GATA4在肿瘤研究中进展概况

王 炼，乔 昕，刘 斌，乔士兴*

(1.吉林大学第二医院 肝胆外科，吉林 长春130041；2.首都医科大学附属北京朝阳医院 麻醉科，北京100020)

GATA是一类家族性转录因子，由1个或2个C2-C2的锌指结构所组成，具有高度保守的DNA结合域，从而能够识别DNA中A/T-GATA-A/G序列的蛋白组成，已经证实他们在胚胎器官发育中具有重要作用[1]。GATA家族含有6个成员，各自在不同组织和器官中具有特异性的表达。GATA1和GATA2目前为止被认为是造血系统相关因子[2,3]，而GATA3被认为是经典的Th2淋巴细胞转录因子[4]，决定CD4+幼稚T淋巴细胞向Th2亚型分化，同时在乳腺癌[5]和胰腺癌[6]的发生发展过程中起着重要作用。另外，有研究报道GATA3也是乳腺癌重要的抑癌基因[7]。因此，GATA3在肿瘤中的作用可能存在两面性。GATA4、GATA5和GATA6主要是内胚层因子，被证实在内胚层来源器官的正常或肿瘤组织中常存在差异表达[8]。GATA4、GATA5和GATA6的锌指结构域同源性为80%-90%，其中C末端锌指的DNA序列识别结构域在所有GATA蛋白中都处于保守的状态[9]。GATA4是含440个氨基酸的蛋白质分子，分子量约为50 kD，其在3个胚层中均发挥作用,目前研究较多的是其在中胚层的作用。GATA4由于启动子甲基化[10]或核-浆转运异常导致的异位表达及功能失常[11,12]，在肺癌、消化道肿瘤和卵巢癌中很常见。它可导致上皮特异性标记物(disabled-2，collagenIV或laminin)失表达并引起细胞去分化或下调抑癌基因潜在的靶基因。总之，GATA4在肿瘤中的作用机制目前尚不十分明确，需进一步研究。

1 GATA4与发育分化

1.1 GATA4与胚胎发育

GATA家族转录因子存在于昆虫和脊柱动物中,在各种器官发育过程中起重要作用。GATA4 主要在内胚层和中胚层来源的组织和器官中表达。研究证实，GATA4 在小鼠的胚胎发育中有着调节发育以及具有组织特异性表达的特点。在小鼠的胚胎发育过程中GATA4 mRNA可在多种器官中检测到，如心脏、肠、生殖腺、肝脏，内脏以及腔壁内胚层等[13]。GATA4 的过表达可以诱导小鼠胚胎干细胞分化成外胚层及内胚层，GATA4 转录因子是该过程的主要调节物，使广泛的内脏和顶叶内胚层基因表达上调，而没有上调中胚层和外胚层基因。在小鼠动物实验中，敲除GATA4会导致早期胚胎的死亡，这是因为心脏管形成异常和腹部折叠失败所致[14,15]。

1.2 GATA4 与心脏发育

GATA4的表达贯穿心脏发育整个过程[16]。大量研究证实，GATA4 在心脏发育过程中起着关键作用[17,18]，GATA4能调控许多心脏结构基因的表达，如α-肌球蛋白、心肌肌钙蛋白-C、心钠素和脑钠肽等[18]。在体外培养的胚胎干细胞中，GATA4低表达导致心肌细胞分化能力降低[19]，而且影响原有脏壁内胚层和发育成前肠的内胚层的形成[20]。虽然转录因子GATA4在心脏的发育中起着重要的作用，但有趣的是，在成熟小鼠中，它的缺失并非是致死性的。在GATA4基因敲除的小鼠中，心脏前房利钠肽以及α-肌球蛋白的重链基因仍然能够正常表达。但内源性的GATA6 表达上调，表明GATA6 或许能部分补偿GATA4 的功能[21]。但GATA4基因敲除小鼠在胚胎发育中会因无法形成心脏管以及腹侧形态的建成，而在胚胎发育的第8天和第9天死亡[14,15]。因此，GATA4 的表达对心肌细胞的分化虽然不是必须的，但是对内胚层的分化以及腹侧形态建成则是不可缺少的。

1.3 GATA4与肝脏发育

肝脏的发育是个十分精细的过程，需要多种基因参与调控并形成的一个复杂网络。在肝脏的发育过程中，GATA4、GATA5和GATA6起到非常重要作用[22,23]。编码GATA4的基因在早期胎肝中大量表达，在妊娠后期，GATA4的表达降低。出生后肝脏中GATA4表达主要限于内皮细胞和肝脏巨噬细胞[23]。有研究[24]表明，GATA4在胎肝中的表达随着细胞分化程度的不断升高而逐渐降低，至出生后已接近极低的成肝水平，这一点与AFP情况类似，说明GATA4在肝脏发育中起着重要作用。

