Runx3与胃癌的研究现状

【摘要】  目的 探讨Runx3抑癌基因与胃癌的发生发展的关系及其在胃癌中沉默机制。方法 在PubMed上检索有关文献并综述。结果 Runx3抑癌基因的失活与胃癌的发生发展密切相关，启动子过甲基化和杂合缺失是其基因沉默的主要机制。结论 为胃癌等恶性肿瘤的诊疗提供新的策略和方案。

【关键词】  胃肿瘤；抑癌基因；Runx3

Runx3（PEBP2αC/CBF A3/AML2）基因是一个肿瘤抑制基因，其功能缺失与多种恶性肿瘤的发生发展有关。自2002年日本学者Li等［1］首先报道Runx3有调节胃上皮细胞的增生与凋亡平衡的作用以来，Runx3与胃癌发生、发展的相关研究已成为胃癌研究领域的热点。现对Runx3与胃癌的研究现状做一综述。

    1  Runx3基因、蛋白结构及其功能

    Runx3来自Runt结构域转录因子（Runt domain transcription factors），是转录因子Runx家族成员之一，Runt区域转录因子也称PEBP2/CBF（polyomavirus enhancer-core binding protein 2/core binding factor），是TGF-β超家族信号重要的靶目标，在哺乳动物生长过程中扮演重要角色。该基因家族在哺乳动物有3个成员Runx1、Runx2、Runx3，它们的产物都是由α和β亚单位构成的异二聚体［2］，具有不同生物学功能，Runx1与造血功能有关，Runx2是重要的骨生成调节因子，Runx3对脊神经节的神经发育及胃黏膜上皮细胞的增生调控和T细胞的分化起重要作用［1，3］。

    Runx3（Runt related transcription factor 3 gene）基因位于人染色体的1p36.1，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（35kb）。两个启动子区域均含数个分离的转录起始点，其中Runx3 mRNA主要来自于P2启动子的转录［3］。两个启动子的GC含量不同，P2启动子GC含量高（64％）。在外显子2 相当于启动子P2 的位置和外显子6 的起始部位有两个大CpG岛［4］。

    人类Runx3蛋白是α、β两个亚单位构成的异二聚体，包含415个氨基酸残基，α亚单位含有一个 RD（Runt domain）保守域，RD位于Runx蛋白的氨基酸末端，由128个氨基酸组成，介导Runx蛋白与DNA结合以及蛋白质之间的相互作用［5，6］。α亚单位介导RD与靶DNA结合，β亚单能增强RD与靶DNA的结合力［7］。

    Runx蛋白的羧基端富含脯氨酸和丝氨酸，对基因的转录调控起重要作用［2，7］。

    2  Runx3与胃癌的相关研究及其抑癌机制

    2.1  Runx3与胃黏膜的关系  Li等［1］研究发现敲除Runx3（Runx3-/-）的小鼠胃黏膜明显增厚，Runx3-/-小鼠培养细胞对TGF-β诱导的生长抑制和凋亡作用不敏感，且Runx3-/-小鼠胃组织中半胱天冬酶3（caspase3）无活性［1］。Fukamachi等［8］研究发现Runx3 缺失时胃黏膜细胞处于低分化状态。这些观察表明Runx3是胃黏膜上皮主要生长调控因子，是胃上皮细胞中重要的致凋亡因素。

    2.2  胃癌中Runx3表达情况  研究发现，胃癌中Runx3的表达明显下调或缺失。Li等［1］应用RT-PCR、Southern blot和原位杂交方法对15株胃癌细胞系和46例胃癌组织标本的Runx3 mRNA表达进行检测，结果发现47%的胃癌细胞系中Runx3无或低表达;60.9%的胃癌组织中Runx3无表达或低表达，Runx3的表达率与胃癌临床分期呈负相关。所以认为Runx3 基因与胃癌的发生、发展有着极其密切的关系，并且随着胃癌分期的增高表达进一步降低。Osaki等［9］应用Western印迹法分析了6株胃癌细胞系Runx3蛋白质的表达情况，结果50%的细胞系Runx3表达阳性，与Li等报道的结果基本一致;此外，还通过免疫组化法揭示83例正常胃黏膜组织均有Runx3表达，而对应的肠上皮化生组织和癌组织中均无Runx3 表达［9］。

