转录因子TBX3的研究进展

张 硕，乌兰其其格(综述)，达林泰(审校)

(内蒙古医科大学附属医院口腔科颌面外科，呼和浩特 010050)

T-box(TBX)基因家族成员在脊椎动物和无脊椎动物的胚胎发育过程中起重要的调节作用，尤其在胚胎的形态和组织发生过程中更为突出。TBX蛋白作为转录因子调节其下游效应基因的表达[1]。目前人、鼠、鸡、蝾螈、斑马鱼等物种的遗传物质均表达TBX蛋白，这些能表达TBX蛋白的基因被称为TBX基因。TBX转录因子可以表达在相同的组织和发育时间段中，在控制其表达水平，随定时和定位的表达中发挥不同的功能，并且与不同辅助因子具有相互协同作用。TBX基因中相同的亚型具有不同的亚细胞定位，表达水平和功能具有独特性。已有研究表明，剪接作用在调节TBX蛋白活动中具有潜在的作用[2]。

1 TBX3的结构

TBX3有两个亚型TBX3和TBX3+2a，正常情况下TBX3表达在早期胚胎内胚层，但在成熟个体四肢中弱表达[3-4]。TBX3与TBX2蛋白相比，这两个蛋白中有70～100个相同氨基酸残基，具有近70%的同源性蛋白[3]。

2 TBX3的生物学功能

2.1TBX3在胰腺发育中的作用 Begum等[5]通过对小鼠胰腺中TBX3的表达，发现TBX3发生始于胚胎胰腺间充质，TBX3表达在胎儿后期胰腺血管中上皮源性内分泌细胞与导管上皮细胞和出生后以及成人胰腺外分泌组织中。TBX3可能以转录因子的表达模式作用于胰腺发育过程中。

2.2TBX3在胚胎干细胞中的作用 近年来，有研究发现，TBX3可提高多功能干细胞产品质量的重现编程和生殖系传递效率[6]。TBX家族基因编码的转录因子参与调节胚胎的发生和胚外发展，特别是胚胎的发生和胚外发展所需要的早期细胞命运的决定，如形成基本脊椎动物身体的计划和参与中胚层形成的早期感应式发展阶段。有报道，TBX3是胚胎干细胞的自我更新调节器，以及增加胚芽生殖细胞系能力诱导式多能性干细胞[7-8]。

2.3TBX3在心脏发育中的作用 van den Boogaard等[9]通过对成年小鼠的心肌细胞进行检测发现,TBX3是在体内的转录抑制剂，其抑制许多共同定位于离子通道基因的增强剂，包括聚集钠通道的基因心脏钠离子通道α亚单位Ⅴ以及对心脏功能发挥重要作用的心脏钠离子通道α亚单位Ⅹ基因，该结果研究表明，TBX3直接抑制心脏钠离子通道α亚单位Ⅴ和心脏钠离子通道α亚单位Ⅹ等通道基因在传导系统的一个重要功能是直接调控的电生理特性。

Bakker等[10]研究表明，TBX3可以使成熟功能性心肌细胞转化为自律细胞。TBX3有效地抑制细胞间钠通道和钾通道的传导。TBX3重新编码终末分化的心肌细胞和诱导主要的起搏器性能，其主要功能是通过减少细胞耦联克服电流负载不匹配，及减少钾通道密度使心脏舒张期除极从而促进生理起搏器的形成，表明TBX3在生物起搏器中可以作为诱发成熟功能性心肌细胞转化为自律细胞的一个重要因素。

2.4TBX3在乳腺和尺骨中的作用 TBX3是作用于多种组织发生的一种重要编码转录抑制因子的基因，其单倍剂量不足时可致尺骨-乳腺综合征，尺骨-乳腺综合征是常染色体显性遗传疾病，发病率为1/10万[3,11]。尺骨-乳腺综合征主要的特点是由后前肢缺乏或重复，大汗腺/乳腺腺体发育不全或功能障碍，头发、生殖器及牙体缺损。

