TMPRSS2-ERG融合基因在前列腺癌发病中作用的研究进展

王文君，於宇，崔久嵬

(吉林大学第一医院，长春130021)

ERG是E26转化(ETS)转录因子家族的成员，位于21号染色体q22(21q22.2)上，跨度为282 kb，含有12个潜在的外显子和至少3个可识别的近端启动子。转录起始下游85 kb区域已被鉴定为ERG增强子，ERG通过该区域正向调节自身表达。在ERG的C端有一个高度保守的ETS DNA结合结构域，介导DNA结合和转录激活；N端有一个Pointed结构域，形成螺旋-环-螺旋结构供蛋白质-蛋白质相互作用和同/异二聚化作用[1]。ERG对胚胎发育、细胞增殖和分化、血管生成、血管稳定性、细胞凋亡、正常巨核细胞生成、造血干细胞功能和维持正常外周血小板数量等具有重要作用[2]。在细胞分裂发生染色体易位过程中，ERG作为致癌基因与其他基因发生易位，产生融合基因产物，导致ERG过表达，从而调控一些ERG靶基因表达。融合基因和ERG过表达还能引起下游相关信号通路改变，从而参与疾病的发生和发展。ERG基因和雄激素调节跨膜丝氨酸蛋白酶(TMPRSS2)基因融合形成TMPRSS2-ERG(T2E)融合基因，是前列腺癌组织中最常见的ERG融合基因类型。本文结合文献就T2E融合基因在前列腺癌发病中作用的研究进展作一综述。

1 T2E融合基因的形成

2005年，Tomlins等[3]首次报道了前列腺癌中的一种复发性基因组重排，即TMPRSS2基因的5′端非翻译区和ETS家族基因产生融合。TMPRSS2基因是一种前列腺特异性和雄激素反应基因，编码一种属于丝氨酸蛋白酶家族的蛋白质。融合的ETS基因包括ETS变体1(ETV1)、ETV4、ETV5和ERG[4]。在激素难治性前列腺癌中最常见的是位于21号染色体长臂上ERG与TMPRSS2形成的T2E融合基因，发生率为50%～70%，该融合基因最常涉及TMPRSS2外显子1与ERG外显子4或ERG外显子5融合。T2E融合基因的类型和表达水平均可影响前列腺癌的进展，如TMPRSS2前两个外显子与ERG外显子4融合往往与致死性前列腺癌相关。基因融合的发生可能与染色体易位或基因间片段缺失有关。Mani 等[5]认为，雄激素信号能共定位5′和3′基因融合部分，从而增加DNA双链断裂时基因融合的可能性。研究表明，局部雌激素信号传导机制也是前列腺癌发生和发展所必需的。在高级别前列腺上皮内瘤变的发生、发展过程中，常伴有雌激素受体α上调和雌激素受体β缺失，从而促进T2E基因融合[6]。

2 T2E融合基因在前列腺癌发病中的作用

2.1 引起ERG过表达 由于TMPRSS2启动子中含有雄激素敏感元件，在雄激素作用下，T2E融合基因会导致ERG过表达。过表达的T2E融合蛋白还能通过激活3种天然ERG启动子中的一种来诱导天然ERG表达，随后调控超过1 600个ERG靶基因，这种正反馈回路被认为与前列腺癌细胞的侵袭性升高有关[7,8]。在前列腺癌组织中，T2E融合基因和锌指结构域蛋白(SPOP)突变同时发生的比例高达65%[9]。SPOP是一个E3泛素连接酶底物结合蛋白，通过识别ERG的N端degron模体来促进野生型ERG泛素化，并被蛋白酶体降解，从而抑制前列腺癌细胞增殖和侵袭。但T2E融合体产生N端截短的ERG蛋白质，能够抵抗由SPOP介导的泛素化降解。SPOP突变还能导致其降解ERG蛋白功能消失，最终使ERG蛋白过表达，从而促进前列腺癌的发生、发展；ERG蛋白还可通过增强转化生长因子β(TGF-β)/Smads信号通路促进前列腺癌的进展。TGF-β信号通路在癌症晚期发挥肿瘤促进作用。对于正常细胞，TGF-β与其细胞表面受体结合，磷酸化其细胞内信号分子R-Smads(受体调节型Smads，包括Smad2和Smad3)，二者与Smad4结合形成异源三聚体，定位于细胞核，从而调节靶基因表达。不管TGF-β存在与否，过表达的ERG蛋白与磷酸化Smad3蛋白结合可使磷酸化Smad3更稳定，并抑制Smad3去磷酸化，减少泛素化Smad3生成，升高细胞核中磷酸化Smad3表达，提高TGF-β/Smad3的转录活性，从而调节靶基因表达、促进前列腺癌发展。