    2.3  Runx3与胃癌的相关性  Li等［1］报道Runx3-/-、p53-/-小鼠胃黏膜培养细胞能建立裸鼠种植肿瘤（腺癌），而Runx3+/+、p53-/-小鼠胃黏膜上皮培养细胞则不能，这表明Runx3功能缺失可能诱导了胃癌的发生。Guo等［10］以胃癌细胞系（Runx3-/-）作为感受态细胞，将外源性Runx3基因分别转染克隆体，结果显示，Runx3高表达克隆组细胞生长抑制最明显，Runx3低表达组次之，说明Runx3的表达量与胃癌细胞的生长曲线成负相关。Sakakura等［11］研究发现胃癌原发灶和腹膜转移灶Runx3 mRNA表达较正常胃黏膜明显下调，尤以腹膜转移灶下降程度最著。将转染外源性Runx3的胃癌细胞系注入裸鼠腹腔，结果转染组腹腔内极少有种植结节，而无转染对照组动物腹腔内有大量的、明显的种植结节形成。因此认为Runx3基因的失表达与胃癌的腹膜转移发生有关。Wei等［12］揭示胃癌组织中Runx3表达水平与患者的生存期密切相关。Peng 等［13］通过对120例胃癌组织中Runx3表达与血管内皮生长因子（VEGF）表达的相关分析，揭示Runx3的转录可能与胃癌组织中VEGF的表达下调有关。因此Runx3基因沉默可能会加速胃癌的生长和远处转移。

    2.4  Runx3抑癌机制  Runt区域转录因子与TGF-β超家族成员共同介导一些重要的生物学效应。TGF-β与其跨膜受体Ⅰ和Ⅱ（TβRⅠ和TβRⅡ）结合，产生受体异四聚体复合物（TβRC），从而发挥细胞内生物效应［14］，此过程中Smad蛋白起重要的作用。TGF-β信号转导通路的配体、受体和胞内信号转导分子Smad蛋白共同组成一个抑制肿瘤信号的通路。通路异常即可引起信号紊乱，促进多种肿瘤的发生和发展［15］。Runx3蛋白是TGF-β信号通路下游的一个转录因子，Runx蛋白与DNA结合，在TGF-β/BMP（bone morphogenetic protein）信号传导中起重要作用。只有在Runx蛋白的参与下，Smad复合物才能从细胞质内转入核内的功能靶点，与Runx蛋白共同转录激活靶基因，从而对细胞的分化、周期调控、凋亡和恶性转化起作用［16］。当Runx基因表达受抑制时，影响TGF-β信号通路的转导，从而诱导肿瘤的发生。

    Chi等［17］研究显示Runx3是p21基因的下游调控子，p21在细胞生长周期中有重要作用，其通过抑制周期素依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent Kinase，CDK）表达而使细胞周期停滞于G1期。p21启动子包括5个Runx结合位点，即3个完全匹配的a、b、c位点和2个部分匹配的d、e位点，当Runx结合域突变时，p21启动子的活性明显降低，而Runx3和Smad3协同表达时p21启动子被激活，从而使细胞对TGF-β反应增强。Runx3的抑癌活性与其诱导p21表达的能力相关，p53也是通过调控p21表达活性来调节细胞生长周期，故两者作用机制类似，但作用的信号通路不同。最近有研究显示恢复Runx3表达可导致cyclin D表达下调，相反 p27和caspase3、7和8则表达上调。这可能是Runx3诱导凋亡的潜在机制［14］。

    因此，Runx3抑癌机制主要通过TGF-β信号通路协同Smad蛋白激活p21调节细胞生长周期，并通过下调cyclin D表达和上调p27和caspase3、7和8的表达而诱导凋亡。

    3  胃癌中Runx3基因表达降低或缺失的机制

    3.1  Runx3基因突变与表达  基因突变是抑癌基因沉默的主要机制之一，然而文献报道突变不是Runx3表达下调的主要机制［1，12，18］。

    3.2  Runx3基因杂合性缺失与表达  Li等［1］应用荧光原位杂交技术（FISH）对15个胃癌细胞系和46例胃癌组织Runx3DNA倍体进行分析，结果发现20%的胃癌细胞系和30%的胃癌组织中的Runx3为异倍体。并采用RT-PCR方法和原位杂交方法分别对这些发生杂合缺失胃癌细胞系和胃癌组织标本进行Runx3 mRNA表达的检测，发现除1例胃癌组织可以检测到Runx3 mRNA表达外，其余均无Runx3 mRNA表达。22例Ⅰ期胃癌中有3例Runx3存在杂合缺失，2例Ⅱ期胃癌没有发现杂合缺失，14例Ⅲ期胃癌中3例Runx3 存在杂合缺失，8例Ⅳ期胃癌中Runx3全都发生杂合缺失变化，说明Runx3的杂合缺失是胃癌中Runx3失活的原因之一，并且Runx3的杂合缺失和胃癌的分期有关。

