DNA结合抑制因子4与肿瘤关系的研究进展

摘要：DNA结合抑制因子4（ID4）属于螺旋一环一螺旋（HLH）转录因子家族，它能够与碱性的HLH（bHLH）转录因子形成异二聚体，负性调节bHLH转录因子对相关基因的转录调控。ID4在人体正常组织和肿瘤中的表达不同，ID4基因启动子区域甲基化异常所致基因表达沉默或高表达与肿瘤的发生、发展及预后密切相关，ID4可能成为肿瘤治疗的潜在靶点及判断肿瘤预后的重要指标。

关键词：DNA结合抑制因子4；肿瘤；甲基化

中图分类号：Q75；R730

文献标志码：A

文章编号：1008-2409（2015）030153-05

DNA结合抑制因子（inhibitor of DNA binding，ID）又称分化抑制因子，它是螺旋一环一螺旋（helix-loop-helix，HLH）转录因子家族中的成员。大部分的HLH蛋白因含有1个与HLH相邻强碱性的结构域，被称为碱性HLH（bHLH）蛋白，它们能够以同二聚体或异二聚体的形式与DNA特定部位结合，从而调控相关基因的转录，促进细胞分化。ID蛋白由于不含碱性的DNA结合域，所以不能与DNA结合，但它可以通过与bHLH蛋白形成异二聚体，抑制后者与DNA的结合，是bHLH转录因子的负性调节因子。在哺乳动物细胞中发现了4种ID因子，分别是IDI，ID2，ID3，ID4，它们在细胞增殖、分化、凋亡，胚胎发育和器官形成，肿瘤形成和侵袭等过程中发挥重要作用。近年来，随着对ID4研究的深入，学者们发现其在正常组织器官和多种肿瘤中具有独特的作用，ID4基因启动子区域甲基化异常所致基因表达沉默或高表达等与肿瘤的发生、发展及预后密切相关，ID4可能成为肿瘤治疗的潜在靶点及判断肿瘤预后的重要指标。

1 ID4基因的结构特点及表达

人类的ID4基因位于6p21.3-p22染色体上，ID4基因启动子区富含GC的区域称为CpG岛，研究发现，CpG岛的甲基化、雌激素、雄激素、FSH、cAMP和地塞米松等能够影响ID4基因的正常表达，其中ID4基因启动子区CpG岛的甲基化被认为是影响其表达的主要负性因素，且与多种肿瘤的发生、发展密切相关。ID4基因广泛表达于人体正常的组织细胞，但在不同时期、不同组织器官其表达程度是不同的，如在成年人的大脑、胰腺、甲状腺等组织中呈高表达；在胚胎的肺、肾、脑等组织高表达，但在肝脏中不表达，对细胞增殖、分化，组织器官形成等起调控作用。在对人类肿瘤的研究发现，在不同来源、不同性质、不同程度的肿瘤组织中ID4基因的表达水平是不同的，它既可以作为癌基因，又可以作为抑癌基因参与肿瘤的发生、发展。

2 ID4与细胞增殖和分化

ID4蛋白能够促进细胞增殖、抑制细胞分化，主要通过以下途径来发挥作用：①ID4能够与某些bHLH蛋白结合，抑制后者的生物学活性，从而使细胞周期依赖性蛋白激酶（CDK）抑制因子p21相关基因的转录和表达受到抑制，间接促进了细胞周期的进程。②ID4能够与Rb蛋白、p107、p130结合，正常情况下Rb蛋白处于非磷酸化状态，并与E2F转录因子结合形成二聚体，使E2F促进下游基因转录的功能被抑制，使细胞处于G1期。而当ID4因子与Rb结合后影响了Rb蛋白的磷酸化状态和单体蛋白的浓度，使Rb蛋白对E2F-DPI转录因子的抑制作用减弱，促进细胞由G1期进入S期。③在体内外，骨形态发生蛋白（BMP）均可诱导神经祖细胞减少生成少突胶质细胞（OL），增加生成星形胶质细胞。ID4能够与OLIGI和OLIG2结合，介导BMP的信号效应，诱导BMP4对少突胶质细胞谱系定型抑制作用，即控制少突胶质细胞的分化时限，抑制少突胶质细胞的产生，促进神经祖细胞分化为星形细胞。④ID4与E2A结合形成异二聚体，抑制受E2A调节的细胞周期抑制蛋白CDKI p2lCipl /Wafl的表达，从而抑制少突胶质细胞祖细胞的分化，阻碍神经酰胺半乳糖转移酶或髓磷脂碱蛋白的启动子区活性，差异调控髓鞘基因产物表达和亚细胞分布，对髓鞘的形成起抑制作用。

