转录因子SP1对肿瘤转移的调控

转录因子Sp1对肿瘤转移的调控闫隆鑫1，刘波1*，任海军2*摘要转录因子SP1（transcriptionfactorSp1，SP1）在人体细胞中普遍表达并参与调控细胞增殖、凋亡及胚胎发育等生理活动。实验证实SP1在肿瘤细胞中存在异常表达，并积极调控肺癌、胃癌、乳腺癌等肿瘤的转移、恶变，但对其参与肿瘤细胞转移的机制，尤其在不同细胞系中，SP1的表达量及蛋白修饰，对肿瘤转移各阶段的影响，还不甚明确。本文整理了近期关于SP1参与调控肿瘤转移的研究及SP1的协同调控因子，藉此探究SP1在肿瘤监测及治疗中的发展方向。关键词：转录因子SP1;肿瘤;转移0引言肿瘤细胞的转移意味着肿瘤恶性程度增加，大部分肿瘤患者在临床确诊时已经存在肿瘤转移，常规治疗死亡率极高；而一旦诊断为肿瘤，由于不能确定其是否转移，往往会接受过度治疗，因此有关肿瘤细胞转移活性的检测是肿瘤治疗的关键。良性肿瘤发展为转移性肿瘤至少包括四个相互关联的过程：肿瘤细胞表面黏附分子减少，肿瘤间粘附能力下降；原细胞间基质分解，并在肿瘤细胞诱导下重建适宜肿瘤生长的基质；肿瘤细胞变形并生长出伪足，通过血管、淋巴管迁移到特定的侵入点；肿瘤细胞分裂增殖，在新区域生成血管，成为肿瘤组织[1]。转录调控因子参与调控相关蛋白的表达，往往存在异常表达的情况，在肿瘤转移过程中起到至关重要的调控作用。因此对肿瘤中转录调控因子的检测，能够在早期判断肿瘤转移的情况并对肿瘤转移的活性加以抑制。SP1是人体细胞中广泛存在的转录调控因子，属于Sp/KLF锌指家族，通常作为主要的GC盒转录激活因子参与调控目标基因的表达。SP1的羧基端含有三个锌指结构，能够特异性结合DNA启动子的GC盒；SP1蛋白中段为其活化区，参与调控目的基因表达以及与其他转录调控因子的结合[2]；氨基端有一蛋白水解位点，能够引起泛素化诱导的SP1分解[3]。SP1在结合到目的基因启动子的同时，可以招募其他调控因子及SP1本身参与表达调控，因而与DNA的结合能力、转录调控区活性以及SP1在细胞内的含量对SP1参与的调控有重要的意义[4,5]。SP1在肿瘤初期大量积累并积极调控肿瘤发展的各个阶段[6]，过表达的SP1参与诱导肿瘤增殖、凋亡，但对肿瘤转移的调控，不同肿瘤细胞系对SP1过表达有着不同基金项目：大连市卫生局医学研究课题（WSJ/KJC-01-JL-01）；中央高校基本科研业务费（DUT15LK16）；作者单位：1.大连理工大学生物医学工程系，辽宁省大连市，116024；2.大连市友谊医院普外科，辽宁省大连市，116100；通信作者：任海军，E-mail:[e-mail];刘波，E-mail:[e-mail];作者简介：（1996-），男，本科，在读本科生，主要研究方向生物医学工程的响应。因而，本文对肿瘤转移的不同阶段，SP1参与调控的机制及蛋白修饰的情况进行分析，探究SP1在肿瘤治疗、预防中的新方向。1SP1在肿瘤细胞中的积累实验表明SP1在肿瘤形成初期大量积累并存在过表达，进而调控肿瘤相关进程[6]。文献表明肿瘤细胞中主要有三条通路促进SP1的表达与累积：低氧条件下，SP1的mRNA通过IRES（internalribozymeentrysite）对核糖体进行招募并快速翻译为SP1蛋白，SP1基于IRES的转录依赖于核仁素（nucleolin）的磷酸化及SP1的5＇UTR对核仁素的招募[6]；c-Jun氨基末端激酶1（c-JunNH(2)-terminalkinase1，JNK1）、热休克蛋白90（Heatshockprotein90，Hsp90）、细胞外调节蛋白激酶（extracellularregulatedproteinkinases，ERK）磷酸化SP1的Thr278、Thr739位点，增强SP1的稳定性并避免泛素化修饰诱导的分解[7,8]；Pin1（prolylisomerase1）与Thr739磷酸化的SP1相互作用，深度磷酸化SP1的Ser720、Thr723、Thr7377位点，改变SP1羧基端结构并使SP1在有丝分裂中期退出细胞核[9]。