2.2 下调雄激素受体表达 研究发现，雄激素受体可驱动TMPRSS2的5′端与ERG的3′端发生融合[10]。在前列腺癌组织中，雄激素受体基因拷贝数或雄激素受体蛋白表达增加均与T2E基因融合有关。雄激素受体几乎在所有前列腺癌组织中高表达，尤其是对雄激素剥夺疗法无效的前列腺癌组织中表达升高最明显。雄激素受体在正常前列腺发育和前列腺癌发展过程中具有重要作用，一方面可促进前列腺细胞增殖并抑制其凋亡，另一方面对前列腺的系特异性分化具有重要作用，包括诱导前列腺特异性基因(如prostate specific antigen/PSA、TMPRSS2)表达、维持分化的前列腺上皮表型等。由雄激素受体促进形成的T2E融合基因能反向作用于雄激素受体，破坏雄激素受体信号传导，导致细胞去分化。

T2E融合基因主要通过以下途径影响雄激素受体基因表达与修饰而促进前列腺癌的恶性转化：①招募精氨酸甲基转移酶至雄激素受体靶基因，在精氨酸761上使雄激素受体基因甲基化，抑制雄激素受体表达；②在基因特异性基因座上结合并抑制雄激素受体活性；③直接激活组蛋白甲基转移酶同源序列2增强子诱导抑制性表观遗传程序。T2E融合基因导致ERG蛋白过表达后还可激活致癌转录因子c-Myc，而在前列腺癌组织中通常伴有c-Myc蛋白表达升高。c-Myc过度表达会抑制前列腺癌细胞中雄激素受体的转录活性和靶基因表达，如前列腺上皮分化基因PSA、甘氨酸N-甲基转移酶和SLC45A3/Prostein，从而抑制细胞分化[11]。最新研究表明，ERG可招募并结合前列腺组织中其他重要转录因子(如FOXA1和HOXB13)，形成的复合物反过来又作用于雄激素受体，从而参与T2E阳性前列腺癌的发生[12]。

2.3 上调组蛋白去乙酰化酶(HDACs)表达和抑制组蛋白乙酰转移酶(HATs)表达 HDACs和HATs可通过组蛋白和转录因子乙酰化共同调节基因转录以及表观遗传状态，乙酰化/去乙酰化活性的破坏有助于肿瘤发生。T2E融合基因和ERG过表达可导致长链非编码RNA瞬时受体电位通道M型2(TRPM2)-AS表达。TRPM2-AS是人类TRPM2基因的反义转录物，其对前列腺癌细胞存活是必需的，TRPM2-AS阳性细胞可过表达HDACs。HDACs催化转录因子(如p53、E2F、NF-κB)或组蛋白尾部去乙酰化，导致染色质浓缩和转录抑制。HDACs可分为四类，其中在侵袭性前列腺癌组织中Ⅰ类HDACs(HDAC1/2/3)表达更高，HDAC2高表达与患者存活时间较短有关。过表达的ERG蛋白还可靶向HATs家族并抑制其活性，包括CREB结合蛋白和p300，二者均被认为是肿瘤抑制因子，可促进靶基因转录，如CREB结合蛋白和p300可通过增加CDK抑制因子p21启动子上的DNA结合和转录活性来乙酰化p53。