3 ID4与肿瘤

ID4在人体正常组织中的表达存在组织特异性和阶段特异性，而在人类多种肿瘤组织中ID4的表达水平亦是不同的，当其高表达时可促进肿瘤的发生发展，被认为是一种癌基因（如在星形细胞瘤SNB19细胞系、一小部分膀胱癌、小鼠乳腺癌中）；而当其启动子区域发生甲基化导致基因表达沉默时也促进了肿瘤的发生发展，被认为是一种抑癌基因（如在结肠癌、胃癌及大部分血液系统肿瘤中）。

3.1 ID4在神经系统肿瘤中的作用

Borinstein等研究人类神经系统肿瘤（如星形细胞瘤SNB19细胞系、成胶质细胞瘤和少突胶质细胞瘤等）时发现，ID4基因在以上肿瘤细胞中呈高表达，它能够促进细胞增殖、抑制细胞分化，从而使正常的细胞转变为肿瘤细胞，对肿瘤的形成起促进作用。同样，Martini等研究发现，ID4基因作为一种癌基因参与了脑胶质细胞瘤的形成，同时还发现该基因启动子区的高甲基化与较好的预后相关。

3.2 ID4在泌尿系统肿瘤中的作用

Wu等对膀胱癌的研究发现，ID4基因在大部分膀胱癌组织中的表达水平与在正常膀胱组织中的表达水平相比较无明显差异，但在一小部分膀胱癌组织中却发现了ID4基因的mRNA转录增加，呈高水平表达，认为ID4基因可能在这一小部分膀胱癌中起促癌作用，它可单独或与其他协同因子共同促进肿瘤的发生、发展。Yuen等报道，在原发性前列腺癌细胞核内ID4蛋白表达增多促进了前列腺癌远处转移，核内ID4蛋白的表达在Gleaso Score评分≥7分和<7分组之间差异有统计学意义，ID4蛋白表达增多可能是一个提示预后不良的标志。但Anna等研究发现，前列腺癌细胞中ID4基因启动子区发生了甲基化，细胞内ID4的表达下调，尤其在伴有临床症状和组织病理学异常的患者及复发的患者中明显。认为ID4启动子甲基化导致的ID4表达下调可能是前列腺癌的发病机制，ID4在前列腺癌中起肿瘤抑制基因的作用。吴剑等研究证实，ID4在肾透明细胞癌中的表达明显增加，提示ID4在肾透明细胞癌的发生中起重要作用，ID4可能是通过Rb/E2Fs途径来调控细胞周期的进程，从而促进癌细胞增殖。

3.3

ID4在消化系统肿瘤中的作用

有文献报道，在结直肠癌细胞中过表达的Cdc42能够诱导ID4基因启动子区CpG岛发生甲基化，从而使基因表达沉默，失去其抑癌作用。Julie等研究发现，在胃癌细胞系中ID4基因启动子发生了高甲基化，其表达沉默，使用去甲基化药物5-氮-2"-脱氧胞苷处理细胞系能够逆转ID4基因的甲基化，从而使基因重新表达，认为ID4在胃癌中起肿瘤抑制基因作用。同样，在食管鳞状细胞癌中也存在由于ID4基因启动子区高甲基化导致的ID4mRNA和蛋白表达受抑的现象。