除上述途径外，类泛素相关修饰（SUMO）的SP1能够招募RNF4作为E3泛素化连接酶，进而诱导SP1的泛素化导致水解，上文提到JNK诱导的Thr278、Thr739位点磷酸化可以抑制泛素化诱导的SP1水解。[10]。同时，部分非编码RNA，如miR-22、miR-335、miR-375等[11-13]，能够结合SP1的mRNA序列，进而抑制SP1的表达。实验表明肿瘤中SP1的过表达能促进肿瘤组织的增殖，但对肿瘤转移的影响尚不明确；PP2A（proteinphosphatase2A）能够对SP1进行去磷酸化并调控SP1与DNA的结合能力[14]，是否有类似的去磷酸化机制调控SP1的细胞含量以适应肿瘤转移进程还有待研究。2SP1对肿瘤细胞黏附能力的影响细胞粘附蛋白包括钙黏素、整合素、选择素等多种蛋白分子。在上皮性肿瘤中，E-钙黏素（E-cadherin）表达的减少常作为肿瘤入侵性增强的标志[15]，E-cadherin的启动子包括SP1、ZEB（zincfingerE-boxbindinghomeobox）结合位点在内的多个转录调控区[1]。虽然SP1能促进E-cadherin的表达[16]，但前列腺癌、乳腺癌等细胞中E-cadherin启动子存在去乙酰化[15]以及甲基化[1]修饰，并抑制SP1对E-cadherin表达的促进。除了直接调控E-cadherin的表达，SP1对其余调控因子，如转录激活因子Slug[17]、miR200b[18]等，调控E-cadherin的表达起到重要作用，实验表明SP1可能参与其余调控因子结合E-cadherin启动子的过程。对肿瘤中E-cadherin的表达SP1能起到促进作用，但根据细胞基因型不同促进程度也不尽一致。高入侵性肺癌细胞中，SP1表达降低并伴随着E-cadherin表达降低，促进β连环蛋白（β-catenin）核易位并发挥其相应调控功能[16]。除E-cadherin外，SP1同样调控其他细胞粘附蛋白的表达：结肠癌、胃癌及肝癌细胞中，ZEB增强SP1的稳定性并与SP1协同上调cadherin-11、整合素α5的表达，提高肿瘤的入侵性[19]；乳腺癌细胞中，雌激素受体α（estrogenreceptorα）对整合素α5的调控同样依赖于对SP1的招募；缺氧条件下，SP1与低氧诱导因子-1（hypoxiainduciblefactor-1，HIF-1）共同参与调控跨膜糖蛋白CD147的表达，同时CD147通过诱导其下游的PI3K、MAPK/ERK磷酸激酶通路调控SP1的磷酸化及其活性，形成正反馈调控机制并促进肿瘤的转移[20]。对SP1表达及功能的抑制能降低细胞粘性蛋白在肿瘤中的表达，就此而言SP1对肿瘤转移起到一定程度的抑制作用；临床数据表明高表达的SP1往往伴随着极差的生存预期[21]，因此SP1对肿瘤表面粘附因子的调控可能并不是SP1参与肿瘤转移的关键，不过这也意味着可以通过药物激活SP1对肿瘤细胞黏附因子调控，实现对肿瘤转移的抑制。3SP1对细胞间质重建的影响与细胞粘附因子不同，细胞间质不仅抑制癌细胞的生长与转移，还能在肿瘤细胞的调控下分解并重建，使肿瘤细胞可以通过重建的细胞间质进行转移[22]。肿瘤细胞中，基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase,MMP）作为主要的细胞间质分解酶参与细胞间质重建，实验表明其表达含量与肿瘤入侵性成正相关[23]。MMP家族中的MT1-MMP、MMP-2、MMP-9是强力的细胞间质分解酶，对SP1的抑制能起到降低MMP家族含量及抑制肿瘤细胞的迁移的作用[23-25]，但现有文献只对胶质瘤细胞进行实验分析，并证明SP1含量升高对应胶质瘤转移性的提升并伴随MMP-2表达的升高[23]；上文提到，SP1参与调控CD147的表达，而CD147在肺癌细胞中诱导下游MMP家族表达升高[26]。