MXD3基因与肿瘤相关性的研究进展

黄艳综述；张艳亮，段勇审校

(昆明医科大学第一附属医院检验科，云南 昆明 650032)

·述 评·

MXD3基因与肿瘤相关性的研究进展

黄艳综述；张艳亮，段勇审校

(昆明医科大学第一附属医院检验科，云南 昆明 650032)

MXD3(MAX dimerization protein 3)在髓母细胞瘤和胶质母细胞瘤中高表达，扮演着癌基因的角色；在前列腺癌、神经纤维肉瘤等实体瘤中低表达甚至缺失，起着抑癌基因的作用。MXD3在肿瘤的增殖、凋亡、侵袭和转移过程中起到重要作用，因此有望成为新型肿瘤标志物和临床上肿瘤治疗的新靶点，可用于肿瘤早期诊断、治疗及预后判断。本文结合国内外最新报道，重点就MXD3转录因子的结构、生物学功能以及与肿瘤的关系等研究新进展作一综述。

MXD3基因；肿瘤；调控

恶性肿瘤的发病率和死亡率逐年上升，在越来越多的经济发达国家，恶性肿瘤是死亡的主要原因[1]。肿瘤的形成是一个多因素联合作用、多基因综合作用、多阶段逐渐形成的复杂过程。既往MXD3在调控细胞增殖和凋亡方面的研究比较多。近年来，MXD3在恶性肿瘤细胞中发挥的作用得到越来越多的关注和研究，有望成为新型的肿瘤标志物和临床肿瘤治疗的新靶点。本文就MXD3转录因子的结构、生物学功能以及与肿瘤的关系等研究新进展作一综述。

1 MXD3的生物学特性

MXD3(MAX dimerization protein 3)即 MAX 二聚体蛋白 3（又称为 MAD3、bHLHcl3、MYX）为 Mad转录家族的成员之一，其编码基因全长约为60kb。MXD3基因定位于人染色体5q35.3[2]。编码的完整MXD3蛋白一般由206个氨基酸构成，分子量为23477Da，在四级结构中：MXD3基因的有效结合需要与另一种bHLH蛋白进行二聚化，结合DNA作为与MAX的异源二聚体，与Sin3A和Sin3B相互作用以及与RNF17相互作用。MXD3蛋白主要包含三个区域：⑴碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链区 （basic helix-loop-helix leucine-zipper，bHLH-zip），该区域主要是结合DNA以及与其他bHLH-zip蛋白相互作用；⑵近氨基末端Sin3结合区（Sin3 interacting domain，SID），至少由13个氨基酸构成，可以募集Sin3-HDAC相关共转录抑制因子。⑶羧基末端保守区域（carboxy1 terminus，CT）[3]。 MXD3是碱性螺旋-环-螺旋转录因子MXD家族的一员，在MYC/MAX/MAD转录网络中，与Myc竞争同Max结合形成异二聚体；是一个在细胞周期的S期特殊表达的转录抑制因子[4]。Max-MXD3复合物的破坏将引起细胞增殖失控和肿瘤形成。

2 MXD3及其家族

MXD3作为Mad转录抑制蛋白家族的一员，主要是同Myc竞争与Max结合形成异二聚体，所形成的二聚体封闭了Myc依赖基因的激活转录而发挥生物学功能[5]。其家族成员主要有Mad1、Mad2(Mxi1)、Mad3(MXD3)、Mad4、Mnt/Rox、Mga[6]。 该家族都含有碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链结构 （basic-helix-loop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip）[7]。Myc 基因家族包括 C-Myc，N-Myc 和 L-Myc；Myc基因属于编码核蛋白的癌基因，3个基因都编码一种与细胞周期调控有关的核内DNA结合蛋白，且3个基因是在70%的人类癌症中过表达的主要转录调控因子[8，9]。Myc基因家族及其产物可促进细胞增殖，永生化，去分化和转化等，在多种肿瘤形成过程中处于重要地位；而Myc基因家族中的3个成员在肿瘤形成方面的作用存在差异。目前认为，C-Myc的扩增与肿瘤的发生与转归以及在诱导细胞凋亡起重要作用，N-Myc的扩增对肿瘤的预后判断有意义，与肿瘤患者的生存率呈负相关[10]。LMyc的扩增与肿瘤的易感性和预后在不同的肿瘤中表现不一样。近年来，研究表明Mad基因家族蛋白及其相关蛋白Myc和Max可组成MYC/MAX/MAD网络来调节细胞周期[11]。在MYC/MAX/MAD转录调控网络中，胞外刺激信号被转化为核内特定基因调控程序发挥作用，该网络与一大类转录因子相关，这些转录因子通过蛋白之间的相互作用并结合到特定靶基因上启动转录或产生抑制效应，该网络调控的基因涉及细胞增殖、凋亡、分化、发育等多个方面，当这些调控因子发生异常时，将导致细胞增殖分化失控，形成肿瘤[12]。Mad家族作为一种具有转录调控功能的蛋白，具有拮抗CMyc的转录相关作用已经受到人们广泛关注和重视[13]。C-Myc作为一种原癌蛋白，作用包括推进细胞周期、促进细胞转化以及抑制细胞分化[14]，许多C-Myc靶基因产物控制细胞的生长和代谢[15]。CMyc通常和细胞内其他蛋白质结合，最主要的是Max和C-Myc形成异二聚体后再和DNA核心序列结合，控制DNA的转录，通过调控目的基因的表达，结合细胞所处的内外环境来影响细胞的生物学行为从而促进细胞增殖或诱导细胞凋亡[16]。MXD3同C-Myc竞争与Max结合形成的异二聚体识别 E-box的 5’-CAC[GA]TG-3’序列，其与 Myc相反的作用是通过mSin-histone缓解水解复合物来抑制转录的发生[17]，去乙酰化使染色体结构更为紧密，从而抑制DNA的复制和转录[18]。