1.4 GATA4与其他器官发育

Watt等研究[23]发现，GATA4和GATA6是胰腺发育关键调节因子，GATA4和GATA6在肝脏和胰腺发育调节期间具有复杂的功能关系，这可能与细胞的自主性和非自主性相关。最新研究[25]还发现，GATA4参与骨骼发育的调节，在成骨细胞发育过程中，GATA4促进成骨细胞中蛋白质乙酰化，并且这种乙酰化蛋白质能调节GATA4的稳定性和转录过程，并激活CCND2转录，从而促进成骨细胞生长。

2 GATA4与肿瘤

2.1 GATA4与肝癌

在小鼠模型中，肝脏条件性缺失GATA4等位基因模拟在肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)中观察到的单倍剂量不足，结果导致肝脏增大，并且产生了持久前体增殖和肝细胞去上皮分化的基因表达谱，这与GATA4介导的反式激活作用受损，从而抑制肝细胞上皮分化功能相关[26]。另外，有研究[27]表明，多柔比星可抑制GATA4 的表达，从而使Bcl-XLmRNA、bcl-2 mRNA 、bcl-2/bax 和PCNA 表达表达下调，但凋亡细胞的增多则相对滞后，表明多柔比星可能通过抑制GATA4的表达来抑制肝癌细胞增殖或诱导肝癌细胞凋亡。任传路等[28]研究发现，GATA4和AFP均在肝癌和癌旁组织表达，二者相关性较好，但GATA4更敏感。GATA4在肝癌细胞中高表达，并能够促进正常肝细胞增殖，促进FTF、AFP mRNA的表达，可能参与肝癌的发生、发展[24]，这与国内外部分研究的结果相反[26,29,30]。此外，还有研究表明GATA4的转录活性与肝癌细胞的分化程度密切相关[28]。总之，GATA4在肝癌中的表达及其作用机制至今还存在争议，需要进一步研究证实。

2.2 GATA4与肝母细胞瘤

GATA4是一种对早期肝脏发育至关重要的转录因子，它与儿童期胚胎肿瘤肝母细胞瘤的病理生理学有关。研究[29]表明，GATA4沉默可改变细胞骨架组织、细胞与细胞粘附，以及细胞外基质动力学相关的基因表达(如ADD3，AHNAK，DOCK8，RHOU，MSF，IGFBP1，COL4A2)。这些基因在表达上的变化反映了更多的上皮表型，与此观点一致，在GARA4基因沉默的HUH6细胞中，存在F-肌动蛋白、应力纤维形成减少，在GATA4高表达和GATA4沉默的细胞中表现出相反的变化。这些结果表明，GATA4在大多数肝母细胞瘤中高表达，并与肝母细胞瘤细胞的间充质及迁移表型相关。同样有研究证实，GATA4在肝母细胞瘤中高表达[31,32]，并且发现GATA4高表达能保护肝母细胞瘤细胞免受多柔比星诱导的细胞凋亡[32]。后续研究还发现，在HuH6细胞中，GATA4通过抑制miR125b的表达从而使DKK3的表达增高，并且miR125b的抑制或DKK3的过表达能促进HuH6细胞的增殖、存活、迁移和侵袭，表明GATA4能间接促进HuH6细胞增殖、迁移和侵袭。因此，GATA4在肝母细胞瘤形成中起重要作用，其具体机制还需进一步研究。

2.3 GATA4与胃癌

目前研究证实，GATA4在胃癌中低表达[33-35]，并且发现GATA4在胃癌的癌前病变中表达上调，而在明显癌变中表达降低[33]，其在胃癌中表达下调可能与GATA4通过引物区域的高甲基化而引起表观遗传沉默相关[33,36,37]，研究还发现在胃癌细胞中GATA4启动子的甲基化与幽门螺旋杆菌的感染有一定的联系。后续研究[34]发现，GATA4在普通型胃癌和产AFP的胃癌中表型调节上起关键作用，产生AFP的腺癌是具有高度恶性肿瘤的腺癌的变体，AFP的产生表明癌细胞的成纤维细胞或肝细胞分化，组蛋白去乙酰化是产生AFP的胃癌细胞中GATA4表达沉默的机制。此外，肠道发育相关基因CDX2、CDX1和GATA4、GATA5、GATA6在11种人胃癌细胞系中均有表达。随着从高分化癌细胞系向低分化癌细胞系的转变，CDX2的表达逐渐降低，而CDX1在所有细胞系中均低于可检测水平。 GATA4和GATA5的表达分别在4和6个细胞系中检测不到，而大多数细胞系中GATA6高表达。这些结果表明CDX2和GATA4、GATA5可能与胃癌的发生有关[35]。以上结论表明，GATA4可能参与胃癌的发生的调节，但其具体机制尚不清楚，需进一步研究探讨。

2.4 GATA4与食管癌

研究[38]表明，在大多数食道癌细胞系中不存在GATA4和GATA5表达，但用去甲基化剂5-氮杂-20-脱氧胞苷处理食管癌细胞后GATA4和GATA5表达恢复。相反， GATA6在每种食管癌细胞质中均表达。因此，人类食道癌中GATA4和GATA5频繁沉默，而不伴GATA6沉默，显然与基因启动子高甲基化相关，这可能是食道癌的重要发病机制。