同时通过分析酪氨酸蛋白激酶等参与MMP家族的调控机制，磷酸激酶通路对SP1的磷酸化对其参与MMP家族的调控起到重要作用[25,27,28]。另外一种细胞间质分解因子，尿激酶型纤维蛋白溶酶原激活质（urokinase-typeplasminogenactivator，uPA）及其受体uPAR，在肿瘤中表达升高并伴随肿瘤转移能力增强[29]。SP1对uPA的调控能力不仅体现在直接结合其启动子并促进其表达，部分调控因子对uPA的调控也需要招募SP1参与[30-32]；除此之外，实验发现辐射诱导的uPA启动子低甲基化[33]以及JNK、ERK等激酶通路诱导的uPA表达升高[30]与SP1参与调控密切相关。值得关注的是，已有实验证明uPAR参与调控uPA表达以及下游ERK、JNK激酶通路[34]，ERK、JNK又通过影响SP1的磷酸化调控uPAR、uPA的表达[29,30]，因此在肿瘤入侵性增强的过程中可能存在有关uPA表达的正反馈调控机制[35]。对于SP1参与的细胞间质分解，磷酸激酶途径对SP1的调控起重要的作用，相对的SP1表达含量在这一过程中并没有起到主要作用，因此SP1可能通过招募其他调控因子来调控细胞间质分解而不是SP1本身进行调控。4SP1对血管生成的影响当肿瘤生长到一定大小时，新血管的形成既为肿瘤转移提供途径，同时能够保证肿瘤继续生长。肿瘤组织的增殖、转移往往伴随环氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）、血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）[36]等的异常表达，通过增强血管通透性及内皮细胞活动促使血管生成。VEGF的启动子包括SP1、雄激素受体（androgenreceptor，AR）[37]、转化生长因子-β（transforminggrowthfactor-β）[38]等多种结合位点，其中五个SP1结合位点有一个与其余四个位点距离较远，SP1参与VEGF的调控可能既通过招募其余调控因子到VEGF启动子，又在结合位点聚集区形成SP1特有的群聚调控[37]。与SP1参与uPA调控类似，磷酸激酶途径调控SP1的磷酸化同样影响SP1对VEGF的调控能力[39-41]，包括SP1与DNA的结合能力以及转录功能区的活化。有研究表明缺氧是诱导VEGF在肿瘤中表达的重要因素，COX-2[42]、P53[43]在缺氧状态下诱导血管生成同样基于SP1对VEGF的调控。VEGF与COX-2的上游蛋白表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR），能够激活下游磷酸化通路，并参与调控SP1对COX-2[44]、VEGF[45]启动子的绑定。同时，EGFR的表达同样受到SP1的调控[46]，有趣的是SP1能与HDAC结合并参与调控EGFR启动子的去乙酰化，这种去乙酰化机制可能对肿瘤中EGFR的异常表达起到重要作用。抑制肿瘤血管生成是目前肿瘤治疗的热点，而SP1与肿瘤内微血管的密度密切相关[47]。目前并不清楚SP1参与调控原位肿瘤生长还是转移瘤的生长或两者均有，但SP1毫无疑问是调控肿瘤组织血管生长的重要因子，在肿瘤转移进程中是否存在激活-抑制-激活的方式调控血管生长还有待研究。5总结与展望以往的研究中，SP1的过表达被认为能够促进肿瘤的增殖和凋亡[48]，但在肿瘤转移的过程中，SP1起到的作用尚不明确。尽管对肿瘤转移的多个过程，SP1都参与调控，但对于肿瘤转移的关键步骤，即肿瘤细胞的迁移，却鲜有SP1参与调控的报道。肿瘤细胞迁移包括细胞骨架的改变以及伪足的形成等，虽然暂无SP1直接参与肿瘤细胞迁移的报道，但有研究表明SP1调控PTEN、波形蛋白、转移关联蛋白（Metastasis-associatedprotein，MTA）等与细胞骨架相关的蛋白表达[49-51]，对肿瘤迁移能力的实验也显示SP1影响肿瘤细胞的迁移能力，可以预见SP1同样参与细胞骨