似果蝇粒状头样2基因与肿瘤关系的研究进展

魏明莉 曾 军 综述 黄 娜 审校

似果蝇粒状头样2基因与肿瘤关系的研究进展

魏明莉 曾 军 综述 黄 娜 审校

似果蝇粒状头样2基因(Grainyhead-like 2，GRHL2)是果蝇粒状头样基因在哺乳动物中的同源基因之一，是哺乳动物所具有的一种似果蝇粒状头样转录因子。在正常机体中，GRHL2参与调控上皮细胞的分化与发育，而对于肿瘤，GRHL2的作用是复杂的，既可抑制肿瘤的发生，也可以促进肿瘤的形成，特别是上皮来源的恶性肿瘤大部分都涉及上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)过程。进一步研究GRHL2与肿瘤的关系，将为肿瘤患者的临床诊治带来新的思路，本文就GRHL2与肿瘤的关系进行综述。

似果蝇粒状头样2基因；肿瘤；上皮-间质转化

似果蝇粒状头样2基因(Grainyhead-like 2，GRHL2)是果蝇粒状头样基因在哺乳动物中的同源基因之一，是哺乳动物所具有的一种似果蝇粒状头样转录因子。GRHL2的早期研究主要集中在哺乳动物发育的生物学功能方面。近年来，越来越多的研究发现GRHL2参与乳腺癌、结直肠癌、胃癌等肿瘤的发生发展[1-3]。GRHL2在不同肿瘤中的作用是不同的，既可以促进肿瘤的形成，也可抑制肿瘤的发生。进一步研究GRHL2在不同肿瘤中的作用，可为肿瘤患者的临床诊治提供新的思路。本文综述近年来GRHL2与肿瘤关系的研究进展，以期为肿瘤的诊治提供进一步信息参考。

1 GRHL2与其家族

果蝇粒状头样(Grainyhead，GRH)基因首先在果蝇中发现，是参与编码果蝇胚胎发育、表皮形态发生和中枢神经系统发育等相关过程的重要转录因子[4-5]。GRH基因家族从果蝇到人类都有高度的保守性，其在哺乳动物中的同源基因——似果蝇粒状头样基因(Grainyhead-like，GRHL)在结构及生物学功能上都与GRH有很强的相似性，都可以参与调控胚胎发育、表皮屏障形成及神经系统发育等。其基因家族在哺乳动物中有三个成员，目前被称为似果蝇粒状头样基因1(Grainyhead-like 1，GRHL1)、似果蝇粒状头样基因2(Grainyhead-like 2，GRHL2)和似果蝇粒状头样基因3(Grainyhead-like 3，GRHL3)，它们在序列和生物学方面都具有相似性[6-7]。研究表明它们主要存在于上皮组织，如表皮、口腔和嗅上皮、肾脏和泌尿生殖道、消化道、心肺等器官中[8]。这些基因包含可与DNA结合的免疫球蛋白折叠结构，此种结构与关键抑癌基因p53的DNA结合结构域同源。该基因家族可能是p53的原始基因[9]。