3.4

ID4在乳腺癌中的作用

Shan等研究发现，在小鼠乳腺癌模型中ID4基因的表达增加，而BRCAI的表达降低，认为BRCAI-ID4调节环并未断裂，而过表达的ID4通过抑制乳腺上皮细胞分化、促进细胞增殖引起乳腺癌的发生。Fontemaggi等研究表明，在p53阳性，特别是Her-2阳性的乳腺癌患者中，ID4的表达明显升高，而p53突变可能是该基因表达上调的主要原因。另有研究认为在野生型p53乳腺癌患者中ID4基因可能抑制了肿瘤的形成，而在突变型p53患者中ID4基因则通过增加肿瘤细胞的耐药性等途径促进了肿瘤的生长，从而发挥癌基因的作用。最近Hafez等报道，在三阴性乳腺癌患者中ID4基因高甲基化的频率明显高于非三阴性乳腺癌患者，且ID4基因的甲基化程度随着肿瘤分级增加、肿瘤增大及淋巴结转移数量的增多而增大，认为ID4是作为抑癌基因发挥作用的，ID4基因的甲基化在乳腺癌的发生发展中起重要作用，并且可以作为预测乳腺癌有无早期转移的参考指标。以上研究结果表明ID4基因可能通过甲基化等多种途径调控乳腺癌的发生发展，不能简单将其理解为癌基因或抑癌基因。

3.5 ID4在血液系统肿瘤中的作用

在血液系统肿瘤中，于力等首次报道了ID4基因是一种新型的白血病抑癌基因。他们通过对小鼠白血病模型的研究发现，在小鼠白血病细胞中ID4基因启动子区域的DNA呈现出高甲基化状态并导致基因表达沉默，而在正常骨髓细胞中该基因处于非甲基化状态，应用逆转录病毒将编码ID4蛋白的核苷酸序列转入小鼠T细胞恶性肿瘤细胞系YAC-I后，在体外细胞培养及在免疫缺陷鼠皮下接种，均发现肿瘤细胞中ID4基因表达增加，并出现了肿瘤细胞生长受抑和凋亡增加。因此，首次提出ID4是一种新型的抑癌基因。随后研究发现，在正常人骨髓、外周血和外周血干细胞（PBSC）中ID4基因启动子区呈完全非甲基化状态，而在初治的急性髓系白血病（AML）和急性淋巴细胞白血病（ALL）中ID4基因的甲基化比例分别为84% （21/25）和86% （12/14），8例复发和难治的AL患者、急性红白血病5K62细胞系、AMLHL-60细胞系中该基因均呈甲基化状态。Chen等研究表明，在不同阶段的慢性淋巴细胞白血病（CLL）细胞中ID4基因启动子区的甲基化程度是不同的，且ID4基因启动子区的甲基化程度与患者存活时间之间呈负相关。在对儿童白血病复发病例进行回顾性分析时发现，未复发病例初诊时骨髓细胞ID4蛋白阳性率14.3%，缓解时ID4蛋白阳性率71.4%；而复发组初诊时骨髓细胞中均未检测到ID4蛋白的表达，再次缓解时ID4蛋白阳性率30.8%，提示ID4蛋白的低表达可能增加了疾病复发的风险。同样，在1项对白血病进行系统回顾和荟萃分析的研究表明，ID4基因启动子区的高甲基化是白血病尤其是AML的危险因素。Wang等报道，在骨髓异常增生综合征（MDS）中，ID4基因启动子区发生甲基化预示着其转变为白血病的风险增高。在多发性骨髓瘤（MM）的研究中发现，ID4基因启动子区在健康人的骨髓标本中呈非甲基化状态，而在MM细胞系及部分MM患者骨髓细胞中呈甲基化状态，表明MM患者ID4基因的甲基化状态发生了改变并具有特异性，提示ID4可能是MM新的基因标记，有助于MM的诊断和预后评估。

ID4因子具有复杂而多样的生物学功能，在不同肿瘤或同一肿瘤的不同阶段发挥着不同的作用，不能简单地将其描述为癌基因或抑癌基因。目前，关于ID4在人类多种肿瘤中的作用及具体机制还不十分清楚，有待进一步的研究。

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