2.5TBX3在下丘脑与髓质中的作用 Eriksson等[12]报道，在成年小鼠大脑中的转录因子TBX3产生于弓状核(包括神经肽Y，但不是多巴胺能神经元)、组胺结节乳头核和胆碱能孤束核的3个离散的神经元群体中。TBX3在这些神经元免疫反应蛋白的细胞核中出现，与其作为转录因子功能一致。TBX3在这些神经元中的功能尚未明确，TBX3突变可能导致尺骨-乳腺综合征患者的这些神经元群体异常突变，从而解释了尺骨-乳腺综合征患者出现肥胖、性功能障碍等症状的原因。

2.6TBX3在骨生长与发育中的作用 TBX3作用于骨骼发育，TBX3表达降低减少了成骨细胞的分化和成骨细胞分化的人类脂肪基质细胞[13-14]。这些研究提示,TBX3的重要功能与细胞和组织发生有重要关联。

2.7TBX3在肝脏中的作用 Suzuki等[15]通过研究发育中的小鼠肝母细胞发现，TBX家族转录因子作用于不同的组织，其作用在肝脏发育是未知的。TBX3突变在肝脏中的具体功能表现在多能肝祖细胞，即肝母细胞。从发育中的小鼠肝脏中分离TBX3缺陷的肝母细胞不能正常增殖以及无法控制肝胆血运隔离，如促进胆管上皮细胞分化，从而导致肝功能异常发育。TBX3缺失致肿瘤抑制因子p19ARF高表达，相反也可诱导肝母细胞生长停滞和激活胆管细胞分化。因此，TBX3主要的作用是通过抑制p19ARF表达和促进肝脏形成控制肝脏增殖与细胞凋亡。

2.8TBX3在黑色素瘤的作用 恶性黑色素瘤具有迅速进展和转移的生物学特征，对传统的化学和放射治疗不敏感。Rodriguez等[16]发现，TBX3可以通过结合并抑制上皮钙黏素基因促进其对黑色素瘤的侵袭性,表明黑色素瘤细胞中TBX3减少可导致上皮钙黏素水平升高，也可额外支持上皮钙黏素抑制作用，促进TBX3对黑色素瘤的侵袭作用。

2.9其他作用 TBX3基因表达产物主要作为转录因子，早期即在胚胎的肢芽边缘表达，参与细胞信号转导，从而影响机体发育和稳定，尤其在胚胎发育时期，对于四肢和乳腺的发育尤其重要，对外生殖器的发育，血细胞生成以及眼的发育都起着重要作用。有研究表明，TBX3和TBX2可能还在机体的复制性衰老中发挥作用[17]。在大多数研究中，TBX3具有抑制衰老的功能，从而促进细胞的增殖分化，抑制凋亡。TBX3原代细胞过度表达导致增殖[18-20]。TBX3低表达可减少一种细胞类型增殖凋亡的依赖性增加[13-14,21]。

3 TBX3信号通路

3.1p19ARF(p14ARF)/p53 TBX3包含一个保守的转录抑制结构域，并能抑制基础性激活转录[22]。TBX3的直接目标是识别p14ARF，与这些转录抑制因子控制细胞周期和细胞衰老，并交付ARF-murine double mimute2(MDM2)-p53通路在肿瘤发生过程中的抗增殖反应[23-24]。p14ARF还通过p53非依赖性途径调节细胞周期和细胞凋亡。p19ARF/MDM2/p53通路被过度增殖刺激时其细胞凋亡的功能将被激活，可引起癌基因的激活/过度表达。如myc和ras癌基因诱导p19ARF的表达，从而使p53能稳定和积累，导致p53蛋白水平增加，促进细胞凋亡和(或)细胞增殖周期阻滞，该功能是作为一个促进凋亡或干扰细胞癌变的默认机制[25-27]。p53介导的细胞凋亡的基因突变可导致癌症的发生。TBX2蛋白质可以下调p19ARF基因。