2 GRHL2的功能

GRHL2通过对E-cadherin 2号内含子和连接蛋白Cldn4核心启动子顺式调控原件的调控，调节上皮顶端连接复合体的形成，来参与调节上皮细胞的分化与发育。在肝脏，GRHL2通过调节参与紧密连接蛋白Cldn3和Cldn4的表达，提高肝小管上皮屏障功能，控制管腔扩张，促进上皮细胞形态发生[10-11]。在肾脏的集合管和输尿管GRHL2呈现高表达，GRHL2/Ovol2调节Cldn4和Rab25表达促进肾小管管腔扩张和肾小管上皮屏障的形成[12]。在肺组织，GRHL2参与肺泡上皮的发育，它对肺上皮细胞的形态发生和调节人气道上皮细胞的多种生理功能具有重要的作用，包括细胞形态发生、黏附、动力以及建立维持气道上皮屏障功能，并识别许多重要的靶基因[13-14]。GRHL2表达减少可致E-cadherin下调，支气管、肺泡上皮大量破坏，气道上皮细胞发生上皮间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)，促使肺纤维化。Varma等[15]研究发现，人和小鼠肺纤维化有重要的病理生理差异，表明了GRHL2在肺纤维化中上皮活化的重要作用。GRHL2也参与对神经系统和内耳发育的调控，在斑马鱼同源基因GRHL2b的研究中，显示GRHL2对于脑的形态发育、维持中脑-后脑边界具有重要作用[16]。Han等[17]利用斑马鱼Tol2转座子介导的基因捕获技术，模拟GRHL2引起DFNA28的过程，发现GRHL2通过促进Claudin b和Epcam在内耳中的表达来调控内耳上皮细胞间连接的发育，维持内耳腔内的组分和浓度，为耳石和半规管系统的正常发育提供必要的环境，从而保证了听力和平衡系统功能的正常运作。此外，GRHL2还通过控制胎盘滋养层细胞分支形态的发生，来影响胎盘功能[18]。GRHL2基因的突变则会引起一种常染色体隐性遗传性疾病——外胚层发育不良综合症[19]。

3 GRHL2与肿瘤

GRHL2不仅在正常机体生理功能中发挥着重要作用，在肿瘤的发生发展方面也起着非常重要的作用。越来越多的研究表明GRHL2与肿瘤的形成密切相关，在不同类型的肿瘤中GRHL2既可以作为转录激活子，亦可作为转录抑制因子发挥不同的作用[20]。

3.1 GRHL2与乳腺癌

在乳腺癌患者中，大部分为luminal A、luminal B和HER-2阳性型，而GRHL2出现表达上调；只有大约10%的乳腺癌患者为低紧密连接蛋白表达量亚型(低Claudin)、高转移性乳腺癌，此类乳腺癌主要涉及EMT过程，而GRHL2出现表达下调[21]。GRHL2促进乳腺癌细胞EMT发生，一部分是通过直接抑制锌指E盒结合同源框1(ZEB1)启动子表达来抑制ZEB1的表达，也抑制Smad蛋白介导转录和上调miR-200b/c、TGF-β受体拮抗剂，骨形态发生蛋白2(BMP-2)来促进EMT的发生，另一方面，GRHL2通过调控上皮表型基因上皮-钙黏蛋白(E-cadherin)、Tjp2、Cldn4、Cldn7和Wnt配体等来促使EMT的发生[10]。另一研究表明，GRHL2在乳腺癌MDA-MB-231细胞中异位表达，逆转EMT，恢复失巢凋亡敏感性，抑制乳腺癌的发生[21]。TGF-β和Wnt信号通路可通过将ZEB1结合于GRHL2启动子来抑制GRHL2的表达，从而诱导EMT发生。GRHL2可通过改变Six1-DNA复合物结合来抑制ZEB1的激活。GRHL2和ZEB1之间存在相互反馈回路，控制着上皮-间质表型以及由EMT驱动肿瘤的进展[22]。

GRHL2可直接调节肿瘤侵袭及转移扩散的一个关键抑制因子E-cadherin的表达，其表达下调与肿瘤的进展密切相关[23]。通过shRNA敲除GRHL2在人类乳腺上皮细胞系MCF10A中的表达，可以促进E-adherin的表达下调，诱发EMT的发生[1]。也有研究表明，GRHL2在小鼠乳腺肿瘤细胞株4T1中过表达，诱导上皮基因表达促进小鼠模型中肿瘤的生长和转移[1]。此外，GRHL2表达上调导致乳腺癌患者出现相对较短的无进展生存期以及乳腺癌转移风险上升[24]。目前，不同的研究结果存在差异提示GRHL2可能在乳腺癌的发生、发展中具有双重调节作用。