2.4 诱导果蝇Zeste基因增强子人类同源物2(EZH2)释放 T2E融合基因可导致ERG过表达，后者驱动的反馈回路激活低水平细胞外调节蛋白激酶，细胞外调节蛋白激酶介导S215、S96顺序磷酸化，导致多梳抑制复合物2(PRC2)的解离。PcG是重要的表观遗传修饰基因，PRC2是多梳基因家族PcG复合体的重要复合物之一，主要作用是抑制基因转录。EZH2是PRC2复合物中惟一具有酶活性的亚基，具有甲基转移酶活性。PRC2解离后，EZH2通过催化组蛋白H3K9和H3K27三甲基化，导致染色质基因组不稳定，还可招募DNA甲基转移酶促进靶基因启动子区DNA甲基化，介导靶基因(包括抑癌基因)表达沉默和细胞去分化，从而促进前列腺癌细胞恶性增殖和转移[13]。高表达EZH2与前列腺癌患者预后较差有关。有研究认为，前列腺组织EZH2表达有助于判断前列腺癌风险分层和预测靶向治疗效果[14]。

2.5 抑制磷酸酶和张力蛋白同系物(PTEN)基因表达 T2E融合基因可导致ERG过表达，从而抑制重要抑癌基因转录。PTEN基因是前列腺癌组织中常见的失活抑癌基因，定位于染色体10q23.31[15]。PTEN启动子中存在多个潜在的ERG结合位点[16]，过表达的ERG结合PTEN启动子并抑制其转录，从而减少内源性PTEN表达，而敲除ERG后PTEN表达会升高[17]。

此外，在发生T2E基因融合的前列腺癌组织中，染色体缺失是常见的基因组畸变类型，包括PTEN、6q、5q和3p，发生率高达40%，与患者预后不良有关[18]。PTEN缺失包括五个亚型：小间质缺失(70 Base Pair/bp～789 kb)、大间隙缺失(1～7 Mb)、大近端缺失(3～65 Mb)、大型终端缺失(8～64 Mb)和广泛缺失(71～132 Mb)，均与前列腺癌患者预后有关[17,18]。T2E融合基因通过抑制PTEN转录或合并PTEN缺失，导致功能性PTEN蛋白表达降低，通过PTEN/AKT/PIK3/mTOR途径抑制细胞存活、生长和增殖，从而促进上皮间质转化(EMT)，加速前列腺癌进展[19]。PTEN失活还会导致AKT和细胞周期蛋白依赖性激酶1或细胞周期蛋白依赖性激酶2介导的FOXO1磷酸化，从而导致高级别前列腺上皮内瘤变的发生[19]。

2.6 激活Notch通路 T2E融合基因可启动与Notch相关的顺式调控元件通路基因激活Notch信号。Notch信号由配体(jagged-1、jagged-2、δ-样蛋白1/3/4)和受体(Notch 1～4)组成，Notch信号通路决定了发育过程中细胞增殖与分化、干细胞维持和各种类型细胞的自我更新。配体-受体相互作用可诱导Notch受体切割，释放Notch胞内段，入核后可结合重组结合蛋白抑制剂(RBPJ)，并将RBPJ转化为基因激活剂，激活下游靶分子，如Hes和Hey-1，从而促进前列腺癌细胞增殖。Notch信号还能通过上调经典EMT转录因子(Twist、Snail和Slug)，增加细胞耐药性和肿瘤干细胞活性[20]。

2.7 影响前列腺素信号通路 T2E融合基因还会通过以下方式影响前列腺素信号传导途径：①结合15-羟基前列腺素脱氢酶(HPGD)转录起始位点上游200 bp处核心启动子的ETS结合位点，抑制HPGD表达，从而阻止前列腺素E2的分解代谢；而前列腺素E2聚集会诱导细胞生长和尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)表达[21,22]；②直接与uPA启动子结合[23,24]；③上调PGE2受体4表达。HPGD可参与细胞分化和免疫调节，uPA介导的信号转导通路与多种肿瘤细胞侵袭和转移有关，PGE2可促进前列腺癌转移和血管生成[25,26]。T2E融合基因可通过影响前列腺素信号通路及上述变化的累积效应，促进前列腺癌细胞生长和侵袭。

综上所述，T2E融合基因可参与前列腺癌的发生；其机制可能与引起ERG过表达、降低雄激素受体表达、上调HDACs表达和抑制HATs表达、诱导EZH2释放、抑制PTEN基因表达、激活Notch通路、影响前列腺素信号通路等有关。