3高表達(dá)克隆組細(xì)胞生長(zhǎng)抑制最明顯，Runx3低表達(dá)組次之，說(shuō)明Runx3的表達(dá)量與胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線成負(fù)相關(guān)。Sakakura等［11］研究發(fā)現(xiàn)胃癌原發(fā)灶和腹膜轉(zhuǎn)移灶Runx3mRNA表達(dá)較正常胃黏膜明顯下調(diào)，尤以腹膜轉(zhuǎn)移灶下降程度最著。將轉(zhuǎn)染外源性Runx3的胃癌細(xì)胞系注入裸鼠腹腔，結(jié)果轉(zhuǎn)染組腹腔內(nèi)極少有種植結(jié)節(jié)，而無(wú)轉(zhuǎn)染對(duì)照組動(dòng)物腹腔內(nèi)有大量的、明顯的種植結(jié)節(jié)形成。因此認(rèn)為Runx3基因的失表達(dá)與胃癌的腹膜轉(zhuǎn)移發(fā)生有關(guān)。Wei等［12］揭示胃癌組織中Runx3表達(dá)水平與患者的生存期密切相關(guān)。Peng等［13］通過(guò)對(duì)120例胃癌組織中Runx3表達(dá)與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)的相關(guān)分析，揭示Runx3的轉(zhuǎn)錄可能與胃癌組織中VEGF的表達(dá)下調(diào)有關(guān)。因此Runx3基因沉默可能會(huì)加速胃癌的生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

Runx3抑癌機(jī)制Runt區(qū)域轉(zhuǎn)錄因子與TGF-β超家族成員共同介導(dǎo)一些重要的生物學(xué)效應(yīng)。TGF-β與其跨膜受體Ⅰ和Ⅱ結(jié)合，產(chǎn)生受體異四聚體復(fù)合物，從而發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng)［14］，此過(guò)程中Smad蛋白起重要的作用。TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的配體、受體和胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子Smad蛋白共同組成一個(gè)抑制腫瘤信號(hào)的通路。通路異常即可引起信號(hào)紊亂，促進(jìn)多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展［15］。Runx3蛋白是TGF-β信號(hào)通路下游的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，Runx蛋白與DNA結(jié)合，在TGF-β/BMP信號(hào)傳導(dǎo)中起重要作用。只有在Runx蛋白的參與下，Smad復(fù)合物才能從細(xì)胞質(zhì)內(nèi)轉(zhuǎn)入核內(nèi)的功能靶點(diǎn)，與Runx蛋白共同轉(zhuǎn)錄激活靶基因，從而對(duì)細(xì)胞的分化、周期調(diào)控、凋亡和惡性轉(zhuǎn)化起作用［16］。當(dāng)Runx基因表達(dá)受抑制時(shí)，影響TGF-β信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生。

Chi等［17］研究顯示Runx3是p21基因的下游調(diào)控子，p21在細(xì)胞生長(zhǎng)周期中有重要作用，其通過(guò)抑制周期素依賴性蛋白激酶表達(dá)而使細(xì)胞周期停滯于G1期。p21啟動(dòng)子包括5個(gè)Runx結(jié)合位點(diǎn)，即3個(gè)完全匹配的a、b、c位點(diǎn)和2個(gè)部分匹配的d、e位點(diǎn)，當(dāng)Runx結(jié)合域突變時(shí)，p21啟動(dòng)子的活性明顯降低，而Runx3和Smad3協(xié)同表達(dá)時(shí)p21啟動(dòng)子被激活，從而使細(xì)胞對(duì)TGF-β反應(yīng)增強(qiáng)。Runx3的抑癌活性與其誘導(dǎo)p21表達(dá)的能力相關(guān)，p53也是通過(guò)調(diào)控p21表達(dá)活性來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)周期，故兩者作用機(jī)制類似，但作用的信號(hào)通路不同。最近有研究顯示恢復(fù)Runx3表達(dá)可導(dǎo)致cyclinD表達(dá)下調(diào)，相反p27和caspase3、7和8則表達(dá)上調(diào)。這可能是Runx3誘導(dǎo)凋亡的潛在機(jī)制［14］。

因此，Runx3抑癌機(jī)制主要通過(guò)TGF-β信號(hào)通路協(xié)同Smad蛋白激活p21調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)周期，并通過(guò)下調(diào)cyclinD表達(dá)和上調(diào)p27和caspase3、7和8的表達(dá)而誘導(dǎo)凋亡。

3胃癌中Runx3基因表達(dá)降低或缺失的機(jī)制

Runx3基因突變與表達(dá)基因突變是抑癌基因沉默的主要機(jī)制之一，然而文獻(xiàn)報(bào)道突變不是Runx3表達(dá)下調(diào)的主要機(jī)制［1，12，18］。