3.2 GRHL2与结直肠癌

Quan等[2]研究发现，GRHL2在结直肠癌组织中较癌旁组织中表达明显增加，且Ki-67染色水平、肿瘤体积大小和TNM分期与其表达水平呈正相关，患者的总生存率及无复发生存率也与之相关；GRHL2的过表达促进结直肠癌肿瘤细胞增殖的同时也抑制肿瘤细胞侵袭、转移，这种双重作用，可能与其对细胞周期、EMT过程的影响以及ZEB1和GRHL2形成负反馈调节环在对结直肠癌细胞EMT调控有关。在HT29和HCT116结肠癌细胞系中GRHL2沉默表达显著抑制体外细胞增殖和体内肿瘤的发生，其分子机制涉及对ZEB1和E-cadherin的表达调控，这与GRHL2在乳腺癌的作用相似。

3.3 GRHL2与胃癌

有研究结果表明，GRHL2在胃癌组织中出现高表达但在与之相邻的非癌组织中出现低表达[25]。最近的研究表明，GRHL2的mRNA和蛋白表达水平在胃癌标本中明显表达下调，转导外源GRHL2到人胃癌SGC7901细胞株中，明显抑制胃癌细胞增殖和促进其凋亡，同时发现，GRHL2的高表达明显降低c-Myc和Bcl-2蛋白的表达水平，GRHL2可能抑制胃癌细胞增殖，并在胃癌发展过程中起着抑制作用[3]。

3.4 GRHL2与口腔肿瘤

在口腔鳞状细胞癌中GRHL2表达增高，促进了hTERT的高表达和端粒酶的活性，进而使肿瘤细胞异常增殖，敲除GRHL2基因使hTERT启动子活性显著降低，能减少端粒酶活性和口腔鳞状细胞癌细胞生存能力[26]。

3.5 GRHL2与其他类型肿瘤

在其他类型的肿瘤中，仍存在GRHL2的异常表达，如GRHL2的表达降低抑制肝癌细胞的生长，GRHL2可能是预测肝癌复发的一个指标[27]；在肾透明细胞癌中，GRHL2的表达增加与疾病复发的高风险相关，GRHL2阳性的患者无病生存率明显降低[28]；在宫颈癌中GRHL2下调表达[29]；在转移性前列腺癌中发现GRHL2表达增加[30]。GRHL2表达水平与卵巢癌相关，GRHL2-miR-200-ZEB1通过转录调控与组蛋白修饰可保持卵巢癌细胞呈上皮细胞状态，GRHL2基因缺失增加启动子上组蛋白标记物H3K27me3及miR-200b/a和E-cadherin基因上GRHL2结合位点的水平，GRHL2通过miR-200-ZEB1在卵巢癌EMT中起着举足轻重的看门人作用[31]。最近有研究表明，通过沉默GRHL2，H1975肺癌细胞可维持E/M状态(即混合E/M型)，与肺癌的进展相关[32]。 目前，GRHL2参与这些类型肿瘤的分子机制仍有待进一步研究。

4 小结与展望

GRHL2不仅在机体的正常生物学功能方面发挥着重要作用，在多种肿瘤的发生、发展方面也起着重要的作用。特别是上皮来源的恶性肿瘤，大部分涉及EMT过程，而EMT在肿瘤发生及转移过程中发挥关键作用，促使细胞发生迁移及侵袭，然而EMT在肿瘤进展过程中的分子机制尚未完全了解。在已知GRHL2转录因子作用下，GRHL2基因对各种上皮细胞的发育和维持是必要的，参与相关靶基因和信号的调控。进一步研究GRHL2在不同肿瘤中的作用机制，将为肿瘤患者的临床诊治带来新的思路。

1 Xiang X，Deng Z，Zhuang X，et al.Grhl2 determines the epithelial phenotype of breast cancers and promotes tumor progression[J].PLoS One，2012，7(12)：e50781.

2 Quan Y，Jin R，Huang A，et al.Downregulation of GRHL2 inhibits the proliferation of colorectal cancer cells by targeting ZEB1[J].Cancer Biol Ther，2014，15(7)：878-887.