p19ARF(p14ARF)/p53既是肿瘤抑制途径，又是细胞衰老途径[19]。p14ARF和p53在人类多种肿瘤中存在高频率的突变。p19ARF(p14ARF)/p53途径有两个作用，体外激活p19ARF可以导致p53依赖的细胞增殖的停止，即导致细胞衰老，p19ARF-MDM2-p53途径可以防御细胞的恶性转化[28]。p14ARF蛋白能直接结合并抑制MDM2活性，使其不能介导p53的降解，p53蛋白启动p21Cip1的转录并诱导其引起G1/S和G2/S限制点的停顿，这种抑癌机制称为p14ARF/p53[29]。

p14ARF基因在细胞周期的调节和细胞凋亡的诱导中具有重要作用。ARF可通过p53依赖性途径引起细胞周期阻滞和细胞凋亡。MDM2可通过多种方式干扰p53，如干扰p53反式激活靶基因；通过把p53从细胞核运至细胞质，然后以蛋白酶体使之降解；通过MDM2的泛素连接酶使p53泛素化而抑制p53活性。ARF可抑制MDM2干扰p53的功能，使p53蛋白合成增加，从而引起细胞周期阻滞在G1～S期及G2～M期和诱导细胞凋亡[7]。p14ARF与p53、MDM2可组成相互调节的反馈环路，p14ARF表达与MDM2结合均能引起功能性p53水平的增加，从而引起细胞周期阻滞和诱导细胞凋亡[30]。增加的p53会把信息反馈给p14ARF的启动子，导致p14ARF转录的下调和p14ARF蛋白合成减少，同时增加的p53又会引起游离的MDM2与其结合，导致p53的降低[23]。

3.2p21WAF1/Cip1途径 已有研究表明，p53基因的突变体已经失去其诱导细胞凋亡能力，但保留能诱导p21和细胞周期阻滞功能，在不同的肿瘤模型中能够抑制淋巴瘤。被p21调节的突变的p53肿瘤抑制基因可以诱导衰老和保持染色体的稳定性。p21基因能诱导细胞周期停滞，可能导致在某些类型的癌症中的肿瘤抑制能力[31]。

目前已知有两条途径可诱导p21WAF1/Cip1：①依赖p53途径,p21是野生型p53蛋白转录调控的靶蛋白，当细胞遭受DNA损伤时,内源性野生型p53蛋白水平增高诱导p21蛋白合成增加,出现G1期停滞，突变型p53蛋白不能诱导p21表达[32]；②非依赖p53途径，一些生长因子等细胞外信号可诱导非依赖p53途径的p21表达[33]。

Prince等[34]发现，在体外和体内TBX2可以结合并抑制p21启动子。小分子干扰核糖核酸介导的TBX2可使p21表达下降，TBX2是一种新型的直接调节p21的因子，TBX调节衰老和癌变。TBX3与TBX2在TBX结构域有95%相同氨基酸残基，据此推测两者大部分功能可能相同，因此在体外和体内TBX3也可以结合并抑制p21启动子[34]。TBX3直接抑制p21Cip1/WAF1的启动子[20]。

TBX2和TBX3与癌症的发生有密切关系。尤其是这两个因子都能够抑制衰老，TBX2和TBX3过度表达可以导致主要抑制p53途径的p19ARF表达下调[16，35-36]。TBX2和TBX3可以作为转录抑制作用于细胞周期调控和多种癌症的发生，如它们能促进衰老旁路通过下调表达阴性细胞周期调控因子p19ARF和p21WAF1/Cip1/SDI1(p21基因)。内源性TBX2蛋白是p21启动子转录起始点的直接抑制剂，p21控制细胞衰老，TBX2抑制p19ARF和p21的表达，两者协同作用于抗衰老。TBX家族拥有高度相关的DNA结合特异性，表明TBX家族其他成员也可能对p21产生正或负性调节作用，其主要取决于TBX家族成员是转录激活剂还是转录抑制剂。TBX2结构域高度相同的TBX3，也是一个转录抑制剂，并且其与Ras在细胞转化中发挥作用。p21使癌基因Ras水平急剧增高导致生长停滞，而TBX3可以抑制p21表达，同时p21能够抑制p19ARF启动子，能够表明其与Ras共同作用。TBX2和TBX3能够抑制p19ARF和p21启动子。TBX2作为生长促进因子，有助于肿瘤的形成和侵袭[37]。