2.5 GATA4与乳腺癌

GATA4在乳腺癌中的作用机制尚不明确，有研究证实，GATA4促使芳香化酶基因CYP19在乳腺肿瘤中异常表达从而促进肿瘤的生长[39]。还有研究[40]表明，GATA4表达方式与乳腺导管原位癌(DCIS)中的核分级和van Nuys分类显著相关，并且与远处转移，组织学分级及HER2表达呈正相关，但与乳腺浸润性导管癌(IDC)中的孕酮受体标记指数呈负相关。在乳腺癌发展过程中，GATA4在早期阶段起重要作用，GATA4是乳腺癌患者的有效预后因素[40]。另有研究[41]报道，GATA4可通过抑制乳腺癌细胞中的NF-κB信号转导而发挥肿瘤抑制作用，并证实GATA4是人类乳腺癌的潜在预后生物标志物和基因治疗靶标。他们研究发现，与邻近乳腺组织相比，乳腺癌组织和乳腺癌细胞系中GATA4的表达明显降低，并证实GATA4过表达降低了乳腺癌细胞MB-231和BT549的活力、侵袭、迁移和上皮-间质转化能力，并显著诱导细胞周期停滞和细胞凋亡，此外，GATA4还可直接抑制RelA(p65)转录，减少核因子p65磷酸化并抑制κB表达。

2.6 GATA4与胰腺癌

尽管大多数研究均显示，在多种肿瘤的癌细胞中GATA4 因启动子甲基化使其表达量下降，但在少数肿瘤的癌细胞中也存在表达的差异性。Fu 等研究发现，在胰腺癌中GATA4和GATA5的甲基化在不同肿瘤中存在差异[42]。他们发现在胰腺癌中GATA4的甲基化频率很低，但GATA5甲基化频率较高，并且GATA4在胰腺癌细胞比正常的胰腺细胞表达量增高。有研究证实，与多数肿瘤中GATA4表达量下调相反，在胰腺导管癌中，GATA4的表达量是正常胰腺导管细胞的5倍[43]。此外，Prasad 等研究发现在胰腺上皮癌中GATA4与GATA5，GATA6，Villin1，Villin 2，Sox2，HoxA5等前肠标志物均有显著增加[44]。GATA4在胰腺癌中为何表达增加的机制还有待进一步研究。

2.7 GATA4与卵巢癌

我们都知道肿瘤细胞通常出现在异常分化阶段，去分化是恶性肿瘤的发生标志。Capo-chichi等研究[11]发现，GATA4和GATA6高表达于卵巢细胞和组织中，并定位于卵巢表面上皮细胞的细胞核中。他们发现50例卵巢肿瘤中，有82%通过完全不表达或通过细胞质错误定位使GATA6功能丧失，而且在一组卵巢表面上皮细胞和肿瘤细胞系中也证实了GATA6的频繁丧失。虽然GATA4仅在少数(14%)的卵巢肿瘤中不存在，但在培养卵巢癌细胞中，大部分存在GATA4丧失。通过干扰GATA4和GATA6的表达可引起细胞去分化，并且这种去分化是不可逆过程。因此，GATA4和GATA6在卵巢肿瘤组织和癌细胞系中出现异常表达和细胞定位，并且已经证明GATA4和GATA6表达的下调导致去分化。因此，GATA4和GATA6表达的改变和异常的核质定位，可能有助于卵巢肿瘤细胞的上皮去分化，从而促进肿瘤的产生。McEachin等研究表明，虽然GATA因子在卵巢表面上皮癌肿瘤发生中起作用，但它们似乎不影响临床病理参数[12]。此外，有学者发现改变启动子基因座的组蛋白修饰，可导致GATA转录因子沉默，致使肿瘤抑制因子Disabled-2失能，从而导致卵巢癌的发生[37]。总之，GATA4低表达可能会导致卵巢癌的发生，其具体机制还需要进一步研究。

2.8 GATA4与白血病

GATA家族中，GATA1、GATA2和GATA3抑制白血病的发生。然而，GATA4在急性淋巴细胞白血病(ALL)患儿中表达上调[45]。研究证实，GATA4的高表达可促进癌细胞增殖和转移，并抑制ALL细胞的凋亡[45]。GATA4可激活MDM2和BCL2在ALL细胞中的表达[45]，BCL2是一种关键的抗凋亡蛋白，被证明可以抑制细胞凋亡。此外，GATA4可通过MDM2的转录激活来调节p53，随后影响细胞周期和细胞凋亡。结果表明，GATA4可能是ALL诊断的关键标志物，也可能是ALL分子治疗的潜在靶点[45]。

综上所述，GATA4 作为生长发育的重要转录因子之一，对人类胚胎发育极其重要。虽然GATA4 在某些脏器发育及肿瘤的发生发展中的作用有一定的突破，但是具体机制还不是很明确，还需进一步研究。或许不久的将来，GATA 家族将作为生长发育或肿瘤发生发展的一个重要标志物用于临床疾病的诊断和治疗。