3 Xiang J，Fu X，Ran W，et al.Expression and role of grainyhead-like 2 in gastric cancer[J].Med Oncol，2013，30(4)：714.

4 Bray SJ，Burke B，Brown NH，et al.Embryonic expression pattern of a family of Drosophila proteins that interact with a central nervous system regulatory element[J].Genes Dev，1989，3(8)：1130-1145.

5 Dynlacht BD，Attardi LD，Admon A，et al.Functional analysis of NTF-1，a developmentally regulated Drosophila transcription factor that binds neuronal cis elements[J].Genes Dev，1989，3(11)：1677-1688.

6 Ting SB，Wilanowski T，Cerruti L，et al.The identification and characterization of human Sister-of-Mammalian Grainyhead(SOM)expands the grainyhead-like family of developmental transcription factors[J].Biochem J，2003，370(3)：953-962.

7 Wilanowski T，Tuckfield A，Cerruti L，et al.A highly conserved novel family of mammalian developmental transcription factors related to Drosophila grainyhead[J].Mech Dev，2002，114(1/2)：37-50.

8 Auden A，Caddy J，Wilanowski T，et al.Spatial and temporal expression of the Grainyhead-like transcription factor family during murine development[J].Gene Expr Patterns，2006，6(8)：964-970.

9 Kokoszynska K，Ostrowski J，Rychlewski L，et al.The fold recognition of CP2 transcription factors gives new insights into the function and evolution of tumor suppressor protein p53[J].Cell Cycle，2008，7(18)：2907-2915.

10 Werth M，Walentin K，Aue A，et al.The transcription factor grainyhead-like 2 regulates the molecular composition of the epithelial apical junctional complex[J].Development，2010，137(22)：3835-3845.

11 Senga K，Mostov KE，Mitaka T，et al.Grainyhead-like 2 regulates epithelial morphogenesis by establishing functional tight junctions through the organization of a molecular network among claudin3，claudin4，and Rab25[J].Mol Biol Cell，2012，23(15)：2845-2855.

12 Aue A，Hinze C，Walentin K，et al.A Grainyhead-like 2/ovo-like 2 pathway regulates renal epithelial barrier function and lumen expansion[J].J Am Soc Nephrol，2015，26(11)：2704-2715.

13 Gao X，Vockley CM，Pauli F，et al.Evidence for multiple roles for grainyhead-like 2 in the establishment and maintenance of human mucociliary airway epithelium[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110(23)：9356-9361.

14 Varma S，Cao Y，Tagne JB，et al.The transcription factors Grainyhead-like 2 and NK2-homeobox 1 form a regulatory loop that coordinates lung epithelial cell morphogenesis and differentiation[J].J Biol Chem，2012，287(44)：37282-37295.

15 Varma S，Mahavadi P，Sasikumar S，et al.Grainyhead-like 2(GRHL2)distribution reveals novel pathophysiological differences between human idiopathic pulmonary fibrosis and mouse models of pulmonary fibrosis[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2014，306(5)：405-419.

16 Dworkin S，Darido C，Georgy SR，et al.Midbrain-hindbrain boundary patterning and morphogenesis are regulated by diverse grainy head-like 2-dependent pathways[J].Development，2012，139(3)：525-536.

17 Han Y，Mu Y，Li X，et al.Grhl2 deficiency impairs otic development and hearing ability in a zebrafish model of the progressive dominant hearing loss DFNA28[J].Hum Mol Genet，2011，20(16)：3213-3226.

18 Walentin K，Hinze C，Werth M，et al.A Grhl2-dependent gene network controls trophoblast branching morphogenesis[J].Development，2015，142(6)：1125-1136.

19 Petrof G，Nanda A，Howden J，et al.Mutations in GRHL2 result in an autosomal-recessive ectodermal Dysplasia syndrome[J].Am J Hum Genet，2014，95(3)：308-314.

20 Chen W，Xiao LZ，Oh JE，et al.Grainyhead-like 2(GRHL2)inhibits keratinocyte differentiation through epigenetic mechanism[J].Cell Death Dis，2012，3(12)：e450.

