TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中研究新进展

郭 琦(综述)，余英豪(审校)

(南京军区福州总医院病理科，福建医科大学福总临床医学院，福州350025)

2005年 Tomlins等［1］首次报道 TMPRSS2-ETS基因融合在前列腺癌发展中的作用。随后学者发现TMPRSS2-ETS基因融合发生于将近50%的前列腺癌中，而其中最常见的是跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembrane serine protease 2，TMPRSS2)基因与 ETS 基因亚类ERG基因的融合［2］。事实上，ERG基因被认为是前列腺癌中过表达常见的致癌基因［3］。现就TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中的研究新进展进行综述。

1 TMPRSS2和ERG基因结构

1.1 TMPRSS2基因结构 TMPRSS2基因位于染色体21q22.3位置，编码含有492个氨基酸的蛋白质，包括5个不同的区域，这些区域包含S1家族的一个丝氨酸蛋白功能区和一个富含半胱氨酸结构域的清道夫受体。TMPRSS2基因是Ⅱ型跨膜蛋白，对细胞生长和维持正常细胞形态具有重要作用。原位杂交表明TMPRSS2基因集中表达于前列腺基底细胞和前列腺癌细胞中［4］。

1.2 ERG基因结构 ERG(ETS-related gene)基因属于ETS基因家族的ERG基因亚类，位于染色体21q22.2，包括一个保守的80个氨基酸的ERG DNA结合域，结合DNA的5'-GGA(A/T)-3'序列，通常位于基因的启动子区域，与特异性DNA序列结合，上调或者下调基因的表达［5］;另外，ERG基因还包含保守的PNT蛋白作用区域［6］。ERG基因主要功能包括调控生长因子及其受体，参与信号转导及细胞周期相关基因的调控，阻碍和诱导细胞凋亡，调节造血系统的发育和分化，并且通过参与染色体的易位导致肿瘤，如尤文肉瘤、白血病及其他恶性肿瘤的发生［7］。

2 TMPRSS2-ERG基因异常融合的特点

TMPRSS2-ERG融合基因首次被 Tomlins等［1］利用综合计算和实验研究法证实为异常基因。大约50%的前列腺癌和30%雄激素去势抵抗疾病患者中出现TMPRSS2-ERG融合基因表达［8］。前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因的阳性率报道不一(40%～78%)，同时缺乏融合蛋白，TMPRSS2-ERG融合基因仅在少数病例中产生融合蛋白，即使产生TMPRSS2序列也很短，不参与生物学活动［9］。

TMPRSS2-ERG融合基因由TMPRSS2的5'非编码区与ERG致癌基因的5'末端并接产生。通过以一种闭合链形式平衡易位(不发生基因丢失)，或者通过中间缺失发生基因融合［8］。TMPRSS2-ERG基因融合在融合转录方面具有显著的多样性，至今共有19种转录变异体，T1-E4(TMPRSS2基因的5'非编码外显子1与ERG外显子4)基因融合是最主要的研究对象，而其他的还有 T1-E5、T1-E2、T2-E4和T2-E5［10］。

许多学者在TMPRSSS2-ERG与前列腺癌的肿瘤分期、Gleason分级和侵袭性等的相关性的认识上有分歧。Demichelis等［11］研究表明 TMPRSS2-ERG 融合基因阳性的前列腺癌可能更具侵袭性。另外，有报道ERG基因重排与肿瘤的风险指标，如肿瘤高分期和Gleason分级相关［12］，而其他一些学者研究并未发现TMPRSS2-ERG融合基因水平与术前血清PSA水平、TNM分期和Gleason评分相关［13］。

3 TMPRSS2-ERG基因融合在前列腺癌中作用机制

3.1 AR与基因融合 一般来说，基因融合要求两基因结构组在空间上靠近，位于基因组的不同位置，首先双链DNA断裂，随后进行DNA修复的错配，进而导致异常 DNA 重组［14］。Wu等［15］发现由于雄激素的刺激增加了TMPRSS2基因和ERG基因的空间联系，雄激素或雄激素受体(androgen receptor，AR)诱导染色体环化，致使TMPRSS2基因和ERG基因的共区域化导致基因融合。