3.3与PTEN基因相关信号途径 PTEN(gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten)通过以下途径发挥作用：阻断磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/Akt信号通路，抑制细胞生存，促进细胞凋亡。蛋白激酶B/Akt在调控细胞生存/凋亡中发挥关键作用，其激活可抑制凋亡信号，使β1联蛋白积聚、糖原合成激酶3β磷酸化而失活，使凋亡前蛋白Bad、caspase-9磷酸化以抑制Bad与Bcl-xL的结合，同时上调生存信号。PTEN使三磷酸磷脂酰肌醇去磷酸化而阻断磷脂酰肌醇3-激酶/Akt信号通路，使Akt活性下降，从而使Akt介导提高细胞生存的效应发生逆转而促进细胞凋亡[38-39]。

三磷酸磷脂酰肌醇能激活蛋白激酶包括细胞膜中的结构域，以及Akt和Akt上游的激活物PDK1、PDK2。活化的Akt可使从膜中释放的Akt在胞质和核基质相互作用和磷酸化，抑制细胞凋亡及促进细胞存活。MDM2是Akt的一个底物，在Ser-166/186中Akt磷酸化MDM2，其在RXRXXS/T有与Akt激酶共同基序[40]。Hu等[41]研究发现,在Ser-166/186中MDM2磷酸化形成的复合物可以促进其核定位以及与p300相互作用,促进p53降解，也可抑制MDM2与ARF相互作用，因此在Ser-166/186中被Akt磷酸化的MDM2可以增加其活性，从而增加p53降解,抑制p53功能，PTEN和14-3-3σ是p53两个转录目标，现已明确通过下调MDM2能抑制Akt活性，激活p53的功能。PTEN能使三磷酸磷脂酰肌醇去磷酸化为二磷酸磷脂酰肌醇，不再激活PDK，导致Akt活性降低[42]。14-3-3σ直接结合Akt并且抑制其活性，反之，在Ser-166/186中PTEN和14-3-3σ降低MDM2蛋白的磷酸化增强p53活性[43]。因此，PTEN和14-3-3σ能够连接p53途径与Akt途径，形成一个正反馈通路，从而提高p53活性，并下调Akt活性。Akt激酶的异常激活可以导致Akt基因扩增。因此，MDM2被Akt激活，Akt磷酸化激活MDM2能够降解p53蛋白。Akt活性以及其对MDM2的调节通过多种因素对其起到正/负调节作用。

有研究发现，在头颈部鳞状细胞癌中，过度表达在HeLa和HEK细胞株的TBX3导致内源性PTEN信使RNA和蛋白水平的降低[44]。此外，转录活性分析表明，TBX3能够压制PTEN基础和诱导启动子活性，并抑制PTEN转录，影响癌细胞的发生和转移，在这种情况下，可能导致TBX3过度表达从而使癌细胞获得转移能力，并通过抑制PTEN，可以使细胞抵抗凋亡，使之有机会增殖和远处转移[44]。

4 展 望

TBX3异常表达于不同的癌症中，其分子机制尚未完全明确。然而，TBX3是参与调节细胞增殖和衰老途径的重要蛋白质之一。在癌症治疗上很大程度上依赖于怎样控制原发肿瘤细胞的转移能力，有越来越多的研究表明，TBX3在肿瘤转移中发挥着重要作用，在人体多种疾病，尤其在肿瘤的相关研究中进一步明确TBX3的潜在作用也是今后研究的热点。

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