3 MXD3在细胞增生和肿瘤形成中的作用机制

Myc的拮抗基因MXD3被认为是一种抑癌基因，MXD3蛋白的缺失或失活，导致体内MXD3-Max异二聚体数量的减少和Myc-Max异二聚体数量的增加，从而间接地提高了Myc蛋白的活性[19]。MXD3转录抑制因子与Myc转录激活因子之间相互作用，封闭了后者的激活结构域。现在认为CMyc和MXD3蛋白均需与Max蛋白形成异二聚体而发挥其各自的生物学作用，Max蛋白在Myc蛋白调节转录的网络中起中心作用[20]。C-Myc/Max异二聚体通过招募组蛋白乙酰转移酶（HAT）活性激活细胞周期特异性基因的转录，促进细胞增殖。MXD3/Max异二聚体抑制 C-Myc的活性，MAD/MAX异二聚体通过招募组蛋白乙酰化酶（HDAC）的活性抑制转录，从而拮抗MYC/MAX导致细胞增殖停滞和细胞分化。Myc基因家族属于核蛋白类调控基因，已证明其基因产物Myc蛋白在许多肿瘤中存在异常表达，在细胞周期变化、细胞的生长代谢、基因的不稳定性、刺激血管生成、细胞恶性转化、分化及凋亡中起重要的调节作用[21]。强调Myc原癌蛋白表达在肿瘤细胞生物学中的重要性，是因为它们的增强表达能促进细胞增殖和核糖体生物发生[22，23]，抑制末端分化程序[24，25]，并刺激肿瘤血管生成[26，27]。C-Myc参与细胞多方面的功能，包括增殖，生长，代谢，分化和凋亡[28]。以前的研究表明，C-Myc激活多种已知基因作为与Max的异二聚体复合物的一部分[28]。C-Myc可以通过RNA聚合酶Ⅲ（PolⅢ）来控制转录，RNA聚合酶Ⅲ对于许多短的必需RNA分子如5SRNA，tRNA和U6 RNA的转录是必需的[28]。多数情况下，C-Myc主要通过C端碱性螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链区 （basic-helixloop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip） 与同样含有bHLH-zip结构的Max蛋白形成异二聚体，特异地识别其靶基因DNA序列中的CACGTG核心序列(E-box)并与之结合，使被调节的基因激活或转录增强[29]。目前研究认为，MXD3拮抗Myc的作用主要通过以下几个途径实现：⑴竞争性结合Myc转录依赖的Max蛋白；⑵结合Myc调控靶基因的E-box序列，通过募集Sin3A或Sin3B转录抑制因子，共抑制因子N-CoR及组蛋白去乙酰化，抑制Myc依赖基因的转录。⑶直接抑制C-Myc启动子活化，抑制其表达[30-31]。Myc-Max异二聚体能够激活含有E-box结构的DNA的转录从而促进细胞增殖、抑制细胞分化和凋亡；而MXD3-Max异二聚体则拮抗Myc-Max异二聚体的作用，阻止含有E-box结构的DNA的转录，抑制细胞增殖、促进细胞的分化和凋亡[32]。

4 MXD3在肿瘤中的研究现状

MXD3基因在人髓母细胞瘤和胶质母细胞瘤中的作用研究比较全面，BarisoneGA等学者研究报道MXD3基因在人髓母细胞瘤细胞中异常高表达，在髓母细胞瘤生物发生、维持和增殖中起重要作用[33，34]。Satake等学者在急性淋巴细胞白血病的靶向治疗中应用到了MXD3小干扰RNA[35]，进一步证实MXD3在恶性肿瘤中发挥关键的作用。在前列腺癌、神经纤维肉瘤等实体瘤中已经发现MXD3基因表达异常[36]。在小鼠髓母细胞瘤模型和大部分人类中枢神经系统肿瘤以及大约40%癌前细胞中MXD3表达水平上调，过表达的MXD3蛋白与Max异二聚体竞争结合DNA结合位点，抑制Myc蛋白的作用，导致细胞增殖失控和抑癌作用的下调[37，38]，这可能也是MXD3上调表达导致肿瘤发展的机制之一[39]。异常高表达的MXD3在肿瘤发生发展过程中的作用不可忽视，其具体的全面的生物学效应有待进一步研究。

5 展望与小结

目前肿瘤仍是严重危害人类健康的疾病，很大一部分恶性肿瘤发现时已是晚期，早期诊断早期治疗是肿瘤防治的重要策略。MXD3在多种恶性肿瘤中表达异常，影响肿瘤的发生和发展，对肿瘤的诊断、治疗和预后判断有重要的意义，有望成为新的肿瘤标志物。其在肿瘤中发挥作用的具体机制尚不明确，需要更多相关研究去进一步探讨。

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R523

A

1674-1129(2017)05-0635-03

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.05.001

国家自然科学基金资助项目（81160292）、（81460325）云南省卫生高层次人才培养计划（L-201202）

黄艳，女，1990年生，昆明医科大学临床检验诊断学在读硕士，主要研究生物化学与分子生物学。

段勇，男，1964年生，教授，硕（博）士研究生导师，主要研究肺癌发病机制等，Email:duanyong7@139.com

2017-04-18；

2017-08-10)