Berger等［10］认为，DNA双链的断裂与组蛋白修饰的激活相关。AR肽结合区的TMPRSS2基因和ERG基因断裂点，含有丰富的甲基化组蛋白H3K79和乙酰化组蛋白H4K16。近来Yu等［16］发现基因组相关的AR和组蛋白修饰的激活，在TMPRSS2-ERG融合基因阳性患者中靠近断裂点。这些组蛋白修饰可能促进AR的结合和基因的融合。

此外，二氢睾酮限制性 AR募集酶能够诱导DNA双链的断裂。Haffner等［17］研究表明，二氢睾酮激动剂能够诱导AR介导的拓扑异构酶Ⅱβ募集至断裂点，这种酶依赖雌激素和AR调节转录产生短暂DNA双链的断裂。二氢睾酮显著提升胞嘧啶脱氨酶诱导激活剂的mRNA和蛋白表达，这种蛋白是一种淋巴组织特异性酶，能够使胞嘧啶变为尿嘧啶，最终导致DNA双链的断裂［18］。然后，AR通过共激活剂Gadd45募集胞嘧啶脱氨酶诱导激活剂至核染色质，诱导基因融合。

DNA断裂错配修复有两种主要方式，同源重组(HR)途径和非同源末端连接(non-homologous end joining，NHEJ)途径。在真核生物中，NHEJ途径是双链DNA断裂修复的主要途径［19］。通过双氢睾酮(dilydrotestosterone，DHT)刺激和增加双链DNA的断裂，一些蛋白包括毛细血管扩张失调蛋白(ataxia telangiectasia-mutated，ATM)被募集至断裂点，导致TMPRSS2-ERG基因融合。重要的是，药物抑制剂和小干扰 RNAs以 NHEJ途径部分为目标，减少了TMPRSS2-ERG融合基因的从头合成途径的形成［17］。

另外，Yu等［16］研究发现，ERG基因过表达显著降低前列腺癌中AR激动剂活性，TMPRSS2-ERG基因融合产物可以通过多样的和相互合作机制，包括直接抑制AR表达或者通过特异性基因位点降低AR信号，从而降低雄激素信号，抑制正常前列腺分化。

3.2 多聚ADP-核糖聚合酶1与基因融合 Brenner等［20］研究发现，TMPRSS2-ERG 融合基因，以非 DNA依赖方式与多聚(ADP-核糖)聚合酶1［enzyme poly(ADP-ribose)polymerase，PARP-1］和 DNA 蛋白激酶催化亚基相互作用，PARP-1和DNA蛋白激酶催化亚基表达和活化促使ERG基因转录和细胞侵袭性的发生。另外，PARP抑制剂可以抑制ERG融合基因蛋白活性，通过阻止ERG基因转录活性，抑制ERG基因相关侵袭性。然而，进一步研究发现，PARP抑制剂增强ERG基因介导的DNA损伤，况且ERG基因介导的转录是否直接与诱导DNA损伤相关，仍有待于深入研究。

3.3 核因子 κB与基因融合 核因子 κB(nuclear factor-κB，NF-κB)在前列腺癌的发生、血管形成、侵袭性以及患者生存率中发挥重要作用［21］。Wang等［22］报道TMPRSS2-ERG基因融合能够通过增加丝氨酸536p65的磷酸化，激活NF-κB转录活性。并利用组织芯片免疫组织化学技术，发现丝氨酸536p65蛋白存在于大部分前列腺癌中，与ERG基因蛋白表达相关，表明p65磷酸化在调节前列腺癌的进展中发挥重要作用。随后又进一步证实，Toll样受体4(TLR4)在增强融合基因表达细胞中p65丝氨酸536磷酸化起重要作用。TLR4激活促使丝氨酸536p65磷酸化，同时TLR4与小发夹RNA结合降低TMPRSS2-ERG融合基因表达细胞中丝氨酸536的磷酸化。另外，Kundu等［23］研究显示，革兰阴性菌感染的前列腺组织细胞，释放脂多糖激活TLR4，从而可能诱导肿瘤的发生。Wang等［22］研究表明，前列腺细菌感染可能促使高级别上皮内瘤变或者前列腺癌的发生，并且表达TMPRSS2-ERG融合基因。