21 Cieply B，Riley P，Pifer PM，et al.Suppression of the epithelial-mesenchymal transition by Grainyhead-like-2[J].Cancer Res，2012，72(9)：2440-2453.

22 Cieply B，Farris J，Denvir J，et al.Epithelial-mesenchymal transition and tumor suppression are controlled by a reciprocal feedback loop between ZEB1 and Grainyhead-like-2[J].Cancer Res，2013，73(20)：6299-6309.

23 Pyrgaki C，Liu A，Niswander L.Grainyhead-like 2 regulates neural tube closure and adhesion molecule expression during neural fold fusion[J].Dev Biol，2011，353(1)：38-49.

24 Yang X，Vasudevan P，Parekh V，et al.Bridging cancer biology with the clinic：relative expression of a GRHL2-mediated gene-set pair predicts breast cancer metastasis[J].PLoS One，2013，8(2)：e56195.

25 Cheng L，Wang P，Yang S，et al.Identification of genes with a correlation between copy number and expression in gastric cancer[J].BMC Med Genomics，2012，5(1)：14.

26 Kang X，Chen W，Kim RH，et al.Regulation of the hTERT promoter activity by MSH2，the hnRNPs K and D，and GRHL2 in human oral squamous cell carcinoma cells[J].Oncogene，2009，28(4)：565-574.

27 Tanaka Y，Kanai F，Tada M，et al.Gain of GRHL2 is associated with early recurrence of hepatocellular carcinoma[J].J Hepatol，2008，49(5)：746-757.

28 Butz H，Szabo PM，Nofech-Mozes R，et al.Integrative bioinformatics analysis reveals new prognostic biomarkers of clear cell renal cell carcinoma[J].Clin Chem，2014，60(10)：1314-1326.

29 Torres-Reyes LA，Alvarado-Ruiz L，Pina-Sanchez P，et al.Expression of transcription factor grainyhead-like 2 is diminished in cervical cancer[J].Int J Clin Exp Pathol，2014，7(11)：7409-7418.

30 Danila DC，Anand A，Schultz N，et al.Analytic and clinical validation of a prostate cancer-enhanced messenger RNA detection assay in whole blood as a prognostic biomarker for survival[J].Eur Urol，2014，65(6)：1191-1197.

31 Chung VY，Tan TZ，Tan M，et al.GRHL2-miR-200-ZEB1 maintains the epithelial status of ovarian cancer through transcriptional regulation and histone modification[J].Sci Rep，2016，6：19943.

32 Jolly MK，Tripathi SC，Jia D，et al.Stability of the hybrid epithelial/mesenchymal phenotype[J].Oncotarget，2016，7(19)：27067-27084.

(收稿：2016-09-24)

Research progress of the relationship between granule head-like 2 gene and tumor in Drosophila melanogaster

WEIMingli，ZENGJun，HUANGNa

Department of Respiratory Medicine，The First Affiliated Hospital of Chengdu Medical College，Chengdu 610500，China

Grainhead-like 2(GRHL2)is one of the homologous genes of Drosophila granule head-like gene in mammals，which is a kind of Drosophila granule head transcription factor.In normal organisms，GRHL2 is involved in the regulation of epithelial cell differentiation and development.In tumors，GRHL2 is complex.GRHL2 not only inhibits tumorigenesis，but it also promotes tumor formation，especially epithelial origin of malignant tumors mostly involving epithelial-mesenchymal transition(EMT)process.Further study of the relationship between GRHL2 and tumor will provide a new idea for the clinical diagnosis and treatment of cancer patients.The relationship between GRHL2 and tumor is reviewed in this paper.

Grainyhead-like 2；Neoplasm；Epithelial-mesenchymal transition

成都医学院学校课题(CYZ14-006)

成都医学院第一附属医院呼吸内科(成都 610500)

魏明莉，女，(1985-)，硕士研究生，从事呼吸系统肿瘤方面的研究。

黄娜，E-mail：717308813@qq.com

R73

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.03.013