    3.3  Runx3甲基化是胃癌中Runx3表达下调的主要原因  启动子异常甲基化在基因表达调控、DNA修复、基因稳定及基因抑制方面起重要作用。Runx3启动子P2区域有一个典型CpG岛，理论上说明DNA甲基化可调控P2的转录。

    Li等［1］揭示Runx3低表达或失表达都与Runx3启动子P2区域CpG岛过甲基化有关。Guo等［10］用N2甲基2N2亚硝基脲诱导鼠胃癌，从中建立4株胃癌细胞系，结果仅一株细胞系有微量的Runx3 mRNA表达，其他3株细胞系均无Runx3 mRNA表达，这3株Runx3基因沉默细胞系在Runx3启动子区域亦存在明显甲基化，所有细胞系经过DNA甲基化转移酶抑制剂52氮唑22脱氧胞苷（deoxycytidine，AZA）、组蛋白去乙酰酶抑制剂曲古抑菌素（trichostatin，TSA）共同处理后均恢复了Runx3表达。Waki等［19］检测了10株胃癌细胞系、93例胃癌组织及相应正常胃黏膜组织Runx3 基因启动子甲基化状态，结果7株胃癌细胞系、42例胃癌组织和7例正常胃黏膜组织存在甲基化。此外，对19例尸检的正常胃黏膜组织Runx3甲基化状态进行检测，其中3例存在甲基化，但年龄均≥77岁，提示除高龄患者外Runx3甲基化几乎是癌特异性的。Kim等［20］对75例胃癌和各种胃癌前期病变组织（胃腺瘤77例、慢性胃炎伴肠上皮化生32例和慢性胃炎不伴肠上皮化生99例）Runx3甲基化状态进行检测，结果发现在胃癌组织中Runx3甲基化发生率为64%，而在各种胃癌前期病变组织中也存在不同程度的Runx3甲基化，其中胃腺瘤27.3%、慢性胃炎伴肠上皮化生28.1%和慢性胃炎不伴肠上皮化生8.1%。而在有腹膜转移的胃癌标本100%发现Runx3甲基化［11］。因此认为Runx3甲基化发生随癌前期病变向癌的方向发展而增加，从原位癌到进展期胃癌Runx3甲基化率随之升高，说明Runx3甲基化从胃癌的发生到胃癌的发展都有很重要的意义。Homma等［21］发现，大多数胃癌细胞系（90%）、胃癌组织（96%）和配对的正常胃黏膜组织（96%）均存在Runx3基因5′端CpG岛的甲基化，而在被视为导致基因沉默的关键部位——转录起始点附近区域的甲基化发生率较低，分别为40%、53%和11%。因此认为，Runx3 基因高甲基化起初发生在5′端CpG岛，进而向转录起始点区域扩展，最终导致Runx3 mRNA失表达，Runx3基因CpG岛多区域甲基化状态检测对胃癌的诊断及风险评估具有重要意义。

    4  小结

    Runx3作为一个新发现的抑癌基因，在调控细胞生长、发育、凋亡和以细胞的信号传导及其他生物学效应方面有着重要的转录调节作用。其启动子P2区域CpG岛的过甲基化和杂合缺失是Runx3基因沉默的主要机制。Runx3的转录失活或表达下调可致胃黏膜上皮细胞的过度增生和分化异常，进而参与胃癌的发生和发展过程。Runx3有望成为一个恶性肿瘤，特别是胃癌发生发展的生物学标记物和肿瘤基因治疗的靶点（如Runx3基因的导入、逆转甲基化治疗等），有可能为胃癌等恶性肿瘤的诊疗提供新的策略和方案。

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作者单位：广西南宁，广西医科大学第一附属医院胃肠腺体外科