3.4 富含半胱氨酸分泌蛋白3与基因融合 富含半胱氨酸分泌蛋白3(cysteine-rich secretory protein-3，CRISP3)由位于6p12.3染色体的基因编码，包括245个氨基酸，属于细胞外基质蛋白。Bjartell等［24］曾报道CRISP3与前列腺癌Gleason评分及前列腺癌的发生、发展相关。Ribeiro等［25］研究表明，ERG转录调节因子直接调节CRISP3表达，前列腺癌中高CRISP3的mRNA水平，同时也发现高ERG基因的mRNA水平和ERG融合基因，同样表明ERG基因和CRISP3在前列腺癌中的作用具有一定的相关性。TMPRSS2-ERG融合基因与一些代谢酶的上调和细胞黏附的胞外跨膜蛋白，细胞基质的改变和信号转导途径相关。利用染色质免疫沉淀法，发现ERG基因可与CRISP3蛋白激动剂结合，表明ERG基因转录调节因子直接调节CRISP3表达，加强了其在TMPRSS2-ERG基因融合阳性前列腺癌中的相关性。CRISP3水平在TMPRSS2-ERG基因融合阳性前列腺癌中是前列腺良性病变的53倍，是融合基因阴性前列腺癌的40倍，表明TMPRSS2-ERG基因融合促使CRISP3过表达介导肿瘤的发生。

4 TMPRSS2-ERG融合基因检测的临床应用

Sun等［13］利用多探针荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH)技术检测前列腺癌中TMPRSS2-ERG融合基因，发现ERG重排出现于78%的前列腺癌患者中。近来有学者发现融合转录不仅能够在前列腺标本中直接检测，在直肠指诊后的尿液中，用聚合酶链反应技术能够准确检测TMPRSS2-ERG融合基因［26］。Salami等［27］研究 45 例前列腺穿刺活检标本，其中前列腺癌15例，非前列腺癌30例，检测经直肠指诊后尿液沉淀物中TMPRSS2-ERG融合基因，发现10/15例(67%)前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因为阳性，而26/30例非前列腺癌患者检测为阴性，检测前列腺癌患者尿液中TMPRSS2-ERG融合基因的特异度为87%。通过尿液检测融合基因，相比于直接检测，消除了患者在活检时所产生的紧张情绪，这种非侵入性检测更容易被大众接受。

Furusato等［28］发现在前列腺全包埋的标本中，利用一种鼠抗ERG单克隆抗体，在区分前列腺癌病灶与正常前列腺组织具有高度特异性。近来检测发现在前列腺癌中，用免疫组织化学检测ERG蛋白表达与用FISH检测ERG重组具有很大的相关性［29］，随后Falzarano等［30］利用一种兔抗ERG单克隆抗体直接与TMPRSS2-ERG融合基因产物C末端结合，研究271例前列腺癌和112例前列腺非肿瘤病变患者，发现100例前列腺癌患者免疫组织化学检测ERG蛋白阳性，其中99例患者经FISH检测出现ERG基因重排，通过免疫组织化学检测ERG蛋白来预测ERG基因重排的灵敏度和特异度分别为96%和99%。另外，112例前列腺非肿瘤性病变患者免疫组织化学和FISH检测未检测到ERG蛋白和ERG基因重排。Chaux等［31］研究表明，ERG蛋白免疫组织化学表达能够准确定位前列腺癌中的TMPRSS2-ERG基因融合，进一步确定了ERG蛋白免疫组织化学在TMPRSS2-ERG基因融合中的地位［32］。另外，利用p63/ERG蛋白双重免疫组织化学标记将p63蛋白的高敏感性与ERG蛋白的高特异性结合，可用于疑难前列腺活检的诊断［33］。虽然，与融合基因具有重要关联的蛋白已被应用于免疫组织化学检测，仍需进一步的探索验证。

5 结语

学者们研究发现，TMPRSS2-ERG融合基因通过与AR、PARP1 和 DNA-PKcs、NF-κB 和 CRISP3 的相互作用介导前列腺癌的发生，因此可以通过对中间环节进行调控，从而避免或者改变TMPRSS2-ERG基因的融合发生。例如，前列腺癌中ETS-PARP1靶向基因治疗，尽管直接抑制转录因子，如ERG基因可能有困难，但是阻碍调节辅助因子(如PARP1)的功能是可行的［20］。因此，PARP1可以作为一个有前景的治疗目标。然而，当前关于融合基因治疗的靶基因尚未被证实，有待继续研究。

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