Runx3基因雜合性缺失與表達(dá)Li等［1］應(yīng)用熒光原位雜交技術(shù)對(duì)15個(gè)胃癌細(xì)胞系和46例胃癌組織Runx3DNA倍體進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20%的胃癌細(xì)胞系和30%的胃癌組織中的Runx3為異倍體。并采用RT-PCR方法和原位雜交方法分別對(duì)這些發(fā)生雜合缺失胃癌細(xì)胞系和胃癌組織標(biāo)本進(jìn)行Runx3mRNA表達(dá)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)除1例胃癌組織可以檢測(cè)到Runx3mRNA表達(dá)外，其余均無(wú)Runx3mRNA表達(dá)。22例Ⅰ期胃癌中有3例Runx3存在雜合缺失，2例Ⅱ期胃癌沒有發(fā)現(xiàn)雜合缺失，14例Ⅲ期胃癌中3例Runx3存在雜合缺失，8例Ⅳ期胃癌中Runx3全都發(fā)生雜合缺失變化，說(shuō)明Runx3的雜合缺失是胃癌中Runx3失活的原因之一，并且Runx3的雜合缺失和胃癌的分期有關(guān)。

Runx3甲基化是胃癌中Runx3表達(dá)下調(diào)的主要原因啟動(dòng)子異常甲基化在基因表達(dá)調(diào)控、DNA修復(fù)、基因穩(wěn)定及基因抑制方面起重要作用。Runx3啟動(dòng)子P2區(qū)域有一個(gè)典型CpG島，理論上說(shuō)明DNA甲基化可調(diào)控P2的轉(zhuǎn)錄。

Li等［1］揭示Runx3低表達(dá)或失表達(dá)都與Runx3啟動(dòng)子P2區(qū)域CpG島過(guò)甲基化有關(guān)。Guo等［10］用N2甲基2N2亞硝基脲誘導(dǎo)鼠胃癌，從中建立4株胃癌細(xì)胞系，結(jié)果僅一株細(xì)胞系有微量的Runx3mRNA表達(dá)，其他3株細(xì)胞系均無(wú)Runx3mRNA表達(dá)，這3株Runx3基因沉默細(xì)胞系在Runx3啟動(dòng)子區(qū)域亦存在明顯甲基化，所有細(xì)胞系經(jīng)過(guò)DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑52氮唑22脫氧胞苷、組蛋白去乙酰酶抑制劑曲古抑菌素共同處理后均恢復(fù)了Runx3表達(dá)。Waki等［19］檢測(cè)了10株胃癌細(xì)胞系、93例胃癌組織及相應(yīng)正常胃黏膜組織Runx3基因啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)，結(jié)果7株胃癌細(xì)胞系、42例胃癌組織和7例正常胃黏膜組織存在甲基化。此外，對(duì)19例尸檢的正常胃黏膜組織Runx3甲基化狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其中3例存在甲基化，但年齡均≥77歲，提示除高齡患者外Runx3甲基化幾乎是癌特異性的。Kim等［20］對(duì)75例胃癌和各種胃癌前期病變組織Runx3甲基化狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在胃癌組織中Runx3甲基化發(fā)生率為64%，而在各種胃癌前期病變組織中也存在不同程度的Runx3甲基化，其中胃腺瘤%、慢性胃炎伴腸上皮化生%和慢性胃炎不伴腸上皮化生%。而在有腹膜轉(zhuǎn)移的胃癌標(biāo)本100%發(fā)現(xiàn)Runx3甲基化［11］。因此認(rèn)為Runx3甲基化發(fā)生隨癌前期病變向癌的方向發(fā)展而增加，從原位癌到進(jìn)展期胃癌Runx3甲基化率隨之升高，說(shuō)明Runx3甲基化從胃癌的發(fā)生到胃癌的發(fā)展都有很重要的意義。Homma等［21］發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)胃癌細(xì)胞系、胃癌組織和配對(duì)的正常胃黏膜組織均存在Runx3基因5′端CpG島的甲基化，而在被視為導(dǎo)致基因沉默的關(guān)鍵部位——轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近區(qū)域的甲基化發(fā)生率較低，分別為40%、53%和11%。因此認(rèn)為，Runx3基因高甲基化起初發(fā)生在5′端CpG島，進(jìn)而向轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)展，最終導(dǎo)致Runx3mRNA失表達(dá)，Runx3基因CpG島多區(qū)域甲基化狀態(tài)檢測(cè)對(duì)胃癌的診斷及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要意義。

4小結(jié)

Runx3作為一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的抑癌基因，在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育、凋亡和以細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)及其他生物學(xué)效應(yīng)方面有著重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。其啟動(dòng)子P2區(qū)域CpG島的過(guò)甲基化和雜合缺失是Runx3基因沉默的主要機(jī)制。Runx3的轉(zhuǎn)錄失活或表達(dá)下調(diào)可致胃黏膜上皮細(xì)胞的過(guò)度增生和分化異常，進(jìn)而參與胃癌的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。Runx3有望成為一個(gè)惡性腫瘤，特別是胃癌發(fā)生發(fā)展的生物學(xué)標(biāo)記物和腫瘤基因治療的靶點(diǎn)，有可能為胃癌等惡性腫瘤的診療提供新的策略和方案。

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